DE3031419A1 - Brennkammer zur wirbelschicht-verbrennung - Google Patents
Brennkammer zur wirbelschicht-verbrennungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN
UZ: 5555
BURMEISTER & WAIN ENERGI A/S Teknikerbyen 23, 2830 Virum Dänemark
Brennkammer zur Wirbelschicht-Verbrennung
1 3001 S/073 9
303Uf
BURMEISTER & WAIN ENERGI A/S, 2Ö3O Virum, Dänemark
Brennkammer zur Wirbelschicht-Verbrennung
Die Erfindung betrifft eine Brennkammer zur Wirbelschicht-Verbrennung
und mit D us en öffnung en im Boden der Kammer zum Einblasen von Fluidisierungs- und Verbrennungsluft.
Wie bekannt, wird bei der Wirbelbett-Verbrennung im unteren
Teil der Brennkammer eine Wirbelschicht aus einem inerten Material, wie beispielsweise Sand, Asche, Kalkstein
oder Dolomit, aufrechterhalten, in der die Verbrennung erfolgt. Als einer der wesentlichen Vorteile dieser
Technik sei die in bezug auf die in einer umgebenden Luftmasse direkt erfolgende Verbrennung niedrigere Verbrennungstemperatur
angeführt, wodurch der Gehalt der Rauchgase an gewissen schädlichen Stoffen, wie z.B. Stickstoffoxyden,
herabgesetzt wird. Bei Anwendung eines inerten Materials, das mit Schwefel chemisch reagiert, lässt sich
stark schwefelhaltiger fester oder flussiger Brennstoff
mit minimaler Emission von Schwefelverbindungen verbrennen, so dass kostspielige Anlagen zur Entschwefelung der
Rauchgase eingespart werden können.
Es ist bekannt, die Luft, die ausser zur Unterhaltung der Verbrennung dazu dient, die Wirbelschicht im Schwebezustand
zu halten, durch Dusenoffnungen einzublasen, die in einem aus keramischem Material hergestellten Boden in der Brennkammer
ausgebildet sind. Ebenfalls ist bekannt, die Luft durch Düsen einzublasen, die von einem aus Stahl hergestellten
Boden emporragen, so dass sich zwischen dem Kammerboden und der Ebene, in der die Dusenoffnungen liegen, eine
stilliegende Schicht aus dem inerten Material bildet, wenn sich die Brennkammer in Betrieb befindet. Da in dieser
Schicht keine Verbrennung erfolgt, wirkt sie als eine thermische Isolation des Kammerbodens, der somit während des
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Betriebes auf einer Temperatur gehalten werden kann, die niedriger ist als die in der Wirbelschicht herrschende.
Bei beiden diesen bekannten Konstruktionen kann der Kammerboden
jedoch unter gewissen Umständen, insbesondere nach einer Unterbrechung der Verbrennung, auf Grund zu starker
Erhitzung durch das darüber liegende glühende Material beschädigt werden. Man hat auch festgestellt, dass die Temperaturverteilung
auf die Fläche des Kammerbodens bei den bekannten Konstruktionen sehr ungleichmässig werden kann,
was dazu führen kann, dass sich der Kammerboden infolge ungleichförmiger Wärmedehnung wirft.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Mängel zu beheben, und die Erfindung besteht darin, dass die Düsenöffnungen
in Blechelementen ausgebildet sind, welche auf die Oberseite einer Membranwand aufgeschweisst sind, die aus
kühlmittelführenden Rohren besteht, welche im Abstand voneinander angebracht und unter den Blechelementen mechanisch
miteinander verbunden sind mit Hilfe von zwischen benachbarten Rohren eingeschweissten Flossen, und dass Mittel
zum Einleiten von Luft zwischen die Flossen und die Blechelemente sowie Mittel zum Zuführen von Kühlmittel zu den
Rohren vorgesehen sind.
Die unter den Blechelementen liegende Membranwand ist auf Grund ihrer Konfiguration auch bei variierenden Temperaturen
in sich formstabil, und das Hindurchströmen eines Kühlmittels durch die Rohre der Wand sichert eine
gleichförmige, geeignet niedrige Temperatur der Wand. Die direkte, wärmeleitende Verbindung zwischen der Membranwand
und den Blechelementen, in denen die Düsenöffnungen ausgebildet sind, sichert eine entsprechende Stabilität der Konfiguration
der Blechelemente und beschützt diese Elemente gegen unzulässig hohe Temperaturen. Die Anordnung der
Blechelemente auf der Oberseite der Membranwand ermöglicht eine gleichmässige und dichtsitzende Verteilung der Düsenöffnungen
auf die gesamte Fläche des Kammerbodens. Ein wei-
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terer wichtiger Vorteil der Erfindung ist, dass die Brennkammer
als eine ganzgeschweisste und damit vollständig gasdichte Konstruktion ausgeführt werden kann, weil die gekühlte
Membranwand in jedem Betriebszustand auf in allem wesentlichen der gleichen Temperatur wie die Seitenwände
der Kammer gehalten und deshalb ohne Bedenken direkt mit diesen verschweisst werden kann, was sich bei den bekannten
Konstruktionen, bei denen, wie bereits erwähnt, der Kammerboden in gewissen Situationen wesentlich heisser werden
kann als die gekühlten Seitenwände, nicht machen lässt.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform bestehen die Blechelemente aus planen Streifen, die jeweils an zwei benachbarte
Rohre der Membranwand angeschweisst sind. Dadurch wird eine maximal wärmeleitende Verbindung zwischen den
Blechelementen und den Rohren erzielt.
Die Blechelemente sind bevorzugterweise dünner als die Flossen, so dass die Formstabilität der Membranwand im wesentlichen
von den zwischen den Rohren eingeschweissten Flossen gesichert wird.
Die Flossen können auf an sich bekannte Weise derartig an die Rohre angeschweisst sein, dass sie sich in einer
Ebene mit den Mittellinien der Rohre befinden, so dass der Querschnitt der Membranwand bezogen auf die durch die Mittellinien
der Rohre verlaufende Ebene symmetrisch ist.
Die Mittel zum Einleiten von Luft zwischen die Flossen und die Blechelemente können von Öffnungen in den Flossen
gebildet werden, wodurch maximale Gleichförmigkeit der Luftstrome durch die einzelnen Düsenoffnungen sichergestellt
und ausserdem die Zufuhr der Fluidis ie rungs- und Verbrennungsluft durch eine unter der Membranwand angeordnete,
zusammenhängende Windkammer ermöglicht wird, die aus ungekuhlten Blechen gebaut sein kann.
Das Erzielen der angestrebten Gleichförmigkeit der Luftstrome durch die Düsenöffnungen kann zusätzlich dadurch
unterstützt werden, dass das Gesamtareal der Öffnungen in
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den Flossen grosser ist als das Gesamtareal der Düsenoffnungen.
Der grösste Teil des Strömungswiderstand es, der der
Fluidisierungsluft entgegengebracht wird, tritt dann in den Düsenöffnungen auf.
Die öffnungen in den Flossen können zweckdienlich als
längliche, parallel mit den Rohren der Membranwand verlaufende Schlitze ausgebildet sein.
Wenn die Seitenwände der Brennkammer als Rohrwände ausgebildet
sind, können die Rohre der Membranwand mit den Rohren der Seitwände in Stromungsverbindung stehen. Dadurch
wird ermöglicht, den Boden und die Seitenwände der Brennkammer auf praktisch genau derselben Temperatur zu halten
und somit thermische Spannungen in den Verbindungen zwischen diesen Wänden auf ein Mindestmass zu reduzieren.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erklärt. Es zeigt
Fig. 1 stark schematisch einen lotrechten Schnitt durch einen Kessel mit einer erfindungsgemässen Brennkammer,
Fig. 2 in grossem Massstab den mit II in Fig. 1 gekennzeichneten
Bereich des Bodens und einer sich anschliessenden Seitenwand der Brennkammer, entsprechend dem Schnitt
H-II in Fig. 3, und
Fig. 3 im selben Massstab einen Schnitt entlang der Linie
IH-III in Fig. 2.
Der in Fig. 1 sehr vereinfacht dargestellte Kessel hat eine Brennkammer 1, die durch vier lotrechte Seitenwände 2,
einen perforierten Boden 3, der im folgenden eingehender beschrieben wird, sowie eine Decke 4 mit einem Abzug 5 fur
Rauchgase abgegrenzt wird. Eine Windkammer 6 mit einem Lufteintritt 7 erstreckt sich unter dem perforierten Kammerboden
3 ·
Wie bereits erläutert, erfolgt die Verbrennung in einer Wirbelschicht aus einem geeigneten partikelformigen Material,
das von unten her in fluidisiertem Zustand gehalten wird durch Einblasen von Luft, die durch den Eintritt 7
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zugeführt wird und durch die Kammer 6 und die öffnungen im
Kammerboden 3 hindurch nach oben strömt. In Fig. 1 ist die Wirbelschicht lediglich durch ihre unregelmässige - und
sich während des Betriebes ständig ändernde - Oberfläche Ö angedeutet.
Die Zufuhr von Brennstoff zur Brennkammer 1 kann auf jede beliebige geeignete Weise erfolgen, und zwar direkt in
die Wirbelschicht hinein oder von oben her in die Schicht hinab. Es können auch herkömmliche, nicht eingezeichnete
Mittel zum stetigen oder intermittierenden Zuführen frischen Materials zur Wirbelschicht oder Abziehen verbrauchten Materials
zusammen mit der bei der Verbrennung von festem Brennstoff gebildeten Asche vorgesehen sein. Zur Steuerung
der Verbrennungstemperatur können in denjenigen Teil der Brennkammer, die von der Wirbelschicht eingenommen wird,
eine oder mehrere Rohrschlangen eingebaut sein, die von einem regelbaren Mengenstrom von V/asser durchflossen werden.
Die Konstruktion des perforierten Kammerbodens 3 und dessen
Verbindung mit den Seitenwänden 2 der Brennkammer ist aus den Fig. 2 und 3 näher ersichtlich. Der Kammerboden 3
besteht aus parallelen Rohren 9, die untereinander mit Hilfe von Flossen 10 verbunden sind, welche jeweils zwischen
zwei benachbarten Rohren 9 in der Ebene eingeschweisst
sind, in der die Mittellinien der Rohre verlaufen. Zwischen den Oberseiten jedes Paares von benachbarten Rohren 9 ist
ein planer Blechstreifen 11 eingeschweisst, und die Blechstreifen
11 sind mit Düsenöffnungen 12 perforiert, die gleichmässig auf die Länge jedes Streifens verteilt sind,
und zwar im gezeigten Ausführungsbeispiel in drei parallelen Reihen. In jeder Flosse 10 sind entsprechende, gleichroässig
verteilte Offnungen 13 vorgesehen, die im vorliegenden Beispiel als längliche Schlitze ausgebildet sind. Wenn durch
den Eintritt 7 Luft in die Kammer 6 unter dem Kammerboden
3 eingeleitet wird, strömt die Luft durch die Schlitze 13 nach oben und weiter durch die Offnungen 12 und tritt von
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unten her in die darüberliegende Schicht aus inertem Material
ein, die durch Wahl einer geeigneten Stromungsgeschwindigkeit in fluidisiertes Zustand versetzt wird, so
dass die Verbrennung in der Materialschicht erfolgen kann.
Längs der mit der Längsrichtung der Rohre 9 parallel verlaufenden Seitenränder des Kaminerbodens 3 sind dessen Flossen
10 und Blechstreifen 11 mit einem in Längsrichtung verlaufenden
Rohr 14 verschweisst, welches zusammen mit entsprechenden,
nicht eingezeichneten, querverlaufenden Rohren an den beiden anderen Seitenrändern des Kammerbodens
einen Bodenrahmen im Kessel bildet. Jedes dieser Rohre steht in Strömungsverbindung mit angeschweissten lotrechten
Rohren 15, welche Teile der Seitenwände 2 des Kessels bilden und mit Hilfe von angeschweissten lotrechten Flossen
miteinander zu einer dichten Membranwand verbunden sind. Die ungekühlten Wände der Windkammer 6, von denen in den
Fig. 2 und 3 eine gezeigt und mit 17 bezeichnet ist, sind an die Unterseiten der Rohre 14 angeschweisst. Die Rohre
9 im Kammerboden 3 stehen auf nicht näher dargestellte Weise in Stromungsverbindung mit den Rohren 14 und damit
auch mit den lotrechten Rohren 15 der Seitenwände des Kessels, so dass sie während des Betriebes von einem geeigneten
Kühlmittel, üblicherweise Wasser, durchflossen werden. Den Umständen entsprechend können die Strömungsverbindungen
derartig ausgebildet sein, dass die Rohre 9 vom Speisewasser des Kessels durchflossen werden, bevor dieses
in die Rohre 14 gelangt und von dort aus weiter in die lotrechten Rohre 15 strömt, doch können die Rohre 9 und
15 alternativ auch in strömungstechnischer Hinsicht paral-IeI
geschaltet sein. Wenn der Kessel zur Dampferzeugung eingerichtet und mit einem Oberbehälter zur Trennung von
Wasser und Dampf ausgerüstet ist, kann das durch die Rohre 9 strömende Kühlmittel auch aus dem Oberbehälter entnommener
Dampf sein. Für den Fall, dass der Kessel ausschliesslieh heisse Rauchgase erzeugt, z.B. für eine Trocknungsan-
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lage, kann das in den Rohren erhitzte Kühlmittel zum Vorwärmen
der Verbrennungsluft ausgenutzt werden.
Wie bereits erwähnt, ist es zweckmässig, dass das Gesamtareal
der Schlitze 13 grosser ist als das Gesamtareal der Düsenoffnungen 12. Es ist ausserdem vorteilhaft, dass die
kleinste Dimension der Schlitze 13, d.h. deren Breite, grosser ist als der Durchmesser der bevorzugterweise kreisförmigen
Düsenöffnungen 12, so dass Material aus der Wirbelschicht, welches gegebenenfalls durch die Offnungen 12
hindurchfällt, z.B. bei einer Unterbrechung des Verbrennungsvorgangs,
dann ungehindert durch die Schlitze 13 hindurch nach unten fortsetzt, ohne die Zwischenräume zwischen
den Flossen und den Blechstreifen 11 zu verstopfen. Die Abmessungen der öffnungen 12 sind jedoch normalerweise so relativ
klein, z.B. zwischen 3 und 6 mm, dass selbst relativ
feinkörniges Material in der Wirbelschicht keine wesentliehe
Neigung aufweist, durch die Offnungen hindurchzufallen, sondern statt dessen bei Unterbrechung des Luftstromes eine
Brücke über diese bildet.
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Claims (7)
1. Brennkammer zur Wirbelschicht-Verbrennung und mit Düsenöffnungen
(12) im Beden der Kammer (1) zum Einblasen von Fluidisierungs- und Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsenöffnungen (12) in Blechelementen (11) ausgebildet sind, welche auf die Oberseite einer Membranwand
aufgeschweisst sind, die aus kühlmittelführenden Rohren
(9) besteht, welche im Abstand voneinander angebracht und unter den Blechelementen (11) mechanisch miteinander
verbunden sind mit Hilfe von zwischen benachbarten Rohren eingeschweissten Flossen (10), und dass Mittel zum Einleiten
von Luft zwischen die Flossen und die Blechelemente sowie Mittel zum Zufuhren von Kühlmittel zu den Rohren (9)
vorgesehen sind.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechelemente (11) aus planen Streifen bestehen,
die jeweils an zwei benachbarte Rohre (9) der Membranwand angeschweisst sind.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Blechelemente (11) dunner als die Flossen
(10) sind.
4. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet
, dass die Flossen (10) derartig an die Rohre (9) angeschweisst sind, dass sie sich in einer Ebene mit
den Mittellinien der Rohre befinden.
5. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittel zum Einleiten von Luft zwischen die Flossen (10) und die Blechelemente (11) von öffnungen
(13) in den Flossen gebildet werden.
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ORIGINAL WSPECTED
6. Brennkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass das Gesamtareal der öffnungen (13) in den Flossen (10) grosser ist als das Gesamtareal der Düsenoffnungen (12).
7. Brennkammer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die öffnungen (13) in den Flossen (10) aus länglichen,
parallel mit den Rohren (9) verlaufenden Schlitzen bestehen.
Ö. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1-7 und mit Rohrwänden
als Seitenwände (2), dadurch gekennzeichnet, dass
die Rohre (9) der Membranwand mit den Rohren (15) der Seitenwand in Strömungsverbindung stehen.
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