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Wasserrohrkessel
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserrohrkessel mit einer oder
mehreren separaten Vorbrennkammern.
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Durch die Bestrebungen zur Einsparung von Heizöl und aus Gründen
der Kostensenkung ergibt sich bei einer Reihe von bestehenden ölgefeuerten Kraftwerkblöcken
das Problem der Umstellung des Brennstoffes von Öl auf Kohle. (In den USA sollen
über 80 Kraftwerksblöcke von Öl auf Kohle umgestellt werden.) Bei dieser Umstellung
der Kesselfeuerung von Heizöl auf Kohle ergeben sich eine Reihe von Forderungen,
deren Erfüllung für eine einwandfreie und rasche Lösung dieses Problems wesentlich
ist. Diese Forderungen sind: a) Die Dampfleistung des Kessels und die Dsmpfzustände
am Kesselaustritt sollen nach der Umstellung dieselben sein wie während des ileizölbetriebes.
Auch der Kesselwirkungsgrad soll nach der Umstellung ein hoher sein.
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b) Das Volumen für die Verbrennung des Kohlenstaubes (Brennkammervolumen)
ist zu vergrößern, wobei auf die Eigenschaften der zur Verfeuerung gelangenden Kohle
(z.B. Ascheerweichungspunkt) besondere Rücksicht zu nehen ist.
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c) Die Entfernung von unverbrannten Kohlenteilchen aus der Brennkammer
ist sicherzustellen.
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d) Die Wachschaltheizflächen sind für die Kohlenstaubfeuerung zu vergrößern
und ihre Durchtrittsquerschnitte für die Rauchgase zu erweitern.
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e) Die Frischluft- und Saugzuggebläse sind für die Förderung größerer
Gasvolumina abzuändern bzw. auszutauschen.
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f) Für die Entstaubung der Rauchgase sind Filter zu installieren.
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g) Für die Bereitstellung des Kohlenstaubes ist eine zentrale Mahlanlage
(am Block) zu erstellen, oder es hat die Anlieferung des Kohlenstaubes in entsprechenden
Transportbehältern zu erfolgen.
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h) Die baulichen Änderungen an den bestehenden Gebäuden sind auf ein
Minimum zu beschränken.
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j) Die Gesamtstillstandszeit des Blockes, die für die Umstellung erforderlich
ist, soll so kurz wie möglich sein (Umstellung möglichst während einer Sommerperiode).
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Um den Forderungen a), b), c), d), h) und å) zu entsprechen, wird
für die Umstellung der Feuerung ein Wasserrohrkessel mit einer Brennkammer und einem
oder mehreren Nachschaltheizflächenzügen vorgeschlagen, der erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet ist, daß er eine oder mehrere Vorbrennksmmern besitzt, die während
des Betriebes von den Flammengasen von oben nach unten durchströmt wird bzw. werden,
und daß die Austrittsöffnung(en) der Vorbrennkammer(n) in an sich bekannter Weise
- vorzugsweise über Verbindungskanäle - in die Brennkammer münden.
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Dabei wird die Vorbrennkammer bzw. werden die Vorbrennkammern zweckmäßig
an der Stirnseite der Brennkammer angeordnet, wo - zufolge der Brenneranordnung
bei der Ölkesselausführung - meist ein (wenn auch beschränkter) Platz für die Aufstellung
derselben vorhanden ist. Die Änderungen an dem vorhandenen
Ölkessel
werden so gering wie möglich gehalten.
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Die lichte Höhe einer Vorbrennkammer igt wenigstens doppelt so groß
als deren lichte Tiefe (in der Horizontalen gemessen). Besitzt der Wasserrohrkessel
mehrere Vorbrennkammern, so sind diese so dimensioniert, daß eine weitgehende Vorfertigung
in der Werkstätte und ein Transport von dort ins Kraftwerk meist noch möglich ist.
Dabei weisen die Vorbrennkammern in an sich bekannter Weise kreisförmige oder kreisähnliche
lichte Horizontalquerschnitte auf.
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Die Einblasung des Kohlenstaubes und der Verbrennungsluft während
des Betriebes erfolgt in den oberen Hälften der Vorbrennksmmern über Brenner. U.
zw. erfolgt diese Einblasung des Kohlenstaubes und der Verbrennungsluft vorzugsweise
tangential oder angenähert tangenial an die Zylinderwände der Vorbrennksmmern. Dies
gibt eine intensive Durchmischung von Gas und Brennstoff und beschleunigt so den
Verbrennungsablauf.
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Dadurch, daß alle Vorbreunkammern an der Stirnseite der Brennkammer
angeordnet sind, gibt dies eine verhältnismäßig einfache Anordnung der Kohlenstaub-
und Verbrennungsluftleitungen.
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Die Wände der Vorbrennkammer(n) sind in an sich bekannter Weise weitgehend
oder zur Gänze mit Kübirohren abgekleidet oder aus Kühlrohren gebildet, die vorzugsweise
an das Hochdruckrohrsystem des Kessels angeschlossen sind.
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Zur Verbesserung der Zündbedingungen sind die Kühlrohre der Vorbrennkammer(n)
in an sich bekannter Weise wenigstens teilweise mit Stampfmasse abgekleidet.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung zweigen die Austrittsöffnungen
der Vorbrennkammer(n) von deren unteren Hälfte(n) ab.
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Die lichte(n) Höhe(n) der Vorbrennkammer(n) stimmt bzw.
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stimmen mit der lichten Höhe der Brennkammer überein oder ungefähr
überein. Die lichte(n) Höhe(n) der Vorbrennkammer(n) kann bzw. können auch größer
als die lichte Höhe der Brennkammer sein.
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Besitzt der Wasserrohrkessel mehrere Vorbrennkammern, so -können
deren lichte Höhen auch unterschiedlich groß sein.
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Zur Beherrschung des S02-Problems der Rauchgase (Umweltweltverschmutzung)
wird nach einem anderen Merkmal der Erfindung während des Betriebes Ealkstaub über
Düsen in die Brennkammer eingeblasen, der sich dort mit den aus den Vorbrennkammern
kommenden Flammengasen vermischt und mit dem S02 chemisch reagiert.
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Am Boden der Brennkammer ist wenigstens eine Austragsvorrichtung
(z.B. Transportschnecke) für unverbrannte Kohlekörnchen angeordnet. Durch diese
Lösung entfällt die Notwendigkeit, die Brennkammer mit einem steilen Trichter auszurüsten.
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Um die bei Kohlenstaubfeuerung zusätzlich erforderlichen (Hochdruck)-Heizflächen
unterbringen zu können, ist bzw. sind rauchgasseitig zwischen dem eigentlithen Kessel
und den Luftvorwärmern in an sich bekannter Weise ein oder mehrere Nachschaltheizflächenblöcke
angeordnet.
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Besitzt der :Wasserrohrkessel nur eine separate - prismatische -
Vorbrennkammer, so können die Kohlenstaubbrenner in an sich bekannter Weise in deren
beiden Seitenwänden angeordnet sein. Dabei sind die Achsen der Brenner vorzugsweise
schräg nach oben gerichtet und schließen mit der Horizontalen einen Winkel OC ein,
dessen Größe wenigstens 10 Winkelgrade, vorzugsweise aber 20 bis 40 Winkelgrade
beträgt. Dies gibt besonders lange Flammenwege in der Vorbrennkammer und daher eine
gute Zündung und eine gute Durchmischung des Kohlenstaubes mit der Verbrennungsluft.
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Um den Anfall an unverbranntem Kohlegrieß in der Brennkammer zu verringern,
beträgt derXvertikale Abstand Y zwischen dem tiefsten Bereich des Breunkammerbodens
und den unteren Begrenzungswänden der Verbindungskanäle bzw. des Verbindungskanals
zwischen Vorbrennkammer(n) und Brennkammerstirnwand wenigstens ein Sechstel, vorzugsweise
aber ein Viertel der lichten Höhe der Breunkammer. Bei dieser Ausführung liegt bzw.
liegen die Oberkante(n) der Vorbrennkammer(n) höher als die Oberkante des von Überhitzerrohren
nicht gefüllten Teiles der Brennkainmer.
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Um den Anfall an unverbranntem Kohlegrieß in der Brennkammer weiter
zu verringern, sind unter den Einmündungen der Verbindungskanäle bzw. unter der
Einmündung des Verbindungskanals in der Brennkammerstirnwand Tertiärluftdüsen angebracht,
die in die Brennkammer zeigen und deren Achsen schräg nach oben gerichtet sind.
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Eine weitere Verringerung des Anfalls von Kohlegrieß in der Brennkammer
wird dadurch erreicht, daß unter den
Einmündungen der Verbindungskanäle
bzw. unter der Einmündung des Verbindungskanals in die Brennkammerstirnwand ein
oder mehrere Umlenkschilde angeordnet sind, der bzw. die aus hochtemperaturfesten
Materialien besteht bzw. bestehen und während des Betriebes von Tertiärluft gekuhlt
ist bzw. sind.
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Zur besseren Reinigung des Breniikauuerbodens von dem sich dort ablager-den
Kohlegrieß sind über demselben Preßluft-und/oder Dampfdüsen angeordnet, die den
Kohlegrieß diskontinuierlich zur Austragsvorrichtung (z.B. Förderschnecke) hinblasen.
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Um die Konstruktion der Hochdruckrohre der separaten Vorbreunkammer(n)
zu vereinfachen, sind diese - soferne der Wasserrohrkessel ein Trommelkessel ist
- während des Betriebes von einem Dampf-Wassergemisch durchströmt, das in an sich
bekannter Weise von einer oder mehreren Umwälzpumpen umgewältz wird.
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Die Umwälzpumpe(n) saugt bzw. saugen dabei aus der Kesseltrommel
Wasser an und fördert bzw. fördern dieses als Dampf-Wassergemisch über die Hochdruckrohre
der Vorbrennkammer(n) in die Kesseltrommel zurück (La-Sont-Prinzip).
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In den Zeichnungen sind drei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Es zeigt: Fig. 1 den vertikalen Längsschnitt durch die erste Ausführungsform nach
der Linie h - B in Fig. 2 eines Wasserrohrkessels mit einer prismatischen Vorbrennkammer
und Deckenbrennern.
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Fig. 2 den Horizontalschnitt durch die erste Ausführu gsform nach
der Linie C - D in Fig. 1 Fig. 3 den vertikalen Längsschnitt durch die zweite Ausfwelrullgsform
nach der Linie E - F in Fig. 4 eines Wasserrohrkessels mit drei kreiszylindrischen,
vertikalen Vorbrennkammern.
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Fig. 4 den Horizontalschnitt durch die zweite Ausfahrungsform nach
der Linie G - H in Pig. 3.
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Fig. 5 den vertikalen Längsschnitt durch die dritte Ausführufigsform
nach der Linie J - K in Fig. 6 eines Wasserrohrkessels mit einer prismatischen Vorbrennkammer
und Seite#wandbrennern.
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Fig. 6 den Horizontalschnitt durch die dritte Ausführungsform nach
der Linie L - M in Fig. 5.
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Pig. 7 den vertikalen Querschnitt durch die Vorbrennkammer der dritten
Ausführungsform nach der Linie N - O in Fig. 5.
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Bei der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten ersten Ausführungsform
der Erfindung besteht der eigentliche (ursprüngliche) Kessel aus der Brennkammer
1 und dem Nachschaltheizflächensug 2. Die Wände der Brennkammer 1 sind mit Rohren
3' des Hochdrucksystems 3, des Kessels abgekleidet. Die Nachschaltheizflächen (Überhitzer,
Speisewasservorwärmer) des Nachschaltheizflächenzuges 2 gehören ebenfalls zum Hochdruckrohrsystem
3 des Kessels.
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An der Stirnseite der Brennkammer 1 ist eine separate, prismatische
Vorbrennkammer 4 angeordnet, die einen rechteckigen Horizontalquerschnitt aufweist.
Die Kohlenstaubbrenner 5 sind als Wirbelbrenner ausgebildet und in der Vorbrennkammerdecke
angeordnet. Die Vorbrennkammer 4 wird
während des Betriebes von
den Flammengasen von oben nach unten durchströmt. Die Wände der Vorbrennkammer 4
sind ebenfalls mit Rohren 3'' des Hochdruckrohrsystems 3 abgekleidet. (Diese sind
zur Verbesserung der Zündbedingungen wenigstens zum Teil mittels Stampfmasse abgekleidet.)
Die Austrittsöffnungen 6 der Vorbrennkammer 4 stehen über Verbindungskanäle 7, 7',
7" mit der Brennkammer 1 in Verbindung.
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Am Boden der Brennkammer 1 ist als Austraggerät 8 für unverbrannte
ohleteilchen eine horizontale Förderschnecke angebracht.
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In die Brennkammer 1 wird während des Betriebes zur Bindung des S02
der Flammengase über die Düsen 9 Kalkstaub eingeblasen.
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Auf der Rückseite des eigentlichen Kessels (Brennkammer 1 und Nachschaltheizflächenzug
2) sind zwei Drehluftvorwärmer 10 angeordnet. Zwischen dem eigentlichen Kessel und
den zwei Drehluftvorwärmern 10 sind zwei Nachschaltheizflächenblöcke 11 aufgestellt,
die die bei Kohlefeuerung zusätzlich notwendigen Berahrungsheizflächen enthalten.
(Die Berührungsheizflächen im Nachschaltheizflächenzug 2 des Kessels werden bei
Umstellung auf Kohlefeuerung "aufgelOCert" und dadurch in ihrer Größe verringert.)
Diese Nachschaltheizflächenblöcke 11 können in der Werkstätte vorgefertigt und zum
Kraftwerk transportiert werden.
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Bei der in Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten zweiten Ausführungsform
der Erfindung sind an der Stirnseite der Brennkammer 1 drei separate Vorbrennkammern
4' angeordnet, die kreisförmige lichte Horizontalquerschnitte und vertikale Achsen
aufweisen.
Die lichte Höhe H der Vorbrennkamern 4' ist mehr als doppelt so groß als deren lichte
Tiefe T (Innendurchmesser) und stimmt mit der lichten Höhe H' der Brennkammer 1
ungefähr überein.
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Die Brenner 5' für die Einblasung von Kohlenstaub und Verbrennungsluft
sind in den oberen Hälften der Vorbrennkammern 4' angeordnet und tangieren - im
Horizontalschnitt - an die vertikalen Zylinderwände der Vorbrennkammern 4'. Durch
diese Art der Einblasung wird der Verbrennungsablauf, intensiviert.
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Die Austrittsöffnungen 6 der drei Vorbrennkammern 4' stehen wieder
über drei Verbindungskanäle 7, 7', 7" mit der Brennkammer 1 in Verbindung.
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In letztere wird während des Betriebes wieder Kalkstaub über die
Düsen 9 eingeblasen.
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Die übrigen Positionen der zweiten Ausführung der Erfindung stimmen
mit den Positionen der ersten Ausführungsform dann überein, wenn die Positionsnummern
dieselben sind.
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Bei der in Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 dargestellten dritten Ausführungsform
der Erfindung besitzt der Wasserrohrkessel wieder nur eine prismatische, separate
Vorbrennkammer 4". Die Kohlenstaubbrenner 5" sind in den beiden vertikalen Seitenwänden
der Vorbrennkammer 4" angeordnet. Die Achsen der Kohlenstaubbrenner 5" sind schräg
nach oben gerichtet und schließen mit der Horizontalen einen Winkel ol von 30 Winkelgraden
ein. Der lange Weg der Flammen ist besonders
in Fig. 7 gut erkennbar.
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Um den Anfall an unverbrenntem Kohlegrieß in der Brennkammer 1 zu
verringern, beträgt der vertikale Abstand Y zwischen dem tiefsten Bereich des Breunkammerbodens
und den unteren Begrenzungswänden der Verbindungskanäle 7, 7', 7" zwischen Vorbrennkammer
4" und Brennkammerstirnwand etwa ein Viertel der lichten Höhe H' der Brennkammer
1. Die Oberkante der Vorbrennkanimer 4" liegt höher als die Oberkante des von Überhitzerrohren
nicht gefüllten Teiles der Brennkammer 1.
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Um den Anfall an Kohlegrieß in der Brennkammer weiter zu verringern,
sind unter den Einmündungen der Verbindungskanäle 7, 7', 7'' in der Brennkammerstirnwand
Tertiärluftdüsen 12 angebracht, die in die Brennkammer 1 zeigen und deren Achsen
schräg nach oben gerichtet sind.
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Eine zusätzliche Verringerlulg des Anfalls von Kohlegrieß in der
Brennkammer 1 wird dadurch erreicht, daq unter den Einmündungen der Verbindungskanäle
7, 7', 7" in die Brennkammerstirnwand ein Umlenkschild 13 aus hochRemperaturfesten
aterialien angeordnet ist. Dieser Umlenkschild 13 ist während des Betriebes durch
Tertiärluft gekühlt.
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Zur besseren Reinigung des Brennkammerbodens von dem sich dort ablagernden
Kohlegrieß sind über demselben Preßluft-bzw. Dampfdüsen 14 angeordnet, die zur Förderschnecke
8 hinblasen und die während des Betriebes periodisch betätigt werden.
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Das System der Hochdruckrohre 3'' der Vorbrennkammer 4 " ist während
des Betriebes von Kesselwasser bzw. einem
Dampf-Wassergemisch durchströmt,
das von einer Unwälzpumpe 15 aus der Kesseltrommel 3a über die Saugleitung 16 angesaugt
wird und über die Hochdruckrohre 3 " und die gemeinsame Druckleitung 17 in die Kesseltroinirel
3a zurückgefördert wird.
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Die übrigen Positionen der dritten Ausführung der brfindung stimmen
mit den Positionen der ersten Ausführungsform dann überein, wenn die Positionsnummern
dieselben sind.