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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugeranlage mit Rostfeuerung und
Brennkammer, insbesondere mit Stufenschwenkrost, für Ersatzbrennstoffe wie Müll.
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Solche Dampferzeugeranlagen waren bisher meist als Flammrohr-Rauchrohrkessel
in kleinen Einheiten von 10 bis 12 Tonnen Dampf pro Stunde, maximal 20 bis 25 bar
Druck, ausgeführt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Beschränkung im Druck
solcher Kessel bei der Flammrohr-Rauchrohrkesselkonzeption möglichst aufzuheben
und solche Kessel für Dampfleistungen von beispielsweise 25 Tonnen Dampf pro Stunde
und Konzessionsdrücke bis zu 65 bar geeignet zu machen, was bisher wegen der Flammrohre
nicht möglich war. Dies alles soll bei geringem Platzbedarf und niedrigen Investitionskosten
erfolgen, wobei große Lastschwankungen aufgefangen werden können.
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Erreicht wird dies bei einer Dampferzeugeranlage erfindungsgemäß überraschend
dadurch, daß sie als neuartiger sog. Wasserrohr-Rauchrohrkessel ausgebildet ist.
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Bei teilweise unverändertem Rauchrohrkessel ist bei einem Flammrohr-Rauchrohrkessel
der Flammrohrteil durch eine mit Strahlungsheizflächen bestückte Brennkammer-Nachbrennkammer
ersetzt worden. Beschränkungen hinsichtlich des Druckes sind in diesem Teil der
Anlage bekanntlich nicht gegeben. Die Nachbrennkammer kann mit Flossenwänden ausgekleidet
sein.
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Eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet
durch Aufteilung der Heizflächen der Dampferzeugeranlage in einen ersten Zug mit
Brennkammer-
Nachbrennkammer, der mit Strahlungsheizfläche, insbesondere
Flossenwandrohren, bestückt ist und einem insbesondere darüber angeordneten zweiten
Zug, der als unterer erster Rauchrohrzug und als zweiter für die Weiterführung der
Rauchgase sorgender oberer Rauchrohrzug einer Röhrenkesseltrommel ausgebildet ist.
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Müll und getrockneter Schlamm verbrennen in an sich bekannter Weise
beispielsweise auf einem Stufenschwenkrost, die heißen mit teigigen Aschebestandteilen
beladenen Rauchgase treten in die Nachbrennkammer, in der Sekundärluft zugegeben
wird.
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Als Nachbrenner zur eventuell erforderlichen Temperaturhaltung ist
dort noch ein Brenner angeordnet, in dem Öl oder Gas verbrannt wird.
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Vorzugsweise erfolgt nach der Brennkammer eine Umlenkunq durch einen
Flugaschetrichter und erst anschließend treten die Rauchgase, die unter die Temperatur,
bei der die Ascheteilchen noch klebrig sind, abgekühlt sind, in einen Verbindungszug
ein. Vorzugsweise hängt in diesem der Überhitzer in dem als vertikale Flossenwandkammer
ausgebildeten Verbindungszug. Zweckmäßig ist der Überhitzer über doppelflügige Türen
oder dergleichen als Ganzes ausbaubar.
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Zweckmäßig strömt nach dem Überhitzer zu beiden Seiten der Flossenwandkammer
das auf beispielsweise 3000C abgekühlte Rauchgas nach unten in einen weiteren Flugaschetrichter
und geht von dort zur Entstaubung (Multizyklon).
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Interessant ist, daß die Kesseltrommel ungewöhnlich groß baut und
über eine integrierte Konvektionsheizfläche mit großer Aufdampffläche infolge der
Größe des Rauchrohrkessels verfügt.
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Vorzugsweise ist über die Hälfte der Gesamtheizfläche in curie Kesseltrommel,
die als Röhrenkessel ausgebildet ist, integriert.
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Lastschwankungen werden mit dieser Konstruktion sehr gut ausjeglichen.
Die Rauchgase werden durch die lange Verweilzeit im hohen vemperaturbereich ungewöhnlich
intensiv ausgebrannt.
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Die Reinigungsmöglichkeit des Überhitzers, der Konvektionsheizflächen
(Röhrenkessel) mit automatischen Reinigungsgeräten sowie schließlich des gegebenenfalls
mit Katalysatorrohren bestückten Röhrenkessels ist beachtlich, und dies bei einfachem
Ein- und Ausbau insbesondere des Überhitzers oder des Schlangenvorwärmers.
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Über die Hälfte der Heizfläche kann im Röhrenkessel integriert sein,
was wiederum zu Unempfindlichkeit gegenüber großen Lastschwankungen (großes Wärmespeichervermögen)
führt.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun mehr in
bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert werden.
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Die Beschreibung erfolgt anhand eines Konzeptschemas einer Dampferzeugungsanlage
für Ersatzbrennstoffe, insbesondere Müll.
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In einem großen Feuerraum 4 bei langer Verweilzeit und guter Durchmischung
der Rauchgase durch Sekundärluft geht es um einen intensiven Ausbrand der Rauchgase,
der noch durch Temperaturen von 1000 OC und mehr begünstigt wird.
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Jetzt ist im oberen Bereich der Vorderseite des Feuerraumes 4 ein
Gas- oder ölbrenner 5 angeordnet, der die Funktion des Temperaturhalte- und -leistungsbrenners
hat.
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In dem an den Feuerraum anschließenden aus Flossenwandelementen bestehenden
Horizontalzug 6 werden die Rauchgase weiter abgekühlt. Grobe Staubpartikel werden
in den mit Flossenwandrohren ausgebildeten Flugaschetrichtem T und 15 unterhalb
des Horizontalzuges abgeschieden. Der Ascheaustrag dieser Flugascheteile erfolgt
über eine Entaschungsschnecke 12, welche in einem wassergekühlten Aschetrog läuft.
Die ausgetragene Flugasche gelangt über ein Fallrohr und über eine Zellenradschleuse
in den Aschencontainer ii bzw. in die Ascheaustragsvorrichtung.
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Aus dem Horizontalzug 6 gelangen die Rauchgase gegen die am Ende des
Horizontalzuges angeordnete aus Flossenwandrohren bestehende Umlenkwand und werden
hier nach unten in den Flugaschetrichter 14 abgelenkt. In diesem Flugaschetrichter
erfolgt jetzt eine Umlenkung um 1800 nach oben, was zu einer weiteren Flugstaubabscheidung
führt.
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In der nun senkrecht nach oben gerichteten Strömung der Rauchgase
befindet sich der ein- oder zweiteilig ausgebildete liegend angeordnete Überhitzer
7, welcher mit
Rauchgas-Eintrittstemperaturen von ca. 750 bis 800
OC beaufschlagt wird. Der überhitzer 7 ist in einer Flossenwandkammer so angeordnet,
daß er vollständig nach hinten ausgebaut werden kann. Zum Zweck einer intensiven
Reinigung sowie einer optimalen Besichtigung und Begehung des Überhitzers 7 befinden
sich zwei entsprechend ausgebildete übergroß doppelflügige Schau- und Besichtigungstüren
16; 16 an der Rückseite dieses senkrechten Zuges.
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Nach Durchströmen des Uberhitzers 7 werden die Rauchgase in der hinteren
Flossenwandkammer 18 um 90" umgelenkt und gelangen mit etwa nunmehr 600 OC bis 650
OC in den ersten Rauchgaszug 20 des der als Röhrenkessel ausgebildeten Kesseltrommel
8. Nach Durchströmen des ersten horizontalen Rauchgaszuges werden die Rauchgase
in der vorderen Wendekammer um 1800 umgelenkt, durchströmen den zweiten Rauchrohrzug,
treten dort mit etwa 300 OC aus und gelangen nun an den beiden äußeren Seiten der
hinteren Flossenwandkammer 18 in einem Abwärtszug (in der schematischen Darstellung
praktisch nicht zu sehen, weil vor und hinter der Bildebene liegend) in das erste
Schlangenvorwärmerpaket 9. Dabei erfolgt ein weiterer Wärmeaustausch mit den Außenwänden
der Flossenwandrohre und dem unterhalb des Überhitzers angeordneten Flugaschetrichters
24. Das Schlangenvorwärmerpaket 9 befindet sich unterhalb des vor dem überhitzer
7 angeordneten Flugaschetrichters 14. Nach seiner Umlenkung um 1800 in den unterhalb
des Schlangenvorwärmerpaketes 9 angeordneten Flugaschetrichter 24 gelangen die Rauchgase
in das zweite Schlangenvorwärmerpaket 9" und von dort in den nachgeschalteten Multizyklon
10 zur Grobabscheidung der noch mitgeführten Staubpartikel. Von hier aus gehen die
Rauchgas in die nachgeschaltete Rauchgasreinigung (an sich bekannt).
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Sämtliche auf den Rauchgaswegen in den Flugaschetrichtern 14, 15 und
24 abgeschiedenen Stäube - dies betrifft die Staubabscheidung im Horizontalzug nach
dem Feuerraum 4 - in
den Flugaschetrichtern 14, 15 z 2t vor d7
Überhitzer ? und unterhalb des Schlangenvorwärmers 9, in er vorderen Wendekammer
22 des Röhrenkessels 8 und im Multizyklon ;O -werden Austragsschnecken und Zellenradschleusen
über das zentrale Aschesammelsystem - entweder eine Containerentaschung oder Naßentaschung
- entsorgt. In gleicher Weise geschieht dies mit den Rückständen bei einer Kessel
reinigung.
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Bei der Maßnahme nach der Erfindung fällt auf, daß hier völlig unüblicherweise
Flammrohr und Rauchrohr voneinander getrennt liegen, wodurch eine völlig neue Kesselkonstruktion
sich ergibt. Die Nachbrennkammer in Horizontalausführung 6 ist also ähnlich einem
Flammrohr mit Bestückung mit Flossenrohrwänden ausgebildet. Aus dem senkrechten
mit überhitzer 7 besetzten Zug wird der frühere erste Zug des Rauchrohrkessels 8
durchströmt. In der Wendekammer 22 kann eine besonders leichte Austauschung von
mit Katalysator bestückten Rohren stattfinden. Die Rückströmung erfolgt im zweiten
horizontalen Rauchrohrzug. Durch die Rauchgasführung (umgekehrt parallel nach unten)
im senkrechten Zug wird also die Flossenwand beidseitig beaufschlagt.
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Im Element 8 (Kesseltrommel als Röhrenkessel) mit Rauchrohrzügen werden
die Heizflächen mehrfach größer als bisher ausgebildet; es stellt sich dort ein
besonders günstiger Kontakt zwischen Wasser und heißem (von innen mit Rauchgas bespülten
Rohren) ein. Im übrigen wird durch diese Konstruktion im Wasser eine Bewegung, was
zum besseren Wärmeübergang führt, hervorgerufen.
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Durch die neuartige Konstruktion ist die Austauschbarkeit der meisten
Aggregate im Kessel an den verschiedensten Stellen sehr günstig. Nur zum Teil sind
die Türen angedeutet.
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Durch das neue Konstruktionsprinzip können die Kessel gegenüber der
Flammrohr-Rauchrohrkonzeption anstatt bisher maximal auf 20 bis 25 bar Druck jetzt
auf 40 bar und
mehr bei Dampf leistungen bis zu 25 t/h ausgelegt
werden.
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Der Wärmeübergang aufgrund der hohen Geschwindigkeit in den Rauchrohren
ist wie gesagt vorzüglich.
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Der Kessel eignet sich nicht nur für alle möglichen Ersatzbrennstoffe,
bietet sich auch für Fälle großer Lastschwankungen an. Dem horizontalen Rauchrohrzug
ist also eine vollständig mit Flossenwänden bzw. Flossenwandrohren bestückte Kammer
(Bereich 18 und 6 sowie Bereich 4) vorgeschaltet.
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Die Rauchgasewerden also vom Stufenschwenkrost bzw. allgemeiner vom
Rostsystem 3; Brennkammer 4 (die vorder- und rückseitig mit Sekundärlufteindüsung
versehen ist) über einen an der oberen Decke des Vorderraumes vorderseitig angeordneten
Nach und Leistungsbrenner (Bereich 6) nach Umlenkung von 90" in diesen horizontalen
Rauchgaszug eingeleitet. Dieser kann als Nachbrennkammer ausgestaltet sein. Nach
diesem horizontal liegenden Rauchgaszug aus Flossenwandrohren werden die Rauchgase
nach unten durch (um die Wand 26) durch diese rückseitige Flossenwand abgelenkt
in den Flugaschetrichter und insgesamt um 1800 umgelenkt in den Überhitzer, der
in vertikaler Weise angeströmt wird. Nach dem überhitzer findet die Rauchgasumlenkung
um wiederum 90" in der darüber liegenden Flossenwand bestückten Kammer statt. In
dieser ist der überhitzer untergebracht.
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Von dort gelangen die Rauchgase - wie gesagt - in den ersten Zug des
Rauchrohrkessels, der gleichzeitig als Kesseltrommel ausgebildet ist. Nach dem Durchströmen
durch den ersten Rauchgaszug werden die Rauchgase in der vorderen Wendekar!xmer
22, wo sie noch etwa 400 OC bis 450 OC haben, in den zweiten Rauchrohrzug umgelenkt
und durchströmen den zweiten Rauchrohrzug in entgegengesetzter Richtung, um in der
hinteren nicht mehr befloßten Wendekammer nun wieder um 900 nach unten umgelenkt
zu werden, um in den Schlangenvorwärmer bzw. Economizer zu gelangen, um dort ihre
restliche Wärme von beispielsweise 300 OC auf 180 bC bis
190 OC
abzugeben. Der Schlangenvorwärmer wird von oben nach unten in einem Teil durchströmt.
Die Rauchgase werden dann umgelenkt und nach oben geleitet, wo sie dann den zweiten
Teil des Schlangenvorwärmers durchströmen und von dort aus wiederum um 900 umgelenkt
in den Multizyklon 10, wo eine Vorentstaubung erfolgt.
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Im Bereich der Wendekammer kann nicht nur eine NOX-Entfernung mit
Katalysatorrohren - wie erwähnt - erfolgen. Es kann auch bei vergrößerter Ausführung
eine eigene .ntschvrer^elungsanlage oder derqleichen vorgesehen sein.
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Es ergeben sich vielfältige Vorteile durch die Konstruktion gemäß
dem Anmeldungsgegenstand Ein langer Ausbrennweg der Rauchgase bis zum Eintritt in
den überhitzer. Die Eintrittstemperaturen in den überhitzer liegen günstig, nämlich
im Bereich von ca. 750 OC bis 850 OC.
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Am überhitzer erfolgt keine Strahlungswärmeaufnahme durch die Einbauanordnung
und die Flossenrohrumlenkwand.
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Die Kesseltrommel ist ungewöhnlich groß und verfügt über eine integrierte
Konvektionsheizfläche, das heißt, einen Röhrenkessel auf engstem Raum bei hohem
Abbau der Rauchgastemperaturen von ca. 700 OC auf 300 OC.
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Es stellt sich eine große Ausdampffläche und ein großer Dampfraum
infolge der Größe des Rauchröhrenkessens ein.
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Es ergibt sich eine gute Reinigungsmöglichkeit der Konvektionsheizflächen
(Röhrenkessel) mit automatischen Reinigungsgeräten.
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Das Sammel- und Abführungssystem für die Flugasche und die Rückstände
bei der Heizflächenreinigung in den
Aschecontainer oder den Entschlacker
ist zentral infolge der Konzeption der Gesamtanordnung.
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Die Ausbau- und Einbaumöglichkeiten aller Heizflächen, insbesondere
der Überhitzer und Schlangenvorwärmerheizfläche, ist leicht. Die Reinigungsmöglichkeit
der Heizflächen ist einfach und leicht. Die Zugänglichkeit ist erleichtert.
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Die wesentlichen Vorteile des Anmeldungsgegenstandes liegen aber wohl
darin, daß über die Hälfte der Heizfläche in einen Röhrenkessel, der als Kesseltrommel
ausgebildet ist, integriert ist, und diese Heizfläche wegen des hohen Wärmeüberganges
sehr effizient ist. Im Gegensatz zur Flossenwandheizfläche wird die gesamte Rohroberfläche
für den Wärmeübergang genutzt. Ungewöhnlich ist auch die problemlose Heizflächenreinigungsmöglichkeit.
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Die Unempfindlichkeit gegenüber großen Lastschwankungen ist auf das
große Wärmespeichervermögen und den großen Trommelwasserinhalt zurückzuführen. Hierdurch
ist auch eine besonders leichte Regelung möglich.
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Als besondere Anwendungsgebiete der neuartigen Dampferzeugerkonzeption
ist eine Dampferzeugung bis zu einer Dampfleistung von ca. 25 Tonnen/Stunde für
den Konzessionsdruck bis 67 bar vorgesehen.
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Der Platzbedarf ist gering; die Investitionskosten können beachtlich
gesenkt werden.
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Durch die vorliegende Konstruktion wird also bei dem bisherigen, auf
Auslegedrücke von etwa 20 bar beschränkten Flammrohr-Rauchrohrkessel der Flammrohrkesselteil
völlig anders ausgebildet, nämlich als eine mit großer Feizfläche bestückte wassergekühlte
Flossenwandkammer liegen der Bauart. Durch Bestampfung der unteren Partien des Feuerraumes
4 soll erreicht werden, daß nicht in einem zu frühen Stadium (unterer Teil der Brennkammer)
eine zu hohe Abkühlung erfolgt, zumal im oberen Teil der mit Wasserrohren ausgekleideten
Kammer ein Brenner und eine Sekundärlufteinblasung vorgesehen ist. Kurz kann man
die vorliegende Konstruktion zurecht als "Wasserrohr-Rauchrohrkessel" bezeichnen.
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Diese Konstruktion kommt auch dem als Ersatzbrennstoff angesprochenen
Müll besonders entgegen, der einen spezifisch höheren Luftbedarf hat, was wiederum
den rauchgasseitigen Druckverlust im früheren Flammrohrkessel auf unzulässige Werte
steigern würde. Die vorgeschaltete Flossenkühlkammer baut wesentlich größer als
der frühereauch in seinen l1eizflächen sehr beschränkte Flammrohrkesslteil.
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Wie bei jedem Flammrohr-Rauchrohrkessel bleibt die eicentliche Ausdampffläche
natürlich das Wasserniveau in der oben liegenden, mit Rauchrohren bestückten Trommel.
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