DE3806044A1 - Feuerraumwand - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wand für einen Feuerraum mit in einem Wasserdampfkreislauf eines Dampferzeugers eingeschalteten Rohren und einer zu diesen feuerraumseitig angeordneten feuerfesten keramischen Ausmauerung.

Der Begriff Feuerraum umfaßt hier sämtliche Arten eines Raumes für einen exotherm ablaufenden Brennstoffumsatz, so z.B. auch eine Brennkammer, einen Verbrennungsraum für Öfen, eine Reaktionskammer für Gaserzeuger, usw.

Eine derartige Wand, wie sie beispielsweise für Schmelzfeuerungen verwendet wird, ist aus R. Dolezal, "Schmelzfeuerungen", VEB-Verlag Technik Berlin 1954, Kapitel 4.3 Feuerraumwände, insbesondere S. 115 ff. bekannt. Eine feuerraumseitig angeordnete Ausmauerung, die entweder aus Formsteinen oder aus einer eingestampften Masse hergestellt wird, hat die Aufgabe, einen genügend feuerfesten und auch gasdichten Übergang zwischen dem Feuerraum und den in den Wasserdampfkreislauf eingebundenen Rohren zu bilden.

Aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen den Rohren und der Ausmauerung entstehen in der Ausmauerung Risse, Spalte und dgl., in die in der Feuerung gebildetes Gas mit oxidierender oder reduzierender Eigenschaft eindringt und auf hinter der Oberfläche der Ausmauerung liegende Wandteile je nach deren stofflichen Zusammensetzung korrosiv bzw. zerstörend einwirkt, wodurch im Laufe des Feuerungsbetriebes die Festigkeit und Funktionstüchtigkeit der Wandteile zunehmend beeinträchtigt und gefährdet wird. Eine Beeinträchtigung oder Gefährdung kann auch durch prozeßbedingte Vorgänge, beispielsweise durch Diffusion des Gases durch die Poren, insbesondere durch die offenen Poren der Ausmauerung, gegeben sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Feuerraumwand so zu verbessern, daß für nahezu alle Wandteile, insbesondere für die in den Wasserdampfkreislauf eingebundenen Rohre, Schutz vor korrosiven bzw. zerstörend wirkenden, oxidierenden oder reduzierenden Gasen aus der Feuerung gegeben ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Ausmauerung eine Einrichtung für eine Zufuhr eines Gases angeordnet ist.

Mit der Anordnung einer Gaszufuhreinrichtung soll erreicht werden, daß alle durch aus dem Feuerraum stammenden Gase gefährdenden Wandteile durch Beströmung mit einem Gas von den Feuerraumgasen geschützt wird, das nicht die zerstörend wirkenden Eigenschaften des aus dem Feuerraum stammenden Gases aufweist. Der Schutz wird dadurch erreicht, daß der Druck eines eingebrachten Gases an den zu schützenden Wandteilen stets größer als jener des im Feuerraum befindlichen Gases ist, wodurch letzteres stets von den gefährdeten Wandteilen ferngehalten wird.

Hinsichtlich der Anordnung einer Gaszufuhreinrichtung ist es zweckmäßig, wenn in der Ausmauerung parallel und nahe der Oberfläche eines jeden Rohres mindestens ein poröses Gaszuführrohr angeordnet ist.

Die Verwendung von porösen Gaszuführrohren bieten sich aus fertigungstechnischen Gründen insbesondere beim Einsatz einer Stampfmasse als Ausmauerung an, in die schon beim Aufbringen der Masse auf die Rohre in einfacher Weise die porösen Gaszuführrohre an den vorgesehenen Stellen eingebettet werden. Hierbei können die Gaszuführrohre einzeln an einen Verteilerkanal angeschlossen sein; sie können aber auch nacheinandergeschaltet zu einem einzigen oder zu einigen wenigen Zuführrohren verbunden und jeweils aus einem Verteilerkanal versorgt werden. Die Rohrwand eines porösen Gaszuführrohres kann entsprechend der Porosität der Zuführrohre hinsichtlich der Wandstärke angepaßt sein und im Extremfall eine Stärke haben, durch die das Rohr im Querschnitt einem porösen Rundstab ähnelt. Das Gas, mit dem die gefährdeten Wandteile geschützt werden sollen, strömt aus einem Verteilerrohr in die vorgesehene Anzahl an porösen Gaszuführrohren ein, diffundiert durch deren Wand in die die Zuführrohre umgebende poröse Stampfmasse bis hin zu den zu schützenden, in den Wasserdampfkreislauf eingebundenen Rohren. Aufgrund des Umstandes, daß zwischen den Rohren und der Ausmauerung aufgrund deren unterschiedlichen Wärmeausdehnungen meist ein Spalt von geringer Ausdehnung vorliegt, vermag das herandiffundierte Gas in diesem, d.h. zwischen den Oberflächen von Rohr und Ausmauerung entlang zu strömen und so zerstörend wirkende Gasanteile aus der Feuerung fernzuhalten.

Andererseits kann es auch zweckmäßig sein, wenn in der Ausmauerung parallel und nahe der Oberfläche eines jeden Rohres mindestens ein Gaszuführkanal angeordnet ist.

Die Möglichkeit der Gaszufuhr über Kanäle besteht sowohl bei der Verwendung von keramischen Formsteinen wie auch bei Stampfmassen. So wird in beiden Fällen schon bei der Fertigung ein entsprechend geformter stabförmiger Stoff, beispielsweise aus Wachs, Kunststoff usw., eingebettet, der nach dem Trocknen und anschließendem Feuerungsbetrieb aufgrund erhöhter Temperaturen verdampft und/oder sich zersetzt und in der Ausmauerung einen mit einem Gas beschickbaren Leitungskanal bildet. Die Leitungskanäle können hierbei gleichfalls einzeln oder zu einem einzigen oder mehreren Zuführkanälen verbunden in der Ausmauerung angeordnet sein. Sie sind dementsprechend mit einem Verteilerrohr verbunden, über das dann ein Gas bis in die Kanäle eingeführt wird, von dem es aus durch die poröse Ausmauerung bis zu den zu schützenden Rohren diffundiert. Durch die anschließende Beströmung der Rohroberflächen werden wie im Falle des Einsatzes von porösen Gaszuführrohren zerstörend wirkende und aus dem Feuerraum stammende Gasanteile ferngehalten.

Alternativ ist es ferner zweckmäßig, wenn die Gaszuführeinrichtung in Form mindestens eines Kanals oder mindestens eines porösen Rohres in der Ausmauerung horizontal und in Form eines den Feuerraum umfassenden Ringes angeordnet ist.

Eine derartige Anordnung ermöglicht nur eine oder wenige Gaseinspeisestellen vorzusehen, die ausreichen, um eine gleichmäßige Gasverteilung über die gesamte Feuerraumwand sicherzustellen.

In allen Fällen ist es auch zweckmäßig, wenn die Gaszuführeinrichtung an den Rohren anliegt.

Eine derartige Anordnung ermöglicht einen aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen den Rohren und der Ausmauerung sich ausbildenden Spalt direkt mit einem für eine Bespülung der Feuerraumwand geeigneten Gas zu versorgen. Dabei ist auch die Möglichkeit gegeben, beispielsweise einen horizontalen, an den Wasser-Dampf durchströmten Rohren anliegenden Gaszuführkanal mit einer parallel und nahe der Oberfläche eines jeden Rohres liegende Gaszuführeinrichtung zu kombinieren, um so auf einfache Weise die Anzahl der erforderlichen Gaseinspeisestellen wie auch von Verbindungsstellen zwischen einer in der Ausmauerung angeordneten Gaszuführeinrichtung und einem außerhalb der Ausmauerung befindlichen Verteilerkanal oder Verteilereinrichtung gering zu halten.

Bei einer aus einer Stampfmasse oder aus Formsteinen gebildeten Ausmauerung läßt es sich nicht vermeiden, daß Gasverluste in Richtung des Feuerraumes auftreten, sofern dies nicht durch eine aufgrund hoher Feuerraumtemperaturen hervorgerufende Verschmelzung der feuerraumseitigen Ausmauerungsoberfläche verhindert wird.

Um einen möglichen Gasverlust weitestgehend zu verhindern, kann es zweckmäßig sein, wenn die Ausmauerung mindestens zweischichtig aus unterschiedlich porösen keramischen Massen besteht und wenn die Gaszuführeinrichtung aufnehmende Ausmauerungsschicht gegenüber der feuerraumseitig liegenden Ausmauerungsschicht eine größere Porösität aufweist.

Durch den schichtweisen Aufbau einer keramischen Ausmauerung läßt sich in vorteilhafter Weise das durch poröse Gaszuführrohre oder durch Gaszuführkanäle eingebrachte Gas in Richtung des zu schützenden Rohres führen.

Um auch auf der Seite der in den Wasserdampfkreislauf eines Dampferzeugers eingebundenen Rohre eine Art Gassperre vorzusehen ist es zweckmäßig, wenn die Rohre gasdicht zu einer Wandfläche verschweißte Flossenrohre sind. Durch den Einsatz von Flossenrohren läßt sich ein homogener und gleichmäßig starker Wandaufbau erzielen, wodurch die Standzeit der Auskleidung erhöht wird.

Mit dem eingebrachten Gas sollen von den beströmten Wandteilen insbesondere von den in den Wasserdampfkreislauf eines Dampferzeugers eingebundenen Rohren störend wirkende oxidierende oder reduzierende bzw. im allgemeinen Korrosion verursachende, aggressive Gasbestandteile ferngehalten werden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn das über die Gaszuführeinrichtung eingebrachte Gas ein Teilstrom der dem Feuerraum zugeführten Verbrennungsluft ist.

Um in besonderen Betriebsfällen ausreichend Schutz für diese Wandmaterialien sicherzustellen ist es zweckmäßig, wenn das zur Wandspülung zugeführte Gas ein Inertgas ist.

Als Inertgas kann beispielsweise Stickstoff oder bei entsprechenden Temperaturen auch Kohlendioxid eingesetzt werden. Da die vom Gas gewählten Strömungswege, beispielsweise der Spalt zwischen der Ausmauerung und den Rohren, klein sind, ist die benötigte Gasmenge relativ sehr gering.

In Anbetracht des Umstandes, daß auch Verbrennungsprozesse zur Steuerung der umweltbelasteten Stickoxidbildung sowohl unter reduzierenden wie auch oxidierenden Prozeßbedingungen geführt werden müssen und Feuerraumwände dieser Verbrennungsprozesse stark belastet sind, ist es besonders zweckmäßig, wenn diese Feuerraumwand an einer Wirbelschichtbrennkammer eingesetzt ist. Für den Fall, daß der durch Wärmeausdehnungen gebildete Spalt aufgrund von Erosion an der Ausmauerung durch lose Teilchen der Ausmauerung verlegt wird, ist es zweckmäßig, wenn zwischen den Rohren und der Ausmauerung eine unter erhöhten Temperaturen vergasende und/oder verdampfende Stoffschicht angeordnet ist.

Durch eine derartige Anordnung einer Stoffschicht läßt sich der zur Spülung insbesondere der Rohroberfläche benutzte Spalt so vergrößern, daß auch nach einer längeren Betriebszeit eine ausreichende Belüftung der Feuerraumwand über die vorgesehene Wandfläche sichergestellt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Querschnitte durch eine Feuerraumwand mit durch Rundstahl miteinander verbundenen, in einen Wasserdampfkreislauf eines Dampferzeugers eingebundenen Rohren und mit in der Ausmauerung angeordneten porösen Gaszuführrohren,

Fig. 2 eine Aufsicht einer ähnlich der in Fig. 1 dargestellten, gleichermaßen aufgebauten Feuerraumwand mit zu einem einzigen Rohr verbundenen porösen Gaszufuhrrohren,

Fig. 3 eine Aufsicht einer ähnlich der in Fig. 1 dargestellten, gleichermaßen aufgebauten Feuerraumwand mit zu einigen wenigen Rohren verbundenen porösen Gaszufuhrrohren,

Fig. 4 eine Ansicht eines Querschnittes durch eine Feuerraumwand mit eine Flossenrohrwand bildenden Rohre und mit in der Ausmauerung angeordneten Gaszuführkanälen,

Fig. 5 eine Ansicht eines Querschnittes der in Fig. 4 dargestellten Feuerraumwand mit einer horizontal angeordneten Gaszuführeinrichtung,

Fig. 6 eine Aufsicht der in Fig. 4 dargestellten Feuerraumwand mit einem horizontal angeordneten Teil und einem parallel und nahe der Oberfläche von Wasser-Dampf durchströmten Rohren befindlichen Teil einer Gaszuführeinrichtung und

Fig. 7 eine Ansicht eines Querschnittes durch eine Feuerraumwand, deren Ausmauerung mindestens zweischichtig aus unterschiedlich porösen keramischen Massen besteht.

Gemäß Fig. 1 sind in einer Feuerraumwand in einen nicht gezeigten Wasserdampfkreislauf eines Dampferzeugers eingebundene Rohre 1 mittels Rundstäben 2 zu einer Rohrwand gasdicht verschweißt. Auf der Seite des Feueraumes 3 ist eine aus einer Stampfmasse oder aus Formsteinen gebildete Ausmauerung 4 aufgebracht, in die parallel und nahe der Oberfläche eines jeden Rohres 1 mindestens ein poröses Gaszuführrohr 5 als Gaszuführeinrichtung angeordnet ist. Über diese Gaszuführrohre 5 wird aus einem nicht dargestellten Verteilerkanal Gas herangeführt, das durch die Wand eines jeden Gaszuführrohres 5 in die umgebende poröse Ausmauerung 4 bis zu einem zwischen den Rohren 1 und der Ausmauerung 4 gebildeten Spalt 6 diffundiert. In diesem Spalt 6 vermag das herandiffundierte Gas die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Rohre und der Ausmauerung über die vorgesehene Flächenausdehnung der Feuerraumwand zu bespülen und gleichzeitig auch zu kühlen.

In der in Fig. 2 dargestellten Feuerraumwand mit Wasser-Dampf durchströmten und mittels Rundstäben 12 verschweißten Rohren 11 und einer Ausmauerung 14 sind parallel und nahe der Oberfläche der Rohre 12 angeordnete Zuführrohre 15 zu einem einzigen Rohr verbunden, in das nur an einer einzigen Eingabestelle 17 Gas zur Wandbespülung eingebracht wird.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 nach der die Feuerraumwand im Aufbau mit denen der Fig. 1 und 2 übereinstimmt, besteht auch die Möglichkeit, Rohre 25 zu einigen wenigen Rohren miteinander zu verbinden, von denen jedes Rohr 25 a, 25 b jeweils eine Eingabestelle 27 a, 27 b aus einem nicht dargestellten Verteilerkanel für das Gas aufweist.

Eine andere Ausführungsform einer mit einer Gaszuführeinrichtung versehenen Ausmauerung zeigt Fig. 4. In diesem Falle sind in einen Wasserdampfkreislauf eingebundene Rohre 31 durch Stege 32 zu einer Flossenrohrwand gasdicht verschweißt, auf der auf der Seite eines Feuerraumes 33 eine Ausmauerung 34 aufgebracht ist. Diese Ausmauerung enthält - alternativ zu den in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen - parallel und nahe der Oberfläche eines jeden Rohres 31 mindestens einen Gaszuführkanal 35. Das Gas strömt aus einem Verteilerkanal 37 kommend direkt in die poröse Ausmauerung 34 und bis zu einem zwischen der Flossenrohrwand 31, 32 und der Ausmauerung 34 gebildeten Spalt 36, wo es durch Bespülung unerwünschte aus dem Feuerraum stammende und durch Risse und Spalte eingedrungene Gasbestandteile von den Oberflächen der angrenzenden Wandteile, insbesondere von der Flossenrohrwand, fernhält.

Auch bei dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau der Feuerraumwand besteht die Möglichkeit, Gaszuführkanäle analog der in den Fig. 2 und 3 ausgeführten Weise zu einem einzigen oder einigen wenigen Kanälen zu verbinden.

Nach Fig. 5 befindet sich in einer Feuerraumwand aus einer Flossenrohrwand 41, 42 und einer einem Feuerraum 43 zugewandten Ausmauerung 44 ähnlichen Aufbaus wie in Fig. 4 dargestellt, eine Gaszuführeinrichtung in Form mindestens eines horizontal angeordneten Gaszuführkanals 45, der an der Flossenrohrwand 41, 42 anliegt und den Feuerraum 43 in einer nicht gezeigten Weise ringförmig umfaßt. Der Gaszuführkanal 45 kann alternativ zu der in Fig. 4 gezeigten Weise auch derart an der Flossenrohrwand 41, 42 anliegen, daß er sich an deren Oberfläche anschmiegt. Hierbei strömt ein über den Gaszuführkanal 45 zugeführtes Gas in einen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnung gebildeten Spalt 46 zur Spülung der in Betracht kommenden Wandteile. Entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 5 kommen auch Ausführungen in Betracht, bei denen die Gaszuführeinrichtung entsprechend der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Form direkt an den Wasser-Dampf führenden Rohren anliegt.

Nach der in Fig. 6 dargestellter Möglichkeit ist in einer aus Flossenrohren 51, 52 und einer Ausmauerung 54 bestehenden Wand eines Feuerraumes 53 eine Gaszuführeinrichtung 55 angeordnet, die entweder in Rohren oder Kanälen sowohl horizontal und ringförmig um den Feuerraum 53, an den Flossenrohren 51, 52 anliegend wie auch in der Ausmauerung 54 parallel und nahe der Oberfläche der im wesentlichen vertikalen Flossenrohre 51 angeordnet miteinander verbunden sind. Dabei übernimmt der horizontal angeordnete Einrichtungsteil 55 a die Funktion einer Gasverteileinrichtung für den parallel zu den Wasser-Dampf durchströmten Rohren angeordneten Einrichtungsteil 55 b, so daß ein zum Spülen eingesetztes Gas aus dem Teil 55 a der Gaszuführeinrichtung direkt in einen an der Flossenrohrwand 51 befindlichen Spalt 56 und über den Teil 55 b der Gaszuführeinrichtung durch Wanddiffusion zu dem Spalt 56 strömt.

Fig. 7 zeigt eine Feuerraumwand mit einer Flossenrohrwand 61, auf der auf der Seite eines Feuerraumes 62 eine mindestens zweischichtige Ausmauerung 63, 64 aufgebracht ist. Diese Ausmauerung ist so ausgeführt, daß die die Gaszuführeinrichtung aufnehmende Ausmauerungsschicht 63 gegenüber der feuerraumseitig liegenden Ausmauerungsschicht 64 eine größere Porosität aufweist, in der parallel und nahe der Oberfläche der Rohre der Flossenrohrwand 61 Gaszuführkanäle 65 als Gaszuführeinrichtung angeordnet sind, aus denen das Spülgas in die den Kanal umgebende Ausmauerungsschicht 63 diffundiert. Da die dem Feuerraum 62 zugewandte Ausmauerungsschicht 64 eine geringere Porosität aufweist und damit quasi eine Sperrwirkung auf die Gasströmung innerhalb der Ausmauerung ausübt, wodurch eine bessere Flächenbespülung des Mauerwerks bewirkt wird, strömt ein Großteil des diffundierenden Gases in Richtung eines zwischen der Flossenrohrwand 61 und der Ausmauerungsschicht 63 gebildeten Spaltes 66, über den - wie in den vorgenannten Fällen - insbesondere die Rohroberfläche beströmt wird.

Es besteht auch die Möglichkeit, anstelle der Gaszuführkanäle 65 in dieser Schicht 63 der Ausmauerung poröse Gaszuführrohre als Gaszuführeinrichtung einzusetzen.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht die Möglichkeit, zwischen den Wasser-Dampf durchströmten Rohren 1; 11; 21; 31; 41; 51; 61 und einer Ausmauerung 4; 14; 24; 34; 44; 54; 63 eine unter erhöhten Temperaturen verdampfende und/oder sich zersetzende Stoffschicht, beispielsweise aus Wachs, Kunststoff usw., von bestimmter Schichtdicke anzuordnen, wodurch sich ein aufgrund von Wärmeausdehnung sich bildender Spalt 6; 16; 26; 36; 46; 56; 66 verstärken läßt.

Claims (11)

1. Wand für einen Feuerraum mit in einem Wasserdampfkreislauf eines Dampferzeugers eingeschalteten Rohren und einer zu diesen feuerraumseitig angeordneten feuerfesten keramischen Ausmauerung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Ausmauerung (4; 14; 24; 34; 44; 54; 63) eine Einrichtung (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65) für eine Zufuhr eines Gases angeordnet ist.

2. Wand nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Ausmauerung (4; 14; 24) parallel und nahe der Oberfläche eines jeden Rohres (1; 11; 21) mindestens ein poröses Gaszuführrohr (5; 15; 25) angeordnet ist.

3. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Ausmauerung (34; 63) parallel und nahe der Oberfläche eines jeden Rohres (31, 61) mindestens ein Gaszuführkanal (35, 65) angeordnet ist.

4. Wand nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gaszuführeinrichtung (45) in Form mindestens eines Kanals oder mindestens eines porösen Rohres in der Ausmauerung (44) horizontal und in Form eines den Feuerraum (43) umfassenden Ringes angeordnet ist.

5. Wand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführeinrichtung (5; 15; 25; 35; 45;) an den Rohren (1; 11; 21; 31; 41) anliegt.

6. Wand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmauerung mindestens zweischichtig (63, 64) aus unterschiedlich porösen keramischen Massen besteht, und daß die die Gaszuführeinrichtung (65) aufnehmende Ausmauerungsschicht (63) gegenüber der feuerraumseitig liegenden Ausmauerungsschicht (64) eine größere Porösität aufweist.

7. Wand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (31, 41, 51, 61) gasdicht zu einer Wandfläche verschweißte Flossenrohre sind.

8. Wand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Gaszuführeinrichtung (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65) eingebrachte Gas ein Teilstrom der dem Feuerraum zugeführten Verbrennungsluft ist.

9. Wand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das über die Gaszuführeinrichtung (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65) eingebrachte Gas ein Inertgas ist.

10. Wand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese an einer Wirbelschichtbrennkammer eingesetzt ist.

11. Wand nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rohren und der Ausmauerung eine unter erhöhten Temperaturen verdampfende und/oder sich zersetzende Stoffschicht angeordnet ist.