DE3921076C1

DE3921076C1 -

Info

Publication number: DE3921076C1
Application number: DE3921076A
Authority: DE
Inventors: Hans 4000 Duesseldorf De Breucker; Walter 5012 Koenigshoven De Kessel
Original assignee: Vereinigte Kesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock Werke Energie und Umwelttechnik AG
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1989-06-28
Publication date: 1991-02-07
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: EP0405087A1; EP0405087B1; DE59001540D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampfkessel gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruches 1.The invention relates to a steam boiler according to the Oberbe handle of claim 1.

Die bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entste henden Stickstoffoxide (NO_x) sind gesundheitsschädlich. Ihre Emission soll daher soweit wie möglich reduziert werden.The nitrogen oxides (NO _x ) generated during the combustion of fossil fuels are harmful to health. Your emissions should therefore be reduced as much as possible.

Die beiden größten NO_x-Quellen sind thermisches NO_x und Brennstoff-NO_x. Maßnahmen zur Reduzierung der NO_x-Bildung beim Verbrennungsprozeß sind:The two largest sources of NO _x are thermal NO _x and fuel NO _x . Measures to reduce NO _x formation in the combustion process are:

- lowering the combustion temperature and
- Generation of oxygen deficiency during combustion.

Realisiert werden diese Maßnahmen z.B. durchThese measures are implemented e.g. by

- use of low-NO x burners,
- Establishment of upper air (over-fire air, i.e. OFA) and
- So-called In-Furnace-NO x -Reduction (IFNR), whereby additional fuel is fed behind the main combustion zone.

Bei dem in der (noch nicht veröffentlichten) deutschen Pa tentanmeldung P 38 25 291 beschriebenen Verfahren wird zur Reduzierung des NO_x, insbesondere des thermischen NO_x, das Temperaturprofil im Feuerraum durch Beeinflussung des Ver brennungsprozesses durch stufenweise Zufuhr von Brennstoff und/oder Rauchgas in der Hauptverbrennungszone geglättet.In the method described in the (not yet published) German patent application P 38 25 291, the temperature profile in the combustion chamber is reduced by influencing the combustion process by gradually supplying fuel and / or flue gas to reduce the NO _x , in particular the thermal NO _x the main combustion zone smoothed.

Diesen NO_x-senkenden Maßnahmen sind jedoch dann Grenzen ge setzt, wenn Zünd- und Grundstabilität der Flamme sowie der vollständige Ausbrand nicht mehr gewährleistet werden kann. Daher ist es möglich, daß trotz Ausschöpfung aller unter Sicherung der Verbrennung möglichen Maßnahmen, die maxima len Temperaturen noch so hoch sind, daß eine beträchtliche NO_x-Bildung stattfindet. Dies ist besonders bei schwer ent flamm- und brennbaren Brennstoffen, wie z.B. bei Schwerölen oder ballaststoffreichen Kohlen, der Fall.However, these NO _x- lowering measures are subject to limits if the ignition and basic stability of the flame and the complete burnout can no longer be guaranteed. It is therefore possible that, despite exhausting all measures possible while ensuring the combustion, the maximum temperatures are still so high that considerable NO _x formation takes place. This is particularly the case with flame-retardant and combustible fuels, such as heavy oils or fiber-rich coals.

Neben den NO_x-mindernden Maßnahmen, die den Verbrennungs prozeß durch Variieren der Luft-, Brennstoff- und Rauchgas zufuhr beeinflussen, ist zur Absenkung der Temperatur im Feuerraum der Einbau von Mittelwänden denkbar. Derartige Mittelwände sind in geschlossener und offener Bauweise be kannt. Sie teilen einen Feuerraum auf und dienen vornehm lich dazu, die Kesselhöhe zu reduzieren.In addition to the NO _x reducing measures that influence the combustion process by varying the air, fuel and flue gas supply, the installation of central walls is conceivable for lowering the temperature in the combustion chamber. Such middle walls are known to be closed and open design. They divide up a combustion chamber and primarily serve to reduce the boiler height.

Auch bei den Mittelwänden, die einen Druckausgleich im Rauchgas ermöglichen, findet kein Temperaturausgleich statt, so daß sich unerwünschte Temperaturunterschiede im geteilten Feuerraum einstellen können. Außerdem sind sie in der Heizflächengröße durch die Kesselbreite festgelegt und daher zur gezielten Temperaturabsenkung wenig anpassungsfä hig. Insbesondere wird durch Mittelwände die Temperatur in vertikaler Richtung gleichmäßig abgesenkt, obwohl nur im Bereich des Temperaturmaximums eine Temperaturabsenkung sinnvoll ist. Even with the middle walls, which have a pressure equalization in the Allow flue gas to find no temperature compensation instead, so that there are undesirable temperature differences in the can split the combustion chamber. They are also in the heating surface size is determined by the boiler width and therefore little adaptable for targeted temperature reduction hig. In particular, the temperature in evenly lowered in the vertical direction, although only in Range of the temperature maximum a temperature drop makes sense.

Aus der DE-OS 35 14 974 ist ein Dampferzeuger mit einer sog. zirkulierenden Feuerung durch Ascherückführung und einer trockenen Rauchgasentschwefelung durch Zufuhr von Kalkstaub oberhalb der Brenner bekannt. Dabei wird die maximale Flammentemperatur durch eine oberhalb der Brenner angeordnete Tauchheizfläche und durch rezirkuliertes Rauch gas auf einen Wert unter 950°C gehalten. Diese starke Tem peraturabsenkung dient in erster Linie der Sicherung der trockenen Rauchgasentschwefelung und der Ermöglichung der Ascherückführung. Sie führt aber auch als Folge der niedri gen Temperatur dazu, daß die NO_x-Bildung in engen Grenzen gehalten wird.From DE-OS 35 14 974 a steam generator with a so-called. Circulating firing by ash recirculation and a dry flue gas desulfurization by supplying lime dust above the burners is known. The maximum flame temperature is kept below 950 ° C by an immersion heating surface located above the burner and by recirculated flue gas. This strong temperature reduction primarily serves to secure dry flue gas desulfurization and to enable ash return. However, it also leads to the fact that the NO _x formation is kept within narrow limits as a result of the low temperature.

Durch die o.g. Maßnahmen zur Absenkung der maximalen Flam mentemperatur wird die Rauchgastemperatur in den anderen Bereichen, wie am Feuerraumboden oder an den Feuerraumwän den noch weiter erniedrigt. Dies führt zu großen Ausbrand schwierigkeiten, denen in diesem Fall durch Ascherück führung begegnet wird. Diese Maßnahmen, insbesondere die Tauchheizfläche oberhalb der Brenner, sind daher nicht ge eignet, die NO_x-Bildung effektiv zu reduzieren.The above-mentioned measures to lower the maximum flame temperature reduce the flue gas temperature even further in other areas, such as the floor of the combustion chamber or the walls of the combustion chamber. This leads to major burnout difficulties, which in this case are countered by ash recycling. These measures, in particular the immersion heating surface above the burner, are therefore not suitable for effectively reducing the NO _x formation.

Eine geringe NO_x-Bildung durch niedrige Verbrennungstempe raturen findet man auch bei Wirbelschichtreaktoren mit zir kulierender Wirbelschicht, wie z.B. in der DE-PS 25 39 546 beschrieben. Dabei ist der Wirbelschichtreaktor zur Abfüh rung von Verbrennungswärme mit Kühlflächen ausgerüstet. Eine zirkulierende Wirbelschicht, die im gesamten Zirkula tionssystem bei einer Temperatur von 850°C arbeitet, unterscheidet sich jedoch grundlegend von einer Brenner feuerung. A low NO _x formation due to low combustion temperatures can also be found in fluidized bed reactors with circulating fluidized bed, as described, for example, in DE-PS 25 39 546. The fluidized bed reactor is equipped with cooling surfaces to remove combustion heat. However, a circulating fluidized bed that works at a temperature of 850 ° C in the entire circulation system differs fundamentally from a burner combustion.

In der DE-OS 25 27 482 ist der Einbau von Zwischenwandele menten im Feuerraum mit Brennerfeuerung als temperatursen kende Maßnahme zur NO_x-Reduktion beschrieben. Bei diesem gattungsbildenden Dampfkessel ragen schmale Wandstreifen, die sich zwischen je zwei benachbarten Brennerreihen be finden, von der Umfassungswand in den Feuerraum hinein. Derartige Wandstreifen sind im Betrieb der Rauchgasströmung ausgesetzt und erfordern wegen der nur einseitigen Befesti gungsmöglichkeit einen hohen Versteifungsaufwand. Da bei heute üblichem Betrieb einer Feuerungsanlage mit NO_x-armen Brennern das Temperaturprofil des Rauchgases in waagerech ter Richtung ebenfalls in der Mitte ein Maximum aufweist und zu den Umfassungswänden hin abfällt, verstärken solche schmalen Wandstreifen den Unterschied zwischen maximaler und minimaler Rauchgastemperatur. Die NO_x-Emission kann durch sie nicht wirksam gesenkt werden.In DE-OS 25 27 482 the installation of Zwischenwandele elements in the combustion chamber with burner firing is described as a temperature-reducing measure for NO _x reduction. In this generic steam boiler, narrow strips of wall, which are located between two adjacent rows of burners, protrude from the surrounding wall into the combustion chamber. Such wall strips are exposed to the flue gas flow during operation and require a high stiffening effort because of the only one-sided fastening possibility. Since in normal operation of a combustion system with low-NO _x burners, the temperature profile of the flue gas in the horizontal direction also has a maximum in the middle and drops towards the surrounding walls, such narrow wall strips reinforce the difference between the maximum and minimum flue gas temperatures. It cannot effectively reduce the NO _x emission.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Bildung von NO_x im Feuer raum eines Dampfkessels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch den Einbau von Heizflächen zu reduzieren. Die Auf gabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst.The object of the invention is to reduce the formation of NO _x in the fire space of a steam boiler according to the preamble of claim 1 by installing heating surfaces. The task is solved by the characterizing features of patent claim 1.

Im Gegensatz zu den Wandstreifen bewirkt das Rohrband, das sich in einer senkrechten Mittelebene zwischen Brennerwand und Rückwand erstreckt und zwischen unterster Brennerebene und um einen Brennerebenenabstand oberhalb der obersten Brennerebene angeordnet ist, eine gezielte Absenkung der Rauchgastemperatur im Bereich des Temperaturmaximums in der Mitte des Feuerraums. Es findet nur eine sehr geringe Tem peraturabsenkung in den Bereichen niedriger Rauchgastempe ratur, wie in der Nähe der Feuerraumwände, des Feuerraumbo dens, und oberhalb der Brennerebenen, statt. Dadurch wird die Bildung von NO_x effektiv reduziert. Dies gilt insbeson dere für die Bildung von thermischem NO_x, dessen Bildungs rate bei höheren Temperaturen überproportional mit der Temperatur steigt.In contrast to the wall strips, the pipe band, which extends in a vertical central plane between the burner wall and the rear wall and is arranged between the lowest burner level and a burner level distance above the uppermost burner level, brings about a targeted lowering of the flue gas temperature in the area of the maximum temperature in the middle of the combustion chamber. There is only a very low temperature drop in the areas of low flue gas temperatures, such as in the vicinity of the combustion chamber walls, the combustion chamber floor, and above the burner levels. This effectively reduces the formation of NO _x . This applies in particular to the formation of thermal NO _x , the formation rate of which increases disproportionately with temperature at higher temperatures.

Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme zur Reduzierung der NO_x-Emission ist, daß sie sowohl zum Nachrüsten alter Kes sel als auch für neue Kessel geeignet ist. Das Feuerraum band kann als einzige NO_x-mindernde Maßnahme oder auch zu sätzlich zu den bekannten Maßnahmen (z.B. OFA, IFNR) einge setzt werden. Dabei ist speziell bei Altanlagen von Vor teil, daß aus Gründen der Wärmebilanz durch die zusätz lichen Heizflächen im Feuerraum, eine Rauchgasrückführung erst ermöglicht wird oder die bereits vorhandene rezirku lierte Rauchgasmenge vergrößert werden kann.Another advantage of this measure to reduce NO _x emissions is that it is suitable both for retrofitting old boilers and for new boilers. The firebox band can be used as the only NO _x reducing measure or in addition to the known measures (eg OFA, IFNR). It is especially in the case of old systems that part of the fact that for reasons of heat balance through the additional heating surfaces in the combustion chamber, a flue gas recirculation is only possible or the already existing recirculated flue gas quantity can be increased.

Besonders vorteilhaft ist der Einbau des Rohrbandes bei Kesseln, die mit schwer entflamm- und brennbaren Brennstof fen, wie z.B. schwerem Heizöl, betrieben werden, weil bei diesen Kesseln die bisher bekannten NO_x-mindernden Maßnah men die NO_x-Emission nicht weit genug reduzieren können.The installation of the pipe band is particularly advantageous for boilers that are operated with flame-retardant and combustible fuels, such as heavy heating oil, because with these boilers the previously known NO _x -minimizing measures do not reduce the NO _x emission sufficiently can.

Das Merkmal des Anspruchs 2 ist besonders vorteilhaft für Kessel, die bereits mit einer Rauchgasrückführung versehen sind. Der Bau einer zweiten, parallelen Rauchgasrückführung kann bei laufendem Betrieb durchgeführt werden.The feature of claim 2 is particularly advantageous for Boilers that already have flue gas recirculation are. The construction of a second, parallel flue gas recirculation can be carried out during operation.

Durch Befestigungen des Rohrbandes an Brenner- und Rückwand gemäß des Merkmals des Anspruchs 3 ist eine ausreichende Schwingungssteifigkeit gewährleistet.By attaching the pipe band to the burner and rear wall according to the feature of claim 3 is sufficient Vibration rigidity guaranteed.

Die horizontalen Durchlässe des Merkmals des Anspruchs 4 gewährleisten einen vollständigen Druck- und Temperaturaus gleich, der zu einem störungsfreien und effektiven Betrieb der Feuerung benötigt wird. The horizontal passages of the feature of claim 4 ensure a complete pressure and temperature off same, that to a trouble-free and effective operation the furnace is needed.

Die im Anspruch 5 beschriebene Form und Anordnung des Rohr bandes erhält den Flammenverband und damit die gegenseitige Stützwirkung der Einzelflammen untereinander in horizonta ler Richtung, was besonders beim Zünden der Brenner wichtig ist.The shape and arrangement of the tube described in claim 5 bandes receives the flame association and thus the mutual Supporting effect of the individual flames among themselves in horizonta direction, which is particularly important when lighting the burner is.

Ein weiterer Vorteil des Merkmals des Anspruchs 5 ist, daß die Flammen der neben dem Rohrband angeordneten Brenner sich im wesentlichen in den freien Bereichen, den Durch lässen, des zickzackförmigen Bandes ausbreiten. Dadurch wird eine unmittelbare Flammenberührung der Rohre ausge schlossen.Another advantage of the feature of claim 5 is that the flames of the burners arranged next to the pipe belt essentially in the free areas, the through let the zigzag-shaped ribbon spread out. Thereby direct flame contact of the pipes is created closed.

Die Führung der Zuleitungsrohre durch eine der Feuerraum wände im unteren Drittel des Feuerraumes gemäß Anspruch 6 vereinfacht die Anordnung des Rohrbandes in der Hauptver brennungszone. Dabei ist die Durchführung der Zuleitungs rohre zwischen erster und zweiter Brennerebene besonders günstig, weil i.a. erst ab dieser Höhe im Feuerraum die hohen Temperaturen vorzufinden sind (vgl. Fig. 9) .The leadership of the supply pipes through one of the combustion chamber walls in the lower third of the combustion chamber according to claim 6 simplifies the arrangement of the pipe band in the main combustion zone. It is particularly favorable to carry out the supply pipes between the first and second burner levels, because the high temperatures can only be found in the combustion chamber from this height (see Fig. 9).

Die Führung der Ableitungsrohre durch eine der Feuerraum wände in der oberen Hälfte des Feuerraumes gemäß Anspruch 7 ermöglicht in einfacher Form die Anordnung des Rohrbandes in der Hauptverbrennungszone. Dabei ist die Durchführung der Ableitungsrohre um einen halben bis einen Brennerebe nenabstand oberhalb der obersten Brennerebenen besonders günstig, weil i.a. ab dieser Höhe die Temperaturen im Feuerraum wieder absinken (vgl. Fig. 9).The guidance of the discharge pipes through one of the combustion chamber walls in the upper half of the combustion chamber according to claim 7 allows the arrangement of the pipe band in the main combustion zone in a simple form. It is particularly favorable to carry out the discharge pipes by a half to one burner level spacing above the top burner levels, because the temperatures in the combustion chamber generally drop again from this level (see FIG. 9).

Das Merkmal des Anspruchs 8 ist besonders für Zwangsumlauf- und Zwangsdurchlaufkessel, z.B. Bensonkessel, geeignet. Es ermöglicht eine einfache Anbindung des Rohrbandes in einen vorhandenen Kessel. The feature of claim 8 is particularly for forced circulation and once-through boiler, e.g. Benson kettle, suitable. It enables easy connection of the pipe band into one existing boiler.

Das Merkmal des Anspruchs 9 ist ebenfalls besonders für Zwangsumlauf- und Zwangsdurchlaufkessel geeignet.The feature of claim 9 is also particularly for Forced circulation and once-through boiler suitable.

Die Merkmale der Ansprüche 10 und 11 sind besonders für Naturumlaufkessel geeignet.The features of claims 10 and 11 are particularly for Natural circulation boiler suitable.

Ein Vorteil des Merkmals des Anspruchs 12 ist, daß die Spitzen des Rohrbandes an ihren mittleren Abschnitten ein fach an den Feuerraumwänden befestigt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, daß durch die Abstände zwischen den Rohrbögen Dehnungsspannungen vermieden werden.An advantage of the feature of claim 12 is that the Tips of the pipe band in their middle sections can be attached to the combustion chamber walls. A Another advantage is that the distances between the Elbows can be avoided.

Vorteil des Merkmals des Anspruchs 13 ist, daß die mitt leren Abschnitte einfach gefertigt werden können.Advantage of the feature of claim 13 is that the mitt sections can be easily manufactured.

Die Anordnung der Rohre im mittleren Bereich der Spitzen an der Feuerraumwand gemäß Anspruch 14 ist von Vorteil, weil zusätzliche Heizflächen und damit eine zusätzliche Tempera turabsenkung in der Nähe der Feuerraumwände vermieden werden (vgl. Fig. 10).The arrangement of the tubes in the central region of the tips on the combustion chamber wall according to claim 14 is advantageous because additional heating surfaces and thus an additional temperature reduction in the vicinity of the combustion chamber walls are avoided (see. Fig. 10).

Das Merkmal des Anspruchs 15 beschreibt eine vorteilhafte Ausführung und Befestigung des Bandes für einen Dampfkessel mit vier Brennerebenen und das des Anspruchs 16 für einen Dampfkessel mit drei Brennebenen.The feature of claim 15 describes an advantageous Execution and fastening of the band for a steam boiler with four burner levels and that of claim 16 for one Steam boiler with three firing levels.

Die Zeichnung dient der Erläuterung der Erfindung anhand von Beispielen.The drawing serves to explain the invention based on of examples.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Benson kessels (Beispiel 1) mit einem nachträglich eingebauten, verschweißten Rohrband. In Fig. 2 ist eine entsprechende Draufsicht von oben auf den Feuerraum des Kessels und in Fig. 3 ein vergrößerter Ausschnitt mit Durchführung der Ableitungsrohre des Rohrbandes durch eine Feuerraumwand zu sehen. Ein Schaltschema des Beispiels 1 ist in Fig. 4 dar gestellt. Fig. 1 shows a schematic representation of a Benson boiler (Example 1) with a subsequently installed, welded pipe band. In Fig. 2 a corresponding top view of the firebox of the boiler can be seen and in Fig. 3 an enlarged section with the passage of the pipe of the pipe band through a firebox wall. A circuit diagram of Example 1 is shown in Fig. 4.

Die Fig. 5 bis 8 zeigen zwei Ausführungsbeispiele von Spitzen des Rohrbandes, wobei in den Fig. 5 und 7 fron tale Draufsichten und in den Fig. 6 und 8 entsprechende Querschnitte zu sehen sind. Figs. 5 to 8 show two embodiments of tips of the tubular belt, wherein can be seen in FIGS. 5 and 7 fron tale and plan views in Figs. 6 and 8 corresponding cross-sections.

Die Diagramme der Fig. 9 und 10 stellen Temperaturver läufe des Rauchgases in Abhängigkeit von der Kesselhöhe (Fig. 9) und von der Kesselbreite (Fig. 10) ohne Rohrband (gestrichelte Linie) und mit Rohrband (durchgezogene Linie) dar.The diagrams in FIGS . 9 and 10 show temperature profiles of the flue gas as a function of the boiler height ( FIG. 9) and the boiler width ( FIG. 10) without a pipe band (dashed line) and with a pipe band (solid line).

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Naturum laufkessels (Beispiel 2) mit eingebautem Rohrband, Fig. 12 eine entsprechende Draufsicht auf den Feuerraum und Fig. 13 ein entsprechendes Schaltschema. Fig. 11 shows a schematic representation of a Naturum boiler (Example 2) with built-in pipe band, Fig. 12 shows a corresponding plan view of the combustion chamber and Fig. 13 shows a corresponding circuit diagram.

Example 1 (retrofitted Benson boiler)

In einem Feuerraum 1 eines zweizügigen Bensonkessels sind vier Brennerebenen 2, 3, 4 und 5 senkrecht übereinander an geordnet. Der Abstand der untersten, ersten Brennerebene 2 zum Feuerraumboden 6 beträgt etwa die Hälfte des Brenner ebenenabstandes. Auf ungefähr 70% der Gesamthöhe des Feuerraumes 1, etwa um einen Brennerebenenabstand oberhalb der obersten, vierten Brennerebene 5, befinden sich Luftöff nungen 7. Im Rauchgasraum oberhalb der Luftöffnungen 7, dem oberen Viertel des Feuerraumes 1, ist ein bis zur Feuer raumdecke 8 reichender Wandüberhitzer 9 angeordnet. In a combustion chamber 1 of a two-pass Benson boiler, four burner levels 2 , 3 , 4 and 5 are arranged vertically one above the other. The distance between the lowest, first burner level 2 and the combustion chamber floor 6 is approximately half of the burner level distance. At about 70% of the total height of the combustion chamber 1 , approximately by a burner level distance above the uppermost, fourth burner level 5 , there are air openings 7 . In the flue gas room above the air openings 7 , the upper quarter of the combustion chamber 1 , a wall superheater 9 extending to the fire ceiling 8 is arranged.

Jede der vier Brennerebenen 2 bis 5 ist mit vier waagerecht ausgerichteten Brennern 10 mit Rauchgasrückführungen 11 ausgerüstet. Die vier Brenner 10 einer Ebene sind nebenein ander auf einer Brennerwand 12 angeordnet. Die Brennerwand 12 und eine gegenüberliegende Rückwand 13 bilden im recht eckigen Querschnitt des Feueraumes 1 die längeren Seiten. Die Luftöffnungen 7 befinden sich auf beiden zur Brenner wand 12 senkrechten Seitenwänden 14, 15 des Feuerraumes 1, wobei je drei Luftöffnungen 7 nebeneinander angeordnet sind.Each of the four burner levels 2 to 5 is equipped with four horizontally aligned burners 10 with flue gas recirculation 11 . The four burners 10 of one level are arranged next to each other on a burner wall 12 . The burner wall 12 and an opposite rear wall 13 form the longer sides in the right-angled cross section of the combustion chamber 1 . The air openings 7 are located on both wall 12 perpendicular to the burner side walls 14 , 15 of the combustion chamber 1 , with three air openings 7 being arranged side by side.

In einer senkrecht zu Brennerwand 12 und Rückwand 13 und parallel zu den Seitenwänden 14 und 15 stehenden Mittel ebene des Feuerraumes 1 befindet sich ein Rohrband 16 aus miteinander verschweißten Rohren 17. Das Rohrband 16 ist in einem Bereich, der zwischen erster und zweiter Brennerebene 2, 3 beginnt und zwischen vierter Brennerebene 5 und Luft öffnungen 7 endet, angeordnet und verläuft in senkrechter Richtung zickzackförmig zwischen Rückwand 13 und Brenner wand 12.In a central plane of the combustion chamber 1 that is perpendicular to the burner wall 12 and the rear wall 13 and parallel to the side walls 14 and 15 , there is a tube band 16 made of tubes 17 welded to one another. The tubular band 16 is arranged in an area that begins between the first and second burner levels 2 , 3 and ends between the fourth burner level 5 and air openings 7 , and extends in a vertical direction zigzag between the rear wall 13 and the burner wall 12 .

Es weist vier gerade, zwischen der Brennerwand 12 und der Rückwand 13 verlaufende Abschnitte auf, die durch abge flachte Spitzen 18, 19 und 20 verbunden sind. Die drei Spitzen 18, 19 und 20 sind auf Höhe der drei oberen, d.h. der zweiten, dritten und vierten Brennerebenen 3, 4 und 5 an der Brennerwand und der Rückwand 12, 13 befestigt. Zu leitungsrohre 21, Ableitungsrohre 22 und die mittlere Spitze 19 des Rohrbandes 16 befinden sich auf der Seite der Rückwand 13, die untere und die obere Spitze 18, 20 reichen bis an die Brennerwand 12, die mittlere Spitze 19 bis an die Rückwand 13.It has four straight sections running between the burner wall 12 and the rear wall 13 , which are connected by flattened tips 18 , 19 and 20 . The three tips 18 , 19 and 20 are attached to the burner wall and the rear wall 12 , 13 at the level of the three upper, ie the second, third and fourth burner levels 3 , 4 and 5 . To line pipes 21 , discharge pipes 22 and the middle tip 19 of the tube band 16 are on the side of the rear wall 13 , the lower and the upper tip 18 , 20 extend to the burner wall 12 , the middle tip 19 to the rear wall 13 .

Die Form des Rohrbandes 16 ähnelt, wie Fig. 1 zeigt, zweier um 90° im Uhrzeigersinn gedrehter, übereinanderge setzter V, deren Spitzen abgeflacht sind. Die auf Höhe der zweiten, dritten und vierten Brennerebenen 3, 4, 5 zwischen den geraden Abschnitten des Rohrbandes 16 freibleibenden, horizontalen Durchlässe haben, der Form des Rohrbandes 16 entsprechend, die Form von Dreiecken mit abgeflachten Spitzen, d.h. von Trapezen.The shape of the tubular band 16 is similar to that shown in FIG. 1, two rotated 90 ° clockwise, one above the other, the tips of which are flattened. They have at the level of the second, third and fourth burner levels 3, 4, 5 between the straight portions of the tube band 16 remaining free, horizontal passages, the shape of the tube band 16 in accordance with the shape of triangles with flattened tips, that of trapezoids.

Bis auf die Spitzen 18, 19, 20 des Rohrbandes 16 und die innerhalb des Feuerraums 1 befindlichen Teile der Zulei tungsrohre 21 und der Ableitungsrohre 22 sind die Bereiche des Feuerraums 1 in der Nähe der Brennerwand 12, der Rück wand 13 und der Seitenwände 14, 15 frei von Heizflächen. Ebenso ist der Feurraum 1 zwischen Feuerraumboden 6 und erster Brennerebene 2 frei von Heizflächen.Except for the tips 18 , 19 , 20 of the pipe band 16 and the parts of the supply pipes 21 and the discharge pipes 22 located within the combustion chamber 1 , the areas of the combustion chamber 1 are in the vicinity of the burner wall 12 , the rear wall 13 and the side walls 14 , 15 free of heating surfaces. Likewise, the firebox 1 between the firebox floor 6 and the first burner level 2 is free of heating surfaces.

In jedes Rohr 17 des Rohrbandes 16 mündet ein Zuleitungs rohr 21. Die Zuleitungsrohre zweigen von einem unteren Sammler 23 ab und sind im Wechsel um ein auf der Mitte der Rückwand 13 angebrachtes Zugband 24 herum durch die Rück wand 13 geführt. Zu jedem Rohr 17 gehört ebenfalls ein Ab leitungsrohr 22. Die Ableitungsrohre 22 sind in gleicher Weise wie die Zuleitungsrohre 21 im Wechsel links und rechts um das Zugband 24 herum zu einem oberen Sammler 25 geführt. Diese Durchführungen sind in Fig. 3 dargestellt.In each tube 17 of the tube band 16 opens a supply pipe 21st The supply pipes branch off from a lower header 23 and are alternately around a drawstring 24 attached to the center of the rear wall 13 through the rear wall 13 . Each pipe 17 also includes a pipe 22 from . The discharge pipes 22 are guided in the same way as the supply pipes 21 , alternating left and right around the drawstring 24 to an upper collector 25 . These implementations are shown in Fig. 3.

An die Feuerraumdecke 8 und den Wandüberhitzer 9 schließt sich auf der Seite der Rückwand 13 ein zweiter Rauchgaszug 26 an. Vom zweiten Rauchgaszug 26 zweigt in Bodennähe ein Rauchgaskanal 27 ab, der z.B. über einen Luftvorwärmer zu einer Rauchgasreinigungsanlage führt. Von diesem Rauchgas kanal 27 zweigen wiederum zwei Rauchgasleitungen 28, 29 ab, von denen die zweite nachträglich zusammen mit dem Rohrband 16 installiert wurde. Die Rauchgasleitungen 28, 29 sind mit je einem Gebläse 30, 31 versehen. Die Rauchgasleitung 28 ist mit den Rauchgasrückführungen 11 der Brenner 10 und die Rauchgasleitung 29 mit der Sekundärluft der Brenner 10 ver bunden. A second flue gas duct 26 is connected to the firebox ceiling 8 and the wall superheater 9 on the rear wall 13 side. A flue gas duct 27 branches off from the second flue gas duct 26 near the ground and leads, for example, to a flue gas cleaning system via an air preheater. From this flue gas duct 27 in turn branch off two flue gas lines 28 , 29 , of which the second was subsequently installed together with the pipe band 16 . The flue gas lines 28 , 29 are each provided with a blower 30 , 31 . The flue gas line 28 is connected with the flue gas recirculation 11 of the burner 10 and the flue gas line 29 with the secondary air of the burner 10 .

Im unteren Teil des zweiten Rauchgaszuges 26, etwa auf Höhe der zweiten Brennerebene 3, ist ein Economizer 32 angeord net. Eine vor dem Einbau des Rohrbandes 16 vom Economizer 32 zu einem Verdampfer 33 führende Rohrleitung ist auf einer Höhe oberhalb des unteren Sammlers 23 unterbrochen; ihr vom Economizer 32 wegführender Rohrabschnitt 34 ist über eine Zuleitung 35 mit dem unteren Sammler 23 und ihr zum Verdampfer 33 führender Rohrabschnitt 36 über eine Ab leitung 37 mit dem oberen Sammler 25 des Rohrbandes 16 ver bunden.In the lower part of the second flue gas train 26 , approximately at the level of the second burner level 3 , an economizer 32 is net angeord. A pipeline leading from the economizer 32 to an evaporator 33 before the installation of the tube band 16 is interrupted at a height above the lower header 23 ; her from economizer 32 leading pipe section 34 is connected via a feed line 35 to the lower collector 23 and her leading to the evaporator 33 pipe section 36 via a line 37 from the upper collector 25 of the pipe band 16 a related party.

Durch den Anschluß der Zuleitung 35 an den Economizer 32 und der Ableitung 37 an den Verdampfer 33 ist das Rohrband 16 zwischen Economizer 32 und Verdampfer 33 geschaltet. In Fließrichtung des Wassers bzw. Dampfes sind hinter dem Ver dampfer 33 und Wandüberhitzer 9 Dampfkühler 38 und Über hitzer 39 angeordnet (Fig. 4). Der Economizer 32 ist durch eine Speiseleitung 40 mit einer Speisepumpe 41 verbunden. Eine Einspritzwasserleitung 42 zweigt von der Leitung 40 ab und führt zu den Dampfkühlern 38.By connecting the supply line 35 to the economizer 32 and the discharge line 37 to the evaporator 33 , the tube band 16 is connected between the economizer 32 and the evaporator 33 . In the direction of flow of the water or steam 9 steam cooler 38 and over heater 39 are arranged behind the United steamer 33 and wall superheater 39 ( FIG. 4). The economizer 32 is connected to a feed pump 41 by a feed line 40 . An injection water line 42 branches off from line 40 and leads to steam coolers 38 .

Das Rohrband 16 wird aus fünfzig direkt verschweißten Rohren 17 gebildet, wobei in der Zeichnung nur einige dar gestellt sind (Fig. 5 und 6). Die Rohre 17 bestehen aus warmfestem oder hochwarmfestem Stahl und haben z.B. einen Außendurchmesser von 57 mm und eine Wanddicke von 5,6 mm. Die gesamte Breite des Rohrbandes 16 beträgt etwa 3 m. Im Bereich, in dem das Rohrband 16 angeordnet ist, bedeckt es etwa 40% der Mittelfläche, dementsprechend bleibt etwa 60% der Fläche durch die Durchlässe frei. Dadurch bildet das Rohrband 16 in diesem Bereich etwa 20% der Heizfläche des Feuerraumes 1. The tube band 16 is formed from fifty directly welded tubes 17 , only a few being shown in the drawing ( FIGS. 5 and 6). The tubes 17 consist of heat-resistant or high-temperature steel and have, for example, an outer diameter of 57 mm and a wall thickness of 5.6 mm. The entire width of the tube band 16 is approximately 3 m. In the area in which the tube band 16 is arranged, it covers approximately 40% of the central area, and accordingly approximately 60% of the area remains free through the passages. As a result, the tube band 16 forms approximately 20% of the heating surface of the combustion chamber 1 in this area.

Die abgeflachten Spitzen 18, 19, 20 bestehen jeweils aus drei Abschnitten, einem mittleren Abschnitt 43 und zwei äußere Abschnitte 44. Die Rohre 17 sind im mittleren Ab schnitt 43 gerade, senkrecht nebeneinander angeordnet und über (etwa 10 mm breite) Stege 45 miteinander verschweißt. In den sich oben und unten daran anschließenden äußeren Ab schnitten 44 weisen die Rohre 17 Rohrbögen 46, die mit Ab stand zueinander verlaufen, auf. Im unteren äußeren Ab schnitt 47 der mittleren Spitze 19 weist das Rohrband 16 eine Faltung auf. Die Positionen der Rohre 17 sind so getauscht, daß das im unteren "V" äußere Rohr 48 im oberen "V" innen liegt. Die Rohre 17 sind durch die Faltung alle gleich lang.The flattened tips 18 , 19 , 20 each consist of three sections, a middle section 43 and two outer sections 44 . The tubes 17 are cut in the middle 43 straight, vertically next to each other and welded together (about 10 mm wide) webs 45 . In the adjoining outer and upper sections 44 , the tubes 17 have pipe elbows 46 , which were spaced from each other. In the lower outer section 47 from the middle tip 19 , the tubular tape 16 has a fold. The positions of the tubes 17 are exchanged so that the outer tube 48 in the lower "V" lies in the upper "V" inside. The tubes 17 are all of the same length due to the folding.

In den mittleren Abschnitten 43 der Spitzen 18, 19, 20 ist das Band 16 bei Zwangsumlauf- und Zwangsdurchlaufkesseln über Halteeisen zur Lastübernahme an der Brennerwand 12 und der Rückwand 13 befestigt. (Die Fig. 5 bis 8 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine Befestigung des Rohrbandes 16 durch Vollverschweißung an den Rohrstegen der Naturumlauf kessel; die oben beschriebene Befestigung mit Halteeisen ist nicht dargestellt.)In the middle sections 43 of the tips 18 , 19 , 20 , the belt 16 is fastened to the burner wall 12 and the rear wall 13 in the case of forced-circulation and forced-flow boilers via holding irons for load transfer. ( Figs. 5 to 8 show an embodiment for a fastening of the pipe band 16 by full welding to the pipe webs of the natural circulation boiler; the fastening described above with holding iron is not shown.)

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wurde der Einfluß des Rohrbandes 16 auf den Temperaturverlauf des Rauchgases im Feuerraum 1 in Abhängigkeit von der Kesselhöhe (Fig. 9) und in Abhängigkeit von der Kesselbreite (Fig. 10) mit einem Feuerraum-Zonenmodell berechnet und dargestellt. Der Temperaturverlauf des Rauchgases nach Einbau des Rohrbandes 16 (durchgezogene Linie) zeigt in beiden Betrachtungsebenen eine erhebliche Absenkung der Temperatur im Maximum ver glichen mit dem Temperaturverlauf vor Einbau des Rohrbandes 16 (gestrichelte Linie). To further explain the invention, the influence of the tube band 16 on the temperature profile of the flue gas in the combustion chamber 1 as a function of the boiler height ( FIG. 9) and as a function of the boiler width ( FIG. 10) was calculated and represented using a combustion chamber zone model. The temperature profile of the flue gas after installation of the tube band 16 (solid line) shows a significant reduction in the temperature in the maximum compared to the temperature profile before installation of the tube band 16 (dashed line).

Die Absenkung der Rauchgastemperaturen im Feuerraum wird einerseits durch die zusätzliche Heizfläche des Rohrbandes und andererseits durch Verdopplung der rückgeführten Rauch gasmenge erzielt. Diese Erhöhung der rückgeführten Rauch gasmenge in den Feuerraum 1 dient gleichzeitig dazu, die Wärmebilanz des Kessels, die durch eine vergrößerte Heiz fläche verändert wird, zu regulieren.The lowering of the flue gas temperatures in the combustion chamber is achieved on the one hand by the additional heating surface of the pipe belt and on the other hand by doubling the amount of returned gas. This increase in the returned amount of smoke gas in the combustion chamber 1 also serves to regulate the heat balance of the boiler, which is changed by an enlarged heating surface.

Im Betrieb dieses umgerüsteten, mit schwerem Heizöl bzw. Gas befeuerten Bensonkessels wird durch die zusätzliche Feuerraumheizfläche des Bandes 16 und die Verdopplung der rückgeführten Rauchgasmenge eine NO_x-Reduzierung von 25 bis 35% erreicht.In the operation of this converted Benson boiler, which is fired with heavy heating oil or gas, the additional combustion chamber heating surface of the belt 16 and the doubling of the recirculated flue gas amount achieve a NO _x reduction of 25 to 35%.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rohrbandes 16 (Fig. 7 und 8) unterscheidet sich folgendermaßen von dem oben beschriebenen Rohrband 16:Another exemplary embodiment of the tube band 16 (FIGS . 7 and 8) differs from the tube band 16 described above as follows:

- The tube band 16 consists of forty-five tubes 17 welded via webs 49 . Its width is 3.15 m.
- The tubes 17 are arranged in the middle sections 43 of the tips 18 , 19 , 20 perpendicular to the central plane, ie parallel to the burner wall 12 and the rear wall 13 , side by side. This arrangement of the tubes 17 is more complex. However, it prevents a reduction in temperature in the vicinity of the burner wall 12 and the rear wall 13 , by heating surfaces of the tubular band 16 .

Example 2 (natural circulation boiler)

Der Naturumlaufkessel des Beispiels 2 unterscheidet sich zusätzlich zu den bekannten, grundsätzlichen Unterschieden in folgenden Punkten vom Kessel des Beispiels 1:The natural circulation boiler of example 2 differs in addition to the known, fundamental differences in the following points from the boiler of example 1:

- In the combustion chamber, only three burner levels 2 , 3 , 4 are arranged one above the other, the distance between the first burner level 2 and the combustion chamber floor 6 being approximately one third of the burner level distance.
- The area in which the tube band 16 is arranged, starts between the first and second burner level 2 , 3 and ends by about half a burner level distance above the top, third burner level 4th
- The lower tip 18 and the upper tip 20 of the zigzag-shaped tubular band 16 provided with three tips 18 , 19 , 20 are attached to the rear wall 13 at the level of the second and third burner levels 3 , 4 . The middle tip 19 arranged between the second and third burner levels 3 , 4 and the feed pipes 21 and drain pipes 22 are located on the burner wall 12 side .
- The tube band 16 is connected in parallel with the damper 33 according to FIG. 13. The lower header 23 is connected via the feed line 35 to a down pipe 51 branching off from an evaporator drum 50 and the upper header 25 is closed to the evaporator drum 50 via the lead 37 .
- The tubular band 16 is fastened by welded connections between central sections 43 of the tips 18 , 19 , 20 with which the burner wall 12 and the rear wall 13 (see FIGS. 5 to 8).
- The angle of inclination of the tubes 17 of the tube band 16 in the combustion chamber 1 is at least 10%.

Bei Altanlagen, bei denen die Anordnung der Zuleitungsrohre 21 und der Ableitungsrohre 22, z.B. aus Platzgründen, weder durch die Rückwand 13 noch durch die Brennerwand 12 möglich ist, werden (nicht dargestellt) die Zuleitungsrohre 21 durch den Feuerraumboden 6 und die Ableitungsrohre 22 durch die Feuerraumdecke 8 geführt.In old systems, in which the arrangement of the supply pipes 21 and the discharge pipes 22 , for example for reasons of space, is neither possible through the rear wall 13 nor through the burner wall 12 , the supply pipes 21 are (not shown) through the combustion chamber floor 6 and the discharge pipes 22 through the Firebox ceiling 8 led.

Claims

1. Steam boiler with a firebox

- With burner levels arranged one above the other
- With burners arranged next to one another on at least one burner wall and
- With heating surfaces made of strips of welded pipes, which are arranged in vertical planes in the area of the burner, characterized by a pipe band ( 16 ) in a vertical central plane of the combustion chamber ( 1 ), which is between a lowest burner level (first burner level 2 ) and around one Brennereben nenabstand above the top burner level (fourth burner level 5 in Fig. 1 or third burner level 4 in Fig. 4) is arranged.

2. Steam boiler according to claim 1, characterized by two flue gas lines ( 28 , 29 ) which are connected to the combustion chamber ( 1 ).

3. Steam boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the tubular band ( 16 ) extends from the burner wall ( 12 ) to an opposite rear wall ( 13 ) and is attached to the burner wall ( 12 ) and the rear wall ( 13 ) .

4. Steam boiler according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tubular band ( 16 ) has horizontal passages.

5. Steam boiler according to one of claims 1 to 4, characterized in that

- The tubular band ( 16 ) is made zigzag in the vertical direction,
- With horizontal passages at the level of the burner levels (second, third and possibly fourth burner level 3, 4, 5 ), and
- The tubular band ( 16 ) is attached to at least one of its tips ( 18 , 19 , 20 ) at the level of the burner levels ( 3 , 4 , 5 ) on the burner wall or the rear wall ( 12 , 13 ).

6. Steam boiler according to one of claims 1 to 5, characterized in that supply pipes ( 21 ) of the tubular band ( 16 ) in the lower third of the combustion chamber ( 1 ), in particular between the first and second burner level ( 2 , 3 ), through the rear wall or the burner wall ( 13 , 12 ) are guided.

7. Steam boiler according to one of claims 1 to 6, characterized in that discharge pipes ( 22 ) of the tubular band ( 16 ) in the upper half of the combustion chamber ( 1 ), in particular by half to an entire burner level from above the top burner level (fourth or third burner level 5, 4 ), through the rear wall or the burner wall ( 13 , 12 ).

8. Steam boiler according to one of claims 1 to 7, characterized in that the supply pipes ( 21 ) of the pipe band ( 16 ) to an economizer ( 32 ) and its Ablei line pipes ( 22 ) are connected to an evaporator ( 33 ).

9. Steam boiler according to one of claims 1 to 8, characterized in that the length of the tubes ( 17 ) is the same size by folding the tube band ( 16 ).

10. Steam boiler according to one of claims 1 to 7, characterized in that the supply pipes ( 21 ) and the discharge pipes ( 22 ), the tubular band ( 16 ) are connected to a United steamer drum ( 50 ).

11. Steam boiler according to claim 10, characterized in that the pitch angle of the tubes ( 17 ) of the tube band ( 16 ) in the combustion chamber ( 1 ) is at least 10 °.

12. Steam boiler according to one of claims 5 to 11, characterized in that the tips ( 18 , 19 , 20 ) of the tube band ( 16 ) are flattened and each cut from three sections ( 43 , 44 ), the tubes ( 17 ) are arranged vertically in the middle section ( 43 ) and welded to one another and in the two adjoining upper and lower sections ( 44 ) are designed as pipe bends ( 46 ) which are arranged at a distance from one another.

13. Steam boiler according to claim 12, characterized in that the tubes ( 17 ) in the central section ( 43 ) of the tips ( 18 , 19 , 20 ) are arranged side by side in the central plane and are welded to one another via webs ( 45 ).

14. Steam boiler according to claim 12, characterized in that the tubes ( 17 ) in the central section ( 43 ) of the tips ( 18 , 19 , 20 ) perpendicular to the central plane, ie parallel to the burner wall and to the rear wall ( 12 , 13 ), arranged side by side are.

15. Steam boiler according to one of claims 5 to 14, with four burner levels, characterized in that the tubular band ( 16 ) has three tips ( 18 , 19 , 20 ) which are at the level of the two th, third and fourth burner levels ( 3 , 4 , 5 ) be fastened.

16. Steam boiler according to one of claims 5 to 14, with three burner levels, characterized in that the tubular band ( 16 ) has three tips ( 18 , 19 , 20 ), the lower tip ( 20 ) at the level of the second burner level ( 3 ) and the upper tip ( 18 ) at the level of the third burner levels ( 4 ) are attached.