DE894742C - Feuerungseinrichtung fuer feste Brennstoffe - Google Patents

Description

• Feuerungseinrichtung für feste Brennstoffe Die Erfindung betrifft eine Feuerungseinrichtung für feste Brennstoffe, bestehend aus einem mit Brennstoff beschickten Füllraum und einem Brennraum, der eine Destillationszone, eine Verbrennungszone, eine Reduktionszone und eine Aschen- und Schlackenzone umfaßt, mit einer in mindestens zwei Teile (Primärluft und Sekundärluft) aufgeteilten Verbrennungsluftzuführung.
• Gemäß der Erfindung gelangen die Primärluft und der Brennstoff auf gleichem Wege in die Verbrennungskammer und passieren nacheinander den Füllraum und die Destillationszone, wo die Luft sich mit den Destillationsprodukten belädt und. sie in die Verbrennungszone mitnimmt. Dort gibt die Luft bei der Verbrennung der Destillationsprodukte ihren Sauerstoff ab, reichert sich mit C02 an und tritt in die Reduktionszone ein, aus der sie infolge ,der Reaktion von CO, auf den Brennkoks mit C O beladen austritt, die Aschen- und Schlackenzone passiert und mi-t C O gesättigt den Brennraum verläßt, wobei die Sekundärluft, die vorher mindestens einen Teil der Brennraumwände abgekühlt hat, als Verbrennungsluft für die im Brennraum erzeugten Gase dient.
• Es ist eine Feuerungseinrichtung bekanntgeworden, bei der auf einem Rost vorgängig entgaste Kohle verbrannt wird. Dies erfordert die Verwendung von mindestens drei Luftströmen: Luft, welche .durch die Kohle strömt (Verbrennungsluft), solche, die unter dem Rost durchströmt, und Sekundärluft. Die Destillationsprodukte werden von der die Kohle durchströmenden Luft mitgerissen und zum Rost geführt, wo sie mit Hilfe der zugeführten Sekundärluft verbrannt werden. Gemäß der Erfindung erfolgt die Verbrennung in einem als Ofen zu bezeichnenden Raum ohne Verwendung eines Rostes. Für die Verbrennung ist hier nur Primärluft notwendig oder Luft, welche durch den Füllraum strömt. Eine solche Feuerungseinrichtung eignet sich vorzüglich für die Verbrennung unter Druck, und weil nur zwei Luftwege reguliert werden müssen, macht ihr Einbau in eine Gasturbinenanlage keine Schwierigkeiten.
• Die Zeichnung stellt im Grundzuge einige Ausführungsbeispiele der Feuerungseinrichtung gemäß der Erfindung dar.
• In Fig. i wird der Füllraum i durch einen mit einer Schleuse versehenen Fülltrichter :2 mit Brennstoff beschickt. Bei 3 tritt die Primärluft ein. 4, 5, 6, 7 und 8 sind verschiedene Zonen des Brennraumes, der durch die kegelstumpffärmigen Wandungen g und io abgegrenzt wird. Die Wandung g und eine Wandung ri begrenzen eine Kammer, in die bei 12 die Abkühlungsluft eintritt und durch eine ringförmige Öffnung 13 diese Kammer wieder verläßt. Bei 14 tritt die Abkühlungsluft ein, welche in der von den Wandungen io und 15 begrenzten Kammer zirkuliert. Diese Luft tritt durch eine ringförmige Öffnung 16 wieder aus. Bei 17 befindet sich eine Öffnung, durch welche die in der Feuerungseinrichtung erzeugten Brenngase austreten. 18 ist der Aschenraum, welcher die durch eine ringförmige, von den Wandungen g und io begrenzte Öffnung ig aus dem Brennraum austretenden Schlacken und Asche aufnimmt. Die bei 12 und 14 eintretenden Luftmassen bilden in diesem Falle die Sekundärluft.
• Die Feuerungseinrichtung funktioniert wie folgt: Der Brennstoff (Kohle) wird durch den- Fülltrichter. 2 zugeführt; er tritt in den Füllraum und gelangt in die Zone 4. Die Brennluft tritt. bei 3 ein und passiert dieBrennstoffzone4. DieZonen5, 6, 7 und 8 stellen der Reihe nach die Destillationszone, die Verbrennungszone für die Destillationsprodukte, die Verbrennungszone für den nach der Destillation verbleibenden festen Rückstand, den Koks und die Zone für die nach der Verbrennung des Kokses zurückbleibende Asche dar.
• Die Verbrennungszone 6 erhitzt durch Strahlung die Luft und die Kohle der Zone 5, wodurch die Kohle dieser Zone destilliert wird. Die erzeugten Gase werden durch die erhitzte Verbrennungsluft in die Zone 6 geführt, wo sie durch Verbrennung CO2 und H.0 bilden. Der als fester Rückstand aus der Verbrennung in der Zone 6 verbliebene Brennkoks der Zone 7 ergibt in Verbindung mit C02 die Reaktion C 02 -r C = 2 C O unter Temperaturverminderung. Diese Reaktion findet in der Zone 7 statt. Die festen Rückstände aus der Verbrennung des Kokses, nämlich Asche und Schlacken, befinden sich in der Zone B. Aus dieser Zone treten einerseits die mit C O gesättigten Brenngase und anderseits die Schlacken und Aschen aus.
• Beim Austreten aus- der Öffnung ig, werden die Gase durch die Sekundärluft, welche die Brennraumwände abgekühlt hat, eingehüllt. In Berührung mit der Sekundärluft oxydieren die brennbaren gasfGrmigen Produkte unter Entweichung der Wärme. Die Ausstoßung der Schlacken, wird erleichtert, wenn man dem unteren Kegel io eine mit axialer Schwingbewegung kombinierte Drehbewegung verleiht. Die leicht vorstellbare Anordnung ist nicht veranschaulicht. Der Kegel könnte auch durch bewegliche Segmente, deren Verwendung bei gewissen Gaserzeugern; bereits bekannt ist, gebildet werden. Diese mechanischen Einrichtungen ändern in nichts das Funktionsprinzip der gezeigten Feuerungseinrichtung.
• Die .durch Versuche festgestellten Vorteile dieser Art Feuerungseinrichtung sind folgende: Die beim Passieren einer Brennkokszone von der Brennluft mitgeführten Destillationserzeugnisse (Ruß und Teer) ermöglichen die vollständige Umwandlung dieser Erzeugnisse in brennbare Gase bei verhältnismäßig niedriger Temperatur. Die im Brennraum erzeugten Gase verlassen diesen und gelangen in direkte Berührung mit der vorerhitzten Sekundärluft, was .deren gänzliche Verbrennung erleichtert. Die Reaktionszone 7 führt eine reduzierte Temperatur im Brennraum herbei. Die den Brennraum verlassenden Gase und die Sekundärluft bewegen sich in einer die Absonderung der Asche und der Schlacken begünstigenden Richtung. Diese Absonderung wird ferner durch die Richtungsänderung beschleunigt. Die Vergasung und die Reduktion im Brennraum sowie die Weiterbrennung der die Austrittszone 8 verlassenden Verbrennungsprodukte gestatten das Niedrighalten der Durchschnittstemperatur des Brennraumes und die Verwendung von metallischen Materialien bei der Herstellung der Feuerungseinrichtung. Eine solche Feuerungseinrichtung erlaubt ihre direkte Verwendung bei Gasturbinen als Wärmeenergieerzeuger. Die derzeit zulässigen Höchsttemperaturen für Brenngase bei ihrem Eintritt in die Turbine betragen 6oo bis ,65o° C. Aus diesem Grunde müssen die Verbrennungsgase eines festen Brennstoffes vorweg mit Mischluft abgekühlt werden. Im vorliegenden Falle kühlt die Sekundärluft die Brennraumwände vorgängig ab und dient den den Brennraum verlassenden Gasen als Verbrennungsluft und dann als Mischluft.
• Reguliert man die Verbrennungsluft und die Mischluft bzw. Sekundärluft, so kann man eine ganze Temperaturskala für die Brenngase erzielen, wodurch eine leichte Regulierung der Gasturbine möglich wird.
• Fig.2 gibt eine schematische Darstellung einer Anwendungsmöglichkeit der Feuerungseinrichtung für die Dampferzeugung.
• Das Wasser tritt bei 30 ein; bei 2o kühlt es einen Teil der Brennraumwand ab, passiert die Verdampfungs-zone 21 und gelangt in den Dampfsammler 22. Bei dieser Anordnung ruhen die Schlacken und die Asche direkt auf dem Boden des ohne Rost oder Zwischenkonus ausgestatteten Aschenraumes.
• Da es sich hier um einen Dampferzeuger handelt, sind möglichst heiße Gase zu verwenden. Die Menge der Abkühlluft des Brennraumes kann daher beschränkt werden und nur der für die gänzliche Verbrennung der aus dem Brennraum tretenden brennbaren, gasförmigen Produkte unumgänglich notwendigen Sekundärluft entsprechen.
• Das Funktionsprinzip der Feuerungseinrichtung in Fig. 2 ist identisch mit dem nach Fig. i beschriebenen.
• Die Fig. 3 und q. zeigen zwei grundzügige Darstellungen des Einbaus der Feuerungseinrichtung in den Kreislauf einer Gasturbine.
• In Fig. 3 wird der Luftverdichter 23 durch die Turbine 24 angetrieben. Die den Verdachter verlassende Luft wird in einem Wärmewandler 25 durch die Abgase der Turbine erhitzt. Diese Luft wird beim Verlassen des Wandlers in zwei Hauptmassen geteilt: in die Primärluft 26 und in die Sekundärluft, die ihrerseits in zwei Teile 27 und 28 geteilt wird. Die Primärluft dient dem festen Brennstoff als Verbrennungsluft, während die Sekundärluftmassen zur Abkühlung der Wände, als Verbrennungsluft für die den Brennraum verlassenden Gase und als Mischluft für die Brenngase vor deren Eintritt in die Turbine dienen. Letztere werden beim Ausgang 17 der Feuerungseinrichtung direkt in die Turbine geleitet.
• Fis. q. ist eine Variante des Beispiels nach Fig. 3. Hier wird die Luft beim Verlassen des. Verdichters in zwei verschiedene Luftmassen geteilt. Die als Verbrennungsluft für den Brennstoff dienende Luft gelang allein in den Wärmewandler, während die Sekundärluftströme direkt in die Feuerungseinrichtung geleitet werden.
• Es ist klar, daß man sich viele konstruktive Varianten der Feueru.ngseinrich'tung ausdenken kann, als Varianten des Anbaus in den Kreislauf einer Gasturbine oder für den Zusammenbau mit einem Heizkessel. Man kann beispielsweise die Gasaustrittszone 8 mit einem kammförmigen Rost versehen, um den Abschnitt für .den Durchgang der Gase zu erweitern und die durch un'b-rennbare Stoffe entstehenden Verluste zu verringern, wobei der Spielraum zwischen den Kammzähnen die Größe der unbrennbaren Stoffe bestimmt, die ausgeschieden werden dürfen. Man kann sich ferner vorstellen, daß. die Verbrennungsluft sich in drei anstatt in zwei Teile, wie oben dargestellt, teilt, z. B. so, daß nur die für die Verbrennung der reichen Gase unumgänglich notwendige Sekundärluft für die Abkühlkammern des Brennraumes, d'urchvieht, während der für das Niedrighalten der Temperatur benötigte Luftüberschuß mit den Brenngasen erst nach deren totalen Verbrennung vermischt wird.
• Man kann sich auch leicht vorstccllen, daß die Brennluft vor ihrem Eintritt in den Füllraum vorerwärmt wird, indem man sie vorher die eine oder andere Abkühlkammer des Brennraumes passieren läßt.
• In allen Fällen kann die Feuerungseinrichtung gemäß der Erfindung mnt Erfolg für die Lieferung der zum Betriebseiner Gasturbine benötigten Wärmeenergie oder als Ersatz für die bisherigen Brennräume für Warmwasserkessel, oder Dampfkessel verwendet werden. Ihre Verwendung bei einer Gasturbine ermöglicht es, die Ölfeuerung (Eid- oder Dieselöl) durch irgendwelche feste Brennstoffe (z. B. Anthrazit, Steinkohle, Koks, Holz, Torf) zu ersetzen. Die Einrichtung ermöglicht eine gänzliche Verbrennung der Brennstoffe ohne Rauchentwicklung. Bei ihrer Verwendung für Wasser- oder Dampfkessel liegt der große Vorteil im gänzlichen Fehlen einer Ablagerung von Ruß. auf- den Siederohren.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Feuerungseinrichtung für feste Brennstoffe, bestehend aus einem mit Brennstoff beschickten Füllraum und einem Brennraum., umfassend eine Destillationszone, eine Verbrennungszone, eine Reduktionszone und eine Aschen- und Schlackenzone, mit einer in mindestens zwei Teile (Primärluft und Sekundärluft) aufgeteilten Verbrennungsluftzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft und- der Brennstoff auf gleichem Wege in die Verbrennungskammer gelangen und nacheinander den Füllraum und die Destillationszone passieren, wo die Luft sieh mit den Destillationsprodukten belädt und sie in die Verbrennungszone mitnimmt, in welcher die Luft bei der Verbrennung der Destillationsprodukte ihren Sauerstoff abgibt und sich mit C 02 anreichert und in die Reduktionszone eintritt, aus der sie, infolge der Reaktion von. C02 auf den Brennkoks mit C O beladen, austritt, die Aschen- und Schlackenzone .passiert und den Brennraum mit C O gesättigt verläßt, wobei die Sekundärluft, die vorher mindestens einen Teil der Brennraumwände abgekühlt hat, den im Brennraum erzeugten Gasen als Verbrennungsluft dient.
2. 2. Feuerungseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllraum und der Brennraum aus koaxial angeordneten Umdrehungskörpern gebildet ist.
3. 3. Feuerungseinrichtung nach Anspruch-i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum eine kegelstumpfarti.ge Form aufweist und daß die kleinen Abschnitte dem Füllraum und der große Abschnitt der Aschenzone entsprechen. q..
4. Feuerungseinrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kohlen zurückhaltende Boden im Brennraum, aus koaxial mit dem Füllraum und dem Brennraum angeordneten Umdrehungskörpern besteht, dergestalt, daß dieser Boden mit dem unteren Teil der B,rennraumwand eine ringförmige Zone bildet, aus der die Gase und die unbrennbaren festen Brennstoffe austreten.
5. 5. Feuerungseinrichtung nach Anspruch q., .dadurch gekennzeichnet, daß der Boden in bezug auf seine Achse zwei gleichzeitige Bewegungen, eine Drehbewegung und eine Auf- und Abwärtsbewegung ausführt.
6. 6. Feuerungseirnrichtung nach. Anspruch. i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Wandung durch mindestens einen Teil der in der Kammer umlaufenden Sekundärluft abgekühlt wird, aus der sie als Verbrennungsluft für die verbrennbaren Gase entweicht, welche letztere durch die ringförmige Austrittszone und in einer die Ausstoßung der Schlacken begünstigenden Richtung ausströmen. '
7. 7. Feuerungseinrichtung nach. Anspruch 4 bis. 6, dadurch gekennzeichnet, daß, mindestens ein Teil der Sekundärluft den Boden des Brennraumes abkühlt und als Verbrennungsluft für die verbrennbaren Gase entweicht, welch letztere durch die ringförmige Austrittszone aussträmen. B. Feuerungseinrichtung, nach Anspruch i bis 7, .dadurch gekennzeichnet, daß spie im Innern einer Umdrehungskammer koaxial angeordnet ist, welche Kammer mit verschiedenen Öffnungen versehen ist, die einerseits. den Eintritt der Kohle und der Luft in die Vorrichtung gestatten und anderseits die Ausstoßung der Brenngase, der Verbrennungsprodukte und. der festen, unverbrannten Brennstoffe ermöglichen. g. Feuerungseinrichtung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Teil des Kreislaufes einer Gasturbine- bildet und die Primär- und die Sekundärluft, die durch den Gruppenverdichter gebildet werden, in den Brennraum unter höherem als den ihn umgebenden atmosphärischen Druck ein- und ausströmen. io. Feuerungseinrichtung nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daS die Primärluft und die Sekundärluft aus verschiedenen Quellen, die verschiedene Temperaturen aufweisen, stammen. ii. Feuerungseinrichtung nach Anspruch i bis- io, dadurch gekennzeichnet, da3 sie den Teil eines Heizkessels bildet, wobei mindestens ein Teil- des Brennraumes durch mindestens einen Teil der den Kessel speisenden Flüssigkeit abgekühlt wird. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nz. 585 289.