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Kohlenstaubfeuerung für Strahlungskessel Die Erfindung betrifft eine
Kohlens.taubfeuerung für Strahlungskessel mit rechteckigem, von Kühlrohren verkleidetem
Brennraum, der durch eine Vielzahl von Brennern befeuert wird und vorzugsweise flüssigen
Schlackenabzug besitzt. Sie besteht darin, daB sämtliche Brennerachsen auf einen
Punkt in der Mitte des Brennraumes gerichtet sind.
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Es ist bei Gas- und Ölfeuerungen; gelungen, mit wenigen Einzelbrennern
großer Leistung hohe Feuerraumbelastuugen zu erreichen. Bei der Kohlenstaubfeuerung
ist die gegenteilige Entwicklung eingetreten. Die Brennkammerbedastungen wurden
vom 300 ooa auf i 5o ooo kaa,l/m3h gesenkt, weil es anders nicht möglidh war, diie
gegebenen Brennstoffe mit gutem Ausbrand zu verfeuern. Die Feuerraumleistung einer
Kohlenstaubfeuerung wird bestimmt von der Mahlfeinheit und. der Mischungsmöglichkeit.
Bei koh lenstaubgefeuerten Strahlungskesseln kommt nodh eine je nach der Art der
Schlacke bestimmte obere Grenze der Feuerrau,mtemperatur hinzu, sofern diese nicht
bereits durch die Wärmespannungen iin den beheizten Rohren begrenzt ist. Die wichtigste
Bedingung ist die Zumischung der Verbrennungsluft. Bei Gas- oder Ölfeuerungen ist
es möglich, die gesamte Verbrennungsluft im Brenner mit dein Brennstoff zu mischen.
Bei Kohlensüaubfeuerungen dagegen kann nur etwa ein Drittel der Gesaantluft als
Erstluft
zugegeben werden, da sonst die Zündung der Flamme gefährdet
würde oder einen zu großen Teil des Brennweges beanspruchen würde. Die Schwierigkeit
aber, diese fehlenden zwei Drittel der Luft der Flamme beizumischen, hat zu der
vorerwähnten Herabsetzung der Feuerraumbelastungen geführt.
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Es ist jedoch erforderlich, auch Kohlenstaubfeuerungen mit hoher Feuerraumbelastung
zu entwickeln. Nach vorstehendem ist das nur möglich, wenn bereits die Flamme durch
Unterteilung der Brenner in so viele Teilstrahlen zerlegt wird, daß die Zweitluft
überall im ganzen: Brennkammerquerschnitt brennbare Gase oder Brennstoff vorfindet,
der die Luft benötigt. Es ist nicht ausreichend, auf einen Feuerraum-umfang von
16 bis 2o m zwei, vier oder- acht Brenner anzuordnen, sondern es müssen sechzig
bis einhundertsechzig sein.
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Um diese große Anzahl von Brennern unterzubringen, ist es notwendig,
da:ß adle Seitenwände des Feuerraumes mit Brennern versehen werden. Da aber die
Feuerraumwände von kohlenstaubgefeuerten Kesseln üblicherweise annähernd quadratischen
Querschnätt halben, ergibt siäh, d:aß die übliche Einblasung senkrecht zur Wand
nicht angebracht ist, weil die in der Nähe der Kanten eingeblasenen Staubströme
einander behindern würden. Erfindungsgemäß werden deshalb alle Staubströme radial
nach der Mitte des Feuerraumes gerichtet. Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil,
daß die aus den Kanten des Brennraumes kommenden Staubströme bis zur Mitte einen
längeren Weg haben. Daher werden die Staubdüsen derart an den Staubkanal angeschlossen,
daß der in ihnen verfügbare Druckunterschied ungefähr im Verhältnis zu den Strahllängen
steht.
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Würden alle diese Staubströme in einer Ebene auf einen Punkt gerichtet,
so würde sich unter dem Einfluß des Auftriebes und der unterhalb der Brenner zugeführten
Luft eine pyramidenförmig nach oben gehende Flamme ausbilden, deren Innenraum von
Luft erfüllt wäre. Das würde eine schlechte Ausnutzung des Feuerraumes und eine
Verlagerung des heißesten Punktes der Flamme vom Schla:ckenbed gegen den Gasaustritt
bedeuten. Um dies zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Staubströme in der Form einer
umgekehrten Pyramide nach unten zu neigen und gegen das Schlackenhad zu blasen.
Es stellt sich dann, unter starker Wirbelbildung unmittelbar über der Schlacke ein
heißer Flammenkern ein, der eine Abkühlung der Schlacke durch die Zusatzluft verhindert.
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Die angestrebte schnelle Verbrennung kann durch hohe Luftvorwärmung
und Betrieb, der Brennkammer mit Überdruck von mindestens Zoo mm WS unterstützt
werden. Es ist jedoch auch notwendig, in der Ausbran.dzone der Flamme noch einmal
eine Durchmischung mit Luft vorzunehmen. Da erfahrungsgemäß wegen der größerem Reibung
an den Kanten der Brennkammer die Strömungsgeschwindigkeit der Gase geringer ist
und sie durch die starke Abstrahlung abgekühlt sind, ist es nicht vorteilhaft, in
die Kantenräume Luft einzublasen. Es wird daher vorgeschlagen, senkrecht zu den
Feuerraumseiten.wänden in einer Ebene Luft einzublasen, die Eckenräume jedoch auszusparen.
Da, mit die Durchschlagskraft der Luftstrahlen ausreicht und die Gastemperatur vor
Eintritt in den Schlackenfangr'ost nicht zu sehr erhöht wird, wird an dieser Stelle
Kaltluft eingehlasen. Dadurch kann auch derjenige Teil des Lufterhitzers gespart
werden, der im Gebiet der Gastemperaturen von über 500° C liegen würde und daher
aus teuren zunderbeständigen Werkstoffen hergestellt werden: müßte.
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Die, Zusatzluft unter- und oberhalb der Staubbrenner wird zweckmäßig
durch Düsen: eingeblasen, welche ähnlich wie die Staubdüsen angeordnet sind. Dabei
können alle Pyramiden eine gemeinsame Spitze haben, was eine sehr heiße Kugelflamme
ergibt, oder sie können parallele Seitcnflärdlen haben, wodurch eine breite Flamme
erzeugt wird. Durch in die Düsen: eingebaute Lenkzungen, welche gemeinsam verstellt
werden können., kann die Spitze der Pyramide verlegt und dadurch die Form der Flamme
geändert werden.
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Es sind Strahlungskessel bekannt, bei denen aus den Kanten der Brennkammer
Brennstoff- und Luftstrahlen. in der Weise eingeblasen werden, daß sie einen gedachten
Kreiszylinder berühren und so eine Drehflamme erzeugen. Bei einer Kohlenstaubfeuerung
für einen Lokomotivkessel wird der Brennstaub aus den zwei gegenüberliegenden Längsseiten
der Feuerbuchse aus einer Vielzahl nebeneinanderliegender Austrittsöffnungen unter
einem spitzen. Winkel gegen den Feuerraum eingeblasen. Bei Schwachlast können die
Brennsta,ubstra,hlen durch entsprechende Einrichtungen. aufeinander gelenkt werden,
um die Flamme auf einen kleineren Raum zusammenzudrängen und die Abstrahlung vermindern
zu können. Ferner ist es an einer Rostfeuerung bekannt,dieZusatzluft aus einer Vielzahl
rings um den Feuerraum angeordneter Düsen so in. den Feuerrauem einzuführen, daß
die Luftstrahlen. einen in der Mitte der Feuerung gedachten Kreis berühren. Die
von dem Rost aufsteigenden@ uriverbrannten. Gase sollen dabei durch die seitlich
eingeführte Luft gleichmäßig getroffen und durch die Verwirbelung innig mit der
Luft vermischt werden.
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In der Zeichnung sind mehrere AusführungsKispiele des Gegenstandes
der Erfindung in vereinfachter Darstellung wiedergegeben, und zwar zeigt Abb. i
den Brennraum des Strahlungskessels im Längsschnitt, Abb. 2 im Querschnitt, Abb.
3 und .4 SroaubdüsenanoTdnungen, Abb. 5 die Luftd.üsenanordnung in einem Teilquerschnitt,
Abb. 6 die Befestigung der Düsengruppen am Luftkanal, Abb. 7 die Ausbiegung der
Kühlrohre in der Ansicht einer Feuerraumwand, Abb. 8 bis 17 Schaltskizzen
für verschiedenartigen Anschluß der Düsen an die Zuleitungen.
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In: Abb. i und 2 wird der im Grundriß quadratische Feuerraum von vier
Rohrwänden i, 2, 3, d. umgrenzt, von denen in Abb. i die Rohrwand 2
der
besseren Deutlichkeit wegen nicht dargestellt ist. Die Rohrgruppe i überquert oben:
den Brennraum, so daß ihre Rohre den Sdhlackenfa.ngrost 5 Milden. Hinter den Rohren,
liegt die Feuerraumumkleidung, bestehend aus einer Schicht Stumpfmasse 6, einer
Isolierschicht 7 und dem Blechgehäuse B. Die etwa. notwendigen Gerüstträger sind
der einfacheren Darstellung wegen fortgelassen worden. Auf dem Boden der Feuerung,
der in gleiicher Weise ausgebildet ist, entsteht im Betrieb eine Schicht feuerfester
Schlacke 9, über der sich flüssige Schlacke io ansammelt. Durch den Abstich. i i
wird die Schlacke dauernd oder abschn.ittäweise flüssig abgezogen. Günstig für das
Abfließen der Schlacke ist es, wenn der Feuerraum mit Überdruck betrieben wird.
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In einem Querschnitt des Feuerraumes sind hochkant zwischen den Kühlrohren
die Düsen 12 für die Staubluft angebracht. Sie werden von Verteilern 13 aus versorgt
und sind mit verschließbaren Reinigungsöffnungen 14 versehen. Die Achsen der Brenner
sind derart gerichtet, daß sich alle in dem Punkt treffen, in welchem die Brennkammerachse
den Schlackenspiegel trifft. Sie bilden somit eine auf der Spitze stehende quadratische
Pyramide. In ähnlicher Weise sind die Verteiler 15, 16 und die Düsen 17 und 18 für
heiße Zusatzluft ausgebildet. Die in die Düsen eingebauten Lenkzungen ig, welche
gekuppelt sind, gestatten, die Neigung der Strahlen. aus der Waagerechten bis zur
Pyramidenspitze zu ändern. Vor Eintritt der Feuergase in den Sch.lazkenfangrost
wird ihnen zum Ausbrennen durch Düsen 20 aus Verteilern 21 Kaltluft zugesetzt.
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Abb.3 zeigt einen. Teilquerschnitt durch die Brennkammer in Höhe der
Brennerdüsen mit Schnitt durch den Verteilkanal. Zur Vereinfachung ist die Wand
der Brennkammer als aus einem einheltl'ichen Baustoff bestehend dargestellt. Die
Düsen je zweier in einer Kante zusammenstoßender Wände sind an eine gemeinsame Zuführung
angeschlossen. Die Verteiler nehmen im Querschnitt nach denn Ende zu ab. Durch die
zunehmende Neigung der Düsen gegen die Verteilerwand, die Querschnittsverengung
und den längeren: Weg wird erreicht, daß die Düsen, welche der Brennkammerachse
am nächsten liegen, die geringste Pressung bekommen, so daß in ,der Nähe der Brenmkammeraohse
alle Strahlen ungefähr die gleiche Energie haben werden.
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Bei der Anordnung nach Abh.4 werden die Düsen einer Wand von zwei
Seiten. her gespeist, so daß die gleichen Wirkungen erzielt werden. Die Kühlrohre
,müssen im Bereich der Brenner voreinander in der Strahlrichtung liegen, um den
Strahl nicht zu behindern.
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In Abb. 5 sind die Oblerluftdüsen dargestellt. Sie stehen senkrecht
zur Wand und werden von der Mitte aus versorgt, damit die mittleren Düsen den am
weitesten reichenden Strahl erzeugen. Die stark gekühlten Ecken werden nicht beblasen.
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Abh. 6 zeigt, in welcher Weise die Düsen an den Verteilerkanal angeschlossen
werden. Mehrere Dü-
sen blilden eine Gruppe, welche mittels Tlaalsch an. dem
unten offenen Kanal befestigt werden. Die Verbindungssättel zwischen den Düsen ver'h'indern
S t auhablagerung.
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Abb. 7 läßt erkennen, in welcher Weise die zwischen den Düsen aufsteigenden
Kühlrohre abgebogen werden müssen., um die Düsen freizugeben.
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In Abb. 8 bis 17 sind verschiedene Anordnungen zur Ausführung des
Erfindungsgedankens dargestellt. Abb. 8 bis i i fußen auf Abb. 4, Abb. 12 bis 16
auf Abb. 3. Die Kreisringe bedeuten die Zuleitung der Staubluft oder eine E'irnblrasemühle.
Nur in Abb,. 8 ist dargestellt, in welcher Weise die Luft von, beiden Seiten dem
Verteilrohr zugeführt wird. Bei den anderen Abbildungen ist die kürzeste bew. deutlichste
Linienführung gewählt. Für die Ausführung ist es natürlich notwendig, die Verbindungsleitungen
auf gleichen Widerstand abzustimmen oder iühndich, Abb. 8 anzuschließen.
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Nach Abb.8 wird jede Feuerraumwand von einer Staubleitung aus versorgt.
Bei Teillastbetrieb, arbeiten dann am besten zwei: gegenüberliegende Seiten.
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In Abb. g werden bereits je zwei gegenüberliegende Wände von einer
Staubleitung beliefert, so, daß sich der vorerwähnte Teillastbetrieb von selbst
ergibt.
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Abb. io versinnbildlicht zwei Düsenkränze, die übereinander oder auch
ineinander angeordnet sein können, wobei jeder Düsenkranz von, einer Staubleitung
versorgt wird.
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Abb. i i ergibt eine Abb. io entsprechende Doppelanordnung mit den
durch Abb.. 9 gegebenen. Mitteln wieder, wobei jedoch nur zwei gegenüberliegende
Wände doppelt beheizt sind, so daß diese Düsenreihen als gegenseitige Aushilfe dienen
können.
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In Abb. 12 wird entsprechend Abb.3 von jeder Ecke her ein Quadrant
beliefert. Diese Anordnung gibt, selbst wenn nur ein Quadrant in Betrieb ist, eine
Art Schmetterlingsflamme und damit eine gute Ausfüllung des Feuerraumes und Abdeckung
der Schlacke gegen die Kühlflächen.
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A-bb,. 13 zeigt die Kupplung zweiter gegenüberliegender Quadranten,
entsprechend Abb. g.
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Abb. 14 ist die. Doppelreihenanordnung bei der Eckenspeisung der Quadranten..
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In Abb. 15 werden von. einer Ecke aus zweivolle Seitenwände gespeist,
so daß der Quadrant in den gestreckten Winkel übergeht.
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Abb. 16 zeigt hierzu die Doppelanordnung, wobei noch die Zuleitungen
versetzt sind.
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Abb. 17 ist eine Vereinigung der Vorschläge nach Abb. 9 und 15 zu
einer Doppelanordnung.