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Abgaskessel mit Zusatzbrennern Die Erfindung bezieht sich auf einen
sogenannten Abgaskessel, insbesondere Dampfkessel, d. h. einen Kessel, bei dem als
Heizmittel wiederzuverwendende Abgase dienen, wie sie z. B. von einer Gasturbine
herkommen können. Außer dieser Art der Beheizung sind bei dem Kessel Brenner vorgesehen,
die die Zusatzwärme liefern, welche für das Arbeiten des Kessels benötigt oder gewünscht
wird.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Gestaltung der Brennkammer
und geht von einem bereits vorgeschlagenen Abgaskessel vorgenannter Art aus, bei
dem ein mit Wasserrohren durchsetzter Feuerraum für Abgas einer Brennkammer die
Zusatzbrenner umgibt, in die ein Wasserrohr in Form eines nach unten offenen Bechers
hineinragt. Die Brennkammer ist also ganz oder teilweise mit zwei Wasserrohrwänden
umgeben, worunter nachstehend jedoch insbesondere jeweils aus mehreren Wasserrohren
gebildete Wände zu verstehen sind. Während bei dem bekannten Abgaskessel der äußere
Feuerraum von der inneren Brennkammer durch eine geschlossene Wandung getrennt ist,
sind erfindungsgemäß die Feuerräume durch zwei oder mehr Wasserrohrwände voneinander
getrennt, und zwar der mittlere Teil der Brennkammer, d. h. derjenige, in den die
Zusatzbrenner münden, mit Rücksicht auf diese Brenner ganz oder teilweise mit einer
ersten Wasserwand umgeben, die halb-, d. h. für Gase bis zu einer bestimmten Höhe
durchlässig ist; d. h. sie besteht z. B. aus parallel angeordneten Rohren mit vorzugsweise
tangential verlaufenden Längsrippen, wobei zwischen den Rohren bzw. deren Rippen
ein kleiner Zwischenraum bestehen bleibt, durch den hindurch die Gase die Wasserwand
durchströmen können. Um den genannten mittleren Teil der Brennkammer herum ist ein
Zwischenraum,
d. h. ein trennender Raum vorgesehen, der zwischen der ersten halbdurchlässigen
Wasserrohrwand und einer zweiten *Wasserrohrwand liegt. Diese besteht ihrerseits
aus gegebenenfalls mit Rippen versehenen Wasserrohren, die die Außenwandungen auf
der Innenseite überkleiden. In den vorgenannten Zwischenraum bzw. in mehrere auf
die genannte Weise gebildete Zwischenräume, der bzw. die um die mittlere Kammer
herum angeordnet sind, werden die wiederzuverwendenden Gase eingeleitet.
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Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Rohre der ersten
Wasserrohrwand der Feuerung, die auf der einen Seite durch die Strahlung der Feuerung
erhitzt werden, welche mit den Zusatzbrennern gespeist wird, auch auf der anderen
Seite erhitzt werden, und zwar durch die wiederzuverwendenden Abgase, so daß Unterschiede
in den Wärmeausdehnungen dieser Rohre zum Teil ausgeglichen werden. Außerdem bildet
die erste halbdurchlässige Wasserrohrwand einen Schutzschirm für die zweite Wasserrohrwand,
derart, daß die Rohre der zweiten Wasserrohrwänd der Strahlung der von den Zusatzbrennern
beheizten Feuerung nicht unmittelbar ausgesetzt und hauptsächlich durch Wärmeübertragung
durch Berührung von den auszunutzenden Abgasen beheizt werden; sie werden dabei
auf eine wesentlich weniger hohe Temperatur erhitzt, so daß sie keine Verformung
oder Verzerrung erfahren und die Außenwandung des Kessels mit geringerer Wandstärke
hergestellt werden kann, selbst wenn der Kessel unter Druck arbeitet.
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Ein Merkmali einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
darin, daß der Teil des Kessels, der mit Wärmeübertragung durch Berührung arbeitet,
d. h. der die Wasserrohre enthält, die sowohl durch die Wärmeübertragung von den
wiederzuverwendenden Abgasen als auch von den mit diesen hier gemeinsam strömenden
Feüerungsgasen erhitzt werden, in der geradlinigen Verlängerung der Feuerung angeordnet
ist. Dabei werden in der geradlinigen Strömungsbahn dieser Gase auch noch die zusätzlichen
Nachschaltheizflächen angebracht, wie z. B. ein Speisewasservorwärmer und/oder ein
Erhitzer, z. B. Lufterhitzer, und/oder ein Überhitzer. Der Kessel kann dann die
Gestalt eines großen Parallelepipeds annehmen, das leicht von einem Ende zum anderen
Ende abzudichten, dicht zu halten und auch leicht zu reinigen ist, weil im Innern
die Strömung ihre Richtung nicht ändert.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen senkrechten Schnitt durch einen Kessel
gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i und Fig.3
in größerem Maßstab einen Teil einer halbdurchlässigen Wasserwand, die durch Rohre
mit tangentialen Rippen gebildet wird.
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Gemäß der Zeichnung hat der Kessel die Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds
a, dessen Außenwandungen zum Teil aus Metall bestehen und. mit einem Wärmeschutzmittel
versehen sind. Im unteren Teil des Kessels ist die Brennkammer e vorgesehen. Diese
Brennkammer e ist von einer ersten Wasserrohrwand-umgeben, die aus Wasserrohren
c besteht, welche derart angeordnet sind, daß sie eine halbdurchlässige Wand bilden.
Das heißt die Rohre c, die mit tangential ansetzenden Längsrippen gemäß Fig. 3 versehen
sind, laufen in solcher Anordnung parallel zueinander, daß sich die Rippenenden
nahezu in der in Fig. 3 ersichtlichen Weise berühren, wobei jedoch Gase durch die
so gebildete Wasserrohrwand hindurchtreten können.
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Die auf diese Weise von einer Wasserrohrwandung umgebende Kammer e
wird mit Hilfe von Zusatzbrennern f beheizt (von denen in der Zeichnung vier dargestellt
sind) ; um die Kammer e herum ist eine zweite Wasserrohrwand vorgesehen, die aus
Rohren d gebildet wird; die vorzugsweise Rippen besitzen und die Außenwandungen
des unteren Teils des Parallelepipeds bekleiden, das den Kessel bildet. , Auf diese
Weise werden um den als Feuerung dienenden Mittelraum e herum und zwischen den Wasserwänden
c und d seitliche Zwischenräume b
gebildet, in die das auszunutzende
Gas bzw. Abgas durch vier Öffnungen eintritt, die in den Fig. i und 2 mit g bezeichnet
und im Fußteil der Zwischenräume b vorgesehen sind, wobei an den Stellen dieser
Öffnungen keine Rohre angebracht sind.
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Die Trennwände c, die die Feuerung e von den mit dem auszunutzenden
Gas gespeisten Kammern b trennen, sind nur bis zu einer bestimmten Höhe, d. h. bis
zur Höhe A B der Fig. i an den Rohren mit Rippen versehen. Von dieser Höhe
ab können die Rippen an den Rohren wegfallen, derart, daß die auszunutzenden Gase,
die in der Pfeilrichtung C (Fig. i) aufsteigen, leicht durch die Wandungen durchtreten
und parallel zum Gas D aufsteigen können, das aus der Feuerung e kommt, und zwar
zum oberen Teil des Kessels hin. In diesem Teil, der eine Fortsetzung der Brennkammer
bildet, sind Rohre g' vorgesehen, die eine Verbindung zwischen der oberen Wasser-
und Dampfsammeltrommel h und der unteren Sammeltrommel i herstellen und die den
Teil der Kesselrohre darstellen, die mit Wärmeübertragung durch Berührung arbeiten.
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Die die Wasserrohrwände bildenden Wasserrohre c und d werden
von unteren Verteilerrohren j
aus gespeist, die in beliebiger Anzahl vorgesehen
sein können, und stehen über obere Sammelrohre j mit der Wasser- und Dampfsammeltrommel
h in Verbindung.
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In, Anschluß an den mit Wärmeübertragung durch Berührung arbeitenden
Teil der Kesselrohre g' sind in der Bahn der Gasströmung ein Speisewasservorwärmer
k und gegebenenfalls ein Lufterhitzer L angeordnet. Außerdem kann gewünschtenfal'ls
ein überhitzer m an irgendeiner geeigneten Stelle in der Bahn der Gasströmung vorgesehen
sein.
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Dadurch, daß eine doppelte Wasserrohrwand in der Brennkammer vorgesehen
ist, ist es nicht nur
möglich, einen mit Abgas arbeitenden Kessel
mit einer Feuerung zu vereinen, die von Zusatzbrennern beheizt wird, sondern es
werden außerdem die Rohre c der ersten Wasserrohrwand, welche die eigentliche Feuerung
e von den seitlichen Zwischenräumen b trennt, auf ihren beiden Seiten erhitzt, so
daß die Unterschiede in der Wärmeausdehnung dieser Rohre teilweise ausgeglichen
werden. Andererseits wird die zweite Wasserrohrwand d, die die aus feuerfesten Steinen
gebildete Kesselaußenwand bedeckt, gegen die direkte Einwirkung der Strahlung der
Feuerung e durch die erste Wasserrohrwand c geschützt. Hieraus ergibt sich, daß
die Rohre d wesentlich herabgesetzten Temperaturen ausgesetzt sind und demzufolge
die Außenwandungen, welche die äußere Umhüllung des Kessels bilden, mit geringerer
Dicke und sparsamer hergestellt werden können. Auch kann der Kessel auf diese Weise
leichter abgedichtet und dicht gehalten werden.
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Ferner machen es die Parallelepipedform und der Umstand, daß die Richtung
der im Kessel vorliegenden Gase sich nicht ändert, möglich, den Kessel leicht von
einem Ende zum anderen dicht zu machen und ihn ohne Schwierigkeit zu reinigen. Das
Reinigen des Speisewasservorwärmers und des Erhitzers bzw. Lufterhitzers kann in
an sich bekannter Weise mit Hilfe von Rohren n bewerkstelligt werden, die mit Wasser
oder einem unter Druck stehenden Medium gespeist werden.
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Der Kessel ist in Vertikalstellung dargestellt, könnte aber ebensogut
waagerecht angeordnet oder in beliebiger Richtung geneigt sein.
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Die Masutbrenner f können für die Verbrennung mit Luft gespeist werden,
die von einer besonderen Vorrichtung für diese Speisung herkommen kann; in diesem
Fall wird der Druck dieser Luft vorzugsweise demjenigen der auszunutzenden Abgase
gleich gewählt. Den Brennern können für die Verbrennung aber auch diese Abgase selbst
zugeführt werden, die, wenn sie z. B. von einer Gasturbine herkommen, noch eine
genügende Menge Sauerstoff enthalten. Vermöge der Gleichheit des Druckes in den
Kammern e und b steigen die Gase gleichmäßig in Richtung der Pfeile C und D in den
Teil des Kessels, der mit Wärmeübertragung durch Berührung arbeitet.
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Außerdem ist vorgesehen, daß der genannte Kessel auch ausschließlich
mit Abgasen oder ohne Abgas ausschließlich unter Benutzung der Brenner f mit Feuergasen
betrieben wird. Die erste Wasserrohrwand c ist genügend durchlässig, um zu gewährleisten,
daß eine noch hohe Temperatur an der anderen Seite der Rohre c entsteht, so daß
die Rohre kein Bestreben haben, sich unter der Einwirkung der Unterschiede der Wärmeausdehnung
auszubiegen. Die Rohre der zweiten, hinter der ersten gelegenen Wasserwand d, die
ausschließlich mit Wärmeübertragung durch Berührung arbeiten, können als Rücklaufleitungen
für das Wasser dienen und erfahren keine Verzerrung oder Verformung.
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Die erste durch die Rohre c gebildete Wasserrohrwand könnte, statt
gemäß Fig. 2 die Feuerung vollständig zu umgeben, nur aus den zwei Seitenwandungen
bestehen, die die mittlere Feuerung c von den seitlichen Zwischenräumen b trennen.
In diesem Fall würde vor der vorderen Außenwand und der hinteren Außenwand der Feuerung
e nur je eine einzige Wasserrohrwand d liegen.
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Selbstverständlich können im Rahmen des Erfindungsgedankens Einzelheiten
seiner Ausführung abgeändert werden.