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Wasserrohrgekühlte Brennkammer für Kohlenstaubfeuerungen mit trockenem
Aschenabzug Bei allseitig mit Wasserrohren gekühlten, kohlenstaubgefeuerten Brennkammern,
insbesondere für Hochleistungsdampferzeuger, war es bisher üblich, den unteren Teil
der Brennkammer, zumindest aber den im Bereich der Brenner liegenden, die Zündungs
und Entgasungszone bildenden Teil der Brennkammer mit wärmespiegelnden Flächen auszustatten,
während die oberhalb und gegebenenfalls unterhalb dieser Zone liegenden Brennkammerteile
aus wärmeaufnehmenden Flächen gebildet wurden. Hierdurch sollte erreicht werden,
daß dem Verbrennungsprozeß im Bereich der Zündung und Entgasung möglichst keine
Wärme entzogen, vielmehr die durch das Mauerwerk aufgenommene Wärme in weitestgehendem
Maße auf den Brennstoff zurückgestrahlt wurde, damit die Zündung des Brennstoffes
in jedem Fall auch bei gewissen Lastabsenkungen gesichert blieb.
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Der Ausbrand des Brennstoffes erfolgte infolgedessen stets in dem
mit nackten Kühlrohren ausgestatteten oberen Teile der Brennkammer, d. h. also oberhalb
der Zünidungs- und. En.tgasungszone.
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Diese bisher allgemein übliche Brennkammerausgestaltung hatte jedoch
den Nachteil, daß trotz der tatsächlich erreichten höheren Feuerraumtemperatur in
Höhe der Brenner kein zufriedenstellender Ausbrand erzielt werden konnte, ganz
gleich,
ob die Brennkammer mit Ecken- oder Wirbelbrennern betrieben wurde. Der Ausbrand
ließ insbesondere bei der Verfeuerung von nur wenig flüchtige Bestandteile enthaltenden
und nassen Brennstoffen sehr viel zu wünschen übrig, was einen schlechten Kesselwirkungsgrad
zur Folge hatte. Auch traten im unteren Teil der Brennkammer, insbesondere im Bereich
der Brennerpartien, häufig den Betrieb störende Verschlackungen auf, die auf zu
hohe örtliche Feuergastemperaturen zurückgeführt werden müssen.
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Weiterhin ist auch bekannt, die Wasserrohre mehr oder weniger tief
in das Mauerwerk hinein oder von diesem entfernt anzuordnen.
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Um diese obengenannten Nachteile zu Vermeiden, wird nach der Erfindung
die bisher übliche Anordnung der wärmespiegelnden Flächen im 'Bereich der Brennstoffzuführung
verlassen und durch eine vorteilhaftere Anordnung und Verteilung der wärmeaufnehmenden
und der wärmespiegelnden Flächen ersetzt, die einen wesentlich besseren Ausbrand
des Brennstoffes gewährleisten.
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Nach der Erfindung wird hierbei von dem Gedanken ausgegangen, daß
in demjenigen Teil der Brennkammer, in welchem der Ausbrand erfolgen soll, eine
höhere Temperatur, als bisher bei mit Rohren ausgekleideten Brennkammern üblich
ist, herrschen muß, damit .der hier anfallende Koks und Schwefel möglichst restlos
verbrennen können. Geschieht dies nicht oder nur unvollkommen, so bilet sich bekanntlich
eine S@ili@ziurnsulfitmasse, die- an den nachfolgenden Berührungsheizflächen haftenblei.bt
und die an sich schon engen Durchgangsquerschnitte verstopft.
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Der nach der Erfindung angestrebte Erfolg wird dadurch erreicht, daß
die Anordnung der wärmeaufnehmenden und. wärmespiegelnden Flächen dem gewünschten
Temperaturverlauf des Verbrennungsvorganges .entsprechend angepaßt wird.
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Hierdurch wird mit Sicherheit erreicht, daß im unteren Teil der Brennkammer
keine Verschlackung mehr auftritt, dagegen im oberen Teil der Brennkammer stets
die für die restlose Verbrennung des Kokses erforderliche Temperatur gewährleistet
ist.
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Eine gemäß des Erfindung dem gewollten Temperaturverlauf angepaßte
Brennkammer besitzt daher in der der Zündungs- und Entgasungszone nachfolgenden
Ausbrandzone starke wärmespiegelnde Flächen, während die Zündungs- und Entgasung,szone
selbst sowie der unterste Teil der Brennkammer eine stärkere Rohrkühlung haben.
Die ineinander übergehenden wärmespiegelnden und auch die wärmeaufnehmenden Flächen
werden zweckmäßig den wünschenswerten Temperaturverhältnissen noch dadurch angepaßt,
daß das Mauerwerk oder die Kühlrahrabdeckung in dem heißesten Teil der Ausbrandzone
beispielsweise eine geschlossene wärmespiegelnde Wand bildet, die mit abnehmender
Temperatur, also nach oben und unten, streifenweise unterbrochen wird, wobei die
zwischen den dadurch freigelegten Kühlrohren stehenbleibenden Mauerstreifen zunächst
aus der Ebene der Kühlrohre vorspringen, um dann allmählich oder absatzweise hinter
die Kühlrohrwand zurückzutreten, bis sie schließlich in der Brennkammerwand aufgehen,
so daß die Kühlrohre vollständig nackt vor der Brennkammerwandung liegen. Auf diese
Weise wird nicht nur ein guter Übergang zwischen der wärmespiegelnden Fläche der
Aus-Brandzone und - den rein wärmeaufnehmenden Flächen ünterhalb und oberhalb der
Ausbrandzone, sondern auch eine sehr günstige Wärmeverteilung innerhalb der Zonen
selbst geschaffen.
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Da für den Ausbrand der Weg und die Temperatur des Brennstoffes innerhalb
der Ausbrandzone maßgebend sind, so bedeutet eine Steigerung der Temperatur eine
Verkürzung des Weges und somit eine geringere Bauhöhe des Kessels. Zur Erzielung
einer weiteren wesentlichen Verkürzung des Weges bzw. zur Steigerung der Temperatur
innerhalb der Ausbrandzone können gemäß der Erfindung zweckmäßig die Brenner in
an sich bekannter Weise in einer Ebene angeordnet werden, was gleichzeitig eine
sehr hohe Belastung des Zündteiles zur Folge hat, so daß stärkste Rohrkühlung in
diesem Teil der Brennkammer angewendet werden kann. Hierdurch wird nicht nur das
Abreißen der Zündung bei Schwachlast, sondern auch die Anschlackung in der Zündungs-
und Entgasungszone mit Sicherheit verhütet. In diesem Falle können die Brenner in
der bei Eckenfeuerung üblichen Weise oder auch derart angeordnet sein, daß sie von
zwei oder sämtlichen Brennkammerwänden gegeneinander blasen.
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Der Gegenstand der Erfindung wird in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert, und zwar zeigt Abb. i einen senkrechten Schnitt durch eine Feuerraumwand
einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Brennkammer, Abb. a bis 6 je einen-waagerechten
Schnitt durch die Feuerraumwand nach den Linien A-A; B-B; C-C und D-D der Abb. i,
Abb. 7, und 8 je einen waagerechten Schnitt durch die Zündungs- und Entgasungszone
der Brennkammer in Höhe der Brennerebene.
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In der Zeichnung ist mit i eine gemauerte Brennkammerwand bezeichnet,,
die durch die Kesselrohre :2 gekühlt wird. Zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes
ist die Brennkammer durch die eingezeichneten, stärker ausgeführten gestrichelten
Linien in drei Felder I bis III unterteilt, von welchen die Felder I und III mit
den vollständig nackt vor den Brennkammerwänden liegenden Rohren 2 die am stärksten
gekühlten Räume der Brennkammer bilden, während das mittlere Feld II von den auf
den Brennkammerwänden stufenweise aufgetragenen Schamotteschi.chten und -streifen
3, 4, 5 gebildeten wärmespiegelnden Flächen eingeschlossen ist und daher den heißesten
Teil der Brennkammer darstellt.
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Das ebenso wig Feld III lediglich von wärmeaufnehmenden Flächen umgebene
Feld I ist durch eine schwach gestrichelte Linie in zwei Räume a und b unterteilt,
von welchen b die Zündungs- und Entgasungszone bildet, in der die Brenner
6 angeordnet sind, während der Raum a zur Abkühlung
der anfallenden
Schlacke dient. Feld III, das den obersten Teil der Brennkammer bildet, führt unmittelbar
zu Hauptheizflächen des Kessels, weshalb hier die Rauchgase so weit abgekühlt werden
müssen, daß ihre Temperatur den Kesselheizflächen nicht mehr schädlich werden kann.
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Gemäß der Erfindung herrscht in dem Feld II durch vollständige oder
stufenweise zurücktretende Auskleidung der Brennkammerkühlrohre 2 die stärkste Wärmeentwicklung,
die so weit getrieben werden soll, daß der bei der Verfeuerung des Brennstoffes
anfallende Koks und Schwefel möglichst restlos verbrennen. Die Höhe der hierzu erforderlichen
Temperatur richtet sich nach den Eigenschaften des zur Verfeuerung gelangenden Brennstoffes.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem untersten und
obersten Feld c (vgl. Schnitt B-B in Abb. 3) die Schamotteschicht 3 nur so weit
aufgetragen, daß sie die Kühlrohre 2 eben berührt. In den an die Felder c anschließenden
Feldern d (vgl. Schnitt C-C in Abb. q.) reicht die Schamotte 3 bis etwa zur Mitte
der Kühlrohre 2, so daß diese zur Hälfte in die Schamotteschicht 3 eingebettet sind,
während in dem mittelsten Feld e die auf der Schamotteschicht 3 vorgesehenen Schamottestreifen
q. die Zwischenräume der Kühlrohre 2 ausfüllen und diese etwas überragen (vgl. Schnitt
D-D in Abb. 5). Die Schamottestreifen q. können im Feld e auch noch durch eine weitere
Schamotteschicht 5 abgedeckt werden (vgl. Abb. 6), wodurch in Feld e eine vollständig
geschlossene, wärmespiegelnde Fläche entsteht, so daß die Kühlrohre 2 vollständig
innerhalb der Schamotteschichten liegen. Auf diese Weise sind in der Ausbrandzone
verschiedene Temperaturstufen verwirklicht, die in der Mitte der Ausbrandzone die
größte Wärmekapazität besitzen und nach unten und oben stufenweise an Wärme abnehmen.
Hierdurch wird die Temperatur in der Ausbrandzone einem Wärmeverlauf angepaßt, der
der vollständigen Verbrennung des aus dem Brennstoff anfallenden Kokses und Schwefels
gerecht wird. Die Größe der einzelnen Stufen c, d, e richtet sich nach der
Eigenart des zur Verfeuerung gelangenden Brennstoffes. Die heißeste Stufe e braucht
nicht genau in der Mitte des Feldes II zu liegen, sie kann höher oder tiefer angeordnet.
sein, je nach der Eigenart der Brennstoffe. Sie kann auch bedeutend größer sein
als die nach oben und unten angeschlossenen, Stufen d, c von geringerer Intensivität
der wärmespiegelnden Flächen. Es ist auch denkbar, daß an Stelle der absatzweisen
Anordnung der verschieden stark die Wärme spiegelnden Flächen die Ausbrandzone (Feld
II) in ihrer gesamten vertikalen Ausdehnung von stark wärmespiegelnden Flächen in
der Ausführung nach Abb. 5 und 6 umgeben ist. Wesentlich ist lediglich, daß dem
jeweiligen Brennstoff entsprechend in der Ausbrandzone eine vollständige Verbrennung
des Kokses und des Schwefels erzielt wird.
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Um eine möglichst hohe Temperatur in der Ausbrandzone zu erhalten,
empfiehlt es sich, die Brennkammer entweder mit Eckenfeuerung oder Wirbelfeuerung
zu betreiben, wobei aber im Gegensatz zu der bisher üblichen Anordnung der Brenner
in verschiedener Höhe sämtliche Brenner 6 in gleicher Höhe, d. h. in einer gemeinsamen
Ebene, eingebaut werden, wie dies in den Abb.7 und 8 dargestellt ist. Abb. 7 zeigt
die an sich bekannte Eckenfeuerung, während Abb. 8 eine Wirbelfeuerung erkennen
läßt, bei der die Brenner 6 in zwei einander gegenüberliegenden Brennkammerw änden
eingebaut sind und gegeneinander blasen. An Stelle dieser Ausführung können die
Brenner auch in sämtlichen vier Brennkammerwänden eingebaut sein.
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Die Erfindung ermöglicht, wie bereits erwähnt, eine weitgehende Anpassung
an die gegebenen Kohlenverhältnisse, was noch dadurch gefördert wird, daß im Bereich
der Brennerpartien die Zündung und Entgasung der Kohle möglichst unter Ausnutzung
der vollen Kühlwirkung vor sich geht. Verschlackungen in diesen unteren Partien
treten dann nicht mehr auf, obwohl durch die Erfindung sogar Maßnahmen zur Erhöhung
der Feuerraumtemperatur an sich getroffen sind. Zweckmäßig wird diejenige Ausbildung
sein, bei der, wie vorbeschrieben, die zwischen den einzelnen Kühlrohren liegenden
Schamottestreifen der Brennkammerwände selbst mehr oder weniger in den Bereich der
Kühlrohre vorgezogen werden. Man kann dabei die Kühlwirkung verändern, ohne irgendwelche
Änderungen am Rohrsystem treffen zu müssen. Dieser Fall kann eintreten bei Übergang
auf eine bestimmte andere Kohlenart.
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Es steht auch nichts im Wege, Zündgürtel einzubauen oder, wie vorbeschrieben,
eine Unterbrechung in der Anordnung der Kühlrohrgruppen sinngemäß vorzusehen.