DE966677C

DE966677C - Lying combustion chamber with ash removal device for dusty fuels

Info

Publication number: DE966677C
Application number: DEB27245A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Joachim Nitschke; Dipl-Ing Matthias Stechl; Dr-Ing Leo Unterstenhoefer
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1953-08-30
Filing date: 1953-08-30
Publication date: 1957-08-29

Description

Liegende Brennkammer mit Entaschungseinrichtung für staubförmige Brennstoffe Es ist bekannt, staubförmige Brennstoffe in sogenannten Turbokammern zu verbrennen, wobei'die Luft und gegebenen#falls auch der Kohlenstaub tangential eingeblasen werden und durch die starke Wirbelbewegung eine sehr intensive Verbrennung eingeleitet wird, so daß die Feuerraumbelastung sehr hoch gewählt werden kann. Es bestehen verschiedeneVorschläge für die Ausführung derartiger Verbrennungska,mmern. Meist wird dabei die ursprünglich axiale Gasströmung zyklonartig umgelenkt. Von der Gesamtasche werden etwa 8o% in Form von Schlacke abgeführt. Für viele Zwecke, insbesondere zum Betrieb von Gasturbinen, reicht jedoch die Entstaubung nicht aus. In mit Gasturbinenanlagen baulich unmittelbar zusammengefaßter Anordnung sind ferner schon Brennkammern vorgeschlagen worden, bei denen sich an einen zylindrischen, der Verbrennung dienenden Raum ein durch eine düsenartige Einschnürung gebildeter, verhältnismäßig kurzer, konischer Raum anschließt, an dessen Wandung sich ein Schlackenfilm niederschlägt, der am tiefsten Punkt dieses Raumes abgezogen wird. Es hat sich nun gezeigt, daß bei nur kurzem konischen Raum mit enisprechend großem Kegelwinkel Stauungen. eintreten, die die Drallgeschwindigkeit beim Gasübertritt von der Brennkammer zum Schlackenabscheidungsraum nachteilig beeinflußt. Versuche haben ergeben, daß sich durch die Wahl eines kleineren Kegelw,inkels für den konischen Schlackenabscheidungsraum die Wirbelbewegung und damit die -Schlackenabscheidung erheblich verstärken läßt.Horizontal combustion chamber with ash removal device for fuel in the form of dust It is known to burn fuel in the form of dust in so-called turbo chambers, whereby the air and, if necessary, the coal dust are blown in tangentially and a very intensive combustion initiated by the strong whirling motion so that the combustion chamber load can be selected to be very high. There are several proposals for the execution of such combustion chambers. Usually it is the original axial gas flow deflected like a cyclone. About 80% of the total ash is in Form of slag discharged. For many purposes, especially for the operation of gas turbines, however, the dedusting is not sufficient. In structurally direct with gas turbine systems Combustion chambers have also been proposed in a combined arrangement, in which a cylindrical space used for combustion passes through a nozzle-like constriction formed, relatively short, conical space adjoins, on the wall of which a slag film is deposited, which is the deepest Point of this space is deducted. It has now been shown that only for a short time conical space with a correspondingly large cone angle congestion. enter that the Swirl velocity when the gas passes from the combustion chamber to the slag separation chamber adversely affected. Tests have shown that choosing a smaller one Kegelw, inkels for the conical slag separation room the vortex motion and thus the slag separation can be increased considerably.

Die vorliegende Brennkammer mit Enta-schungseinrichtung für staubförmige Brennstoffe in liegend-er Anordnung mit tangentialer oder nahezu tangentialer Luft- und Kohlenstaubzufuhr vermeidet die Nachteile eines zu kurzen, koniischen Entschlackungsraumes und schafft besonders günstige Voraussetzungen zur Verbindung mit einer nachzuschaltenden Mischkammer. Die Neuerung an e-iner liegenden Brennkammer miit einem zylindrischen Verbrennungsraum und dahinter angeordnetem, konischem Schlackenabscheidungsraum besteht darin, daß der Kegelwinkel des konischen Schlackenabscheidungsraumes so klein ist,- daß keine Stauung, sondern eine Erhöhung der Drallgeschwindigkeit eintritt und daß im Unterteil ein Schlitz als Schlackenabzugsöffnung vorgesehen ist, der sich von der Stelle, an der der Ausbrand des Brennstoffes im wesentlichen abgeschlossen ist, bis kurz vor das Ende des konischen Schlackenabscheidungsraumes erstreckt.The present combustion chamber with ash removal device for dusty Fuels in a horizontal arrangement with tangential or almost tangential air and coal dust supply avoids the disadvantages of a too short, conical purification room and creates particularly favorable conditions for connection with a downstream Mixing chamber. The innovation in a lying combustion chamber with a cylindrical one Combustion chamber and behind it, conical slag separation chamber is that the cone angle of the conical slag separation space is so is small, - that there is no congestion, but an increase in the swirl speed and that a slot is provided as a slag discharge opening in the lower part, the from the point at which the burnout of the fuel has essentially been completed is until just before the end of the conical slag separation space.

Vorteilhaft ist anschließend an den konischen Raum eine erweiterte Mischkammer vorgesehen, in die, vorzugsweise tangential, Kühlmittel, insbesondere Luft, eingeführt werden, so daß eine Ab- kühlung der Verbrennungsgase mindestens unter den Schlackenschmelzpunkt, zweckmäßig sogar bis auf die Betriebstemperatur der Gasturbine herab, eintritt. Anschließend an diese Mischkammer wird vorteilhaft ein Fliehkraftentstauber angeordnet, der zweckmäßig ebenfalls liegend angeordnet ist und der eine nach unten abgebogene Achs-c besitzt.A widened mixing chamber is advantageously provided next to the conical space, into which coolant, in particular air, is introduced, preferably tangentially, so that the combustion gases cool down at least below the slag melting point, expediently even down to the operating temperature of the gas turbine . Subsequently to this mixing chamber, a centrifugal dust extractor is advantageously arranged, which is also expediently arranged horizontally and which has an axis-c bent downwards.

Es ist günstig, die Verbrennungstemperatur durch den Luftüberschuß und die Verbrennungsluftvorwärmung so zu steuern, daß jene nur wenig über dem Schlackenschmelzpunkt liegt. Dadurch erreicht man, daß nur ein sehr geringer Teil der Schlacke verdampft und in kälteren Zonen in Form von äußerst feinkörnigem Flugstaub auftritt.It is beneficial to reduce the combustion temperature due to the excess air and to control the combustion air preheating so that it is only slightly above the slag melting point lies. This ensures that only a very small part of the slag evaporates and occurs in colder zones in the form of extremely fine-grained fly ash.

In dem eigentlichen Verbrennungsraum gelangt nur wenig Schlacke an die Wände, da sie durch die einströmende Luft immer wieder in das Innere des Raumes getragen wird. Außerdem stört die starke Volumenänderung bei der Verbrennung die Abscheidung wesentlich. Erst im zweiten konischen Raum, in dem höchstens nur geringfügige Nachverbrennungen eintreten, gelangt der wesentliche Teil der Schlacke an die Wandung. Durch die konische Anordnung wird die Wirbelbewegung und damit die Schlackenabscheidung erheblich verstärkt. Außerdem wird die Abschelidung der Schlacke dadurch begünstigt, daß die a-.,iiale Strömung durch den Konus nach innen abgelenkt wird, so daß sogar ohne eine Rotationsbewegung der Gase eine Abscheidung eintreten würde. Besonders günstig ist diie konische Anordnung auch insofern, als die Verbrennungsgase nahe an die Wand herangeführt werden, so daß die Schlackentröpfchen nur kurze Wege bis zur Abscheidung an der Wand zurückzulegen haben.In the actual combustion chamber, only a small amount of slag reaches the walls, as it is repeatedly carried into the interior of the room by the air flowing in. In addition, the sharp change in volume during combustion significantly disrupts the separation. Only in the second conical space, in which at most only minor afterburning occurs, does the essential part of the slag reach the wall. Due to the conical arrangement, the vortex movement and thus the slag separation is considerably increased. In addition, the separation of the slag is promoted by the fact that the axial flow is deflected inwards by the cone, so that separation would occur even without a rotational movement of the gases. The conical arrangement is also particularly favorable in that the combustion gases are brought close to the wall, so that the slag droplets only have to travel short distances before they are deposited on the wall.

. Unmittelbar hinter dem konischen Schlackenabscheidungsraum gelangen die Verbrennungsgase in die Mischkamm-er, in die am besten Kaltluft eingeführt wird, hierbei granuliert die mitgerissene Schlacke. Diese Kammer ist so groß zu bemessen, daß die Schlackentröpfchen erstarrt sind, bevor sie die Wandung erreichen, damit sich diese Kammer nicht langsam zuset7t. . Immediately behind the conical slag separation chamber, the combustion gases enter the mixing chamber, into which cold air is best introduced, in which case the slag that is entrained is granulated. This chamber is to be dimensioned so large that the slag droplets have solidified before they reach the wall, so that this chamber does not slowly close up.

Aus dieser Kammer gelangen die Verbrennungsgase in einen Fliehkraftentstauber, der innen isoliert ist. Im Innern siind zweckmäßig zunderfeste Bleche angeordnet, die zur Gasführung dienen. Der Gasdruck wird durch den Isolierstoff auf den äußeren Mantel des Entstaubers übertragen und durch diesen bei . niederer- Temperatu,r aufgenommen. Es ist besonders günstlig, den Entstauber liegend anzuordnen, so daß die Gase horizonital austreten. Infolge der zum Aschenabzug hin nach unten abgebogenen Achse läßt sich der Flugstaub in einer senkrechten Schleuse leicht ausschleusen.The combustion gases pass from this chamber into a centrifugal dust extractor, which is insulated on the inside. Scale-resistant metal sheets are expediently arranged in the interior and are used to guide the gas. The gas pressure is transmitted through the insulating material to the outer jacket of the dust extractor and through it at . lower-temperatu, r recorded. It is particularly advantageous to arrange the dust extractor horizontally so that the gases exit horizontally. As a result of the axis bent downwards towards the ash removal, the fly ash can easily be discharged in a vertical lock.

An Hand der Abbildungen sei die vorliegende Erfindung an einem Beispiel näher erläutert.The present invention is based on an example on the basis of the figures explained in more detail.

In Abb. I tritt bei 6 und 7 Kohlenstaub und Luft in den zylindrischen Brennraum i, der waagerecht oder mit geringer Neigung nach unten zum Auslauf hin angeordnet ist, und mit Ausmauerung 8, einem Druckmantel 9 und mit Kühlschlangen io versehen ist. An den Brennraum i schließt sich unmittelbar der konische Entschlackungsraum 2 an, der ebenfalls.durch Mauerwerk i i gebildet -wird. Im Unterteil des Entschlackungsraumes befindet sich ein Schlitz 3, durch den die Schlacke, abfließt. An den Entschlackungsraum 2 schließt sich die Mischkammer 4 an? in diese wird tangenfial durch die Düse- 12 KühLft eingeblasen. Auch dieser Raum ist mit Mauerwerk 13 versehen. Er wird am Ende wiederum konisch zusammengezogen. Von da strömt das Verbrennungsgas mit der granulierten Schlacke in den Fliehkraftentstauber 5 ab.In Fig. I, coal dust and air enter the cylindrical combustion chamber i at 6 and 7 , which is arranged horizontally or with a slight downward slope towards the outlet, and is provided with lining 8, a pressure jacket 9 and cooling coils io. The conical deslagging chamber 2, which is also formed by masonry ii, directly adjoins the combustion chamber i. In the lower part of the purification room there is a slot 3 through which the slag flows off. The mixing chamber 4 connects to the purification room 2? Cooling is blown into this tangentially through the nozzle. This room is also provided with masonry 13. At the end it is again contracted conically. From there, the combustion gas flows with the granulated slag into the centrifugal dust extractor 5 .

Eine Ausführung des Fliehkraftentstaubers ist in Abb. II dargestellt. Bei 14 tritt die Luft tangential, aus der Mischkammer 4 kommend, ein. Die Achse 15 liegt im Oberteil waagerecht und ist im Unterteil nach unten abgebogen, so daß die Flugstaubschleuse 16 senkrecht dazu liegt. Das Gasabzugsrohr 17 taucht in - den Entstaubungsraum hinein. Dieser Raum ist durch zunderfeste Bleche 18 gebildet. Hinter den Blechen ist eine Isoliermasse ig vorgesehen. Die ganze Anordnung befindet sich in dem Druckbehälter 2o. Die entstaubten Verbrennungsgase gelangen nach Verlassen des Entstaubers zu einer Gasturbine, die bei Druck-en von einigen Atmosphären betrieben wird. Die Gase enthalten bei Eintritt in die Gasturbine praktisch keine Flugasche mehr.A version of the centrifugal dust extractor is shown in Fig. II. At 14, the air enters tangentially, coming from the mixing chamber 4. The axis 15 lies horizontally in the upper part and is bent downward in the lower part, so that the airborne dust lock 16 is perpendicular thereto. The gas exhaust pipe 17 dips into - the dedusting space. This space is formed by metal sheets 18 that are resistant to scale. An insulating compound ig is provided behind the metal sheets. The entire arrangement is located in the pressure vessel 2o. After leaving the dust extractor, the dedusted combustion gases reach a gas turbine, which is operated at pressures of a few atmospheres. When entering the gas turbine, the gases practically no longer contain any fly ash.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Lying combustion chamber with ash removal device for static fuel, possibly under pressure, especially for gas turbines, with tangential or almost tangential air and coal dust supply pipes, consisting of a cylindrical combustion chamber and a conical slag separation chamber arranged behind it, characterized in that the conical angle of the conical slag separation chamber (2) is so small that there is no congestion, but an increase in the twist speed and that a slot (3) is provided in the lower part as a slag discharge opening from the point at which the burnout of the fuel is essentially complete to just before the end of the conical slag separation chamber (2).

2. Horizontal combustion chamber with ash removal device according to claim i, characterized in that an enlarged mixing chamber (4) is provided next to the conical space (2), into which, preferably tangentially, coolant, in particular air, are introduced, so that the Combustion gases enter at least below the slag melting point, expediently up to the operating temperature of the gas turbine. 3. Combustion chamber according to claim i and: 2, characterized in that following the mixing chamber (4) a centrifugal de-watering device (5), also expediently in a lying arrangement, is provided with the axis bent downwards.

Considered publications: German Patent Nos. 829 967, 675 1 13, 478 1:20, 464 45 5, 45 7 go6, 45 1 864, 412 2 5 8; "Engineering", 19SI, p. 795; "Mitteilungen der VGB", 1954 p. 264.