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Verfahren zur Regelung der Dampftemperatur eines von einer Zyklonfeuerung
befeuerten Dampferzeugers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der
Dampftemperatur eines von einer Zyklonfeuerung, bestehend aus wandgekühltem Brennraum,
Nachbrennraum und Strahlungsraum, beheizten Dampferzeugers, und sie besteht darin,
daß die Strahlungszahl der den Brennraum verlassenden Heizgase durch Zusatz eines
Karburiermittels erhöht wird, indem das Karburiermittel bei gleichbleibend aufgegebenerBrennstoffmenge
bei Vollast in dem unteren Teil des Strahlungsraumes an einer oder mehreren im gleichen
Querschnitt befindlichen Stellen gleichzeitig, bei Teillast dagegen näher an dem
Austritt des Strahlungszuges eingesprüht wird.
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Die Zyklonfeuerung besteht aus einer feuerfesten zylindrischen Muffel,
in welche das Brennstoff-Luft-Gemisch tangential mit solcher Geschwindigkeit eingeführt
wird, daß die gröberen Brennstoffteile durch die Fliehkraft an die Muffelwand geschleudert
werden, und welche mit so hoher Feuerraumtemperatur betrieben wird, daß die Schlacke
flüssig anfällt.
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Die Feuergase strömen fast völlig ausgebrannt aus der Muffel in den
Nachbrennraum über. Auch der größte Teil der Schlacke verbleibt in flüssigem Zustande
in der Muffel und fließt durch eine Bodenöffnung in die Schlackenwanne des Nachverbrennungsraumes.
Trotzdem ist es nicht möglich, die nach dem Nachbrennraum folgenden Heizflächen
als Berührungsheizflächen auszubilden, weil die Feuergase die Muffel mit i6oo bis
i8oo°C und den Nachbrennraum mit r3oo bis =500°C verlassen. Bei dieser Temperatur
würde auch
der geringe, noch in den Feuergasen schwebende Schlackenanteil
zu starker Verschlackung der Heizflächen führen. Es ist deshalb notwendig, an den
Nachverbrennungsraum noch einen großen Strahlungsraum anzuschließen, um die Feuergase
auf die Temperatur von höchstens iooo bis i2oo°C abzukühlen, mit der sie in die
Berührungsheizfläche einströmen dürfen. Wenn der Dampfüberhitzer, wie üblich, im
Temperaturgebiet der Feuergase von goo bis 500°C angeordnet ist, kann er als Berührungsheizfläche
ausgebildet werden, ohne daß die Gefahr der Verschlackung besteht.
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In dem Strahlungsraume strömt daher ein ausgebranntes, nichtleuchtendes
Feuergas, dem durch Abstrahlung so viel Wärme entzogen werden muß, daß die Temperatur,
die am Anfange des Strahlungszuges etwa i5oo°C beträgt, an seinem Ende auf etwa
iioo°C gesunken ist. Das Feuergas besteht aus Stickstoff, Kohlendioxyd und Wasserdampf.
Die Strahlungszahlen dieser Gase sind im Verhältnis zu einer leuchtenden Flamme,
die dem schwarzen Strahler nahekommt, gering.
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Um die nichtleuchtende Gasmasse in dem Strahlungszuge leuchtend zu
machen, wird sie gemäß der Erfindung karburiert. Es ist bekannt, eine nichtleuchtende
Gasflamme durch Karburieren leuchtend zu machen und dadurch eine größere Strahlungsziffer
zu erzielen. Dies wird besonders in der Metallurgie angewandt, wo das geschmolzene
Metall, etwa beim Siemens-Martin-Ofen, nur an der Oberfläche des Bades Wärme aufnehmen
kann, die Wärmeübertragungsfläche- daher beschränkt ist. Durch Karburieren wird
die Gichtgasflamme leuchtend gemacht und durch die höhere Strahlungszahl der leuchtenden
Flamme ein größerer Wärmeübergang und daher eine Leistungserhöhung des Ofens erzielt.
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Das Karburieren beruht auf der Eigenschaft der schweren Kohlenwasserstoffe,
bei Temperaturen über iioo°C zu zerfallen in leichte Kohlenwasserstoffe und atomaren
Kohlenstoff. Beispielsweise zerfällt Azetylen in Methan und Ruß C,H4 = C H4 -t-
3C. Das Leuchten der Gasflamme im Schmetterlingsbrenner beruht auf diesem Zerfall,
ob er mit Leuchtgas oder mit Azetylen gespeist wird.
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Der atomare Kohlenstoff nimmt, da er überall in der Flamme in feinster
Verteilung ausfällt, schnell die Flammentemperatur an und macht dadurch die ganze
Flamme zu einer hell strahlenden Gasmasse. Der im Überschuß vorhandene Sauerstoff
der Flamme verbrennt auch das anfallende Methan und den Kohlenstoff. Die Menge Kohlenstoff,
welche erforderlich ist, um die Flamme zum Leuchten zu bringen, ist um so größer,
je schneller die Zerfallprodukte in der Flamme verbrennen. Bisher ist das Karburieren
zum Leuchtendmachen von Flammen angewandt worden, also von Gasmassen wechselnder
Zusammensetzung, in denen eine lebhafte Reaktion abläuft, bei welcher Wärme frei
wird.
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Im Gegensatz dazu soll gemäß der Erfindung das Karburieren auf eine
ausgebrannte Gasmasse angewandt werden, also eine Gasmischung, in welcher keine
Wärme erzeugt, sondern ihr im Gegenteil Wärme durch Strahlung entzogen werden soll.
Diese neuartige Anwendung des Karburierens ist nur möglich, weil das zu karburierende
Gas so hohe Temperaturen hat, daß der Zerfall der schweren Kohlenwasserstoffe eintritt
und der -ausfallende atomare Kohlenstoff die hohe Gastemperatur annimmt und dadurch
zum hellen Glühen kommt. Bei der geringen Menge des Karburiermittels, welche auf
i bis o,i °/o der Vollast-Brennstoffmenge der Feuerung geschätzt wird, ist es für
die Wärmebilanz belanglos, ob die Zerfallprodukte in dem in dem Feuergas vorhandenen
geringen Luftüberschuß allmählich verbrennen oder nicht. Eine rasche Verbrennung
würde das Leuchten der Gasmasse auf einen kleinen Raum beschränken und ist daher
nicht erwünscht. Daher wird das Karburiermittel, als welches Heizöl sehr geeignet
ist, ohne Luftzugabe in den Feuergasstrom eingesprüht.
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Das Karburieren der ausgebrannten Feuergase wird gemäß der Erfindung
dazu benutzt, die Dampftemperatur des in dem von der Feuerung beheizten Dampferzeuger
erzeugten und überhitzten Dampfes zu regeln. Zu diesem Zwecke wird bei Vollast an
einer oder mehreren -Stellen ein Karburiermittel in den Strahlungszug eingesprüht.
Infolge des Leuchtendwerdens der Flamme wird die Wärmeabgabe durch Strahlung im
Strahlungszuge vergrößert und dadurch die Gasaustrittstemperatur am Ende des Strahlungszuges
abgesenkt, dem Überhitzer also weniger Wärme angeboten. Auf diese Weise können die
bekannte steigende Charakteristik des Überhitzers abgeflacht und damit Wirkungen
erzielt werden, wie sie unter größerem Werkstoff- und Kostenaufwand mit Hilfe der
bekannten Rauchgasrückführung oder der Heißdampfkühler erreicht werden. Auch sind
die Grundlagen dieser Maßnahmen von dem Erfindungsvorschlage völlig verschieden.
Bei der Rauchgasrückführung wird durch Zumischen von kalten Gasen die Feuergasmenge
vergrößert und die Mischtemperatur abgesenkt. Die Abstrahlung wird also vermindert
durch Verminderung der Gastemperatur, die Ausnutzung der Strahlungsheizfläche wird
somit, wenn auch im Teillastgebiete, verschlechtert. Gemäß der Erfindung wird dagegen
die Ausnutzung der Strahlungsheizfläche bei Vollast verbessert.
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Die Erfindungsmaßnahme unterscheidet sich auch von den bekannten kombinierten
Feuerungen und Hauptfeuerungen mit Zusatzfeuerung grundlegend dadurch, daß bei allen
diesen Feuerungen ein gemeinsamer Brennraum vorhanden ist, in welchem die Verbrennung
stattfindet, während gemäß der Erfindung das Karburiermittel erst einem ausgebrannten
Gasstrome zugesetzt wird.
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Aus diesem Unterschiede ergibt sich auch, daß bei einem Dampferzeuger
gemäß der Erfindung die Dampftemperatur durch Veränderung der Größe der strahlenden
Zone erzielt wird, indem bei Teillast das Karburiermittel näher dem Austritt des
Strahlungszuges zugeführt wird, ähnlich wie dies bei einer Kohlenstaubfeuerung bekanntgeworden
ist, indem die Teillastbrenner näher am Austritt der Brennkammer angeordnet sind.
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In der Zeichnung ist ein von einer Zyklonfeuerung beheizter Dampferzeuger
im Symmetrieschnitt dargestellt.
Der Dampferzeuger umschließt den
Verbrennungsraum x der Muffel 2, den Nachbrennraum 3, den Strahlungsraum 4, den
etwa waagerechten Verbindungszug 5, in welchem die erste Stufe 6 des Überhitzers
und der Zwischenüberhitzer 7 angeordnet sind, den Umlenkraum 8, den absteigenden
Gaszug 9, in welchem die zweite Stufe io des Überhitzers und der Speisewasservorwärmer
ii sowie die erste Gruppe des Lufterhitzers 12 angeordnet sind.
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Die Muffel 2 und der Nachbrennraum 3 sind mit Kühlrohren verkleidet.
Die Einrichtung und Betriebsweise sowie die Ausrüstung mit Kühlrohren wird als bekannt
vorausgesetzt. Von dem Verteiler 13 gehen Rohre aus, welche den Kühlrost 14 bilden,
und dann, in einer Achsebene weitergeführt, die Wand 15 zwischen Nachbrennraum 3
und Strahlungsraum 4 herstellen. Sie begrenzen noch die untere Schräge des Strahlungsraumes
4 und sind dann in lotrechte Rohrtafeln 16 zusammengezogen, deren Ebenen parallel
zur Bildebene liegen und voneinander so großen Abstand haben, daß sie von den dazwischenströmenden
Heizgasen überwiegend durch Strahlung beheizt werden.
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Die Kühlrohre der Muffel e und des Nachbrennraumes 3 werden in Sammler
17 zusammengezogen, welcher durch die Kühlwandrohre 18 mit der Kesseltrommel i9
in Verbindung steht. In die Kesseltrommel i9 münden auch die Rohre 16 ein und die
Kühlrohre 2o der Rückwand des Strahlungsraumes 4. Die Kesseltrommel i9 ist in bekannter
Weise durch unbeheizte Fallrohre mit den Verteilern für die Kühlrohre und durch
Dampfrohre mit dem Überhitzer verbunden.
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Durch die Öffnung 21 wird mit Hilfe von Zerstäuberdüsen das Karburiermittel
in den Strahlungsraum 4 gesprüht.