DE973060C

DE973060C - Verfahren zur Regelung der Dampftemperatur eines von einer Zyklonfeuerung befeuertenDampferzeugers

Info

Publication number: DE973060C
Application number: DED5543A
Authority: DE
Inventors: Robert Dr-Ing Jantscha
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1950-09-07
Filing date: 1950-09-07
Publication date: 1959-11-19

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Durch die Öffnung 21 wird mit Hilfe von Zerstäuberdüsen das Karburiermittel in den Strahlungsraum 4 gesprüht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Regelung der Dampftemperatur eines von einer Zyklonfeuerung, bestehend aus wandgekühltem Brennraum, Nachbrennraum und Strahlungsraum, beheizten Dampferzeugers, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungszahl der den Brennraum verlassenden Heizgase durch Zusatz eines Karburiermittels erhöht wird, indem das Karburiermittel bei gleichbleibend aufgegebener Brennstoffmenge 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.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß um so mehr Karburiermittel zugegeben wird, je gasärmer der Brennstoff ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 697 171, 459 533, 564 409, 722 698; schweizerische Patentschrift Nr. 232 990; britische Patentschrift Nr. 384 877; USA.-Patentschrift Nr. 2 239 341; Buch von S c h a c k, »Der industrielle Wärmeübergang«, 1948, S. 204,205 und 292 bis 295; 2. Auflage, 1940, S.254, 255; Buch von Bleibtreu, Kohlenstaubfeuerungen, 2. Auflage, 193o, S. 26o, 261; Zeitschrift Archiv für Eisenhüttenwesen, 1941, S. 489, 490 und 492.