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Strahlungsdampfkessel, insbesondere Naturumlaufkessel mit Kohlenstaubfeuerung
mit Ablauf flüssiger Schlacke Die Erfindung bezieht sich auf einen Strahlungsdampfkessel,
insbesondere Naturumlaufkessel mit Kohlenstaubfeuerung mit Ablauf flüssiger Schlacke
und vorzugsweise tangential zu Brennkreisen um eine lotrechte Achse gerichteten
Brennstoff- und Luftdüsen, bei der die Brennkammer von einer Strahlungskammer durch
eine Einschnürung abgegrenzt ist und beide Kammern mit Verdampferrohren ausgekleidet
sind, die als Steilrohre aus der Brennkammer in die Strahlungskammer aufsteigen.
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Unter Kesseln dieser Art hat sich in betrieblicher Hinsicht eine Bauart
bewährt, bei welcher die Feuergase der für Tangentialfeuerung mit um eine lotrechte
Achse kreisender Flamme ausgebildeten Brennkammer oben in eine Strahlungskammer
abströmen, die an ihren Wänden, oft auch an Schottwänden mit Verdampferrohren oder
überhitzerrohren zwecks Kühlung der Feuergase durch Wärmestrahlung abgekleidet bzw.
durchsetzt ist. Ein wirtschaftlicher Vorteil dieser Bauart besteht in ihrem kleinen
Grundflächenbedarf und darin, daß sie zur Aufhängung der Rohrsysteme und zu ihrer
Isolierung gegen die äußere Atmosphäre nur einfachster Gerüstkonstruktionen u. dgl.
Mittel bedarf. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Auslaß der Brennkammer für
die Feuergase zur Brennkammermittelachse hin zu verengen, allgemein gesagt, die
Brennkammer einzuschnüren, wodurch
die unmittelbare Wärmeabstrahlung
aus der Zündzone des Brennstoffes in die Strahlungskammer verringert, also ein gewisser
Wärmestau in der Brennkammer erreicht wurde, der die Zündung des Brennstoffes und
bei Schmelzfeuerungen auch das Schmelzen der Brennstoffrückstände förderte. Bei
Tangentialfeuerungen wird durch die Einschnürung schließlich noch der Brennweg in
der Brennkammer verlängert und dadurch mehr Wärme schon in der Brennkammer frei
gemacht, zumal die Wirbelwirkung das Zurückhalten der festen Brennstoffteile in
der Brennkammer unterstützt, was zugleich die Abscheidung von Asche od. dgl. und
ihr Einbinden zu flüssiger Schlacke begünstigt.
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Die Einschnürung der Brennkammer wurde bisher dadurch gebildet, daß
sämtliche oder der überwiegende Teil der in die Strahlungskammer aufsteigenden Steilrohre
buckelartig in den Brennraum vorspringend ausgebogen wurden. Das erforderte neben
mehrmaligem Biegen dieser Rohre die Anwendung zusätzlicher Tragelemente für die
in der Brennkammer verlaufenden Teile der Rohre, die schließlich auch den Brennkammerboden
und häufig auch die Isolierung der Brennkammer und gegebenenfalls in der Brennkammer
aufgestaute Asche oder Schlacke tragen sollen.
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Nach der Erfindung wird hierin eine wesentliche Vereinfachung dadurch
erreicht, daß die Steilrohre ohne Einbiegungen von der Brennkammer in die Strahlungskammer
geführt sind und die Einschnürung aus besonderen Rohrgruppen gebildet wird. Hierdurch
bedarf es der besonderen.Einbiegungen der Steilrohre nicht mehr; desgleichen fallen
die besonderen Tragteile fort, da die Steilrohre unmittelbar als Traganker für die
Brennkammer dienen können. Dabei stellen die für die Einschnürung angewendeten Rohrgruppen
keinen zusätzlichen Aufwand dar, weil sie ebenfalls als Verdampferrohre od. dgl.
Heizrohre ausgenutzt werden, bei ihrer Anwendung also Verdampferrohre od. dgl. erspart
werden können, die sonst an anderer Stelle des Kesselsystems zur Wärmeaufnahme bzw.
zur Abkühlung der Feuergase angeordnet werden müßten. Die neue Ausführung der Einschnürung
hat ferner den Vorzug, daß sie sich besonders einfach in bisher übliche, oben völlig
offene Brennkammern von rechteckigem Querschnitt, z. B. bei Umstellung einer Kohlenstaubfeuerung
auf Schmelzbetrieb, einbauen läßt, ohne daß am Verdampferrohrsystem des vorhandenen
Kessels erhebliche Änderungen vorzunehmen wären.
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Wird nach der Erfindung für die innere Kühlung der Rohrgruppen der
Einschnürung ein Zwangstrom vorgesehen, so können für sie einfachste Bauelemente,
wie z. B. Rohrschlangen, angewendet werden. Es ist möglich, sie in den zum Kessel
führenden Strom des Speisewassers oder sie in den Verdampfungsstrorn des Kesselwassers
zu schalten und für sie notfalls einen eigenen Wasserumlauf vorzusehen. Besondere
Vorteile werden aber noch erreicht, wenn die Rohrgruppen der Einschnürung nach der
Erfindung in den Dampfstrom des Kessels geschaltet werden, vorzugsweise so, daß
sie als erste Überhitzungsstufe dienen, weil hierdurch auch bei kleinsten Belastungen
der Brennkammer schon ein erheblicher Anteil der frei werdenden Wärme in der Brennkammer
der Dampfüberhitzung zugute kommt. Da bekanntlich ein Strahlungsüberhitzer auch
im übrigen ausgleichend für die Überhitzungscharakteristik von Dampfkesseln wirkt,
trifft dies auch für den an der Einschnürung gelegenen Überhitzer zu. Vorteilhaft
kommt hinzu, daß beim Einbau einer Einschnürung in einen vorhandenen Kohlenstaubdampfkessel
mit offener Brennkammer eine Vergrößerung der überhitzerheizfläche ohnehin vorgenommen
werden müßte, um so hohe Überhitzungstemperaturen zu erhalten wie vorher, und diese
Vergrößerung der Überhitzerheizfläche, gewünschtenfalls zugleich sogar eine Steigerung
der Dampfüberhitzung, schon mit den Rohren der Einschnürung erreicht werden kann.
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Wegen der Vorteile, welche mit der Anwendung von Dampfüberhitzungsrohren
am Übergang von der Brennkammer in die Strahlungskammer erreicht werden, werden
nach der Erfindung auch bei den an sich bekannten Strahlungsdampfkesseln mit um
eine aufrechte Achse als Zvklonstaubabscheider aus Kesselrohren geformten Brennkammern,
deren in die Brennkammern hineinragende Feuergasauslaßhälse in Strahlungskammern
aufsteigen, die Rohre des Flammenauslaßhalses der Brennkammer in den Dampfstrom,
vorzugsweise als erste überhitzungsstufe, geschaltet. Ferner werden nach der Erfindung
auch bei dieser Sondergruppe von Kesseln, im Gegensatz zu ihrer bisher üblichen
Bauart, die als Steilrohre aus der Brennkammer aufsteigenden Kesselrohre ohne Einbiegungen
in die Strahlungskammer geführt, und es wird die außer dem Flammenauslaßhals noch
bestehende Einschnürung der Brennkammer gegen die Strahlungskammer ebenfalls aus
in den Dampfstrom geschalteten Rohren gebildet. Hierdurch kann auch bei dieser Kesselgruppe
auf die sonst üblichen Einbiegungen der Steilrohre verzichtet und die Aufhängung
der Rohrgruppen vereinfacht werden. Von wesentlicher Bedeutung ist dabei ferner,
daß einerseits die Kühlrohre des Flammenauslaßhalses an sich nur um der Haltbarkeit
des Flammenauslaßhalses willen erforderlich sind, ihre Kühlwirkung auf die Verbrennung
und gegebenenfalls das Schmelzen von Brennstoffrückständen eher abträglich als vorteilhaft
ist, und daß andererseits Überhitzerrohre eine geringere Kühlwirkung als Verdampferrohre
haben können. Infolgedessen wird durch Anwendung von Überhitzerrohren im Flammenauslaßhals
an Stelle der bisherigen Wasserrohre das Verbrennen des Brennstoffes und das Schmelzen
seiner Rückstände begünstigt.
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Bei beiden Kesselarten können erfindungsgemäß die Rohrgruppen der
Einschnürung aus im wesentlichen liegend angeordneten Rohren geformt werden, die
quer zu den Steilrohren der Brenn- bzw. der Strahlungskammer geführt sind, wobei
diese Rohrgruppen je von mehreren, gegebenenfalls allen Seitenwänden der Brennkammer
vorbeigeführt
werden können. Hierbei kann man mit wenigen Anschlußsammlern
od. dgl. auskommen. Auch ist die Lagerung der Rohre mit einfachsten Mitteln möglich,
indem nach der Erfindung die Rohrgruppen der Einschnürung und/oder aber des Flammenauslaßhalses
auf wenigen Steigrohren gelagert bzw. an diesen aufgehängt werden, die zu diesem
Zwecke mit entsprechenden Einbiegungen od. dgl. versehen werden. Die Rohrgruppen
der Einschnürung und gegebenenfalls auch des Flammenauslaßhalses können erfindungsgemäß
aber auch aus ab- und aufwärts gewickelten Rohren gebildet werden.
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In der schematischen Zeichnung und der sie betreffenden Beschreibung
ist der Gegenstand der Erfindung mit weiteren Einzelheiten in mehreren Ausführungsbeispielen
erläutert. Es zeigt Abb. i einen senkrechten Schnitt durch einen Strahlungsdampfkessel,
Abb. 2 einen Teilschnitt entsprechend Abb, i, lediglich durch die Einschnürung bei
einem Kessel anderer Ausführungsform, Abb. 3 einen waagerechten Schnitt nach der
Linie a-b in der Abb. i, Abb. 4 einen waagerechten Schnitt nach der Linie c-d in
Abb. i, Abb. 5 einen senkrechten Teilschnitt entsprechend der Abb. i bei einem Kessel
anderer Ausführungsform.
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Der Strahlungskessel schließt mit seinen Verdampferrohren i die Brennkammer
2 an allen Seiten ein. Die Brennkammer erhält beispielsweise Kohlenstaub aus Düsen
8 und Verbrennungsluft aus Kanälen 9, die in den vier Eckkanten der Brennkammer
angeordnet und so gerichtet sind, daß sie den Kohlenstaub und die Luft tangential
zu einem oder mehreren Brennkreisen um die lotrechte Mittelachse der Brennkammer
einleiten. Die bei der Verbrennung entwickelten Feuergase entweichen aus der Brennkammer
nach oben, treffen dort auf einen Strahlungsdampfüberhitzer 4., dessen Rohre in
der Form von Schottwänden im Abstand von etwa o,5 m voneinander im Feuergasstrom
hängen, und strömen dann zu den Rohrschlangen eines Berührungsdampfüberhitzers 6,
die im Abstand von nur etwa o, i m voneinander im Feuergasstrom hängen, hierauf
zu weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Wärmeaustauschern, wie Strahlungsdampfüberhitzer,
Speisewasservorwärmer oder Lufterhitzer, bevor sie durch einen Kainin oder eine
Saugzuganlage in die Atmosphäre austreten.
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Die Verdampferrohre entspringen in den unteren Sammlern 7 und sind
als Steilrohre i zur Kesseltrommel io geführt und an deren Dampfraum angeschlossen.
Die Kesseltrommel io ist als Speise-und Sammeltrommel ausgebildet und entläßt das
Speisewasser und das von den Verdampferrohren eingeführte Umlaufwasser durch die
Fallrohre 17
zu den Sammlern 7. Die Steilrohre, die an der Rückwand zum leichteren
Durchtritt der Feuergase in mehreren Rohrreihen i" aufgelockert sind, sind an Trägern
i i oben aufgehängt, die von den Kesselstützen 12 getragen werden. Auch die Schottwände
4. und die Rohrschlangen 6 des Dampfüberhitzers sind oben aufgehängt, desgleichen
die Isolierwände 13 und die Blechumhüllung 1d. des Kessels, so daß das gesamte Kesselgebilde,
soweit es der Erwärmung unterliegt, sich frei nach unten ausdehnen kann.
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Oberhalb der Brennstoff- und Luftzuführung ist eine Einschnürung 15
des Feuergasstromes vorgesehen, die von nur zwei einander gegenüberliegenden, vorzugsweise
aber von allen Seiten der Brennkammer her den Feuergasstrom einzwängt. Die Einschnürung
grenzt die Brennkammer gegen die Strahlungskammer 3 ab, in der die Feuergase durch
ihre Strahlung Wärme an die Steilrohre abgeben. Sie besteht aus zwei Rohrgruppen
16, welche vor der Vorderwand des Kessels am Sammler 18 angeschlossen sind und von
dort unter die Einschnürung gezogen sind. Sie führen dann als Rohrteile 16u, und
zwar je eine vor der linken Seitenwand und eine vor der rechten Seitenwand entlang
des Mantels des unteren Kegels 15' der Einschnürung zur Mitte der Rückwand. An dieser
Stelle sind die Rohrgruppen durch den Raum i9 hochgezogen, anschließend wieder an
den Feuergasstrom herangebogen und als Mantel des Kegels 15" als Rohrteile 16b wieder
zur Mitte der Vorderwand geführt. Hier sind sie um i8o° umgebogen und sind dann
als Rohrteile 16, zurück zur Rückwand geführt. Sie sind dann nach oben umgebogen
und mit ihren Rohrteilen 16d durch die Strahlungskammer 3 und den Raum 2o hindurch
an die Rohrschlangen 6 des Berührungsüberhitzers angeschlossen. Da die Sammler 18
durch Leitungen 31 mit dem Dampfraum der Trommel io in Verbindung stehen, strömt
der im Kessel entwickelte Dampf aus der Trommel io durch die Sammler 18, die Rohrgruppen
16, die Rohrschlangen 6 über Verbindungen 21, die als Dampfkühler ausgebildet sein
können, in die Rohre der Schottwände des Strahlungsüberhitzers T und aus diesem
schließlich zur Dampfv erbraucherleitulig 22. Etwa im Abstand von i m sind einige
der die Brennkammer auskleidenden Verdampferrohre einwärts abgebogen und als Tragrohre
23 zur Lagerung der Rohrgruppen 16 benutzt, wobei die Tragrohre durch Rohrgabeln
23' die Rohrgruppen beiderseitig umschließen können.
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An Stelle der in der Abb. i dargestellten taillenähnlichen Form der
Einschnürung kann die Einschnürung, wie in Abb. 2 teilweise dargestellt, auch nur
aus einem trichterförmigen Einsatz bestehen, der im übrigen wieder aus Rohrgruppen
16 und Tragrohren 23 gebildet werden kann. Die in der Brennkammer ausgefällten und
gegebenenfalls geschmolzenen Brennstoffrückstände werden durch die Öffnung 2q.,
vorzugsweise unter Luftabschluß, abgelassen, zu welchem Zweck die unteren Enden
i' der Steilrohre einen zur Mitte der Brennkammer abfallenden Trichter bilden. Um
die Brennstoffrückstände zu schmelzen, werden zweckmäßig die Rohrauskleidung der
Brennkammer wie auch die des Kegels 15' und die des Brennkammerbodens mit einer
feuerfesten
Stampfmasse 25 versehen, welche die Wärmeaufnahme dieser
Wände einschränkt, und daher die Temperatur in der Brennkammer erhöht.
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Bei dem Dampfkessel nach der Abb. 5 handelt es sich um eine an sich
bekannte, ähnlich einem Zyklonstaubabscheider ausgebildete Brennkammer 2 von rundem
Querschnitt, die mit einem Flammenauslaßkanal 26 versehen ist und die ebenso wie
bei dem Kessel nach der Abb. i befeuert wird. Die Steilrohre i führen auch bei diesem
Kessel aus der Brennkammer in die Strahlungskammer 3. Die Einschnürung 15 zwischen
beiden Kammern und auch der Flammenauslaßkana126 sind von Rohren 27 gebildet, die
oben an ihre Sammler 28 angeschlossen sind. Die Rohre 27 sind in der Brennkammer
umgebogen und zu dem Sammler 29 geführt. Beide Sammler hängen an Fallrohren
17 oder an Steilrohren i. Sowohl im Bereich der Einschnürung als auch im
Bereich der Umbiegung werden die Rohre 27 durch eingelegte Ringe 30 zusammengehalten.
Die Rohre 27 sind in den Dampfstrom des Kessels geschaltet. An Stelle der ab- und
aufwärts gebogenen Rohre 27 können selbstverständlich auch etwa waagerecht gewickelte,
vom Dampf gekühlte Rohrgruppen, wie solche bei dem Kessel in Abb. i dargestellt
sind, bei dem Zyklonkessel für die Einschnürung und/oder aber nur für den Flammenauslaßhals
angewendet werden, ohne daß dadurch am Wesen der Erfindung etwas geändert wird.
In diesem Falle können durch die Öffnung 24 oder aus dem Brennkammerboden zum Flammenauslaßhals
hingeführte Verdampferrohre zur Lagerung und Arretierung der Rohre 27, ähnlich wie
in Abb. 2 dargestellt, angewendet werden.
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Obwohl der Gegenstand der Erfindung im vorstehenden im Zusammenhang
mit einem Naturumlaufstrahlungsdampfkessel für die Verfeuerung von Kohlenstaub beschrieben
wurde, ist seine Anwendung nicht auf solche beschränkt. Er kann vielmehr mit gleichem
Erfolg auch für Strahlungsdampfkessel mit Zwangumlauf oder Zwangdurchlauf angewendet
werden. Ebenfalls kann in allen oder nur einem Teil seiner Rohre ein anderes Arbeitsmittel,
beispielsweise Druckluft, Dampf od. dgl. erhitzt werden, und als Brennstoff können
auch Zellstofflauge oder andere in feinverteilter Form einfuhrbare Brennstoffe in
Betracht kommen. Schließlich kann die Verfeuerung der Brennstoffe auch unter höherem
als atmosphärischem Druck erfolgen, und es kann die Erfindung vorteilhaft auf Feuerungen
mit Abzug der abscheidbaren Stoffe sowohl in fester als auch in flüssiger Form angewendet
werden.