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Strahlungsdampfkessel mit hochgereckter, von Kesselrohren begrenzter
Brennkammer und mit Feuerung für festen Brennstoff Die Erfindung bezieht sich auf
einen Strahlungsdampfkessel mit hochgereckter, von Kesselrohren begrenzter Brennkammer
und mit einer Feuerung für festen Brennstoff.
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Strahlungsdampfkessel mit hochgereckter Brennkammer, die von Kesselrohren
begrenzt wird, sind bekannt. Diese Kesselanlagen werden, soweit sie für größere
Leistungen bestimmt sind, im allgemeinen mit einer Kohlenstaubfeuerung ausgerüstet,
da die herkömmlichen Rostfeuerungen wegen ihres großen Grundflächenbedarfs nicht
mehr angewendet werden können. Staubfeuerungen sind jedoch in ihrer Wirtschaftlichkeit
mit dem Aufwand an Kraft, Verschleißstoffen und Anlageteilen für die Vermahlung
der Kohle belastet, ebenso mit den Anlagen für die Entstaubung der Rauchgase sowie
noch dadurch, daß die Abfuhr und der weitere Verbleib ihrer nur staubförmigen Asche
schwierig ist bzw. zu einem ungelösten Problem gehört.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, geht die Erfindung von den bekannten
Schachtfeuerungen aus, die ihrer geringen Leistungsfähigkeit wegen für Dampfkessel
größerer Leistungen bisher nicht angewendet werden konnten.
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Zu diesen Feuerungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
großen Teil der in der Brennkammer frei gemachten Wärme durch unmittelbare Strahlung
der Brennstoffschichten auf die Kesselrohre zu übertragen, so daß im Verein mit
der Wärmeübertragung an die Kesselrohre
durch Berührung mit den
Feuergasen ähnliche Wärmeübertragungsleistungen wie -bei kohlenstaubbefeuerten Strahlungsdampfkesseln
erreicht werden.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß inmitten
der hochgereckten Brennkammer eine oder mehrere Schottwänden ähnliche Brennstoffschichten
gebildet werden, die mit -ihren beiden Seiten den Strahlungsrohren mehrerer Brennkammerwände
mit Abstand gegenüberliegen. Bei einer derartigen Ausführung der Feuerung kann trotz
Anwendung der Schachtfeuerung der Feuerraum des Kessels mit Kesselrohren ausgekleidet
werden, d. h. mit Rohren, die ohnehin bei Steilrohrkesseln sonst als Bündelrohre
für die Wärmebeaufschlagung des Kessels erforderlich sind, und somit auf die bekanntlich
relativ schnell der Zerstörung durch Wärmespannungen und Ascheangriffe unterliegenden
feuerfesten Schamottewände verzichtet werden. Weiterhin bietet die vorgeschlagene
Feuerung den Vorteil, daß durch die unmittelbare Wärmeeinstrahlung der Brennstoffschicht
auf die Brennkammerrohre ein erheblicher Teil der Kesselheizfläche gespart werden
kann. Schließlich bietet die Möglichkeit der Anwendung mehrerer Brennstoffschichten
in einer Brennkammer den Vorteil, daß sich die Feuerung auch bei Kesseln großer
Leistung anwenden läßt.
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Es ist zwar eine mit stückigem Brennstoff betriebene Feuerung bekannt,
bei der eine einer Schottwand ähnliche Brennstoffschicht gebildet ist, deren beide
Seitenwände mit ihren unteren heißesten Teilen zwei Brennkammerwände gegenüberliegen.
Diese bekannte Feuerung dient aber der Beheizung eines Steilrohrkessels, der nicht
als Strahlungskessel ausgebildet ist, weil die Brennkammer im wesentlichen nicht
mit Rohren ausgekleidet ist und demgemäß zwar Strahlungswände, nicht aber die gattungsmäßig
als bekannt vorausgesetzten Strahlungsrohrwände aufweist. Nur dort, wo die Brennstoffschicht
infolge noch nicht vollendeten Aufheizens auf die Zündtemperatur noch zu kühl ist,
um wesentliche Wärmemengen durch Strahlung zu übertragen, liegen dem oberen Drittel
einer Seite der Brennstoffschicht Wasserrohre gegenüber.
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Weiterhin ist eine Feuerungsanlage bekannt, bei der zwischen zwei
frei stehenden Rohrwänden eine Brennstoffschicht aufgebaut ist. Bei dieser Anlage
handelt es sich indessen um einen Schwebevergaser für feinkörnige Kohle oder feinkörnigen
Koks.
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Die beiden bekannten Feuerungseinrichtungen sind weder bei großen
Dampfkesseln anwendbar, noch konnten sie eine Anregung dafür geben, wie Schachtfeuerungen
ausgebildet sein müssen, um bei Strahlungsdampfkesseln große Wärmeübertragungsleistungen
erzielen zu können.
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Die Brennstoffschottwände werden nach der Erfindung durch Rohrwände
gehalten, die durch Zusammenfassung wasser- bzw. dampfführender Rohre gebildet werden,
welche quer durch die Brennkammer gelegt sind und vorzugsweise paarweise eine Brennstoffschottwand
von beiden Seiten begrenzen. Die von der Brennstoffschottwand nach ihren beiden
Seiten hin frei werdende Wärme kommt so teils den Halterungsrohren und teils den
Rohren der Brennkammer zugute.
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Vorzugsweise werden die Brennstoffschottwände senkrecht zu den Stirnwänden
der Kessel und jeweils in größerer Anzahl im Abstand voneinander und parallel nebeneinander
angeordnet, wodurch auch eine gegenseitige Wärmebeaufschlagung der Brennstoffschottwände
bzw. ihrer Halterungsrohrwände erreicht wird, zumal die Halterungsrohrwände gleichzeitig
als Prall- und Leitwände für die Feuergase dienen.
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Erfindungsgemäß sind die Halterungsrohrwände je zu jalousieartigen
Wandteilstücken aufgelöst, wobei die Teilstücke aus Wänden eines Wandpaares fortlaufend
gegeneinander geneigt abwechseln. Die Brennstoffaufgabe erfolgt von oben in die
Brennkammer, gegebenenfalls durch die Kesseldecke hindurch, und die Abführung der
Brennstoffasche unten aus der Brennkammer durch mechanische, in ihrer Leistung regelbare
Fördermittel, wie Austragwalzen od. dgl., wobei die Abwärtsregelung der Brennleistung
durch verminderten Aschenaustrag und damit erhöhten Aschenanstau in der Brennkammer
durchgeführt werden kann, so daß nur im oberen Teil der Brennkammer Brennstoff verbrennt.
Umgekehrt wird zur Steigerung der Leistung das zuvor angesammelte Aschepolster entfernt,
damit die jeweils in der Brennkammer anwesende Brennstoffmenge erhöht und die Verbrennung
auch in den unteren Teil der Brennkammer hinabgezogen wird. Dies wirkt nebenher
sich günstig auf die üblichen, der Brennkammer nachgeschalteten Berührungsdampfüberhitzer
aus, da, vom Überhitzer aus betrachtet, bei Schwachlast das Verbrennungszentrum
von dem Überhitzer ab nach vorn zwischen die Kesselheizflächen in der Brennkammer
gezogen wird. Weiterhin wird der Brennstoff auf seinem abwärts führenden Wege durch
die Brennkammer mehrfach derart umgelagert, daß noch nicht gezündeter Brennstoff
auf bereits gezündeten zu liegen kommt und so die gesamten Mengen des Brennstoffes
schnell zünden und verbrennen. Andererseits stoßen sich die Feuergase an den Schrägen
der Halterungsrohrwände, wodurch ihr Ausbrand verstärkt und Ascheteile zurückgehalten
werden.
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Die Flammen bzw. die Rauchgase finden zwischen den Schächten und den
die Brennkammer umgebenden Rohren Räume für den freien Durchzug und beheizten dabei
sowohl die Brennkaminerrohre als auch die der Halterungsrohrwände. Zugleich heizen
die die Brennkammer verlassenden Feuergase den frischen Brennstoff auf. Durch Erstrecken
der Schächte nach oben und/oder Anordnung mehrerer solcher Schächte parallel nebeneinander
besteht die Möglichkeit, gegenüber den bisher üblichen Rost- oder Schachtfeuerungen
sehr große Brennflächen zu bilden bzw. bei gleichen Brennflächen weitaus größere
Brennstoffmengen zu verbrennen. Die senkrecht zur Kesselstirnwand gestellten Brennstoffschotte
gestatten ferner einen
leichten Einblick in die freien Räume der
Brennkammer und lassen sich leicht aus den üblicherweise vor den Kesseln und relativ
tief gelegenen Kohlenbunkern speisen.
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Die Halterungsrohrwände werden nur an der Unterseite der Brennstoffschicht,
und zwar zur Abdämmung des Durchfalls von Brennstoff, ganz oder nahezu ganz dicht
ausgebildet, wohingegen sie an der Oberseite der Brennstoffschicht Öffnungen für
das Einstrahlen von Hitze durch die Brennstoffflammen frei lassen, um so die Zündung
des Brennstoffes durch Feuereinstrahlung zu bewirken und den freien Austritt der
Verbrennungsgase und Wärmeabstrahlung aus dem Brennstoff zu gestatten.
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Die Halterungsrohrwände können aus aufsteigenden, also solchen Kesselrohren
gebildet werden, durch die Kesselwasser lediglich durch Wärmeauftrieb strömen kann,
wobei die Rohre zickzackförmig abzubiegen und so anzuordnen sind, daß sie in den
Bereichen, in welchen sie die Gleitbahn für den Brennstoff bilden, dichte Wände
bilden, wohingegen sie in den übrigen Bereichen aufgelockerte Rohrreihen bilden,
die das Einstrahlen der Hitze auf den Brennstoff gestatten und das Ausweichen der
Gase ermöglichen.
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Die Halterungsrohrwände können aber auch aus liegenden Rohren gebildet
werden, durch die das Kesselwasser od. dgl. notfalls im Zwangsdurch-oder -umlauf
geführt werden muß. Zu diesem Zweck werden die Rohre übereinanderliegender Teilstücke
durch Umlenkbogen zu fortlaufenden Rohrschlangen verbunden. Die querliegenden Rohre
dieser Wände können von aufsteigenden Rohren getragen werden, welche -die liegenden
Rohre kreuzen und unterfangen.
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Zwecks Einführung des Brennstoffs in die Brennkammer bzw. ihre Brennschächte
aus den üblicherweise relativ tief gelegenen Bunkern vor den Kesseln werden erfindungsgemäß
die Schächte der Brennstoffschottwände von aus Kesselrohren bestehenden Hauben überdacht,
in bzw. unter welchen Fördermittel, wie z. B. Förderschnecken od. dgl., angeordnet
sind, die den Brennstoff in die Brennkammer bzw. deren Schächte fördern und über
die Schachtbreiten verteilen.
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Um mit wenigen solcher Brennstoffzuführungen auskommen zu können,
wären nach der Erfindung nebeneinanderstehende Schächte derart anzuordnen, daß ihre
Querwände bzw. einige von ihnen dachförmig zusammenstoßen. Man kann sich hierbei
auf die obersten Querwände beschränken, so daß der Brennstoff jeweils auf zwei Schächte
verteilt wird. Man kann dies aber auch auf die untersten Querwände ausdehnen, um
auch hier ein Dach zu bilden, auf das durch Öffnungen in einer oder mehreren der
Brennkammerwände hindurch Zündbrennstoff, wie Holzabfälle od. dgl., geschüttet und
dort zur Zündung gebracht wird, auf welchen dann der Betriebsstoff aufgeschüttet
wird.
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Der Dampfkessel ist nicht auf aufsteigenden Zug in der Brennkammer
beschränkt. Indem nach der Erfindung im Bereich der Brennstoffschotte die Brennkammer
oben abgedeckt wird und bis zur Decke reichende Zwischenwände angewendet werden,
welche vorzugsweise ebenfalls aus Kesselrohren bestehen und welche zwischen sich
und dem Boden der Brennkammer Spalte für den Durchtritt der Gase bilden und schließlich
zwischen den Halterungsrohrwänden untereinander oder zwischen ihnen und den Brennkammerwänden
weitere Rauchgaskanäle gebildet werden, kann der Weg der Rauchgase derart geführt
werden, daß sie im Bereich der Schächte absteigen, über dem Boden der Brennkammer
umlenken und in den weiteren Rauchgaskanälen aufsteigen, um zu den übrigen Wärmeaustauschern
des Kessels zu gelangen. Hierbei wird der heißeste Teil der Flammen dicht über den
Brennkammerboden gezogen, was z. B. dann erwünscht sein kann, wenn man die Asche
des Brennstoffes schmelzen und in flüssiger Form aus der Brennkammer abführen will.
In diesem Fall wäre der Boden der Brennkammer ganz oder zum Teil als Schlackenwanne
auszubilden.
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Die Verbrennungsluft kann dem Brennstoff ganz oder zum Teil durch
die Brennkammerwände hindurch und zwischen Brennstoffschotten hinein zugeführt werden.
Eine starke Verbrennungsleistung wird dadurch erzielt werden, wenn nach der Erfindung
die Rohre der Halterungsrohrwände durch Aneinanderliegen oder Abdecken mit Blechen
zu einer dichten Wand abgedichtet sind, über welche im Abstand Luftspalte aufweisende
Roststäbe oder -platten gelegt sind, und der zwischen Wand und Roststäben verbleibende
Raum an einer oder an beiden Seiten der Brennstoffschotte an Luftzuführungen angeschlossen
ist, da hierbei Luft durch die Brennstoffschichten hindurchgesaugt oder -gepreßt
werden kann. Man kann sich jedoch darauf beschränken, nur einen Teil der Halterungsrohrwände
mit Roststäben und Luftkanälen zu versehen, wohingegen der übrige Teil keine erhält.
Insbesondere brauchen die obengelegenen Querwände keine Roste, da in ihrem Bereich
der Brennstoff nur getrocknet und angewärmt wird. Bei sehr nassen Brennstoffen wird
man dagegen auch die oberen Teile der Halterungsrohrwände mit Rosten versehen, durch
sie aber zwecks Vortrocknung des Brennstoffes heiße Luft oder Rauchgase dem Brennstoff
zuführen.
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Es empfiehlt sich, die Lufträume der verschiedenen Querwände je für
sich oder in Gruppen zusammengefaßt absperrbar an die Luftzuführungen anzuschließen,
um so, gewissermaßen zonenweise, den verschiedenen Querwänden eines Sehachtes Luft
von jeweils unterschiedlicher Temperatur und/oder Menge und/oder unterschiedlichem
Druck zuführen zu können.
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In den Brennkammerwänden können schließlich in die freien Räume zwischen
den Schächten weisende Öffnungen vorgesehen werden, durch welche Brenngase oder
Öl oder Kohlenstaub eingeblasen wird, um den Kessel mit diesen Brennstoffen anzuwärmen
oder die Feuerung anzufachen und eine schnelle Leistungssteigerung herbeizuführen.
Die
Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung beispielsweise dar. Es zeigt Abb.
i einen senkrechten Querschnitt durch den Kessel nach Linie I-I in Abb. 2, Abb.
2 einen senkrechten Querschnitt durch den Kessel nach Linie II-II in Abb. i, Abb.
3 einen Teilschnitt ähnlich Abb. 2 durch den oberen und unteren Teil der Brennkammer
eines Kessels anderer Bauart, Abb.4 eine Ouerwandrohrgruppe; Abb. 5 einen Schnitt
durch eine Ouerwand.
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Der aus den Steigrohren i und den Fallrohren :2 und den diese verbindenden
Trommeln 3 bis 6 bestehende Kessel schließt die Brennkammer 7 und einen Ausbrennraum
8 ein, der von den Rohrschotten 9 eines Dampfüberhitzers durchzogen ist. Durch die
Brennkammer sind schräg stehende Querwände io gelegt und auf Grund der gezeigten
Anordnung zu Rieselschächten i z vereinigt, welche unten in einen Aschensack 35
auslaufen. Über die Schächte hinweg reichen Förderschnecken 12, welche einem Kohlenbunker
13 mit Schieber 33 angeschlossen sind und von vorzugsweise regelbaren Antrieben
bewegt werden. Die Schnecken fördern Kohle in die Schächte, die sich anfüllen, so
daß sie schließlich bis zum Boden der Brennkammer reichende Brennstoffschotte 14
bilden. Unter dem Aschesack 35 sind Stachelwalzen 15 angeordnet, welche mittels
regelbarer Antriebe umlaufen und die Brennstoffrückstände aus der Brennkammer, vorzugsweise
unter L uftabschluß mittels Wasserbad und Tauchrohr 17, in einen Kratzentascher
16 fördern. Im Bereich der Brennkammer sind die Schnecken 12 durch aus Kesselrohren
bestehende Hauben 32 gegen das Feuer abgeschirmt.
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Nach der Darstellung des linken Schachtes in der Abb. 5 bestehen die
Ouerwände io aus liegenden Rohren 18, welche durch Rohrbogen 43 zu fortlaufenden
Rohrschlangen i i verbunden sind, die über die Sammler 30 und die Leitungen
31 von einer Pumpe i9 mit Kesselwasser aus einer Trommel 6 gespeist werden und in
eine Trommel 5 münden. Der im allgemeinen mit natürlichem Wasserumlauf arbeitende
Kessel enthält somit für die Schächte ein Zwangsumlaufsystem. Die Abb. 4 zeigt,
daß die Querwände auch aus aufsteigenden, also für natürlichen Umlauf geeigneten
Rohren 4o bestehen können, so daß in diesem Falle der Kessel lediglich mit natürlichem
Umlauf betrieben werden könnte. Die Rohre 4o bilden dabei, eng aneinandergelegt,
absatzweise Auflageflächen für die Kohle und zwischen den Auflageflächen aufgelokkerte
Rohrreihen 38, die zwischen sich Öffnungen 39 für das Einstrahlen von Hitze durch
die Brennstoffflamme bzw. für das Ausstrahlen von Hitze aus dem Brennstoff frei
lassen. Die Rohre der Querwände können durch Bleche 2o zu dichten Querwänden abgedichtet
sein und über Luftkammern 21 mit Roststäben 22 bedeckt sein, welche mit Luftspalten
23 versehen sind. Die Rohre 18 sind dabei auf aufsteigenden Kesselrohren 28 gelagert
und durch angeschweißte Lappen 29 gehalten. An der Kesselstirn- bzw. -rückwand sind
die Kammern 21 an die Luftzuleitungen 24 angeschlossen, welche durch Klappen 25
in ihrem Durchlaß regelbar sind.
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Bei der ersten Inbetriebnahme des Kessels wird z. B. durch die Öffnung
26 auf die unteren Querwände der Schächte ein Holzfeuer gelegt und langsam Kohle
von den Schnecken r2 aufgegeben sowie Luft durch die Kanäle 2z und 24 zugeführt,
bis die Schächte mit Kohle gefüllt sind und die Kohle in den Schächten durchgebrannt
ist. Weitere Kohle wird nur nach Maßgabe der verlangten Kesselleistung aufgegeben;
ebenso wird die unten anfallende Asche abgeführt. Bei Abstellen des Kessels wird
sowohl die Brennstoffzufuhr als auch die Luftzufuhr zu den Schächten abgestellt,
ebenso der Ascheaustrag 15. Die Schächte bleiben dabei also noch mit Kohle bzw.
mit Asche gefüllt, die Verbrennung wird aber stillgesetzt. War das Feuer z. B. wegen
längeren Stillstandes des Kessels vollends erloschen, so genügt für das Wiederanfahren
des Kessels die Zuhilfenahme einer Zündflamme mit Öl, Gas oder Kohlenstaub, z. B.
von den Brennern 41, welche zwischen den Schächten aufrechterhalten wird, um den
Inhalt der Schächte wieder in Brand zu setzen.
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Bei dem Kessel nach Abb. 3 sind zwei nebeneinander angeordnete Schächte
zu einer Kohlenaufgabe 12 vereinigt, wozu die oberen der Halterungswände io zu einem
Sattel 42 vereinigt sind, ebenso die aus Kesselrohren bestehenden Hauben zu einem
Satteldach 36, welches die Schnecke i2 gegen das Feuer abschirmt. Die Hauben 32
sind durch Rohrwände 37 nach unten verlängert, wodurch den Feuergasen im Raum 44
zwischen dem Kohlenschott 14 und der Rohrwand 37 absteigender Zug und im Raum 34
zwischen der Rohrwand 37 und der Außenwand aufwärts steigender Zug aufgezwungen
wird. Weiterhin wird dort mit Abschmelzen der Asche in einer Schlackenwanne 27 gearbeitet.