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Mit Brennstaub befeuerter Röhrenerhitzer zur Erhitzung gasförmiger
Arbeitsmittel Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Brennstaub befeuerten Röhrenerhitzer
zur Erhitzung gasförmiger Arbeitsmittel, insbesondere von Druckluft, dessen innen
vom Arbeitsmittel durchströmte Rohre vor den Wänden und im wesentlichen parallel
zum Flammenzug in einer hochgereckten Brennkammer mit rechteckigem Querschnitt angeordnet
sind, wobei der Brennstaub in die Brennkammer nahe der Decke oder durch die Decke
bzw. durch den Boden eingeblasen wird und der Brennkammer Enderhitzer sowie Rauchgasabzugskammern
ebenfalls rechteckigen Querschnitts nachgeschaltet sind.
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Die Verwendung von Kohlenstaub als Brennstoff für direkt befeuerte
Röhrenerhitzer bereitete Schwierigkeiten, da zur einwandfreien Verbrennung des Kohlenstaubes
eine sehr hohe Temperatur in der Brennkammer erforderlich ist, der die relativ schlechte
Kühlwirkung des Arbeitsmittels in den Brennkammerrohren gegenübersteht. Um diesen
Schwierigkeiten zu begegnen, mußten. bei den bekannten Röhrenerhitzern hochwertigere
Rohrbaustoffe für die Brennkammerrohre: verwendest oder in ihnen die Arbeitsmittelgeschwindigkeit
gesteigert werden. Diese Lösungen haben den Nachteil, daß die Gestehungskosten der
Anlagen erhöht bzw. infolge des mit zunehmender Geschwindigkeit des Arbeitsmittels
steigenden Druckverlustes die Wirkungsgrade der Anlagen verschlechtert werden: Bessere
Verhältnisse werden erfindungsgemäß geschaffen, indem die Breite der Brennkammer
größer als die der nachfolgenden Feuergaszüge gewählt wird und daß an dem der Brennstoffeinführungsstelle
entgegengesetzten Brennkammerende von der den Feuergaszügen zugekehrten Brennkammerwand
mehrere, insbesondere zwei, zum nachfolgenden Enderhitzerzug führende Feuergasauslässe
ausgehen,
welche nahe den an die breite angrenzenden Schmalseitenwänden
beginnen und zu einem einzigen Kanal mit einer Breite entsprechend der Breite des
nachfolgenden Enderhitzerzuges zusammenlaufen.
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Die größere Breite der Brennkammer erlaubt es, in Verbindung mit ihrer
hochgereckten Form eine große Kühlfläche vor den Brennkammerwänden anzubringen.
Dadurch wird die Kühlfl.ächenbelastung, d. h. die stündlich je m2 Kühlfläche eingestrahlte
Wärmemenge, verringert, was sich in einer niedrigen. Rohrwandtemperatur auswirkt.
Eine trotz der größeren Breite der Brennkammer gleichmäßige Beheizung sämtlicher
Brennkammerkühlrohre wird durch die spezielle Anordnung der Feuergasauslässe erzwungen,
da infolge des durch sie bewirkten Auseinandemiehens der Flammen- bzw. Gassäule
in der Brennkammer (Abb, 7) der, gesamte Querschnitt gleichmäßig mit Feuergasen
ausgefüllt wird.
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Bei den, bekannten Lufterhitzern mit einer gegenüber den übrigen Feuergaszügen
größeren Breite der Brennkammer war der Brennkammer lediglich ein der Breite der
folgenden Züge entsprechender Fenergasauslaßkanal zugeordnet. Bei diesen Lufterhitzern
entstand in der Brennkammer eine Flammen- bzw. Gassäule, deren Breite der Breite
des saugenden Querschnitts des Feuergasauslasses entsprach (Abb. 6). Bei diesen
Lufterhitzern waren die im Bereich der Saugwirkung des Feuergasauslasses liegenden
Rohre sehr starker Wärmebeaufschlagung ausgesetzt, die neben diesem Bereich liegendenRohre
wurden dagegen nur schwach beheizt.
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Weiterhin sind Lufterhitzer bekannt, bei denen. beabsichtigt war,
die Feuergase durch die Gassen zwischen den einzelnen Rohren hindurchströmen zu
lassen und sie zwischen den Rohren und den Umfassungswänden der Brennkammer dem
Feuergasauslaßkanal zuzuführen. Da indessen die Feuergase als Weg den des geringsten
Widerstandes wählen, entstand auch bei ihnen eine Schichtflamme und damit eine ungleichmäßige
Beheizung der Brennkammerkühlrohre sowie eine ungenügende Abkühlung der Verbrennungsgase
(Abb.8).
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Das gleichmäßige Ausfüllen des gesamten Brennkammerquerschnittes mit
den Feuergasen bzw. der Flammen wird erfindungsgemäß dadurch erleichtert, daß die
den Brennstaub einblasenden Brenner in mindestens einer Reihe parallel zu den längeren
Seiten der Brennkammer angeordnet werden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die Flammenachse der Brennkammer
aus der Mitte heraus in Richtung auf die der Auslaßseite der Brennkammer gegenüberliegende
Brennkammerwand verschoben. Dies hat zur Folge, daß trotz der sich bei gasseitigem
Unterdruckbetrieb der Anlage zwangläufig einstellenden Neigung der Flammenachse
gegen die Senkrechte in Richtung auf die Feuergasauslässe eine annähernd gleichmäßige
Beheizung der Kühlrohre aller Brennkammerwände sichergestellt bleibt.
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Der zwischen den von. den Feuergasauslässen der Brennkammer zum Enderhitzerzug
führenden Kanälen frei bleibende Raum kann erfindungsgemäß dazu benutzt werden,
unbeheizte Anschlußrohre für das Arbeitsmittel, beispielsweise Verbindungsrohre
zwischen zwei Heizflächengruppen, hindurchzuführen, wodurch starke Ausbiegungen
dieser Rohre, die den Druckverlust der Anlage erhöhen wurden, vermieden werden können.
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Der Gegenstand der Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten in den
Abbildungen beispielsweise dargestellt. Es zeigt Ahb. i einen senkrechten Querschnitt
durch einen Drucklufterhitzer, Abb.2 einen senkrechten Teilschnitt nach der Linie
B-B in Abb. 3, Abb. 3 einen waagerechten Teilschnitt nach der Linie A-A in Abb-.
i, Abb. 4. einen der Abb. 3 ähnlichen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab, Abb.
5 einen Schnitt entsprechend Abb. i bei einem Drucklufterhitzer anderer Ausführungsform,
Abb. 6 bis 8 eine schematische Darstellung der Flammenkernausbildung in der Brennkammer
bekannter Lufterhitzer. (Abh. 6 und 8) und des vorgeschlagenen Lufterhitzers (Abb.
7).
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Die Brennkammer i des Erhitzers erhält den Brennstaub und die Verbrennungsluft
aus den in der Decke angeordneten Brennern 2. Den als Wirbelbrennern ausgebildeten
und vorzugsweise mit Regeleinrichtungen für die Veränderung des Flammendralls bzw.
der Flammenlänge versehenen Brennern wird der Brennstaub an den Stutzen 3 und weitere
Verbrennungsluft bzw. Zweitluft an den Stutzen .4 zugeführt. Der Brennstaub verbrennt
in abwärts gerichtetem Flammenzug. Die bei der Verbrennung entstandenen und in der
Feuerkammer auf beispielsweise iooo° C abgekühlten Verbrennungsgase strömen durch
die Feuergasauslässe 5 aus der Feuerkammer in den aufsteigenden Zweitzugkanal 25
und schließlich durch den abfallenden Drittzugkanal 27, bevor sie durch einen Ljungström-
oder Regenerativ-Verbrennungslufterhitzer 6 mit einer Temperatur von beispielsweise
i8o' C zu einer nicht dargestellten Saugzuganlage oder dem Kamin gelangen. Im Lufterhitzer
6 auf beispielsweise 400° C erhitzte Verbrennungsluft wird von den Leitungen 7 zu
den Brennern 2 geleitet. Im Abstand von allen vier, aus feuerfesten Baustoffen bestehenden
Wänden 8 der Brennkammer sind die Rohre 9 des Druckluft- bzw. Arbeitslufterhitzers
angeordnet. Sie entspringen in einem die Brennkammer rings umgreifenden oder in
mehreren auf die Wände verteilten Verteilerrohren io, denen die Arbeitsluft mit
beispielsweise 375° C vom Kompressor zugeführt wird. Die Rohre 9 sind der unmittelbaren
Wärmeeinstrahlung der Kohlenstaubflammen ausgesetzt. Da sie mit Abstand voneinander
angeordnet sind, führt ein Teil der Feuerstrahlung zwischen ihnen hindurch auf die
Brennkammerwän.de und wird von dort auf die Rückseite der Röhre zurückgestrahlt.
Um die Wärmeaufnahme der Rückseiten der Rohre derjenigen der Vorderseite der Rohre
möglichst anzugleichen, ist ein entsprechender Abstand zwischen den Rohren
vorzusehen.
Außerdem sind mit Rücksicht auf anteilig gleichmäßige Wärmeaufnahme aller Strahlungsrohre
die Abstände zwischen. den Rohren dort größer vorzusehen, wo eine weniger starke
Flammenstrahlung auf sie einwirkt, bzw, es sind die Abstände zu verringern, wo die
Rohre einer stärkeren. Flammeneinstrahlung ausgesetzt sind. Die Abstände zwischen
den Rohren g bzw. die so-genannte Teilung der Rohre ist dementsprechend im Bereich
12 der Wandmitten am engsten und im Bereich der Wandeckkanten 13 am weitesten zu
wählen, zumal den. großen Wandflächen der Brennkammer eine kleinere Strahlungsfläche
der Flammensäule gegenübersteht, deren Querschnitt durch den Linienzug i i angedeutet
ist. Ferner verläuft die Flammenachse der Brennkammer i in einem weiteren Abstand
a von der Auslaßseite der Brennkammer, als ihr Abstand b von der gegenüberliegenden
Seite ist.
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Die Rohre 9 kleiden die Brennkammer aus und dienen dann -zur rückseitigen
Kühlung und gegebenenfalls Halterung der feuerfesten, seitlichen Auskleidung bzw.
zum Schutz. der Decke der Zündkammer 14.. Sie sind dann durch außerhalb der Feuerkammer
verlegte Verlängerungen go an. den Sammler 15 angeschlossen. Im Bereich der Öffnungen
sind die Rohre 9 zu mehreren Rohrreihen auseinandergezogen, um den Durchtritt der
Verbrennungsgase zu erleichtern und um ein Zuwachsen der Spalte zwischen den Rohren
durch etwa an den Rohren hängenbleibende Asche oder Schlacke zu verhüten. Bei der
Ausführungsform nach Abb. 5 sind die Rohre 9o durch Verlängerungen go' teils durch,
den Schacht 16 (Abb. 3), teils an den Feuergasauslässen 5 außen vorbeigeführt und
an den Sammler 15' angeschlossen. Soweit die Rohre außerhalb der Brennkammer geführt
sind, können sie aus einem wohlfeilen Baustoff bestehen, der nur dem Druck der Arbeitsluft
und ihrer Temperatur standzuhalten braucht. In diesen Rohrteilen go bzw. 9o' sind
größere lichte Rohrquerschnitte anzuwenden, um möglichst die Druckverluste herabzusetzen.
Demgegenüber wird für die innerhalb der Brennkammer gelegenen Rohre 9 ein hochwertiger
Baustoff in Betracht zu ziehen sein, da er Außentemperaturen von i2oo bis i4oo°
C und mehr ausgesetzt ist. Die Arbeitsluft strömt in den Rohren 9 nach oben.
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Bei der Ausführung nach der Abb. i wird ein Teil der zu erhitzenden
Arbeitsluft dem Erhitzer durch das Verteilerrohr 26 zugeführt. In dein Verteiler
entspringen die Rohre 17, die in dem Zugkanal 25 bis zu seiner Decke hochgezogen
sind, dort umkehren und wieder abwärts führen, bevor sie in die Rohrschlangen 20
übergehen, die, im Zugkanal 27 hin und her gewickelt, von unten nach oben aufsteigen
und schließlich unterhalb der Decke entlang zum Sammler 15 führen. Die im Zugkanal
25 verlaufenden Teile der Rohre 17 sind in der Decke an Tragankern 18 aufgehängt.
Eine andere Gruppe von Rohren ig entspringt in dem Verteiler 26 und ist im Zugkanal
27 hochgeführt, unter dessen Decke umgebogen und dann wieder abwärts geführt, bevor
sie in die Rohrschlangen 2o übergeht. Auch die Rohre ig sind an Ankern 18 oben aufgehängt.
Schließlich entspringen in dem Sammler 26 noch weitere Rohrschlangen 2o, die sämtlich
in den Sammler 15 münden. Alle Rohrschlangen 2o sind an den Tragenden der Rohre
ig aufgehängt.
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Sowohl die Teilströme der durch die Brennkammer geführten Arbeitsluft
als auch der durch die Rohrschlangen 20 geführte Luftstrom mischen sich in dem Sammler
15. Von ihm führen hin und her gewickelte Rohrschlangen 21 die Arbeitsluft im Gegenstrom
zu den Verbrennungsgasen hinab und dienen so zur Enderhitzung der Arbeitsluft. Sie
sind an den Sammler 22 angeschlossen, von dem die auf beispielsweise 67q.° C fertig
erhitzte Arbeitsluft nun zur Turbine geführt werden kann. Die Rohrschlangen 21 sind
an den aufgehängten Teilen der Rohre 17 aufgehängt.
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Bei dem Erhitzer nach der Abb. 5 entspringen die Rohre ig im Sammler
io. Sie sind in dem Zugkanal 27 als Tragrohre hochgeführt, bevor sie unterhalb der
Decke in die Rohrschlangen 20 übergehen, die im Kanal 27 abwärts gewickelt sind
und dann in den Sammler 15' münden. Ebenfalls entspringen die Rohre 17 in dem Sammler
io. Sie sind im Zugkanal 25 als Tragrohre für die Rohrschlangen 2i des Enderhitzers
hochgeführt und gehen dann ebenfalls wie die Rohre ig in Rohrschlangen 2o über.
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Sowohl die Teilströme der in den Rohren der Brennkammer aufsteigenden
Arbeitsluft als auch die Teilströme der in den Rohren 17, ig aufsteigenden bzw.
in den Rohrschlangen 2o absteigenden Arbeitsluft werden in dem Sammler i g' vereint,
aus dem die Arbeitsluft zunächst in den Rohrschlangen 21 aufwärts strömt, bevor
sie durch deren Enden zum Entnahmesammler 22 gelangt.
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Sowohl die Feuerkammer als auch die übrigen Rauchgaszüge des Lufterhitzers
sind außen mit einer Isolierung _M (Abb. i) und einem Blechmantel 29 umkleidet,
um Wärmeverluste und das Eindringen von äußerer Luft in die Rauchgaszüge bzw. ein
Austreten von Verbrennungsgasen in die Atmosphäre zu verhindern. Beobachtungsöffnungen
23 und Einsteige:öffnungen sowie Verschlüsse für die Aschentrichter 30 sind
in der bei. Dampfkesseln üblichen Weise und in üblicher, luftdicht schließender
Ausführungsform vorzusehen. An den Feuergasauslässen 5 sind ebenfalls verschließbare
Stocher bzw. Reinigungsöffnungen 24 (Abb. .4) vorzusehen, durch die die Durchlässe
zwischen den Rohren 9 beobachtet bzw. freigelegt werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf die in beiden Beispielen dargestellte
Führung der Erhitzer-Strahlungsrohre parallel zum Flammenzug beschränkt. Die Erhitzerrohre
können statt dessen auch quer zum Flammenzug angeordnet sein, gegebenenfalls in
einer Gruppe, die den linken Feuerkammerteil, und in einer anderen Gruppe, die den
rechten Feuerkammerteil begrenzt. Beide Beispiele zeigen im übrigen die Anordnung
der Sammler sowohl für die Zuführung io bzw. 26 als auch für die Abführung 22 der
Arbeitsluft unterhalb bzw. in der
Nähe der Heizerstandsdecke 31
(Abb. 5). Hierdurch ergeben sich in vorteilhafter Weise kurze Leitungen zwischen
Erhitzer und der Turbine bzw. dem Kompressor, die in der Regel in der Höhe der Heizerstandsdecke
31 oder auf der Sohle 32 des Maschinenhauses aufgestellt werden.