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Schmelzkammer-Feuerung Die Erfindung betrifft eine Schmelzkammer-Feuerung
mit von Kühlrohren umschlossener Brennkammer und nachgeschalteter Strahlungskammer.
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Bei den üblichen kohlenstaubgefeuerten Dampferzeugern treten immer
noch die bekannten,, auf Verschlackungender B rennkammern, Verschmutzungen der Kesselheizflächen
u. dgl. zurückzuführenden Übelstände auf. Man ist daher gezwungen, die Brennkammer-Wärmebelastung
klein zu halten und außerdem die Brennkammerwände weitgehend mit Kühlrohren auszukleiden.
Abgesehen von den dadurch bedingten hohen Anschaffungskosten, ist man aber bei einer
für bestimmte Voraussetzungen zugeschnittenen Brennkammer mit Rücksicht auf die
Zündung oder andere Umstände im Brennstoffwechsel beschränkt. Große Brennkammern
bringen außerdem eine Erhöhung der Wärmeverluste und der Unterhaltungskosten mit
sich.
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Ferner ist es, insbesondere bei großen Brennkammern, infolge der toten
Ecken nicht möglich, zu vermeiden, daß sich Flamtnensträhnen* und damit unterschiedliche
Feuergastemperaturen bis weit in die nachgeschalteten Kesselheizflächen verlagern,
so daß die bekannten Betriebsschwierigkeiten entstehen. Neuerdings wird versucht,
die genannten Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man dazu übergeht, die in der
Brennkammer anfallende
Schlacke flüssig abzuziehen. Derartige Einrichtungen
brachten zwar beachtliche Vorteile mit sich; es stellten sich dabei aber zum Teil
wieder neue Übelstände ein.
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Voraussetzung für die Verflüssigung der anfallenden Schlacke ist eine
verhältnismäßig hohe spezifische Wärmebelastung der Brennkammer. Dadurch kommt man
zwangläufig wieder auf kleinere Kammerausmaße. Nun aber kann dabei der Verbrennungsprozeß
bei weitem noch nicht als abgeschlossen gelten, wenn die Rauchgase die Brennkammer
verlassen. Infolgedessen treten nach Austritt der noch unvollständig verbrannten
Köhlenstaubteilchen aus der Brennkammer in den Kesselheizflächen in erhöhtem Maße
Nachverbrennungen und Verkrustungen auf. Da sich der Grad der Erstarrung der flüssigen
Schlacke bei den verschiedenen Eigenschaften der Kohle in Abhängigkeit von der Flammentemperatur
schnell ändert, bilden sich außerdem, besonders bei nicht im Beharrungszustand laufenden
Anlagen, sogenannte Schlackenberge in der Brennkammer, welche nicht nur die Leistung
des Dampferzeugers vermindern, sondern auch zu zeitweiser Stillsetzung der Anlage
führen. Wollte man diesem Übelstand auf bekannte Weise auch nur teilweise begegnen,
so wären wieder sehr große, insbesondere hohe Brennkammern erforderlich, welche
aber für die Flüssighaltung der Schlacke wiederum sehr ungünstige Verhältnisse ergeben.
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Eine große Unsicherheit für den Betrieb ergab sich bei den bekannten
Ausführungen auch dadurch, daß am Schlackenauslauf infolge von Kühlluftzutritt bzw.
zu schneller Abkühlung der flüssigen Schlacke in der Auslauföffnung Verstopfungen
und damit wiederum zeitweise Betriebsstillstände auftraten. Es wird daher vielfach
angestrebt, die Brenner bzw. Flammenverlagerung möglichst in Richtung und Nähe der
Auslauföffnung zu halten. Dabei besteht jedoch der Nachteil, daß ein großer Teil
des noch unverbrannten Kohlenstaubes in das flüssige Schlackenbett bzw. auf die
Schlackenablaufflächen fällt. Da aber Koks die Schlacke zähflüssig macht, treten
Schwierigkeiten in der Schlackenaustragung auf, und es fehlt dann überdies auch
an der nötigen Wärme an anderen Stellen der Brennkammer.
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Es sind Brennstoffeuerungen für Flammrohrkessel mit einer vorgelagerten
Verbrennungskammer bekannt, der das Brennstaub-Luft-Gemisch von der Stirnseite her
zugeführt wird und bei welcher die Zusatzluft in bekannter Weise dem Feuerraum durch
in der Wandung tangential ausmündende Kanäle zugeführt wird. Der Verbrennungskammer
wird der Brennstoff so zugeführt, daß er eine drehende Bewegung erfährt, die gegebenenfalls
durch die tangential ausströmende Zusatzluft gefördert wird. Erreicht wird hierdurch,
daß die Kohlenstaubteilchen in der Kammer einen sehr langen Verbrennungsweg zurücklegen
und immer wieder mit frischer Luft in Berührung kommen. Die ausgeschleuderten Schlackenteilchen
gelangen in einen besonderen Schlackenabzug. Die Wandung der- Verbrennungskammer
besteht aus einem feuerfesten Stoff (Schamotte od. dgl.). Bei dieser bekannten Bauart
soll auf die Verbrennungskammer eine gewisse Kühlwirkung dadurch ausgeübt werden,
daß die der Kammer zugeführte Verbrennungsluft gegebenenfalls gemeinsam mit Dampf
durch in der feuerfesten Ausmauerung angebrachte Kanäle in den Verbrennungsraum
eingeleitet wird. Die spezifische Feuerraumbelastung einer Kammer ist aber begrenzt
durch die Widerstandsfähigkeit des feuerfesten Einmauerungsmaterials.
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Eine weitere bekannte Kohlenstaubfeuerungsanlage «reist eine aus Kühlrohren.
gebildete Brennkammer auf, deren Austrittsöffnung durch einen ebenfalls aus Kühlrohren
gebildeten Schlackenfangschirm teilweise abgedeckt ist. Die Einführung des Brennstoffes
erfolgt durch tangential angeordnete Einströmkanäle. Bei dieser Feuerung findet
jedoch keine Verflüssigung der sich bildenden Schlacke bzw. Asche statt, sondern
diese wird durch den trich.terartig ausgebildeten Fangschirm in Verbindung mit der
in der Brennkammer herrschenden rotierenden Bewegung ausgeschleudert.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, alle diese Nachteile zu vermeiden
und einen Weg zu zeigen, gemäß welchem sich trotz wesentlicher Leistungssteigerung,
unter Einsparung von Baustoffen und umbautem Raum, weit bessere Betriebsverhältnisse
ergeben.
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Die Erfindung geht aus von einer Kohlenstaubfeuerung mit Abzug der
Schlacke in flüssiger Form, einer sogenannten Schmelzkammer-Feuerung, welche eine
möglichst vollständige Verbrennung des in sie eingeführten Kohlenstaubes anstrebt.
Dieser Schmelzkammer ist eine Strahlungskammer nachgeschaltet.
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Die Erfindung besteht darin, daß die innen unverkleidete Schmelzkammer
innerhalb der Strahlungskammer angeordnet ist und am unteren Ende eine für Rauchgase
und Schlacke gemeinsame Austrittsöffnung zum unteren Strahlungskammerteil aufweist,
der die Schlackenabflußöffnung enthält. Die Feuergase werden nach Austritt aus der
Schmelzkammer um annähernd i8o° umgelenkt und dein oberhalb des Strahlungsraumes
angeordneten Berührungszug zugeführt.
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Bei dieser Anordnung werden die die Schmelzkammer bildenden Kühlrohre
sowohl von innen als auch von außen beheizt, wodurch ihre Verdarnpfungsleistung
wesentlich gesteigert wird. Außerdem werden sowohl die Austrittsöffnung der Schmelzkammer
zur Strahlungskammer als auch die Schlackenabflußöffnung von den aus der Schmelzkammer
kommenden Rauchgasen direkt beheizt.
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Im Rahmen der Erfindung läßt sich die Feuerung so fortbilden, daß
der Brennstoff entweder in Richtung auf den Austritt oder entgegengesetzt in die
Schmelzkammer eingeblasen wird. In beiden Fällen erhält man eine günstige Einwirkung
auf die Verbrennungsverhältnisse innerhalb der Schmelzkammer.
Es
liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, daß die Schmelzkammer muffelförmig ausgebildet
ist und einen verengten Austrittsquerschnitt aufweist. Durch die Verengung des Austrittsquerschnittes
ergibt sich eine Rückstauwirkung, die den Verbrennungsvorgang in der Schmelzkammer
günstig gestaltet. Außerdem bildet diese Verengung oder Einschnürung eine günstige
Auslauffläche für die anfallende flüssige Schlacke.
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Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse, wenn die Brenner
in an sich bekannter Weise nach Art der sogenann.ten Eckenbrenner angeordnet werden.
Dadurch wird die rotierende Bewegung innerhalb der Brennkammer verstärkt, woraus
sich eine starke Durchwirbelung des Bremistoffes bzw. des Brennstoff-Luft-Gemisches
ergibt. Außerdem wird der den Brennstoffteilchen innerhalb der Brennkammer für ihre
Verbrennung zur Verfügung stehende Weg verlängert und der Ausbrand erhöht.
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Es besteht auch die Möglichkeit, innerhalb der Strahlungskammer mehrere
Schmelzkammern anzuordnen sowie zusätzliche Verbrennungsluftzuführungen anzubringen.
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der
Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt Abb.
i eine Feuerung, bei welcher der Brenner in der Decke der Schmelzkammer angeordnet
ist, Abb. 2 eine Feuerung mit einem im Auslaßquerschnitt der Schmelzkammer angeordneten
Brenner, Abb. 3 eine Feuerung mit in der Seitenwand angeordneten Brennern, Abt>.
4 eine Feuerung, bei welcher mehrere Brennkammern in einer gemeinsamen Strahlungskammer
angeordnet sind.
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Die in Abb. i dargestellte kohlenstaubgefeuerte Brennkammer gehört
zu einem nur teilweise gezeichneten Dampferzeuger. Die Brennkammer besteht aus eng
gewundenen Siederohren a, die ein Kühlrohrsystem b bilden. Das gezeichnete Ausführungsbeispiel
enthält außerdem einen mit Begrenzungswänden c und Kühlrohren d versehenen Hohlraum
e. Der brennfertige Kohlenstaub wird mittels eines Breitners f oder mehrerer
Brenner f, welche in der Brennkainmerdecke g angeordnet sind, in den Innenraum
h des Kühlrohrsystems b geblasen.
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Dadurch, daß das Kühlrohrsystem nach Art einer sich verengenden Birne
ausgebildet ist, erfährt der Feuergasstrom einen Rückstau, der eine Durchwirbelung
des Brennstoffes innerhalb der Brenükammer zur Folge hat.
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Die Aufenthaltsdauer der einzelnen Brennstoffteilchen innerhalb der
Brennkammer wird infolge der genannten Durchwirbelung erheblich verlängert, so daß
die Temperatur innerhalb der Brennkammer entsprechend dem hohen Anteil der dort
stattfindenden Verbrennung ansteigt und außerhalb der Brennkammer nur noch eine
verhältnismäßig geringe Nachverbrennung stattfindet. Während des Durchganges der
Brennstoffteilchen durch die Kammer gelangen diese wiederholt in unmittelbare Berührung
mit den die Kammer bildenden Siederohren. Es sind somit günstige Voraussetzungen
dafür geschaffen, daß einmal die Kammer selbst nur einen Bruchteil des Raumes einnimmt,
der bisher für Feuerungsanlagen mit Abzug der Schlacke in flüssiger Form benötigt
wurde, zum anderen bildet sich, gleichmäßig über die Innenwandung der Kammer verteilt,
nach einer gewissen. Weglänge ein Schlackenüberzug heraus, dessen Stärke von der
jeweiligen Temperaturhöhe abhängig ist.
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Die Brennkammer, in der, wie erwähnt, eine sehr hohe Temperatur herrscht,
ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von einem Hohlraum umgeben, der seinerseits
wärmeaufnehmende Einrichtungen enthält. Den Hohlraum erkennt man bei e. Die untere
Verlängerung dieses Hohlraumes bildet bei i den Zwischenraum zwischen. dem Schlackenauslauf
k des Kühlrohrsystems b und dem durch die Begrenzungswände o gebildeten Achsentrichterauslauf
1.
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Man hat es bei der Erfindung in der Hand, die Größe des Innenraumes
h der erforderlichen Flammentemperatur anzupassen und diese Temperatur so hoch zu
halten, daß sowohl Brennstoffe mit niedrigem Schlacken.erweichungspunkt als auch
solche mit hohem Schlackenerweichungspunkt ohne Schwierigkeit verfeuert werden können.
Die im Innenraum lt erzeugten Feuergase beheizen zuerst die Siederohre a, treten
dann durch die Schlackenauslauföffnung k in den Hohlraum e, beheizen. dort auch
die Außenseite der Siederohre a sowie die Kühlrohre d und durchströmen in bekannter
Weise die Kesselheizfläche m. Dabei werden zwangläufig auch die Ausläufe k und
1 im Zwischenraum i beheizt. Da die Verbrennung beim Austritt aus
dem Innenraum h noch nicht abgeschlossen ist, ist gemäß der Erfindung den in den
Hohlraum e einströmenden Feuergasen und Brennstoffteilchen Gelegenheit gegeben,
dort bei hohen Feuergastemperaturen vollkommen auszubrennen, bevor die Feuergase
in die Kesselheizfläche in gelangen. Auf diese Weise wird die Trägheit des Ausbrandes
überwunden, und die bei bekannten Ausführungen üblichen voreilenden Flammenspitzen
können abgefangen werden.
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Die Beheizung der Siederohre a. gemäß der Erfindung bringt auch diesbezüglich
bessere Verhältnisse mit sich. Da die Feuergase im Hohlraum e ausbrennen und Wärme
an. die Rohre a und d abgeben können, kann die Feuergastemperatur vor Eintritt in
die Kesselheizfläche m niedriger gehalten werden. Die mit den Feuergasen aus dem
Kühlrohrsystem b austretenden Flugkoksteile werden im Hohlraum e ausgeschieden und
fallen als Flugasche auf die Trichterwände ya., von wo sie in die Naßaustragvorrichtung
o gelangen. Die Nachschaltheizflächen yfa bleiben daher sauber, und der Auswurf
ins Freie wird vermindert.
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Da bei der Schmelzkammer keine Abstrahlungsverluste auftreten, werden
der Wirkungsgrad und die Leistung des Dampferzeugers insgesamt verbessert.
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Die Feuerführung kann so gehalten werden, daß die Feuergase mit annähernd
gleichmäßiger Temperatur und ausgeglichenem möglichst hohem Kohlensäuregehalt in
die Heizflächen m des Dampferzeugers strömen, da sich die Feuergase am Austritt
aus dem Kühlrohrsystem b durch die vorgesehene
Einschnürung p wirkungsvoll
vermischen. Das ist besonders wichtig für sogenannte Einzugkessel.
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Ein weiterer Vorteil entsteht bei Anwendung der Erfindung dadurch,
daß sowohl der Schlackenauslauf k als auch der Aschenauslauf f beheizt werden, so
daß auch bei Lastverminderung die Schlacke noch in flüssigem Zustand gehalten werden
und auslaufen kann. Auch können die Dampfschwaden aus der Austragvorrichtung o nicht
mehr in die Schmelzkammer gelangen, sondern müssen in den Zwischenraum i und Hohlraum
c entweichen, wo sie sich nicht schädlich auswirken können. Die Einschnürung p bildet
außerdem eine günstige Auslauffläche für die anfallende flüssige Schlacke.
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Es ist vorteilhaft, die Einrichtung gemäß der Erfindung auch bei bereits
vorhandenen Kohlenstaubfeuerungen von Dampferzeugern anzuwenden, um dadurch mit
geringem Aufwand an Baustoffen betriebliche Verbesserungen zu erzielen. So dürfte
es z. B. zweckmäßig sein, bei mit nur wenigen Kühlrohren ausgekleideten Brennkammerwänden
ein oder mehrere Kühlrohrsysteme gemäß der Erfindung einzubauen, um zu vermeiden,
daß die Schamottewände durch schädliche Einflüsse der Schlacke zerstört werden.
Dabei ist, da das Kühlrohrsystem bin seinen Ausmaßen klein gehalten werden kann,
eine leichte Anpassung an die vorhandenen Brennkammerformen möglich, wobei die vorhandenen
Begrenzungswände mit den Kühlrohren größtenteils unverändert bestehenbleiben können.
Es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, daß ein Kühlmittel, z. B. Wasser, die Siederohre
a zwangläufig durchströmt, sei es unabhängig vom Dampferzeuger selbst oder angeschlossen
an denselben. Die Erfindung kann demnach vorteilhaft sowohl bei den üblichen Wasserrohrkesseln
als auch bei Zwangumlauf- und Zwangdurchlauf-Dampferzeugern angewendet werden. Eine
Beschränkung in der Anwendung auf bestimmte Bauarten von Kohlenstaubfeuerungen besteht
ebenfalls nicht.
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Das Kühlrohrsystem kann mittels im Hohlraum e angeordneter Hängerohre
q, welche bis außerhalb der Brennhammer ragen, getragen werden. Diese Aufhängung
unterscheidet sich von bekannten Ausbildungen dadurch, daß sie vom Hohlraum e aus
leicht zugänglich ist.
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Abb. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, das sich von dem ersten
dadurch unterscheidet, daß der Brenner f1 in der Auslaßöffnung der Schmelzkammer
angeordnet ist. Die Schlacke fließt seitlich am Brenner vorbei in Ausläufe k1,
k2, 1l, 12 und gelangt von da in Naßaustragvorrichtungen o1 und 02. Um die
Brennereinrichtung vor Einstrahlung durch die Flamme zu schützen, wird sie mittels
der gewundenen Kühlrohre a1, welche einen Teil des Kühlrohrsystems b bilden können,
umschlossen.
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In Abb. 3 ist eine Brennkammer mit einer Brenneranordnung dargestellt,
welche der bekannten Eckenbrenneranordnung entspricht, d. h., der Brennstoff wird
so eingeblasen, daß sich in der Brennkammer eine Rotationsbewegung des Brennstoff-Luft-Gemisches
herausbildet. Auf diese Weise wird der den Brennstoffteilchen innerhalb der Brennkammer
für ihre Verbrennung zur Verfügung stehende Weg verlängert und der Ausbrand erhöht.
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Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem mehrere, z. B. vier
Brennkammern, in einem Strahlungsraum angeordnet sind, von denen jede gesondert
beheizt wird. Diese Ausführungsform wirkt sich besonders günstig aus in Fällen,
wo große und öfters auftretende Belastungsschwankungen vorkommen. Da jede Brennkammer
für sich beheizt wird, können einzelne Brennkammern nach Bedarf abgeschaltet werden,
so daß bei Stillegung von z. B. drei Brennkammern die vierte noch mit voller Leistung
gefahren werden kann, obwohl die Belastung dabei bereits auf ein Viertel der Gesamtbelastung
des Dampferzeugers gesunken ist.
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Damit bei Außerbetriebsetzung einer oder mehrerer Brennkammern Schwierigkeiten,
welche auf die Erstarrung der Schlacke zurückzuführen sind, vermieden werden können,
werden die Brennkammern ohne trennende Schamottewände in einem gemeinsamen Hohlraum
e untergebracht. Auf diese Weise werden die Kühlrohrsysteme in angewärmtem Zustand
gehalten, solange noch eine Brennkammer gefeuert wird.
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Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß beim Einbau mehrerer Kühlrohrsysteme
b1, b= gemäß der Erfindung eine wesentlich größere Strahlungs- und Berührungsheizfläche
unterzubringen ist, als dies bei einer in bekannter Weise mit Kühlrohren ausgekleideten
Brennkammer von gleicher Querschnittsform möglich wäre.