DE976956C

DE976956C - Coal dust smelting furnace

Info

Publication number: DE976956C
Application number: DEK15061D
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl-Ing Cantieny; Heinrich Seyfritz
Original assignee: Kohlenscheidungs GmbH
Current assignee: Kohlenscheidungs GmbH
Priority date: 1938-12-29
Filing date: 1938-12-29
Publication date: 1964-09-03

Description

Kohlenstaub-Schmelzfeuerung Die Erfindung bezieht sich auf eine Kohlenstaub-Schmelzfeuerung für Strahlungsdampfkessel mit einer mit Kühlrohren ausgekleideten Schmelzkammer und einer lotrecht über ihr angeordneten und von ihr durch eine mit Luftdüsen versehene Einschnürung mit anschließender Erweiterung getrennten Ausbrenn-Strahlungskammer, die ebenfalls mit Kühlrohren ausgekleidet ist.Powdered Coal Melt Firing The invention relates to a pulverized coal melt furnace for radiant steam boilers with a melting chamber lined with cooling tubes and one arranged vertically above it and one provided with air nozzles by it Constriction with subsequent expansion of a separate burn-out radiation chamber, which is also lined with cooling pipes.

Derartige Schmelzfeuerungen sind in einer Ausführungsform bekannt, bei der die Schmelzkammer durch buckelartige Einbiegungen einer oder zweier einander gegenüberliegender Kammerwände von der Ausbrenn-Strahlungskammer getrennt ist. Die Kohlenstaub- und Luftzuführungsdüsen sind in den unteren Schrägflächen der Einschnürung schräg nach unten auf ein Schlackenbad gerichtet oder als T angentialbrenner nahe den Eckkanten der Schmelzkammer angeordnet. Der Schlackenabfluß erfolgt durch eine in einer Seitenwand etwa auf halber Höhe der- Schmelzkammer angeordnete Überlauföffnung.Such melting furnaces are known in one embodiment, in which the melting chamber by hump-like bends one or two each other opposite chamber walls is separated from the burnout radiation chamber. the Coal dust and air supply nozzles are in the lower inclined surfaces of the constriction Directed obliquely downwards onto a slag bath or close to it as a tangential burner the corner edges of the melting chamber arranged. The slag is drained through a overflow opening arranged in a side wall approximately halfway up the melting chamber.

Diese Schmelzfeuerung besitzt erhebliche Nachteile. Für den einwandfreien Betrieb einer Dampfkessel-Schmelzfeuerung ist es Voraussetzung, daß die Feuergase vor ihrem Eintritt in die Nachschaltheizflächen bis auf eine Temperatur abgekühlt sind, die unter der Erweichungstemperatur der Kohlenasche liegt. Dementsprechend ist die Größe der Kühlflächen in der Schmelz- und Ausbrenn-Strahlungskammer bemessen. Der notwendige Temperaturabbau kann jedoch nur stattfinden, wenn die Kühlrohre der Ausbrenn-Strahlungskammer von Schlackenansätzen frei bleiben. Diese Gewähr ist bei der bekannten Feuerung nicht gegeben. Dort erzeugen die Brenner parallel zu den nicht eingebogenen Wänden verlaufende oder stark rotierende Flammenströme, so daß die Kühlrohre der nicht eingebogenen Wände der Ausl>renn-Strahlungskammer von den Flammen bzw. Feuergasen be- strichen werden. Da am Ente der Schinelzkainmer die Feuergastemperatur noch oberhalb der Aschenerwe'ichungstemperatur liegt und es nicht möglich ist, alle Schlacke aus den Feuergasen schon in der Schmelzkammer auszuscheiden, werden von den Feuergasen flüssige oder teigige Schlackenteilchen an die Kühlrohre der nicht eingebogenen Wändeder Ausbrenn-Strahlungskammer getragen, an denen sie sich festsetzen. Dadurch wird die Kühlwirkung der Ausbrenn-Strahlungskammer ständig vermindert. Die Feuergastemperatur vor den Nachschaltheizflächen steigt dementsprechend ständig an, bis schließlich eine Verschlackung der Nachschaltheizflächen einsetzt, die die Außerbetriebnahme, des Kessels erforderlich machen kann.This smelting furnace has considerable disadvantages. For the proper operation of a steam boiler smelting furnace, it is a prerequisite that the flue gases have cooled down to a temperature which is below the softening temperature of the coal ash before they enter the secondary heating surfaces. The size of the cooling surfaces in the melting and burnout radiation chamber is dimensioned accordingly. However, the necessary temperature reduction can only take place if the cooling pipes of the burn-out radiation chamber remain free of slag deposits. This guarantee is not given with the known furnace. There, the burners generate parallel to the not-bent walls extending or strongly rotating flame currents, so that the cooling tubes of the non-inwardly bent walls of the triggering> racing radiation chamber of the flame or fire gases swept loading. Since the flue gas temperature at the duck of the Schinelzkainmer is still above the ash softening temperature and it is not possible to separate all slag from the flue gases in the melting chamber, liquid or doughy slag particles are carried by the flue gases to the cooling pipes of the non-curved walls of the burnout radiation chamber to which they attach themselves. As a result, the cooling effect of the burnout radiation chamber is constantly reduced. The flue gas temperature in front of the secondary heating surfaces increases accordingly until finally slagging of the secondary heating surfaces sets in, which can make it necessary to shut down the boiler.

Schmelzfeuerungen mit Schlackenbad weisen noch andere Nachteile auf. Die Überlauföffnung wird wegen ihrer Lage in einer Schmelzkammerseitenwand nur schlecht von den Flammen bzw. den Feuergasen beheizt. Die eigentliche Beheizung erfolgt durch die Speicherwärme des Schlackenbades. Die Speicherwärme wird auch beim Abschalten des Kessels frei. Es handelt sich dabei um mehrere Millionen Kilokalorien, die eine entsprechend große Dampfmenge erzeugen, welche bei abgeschalteter Turbine nicht mehr verwertet werden kann, sondern über Dach abgeblasen werden muß. Umgekehrt muß eine gleich große Wärmemenge aufgebracht werden, ehe, nach Inbetriebnahme der Anlage ein einwandfreier Schlackenfluß einsetzt. Diese Wärmemengen, die bei jedem Kesselstillstand aufs neue verlorengehen, vermindern den thermischen Wirkungsgrad des Kessels.Smelting furnaces with a slag bath also have other disadvantages. The overflow opening is poor because of its location in a melting chamber side wall heated by the flames or the fire gases. The actual heating takes place through the stored heat of the slag bath. The storage heat is also when switched off of the boiler free. It is several million kilocalories, the one Generate a correspondingly large amount of steam, which not when the turbine is switched off more can be recycled, but has to be blown off over the roof. The other way round must an equal amount of heat can be applied before the system has been commissioned a proper slag flow begins. These amounts of heat generated with every boiler shutdown are lost again, reduce the thermal efficiency of the boiler.

Schließlich erfordern Schmelzfeuerungen mit Schlackenbad wegen des großen Gewichts der sich in ihm ansammelnden Schlacke verstärkte Gerüstkonstruktionen, die die Gestehungskosten erhöhen.Finally, because of the need for melt furnaces with a slag bath heavy weight of the slag accumulating in it, reinforced scaffolding structures, which increase the prime costs.

ach der Erfindung werden die geschilderten Nachteile dadurch beseitigt, daß sich die Einschnürung über den gesamten Umfang der Schmelzkammer erstreckt, die symmetrisch auf den Schmelzkammerumfang verteilten Kohlenstaub-und Luftzuführungsdüsen schräg abwärts auf das Schmelzkammerzentrurri gerichtet sind und die Schlackenabflußöffnung in an sich bekannter Weise an der tiefsten Stelle des trichterförmigen Schmelzkammerbodens angeordnet ist.After the invention, the disadvantages outlined are eliminated by that the constriction extends over the entire circumference of the melting chamber, the coal dust and air supply nozzles distributed symmetrically on the circumference of the melting chamber are directed obliquely downward on the melting chamber centrurri and the slag discharge opening in a manner known per se at the lowest point of the funnel-shaped melting chamber bottom is arranged.

Durch die gemeinsame Anwendung dieser Merkinale werden folgende Vorteile erreicht: Die zentrische Einschnürung drängt die in der Schmelzkammer erzeugten Feuergase zum Kern der Kammer hin, so daß sie und die in ihnen enthaltenen flüssigen Schlackenteilchen hinter der Einsclniürung erst nach längerem Strömungsweg mit den Kühlrohren der Ausbrenn-Strahlungskammer in Berührung kommen können. Bis dahin sind die Schlackenteilchen zumindest an ihrer Oberfläche bis unter die Aschenerweichungstemperatur abgekühlt und erstarrt, bleiben also an den Kühlrohren nicht mehr haften. Infolgedessen ist die Gefahr einer Verschlackung für die Kühlrohre der Aus-1)rcnn-Strahlungskammer und damit der Nachschaltheizflächen des Kessels beseitigt.The following advantages are achieved through the joint use of these markings reached: The central constriction pushes the generated in the melting chamber Fire gases towards the core of the chamber, so that they and the liquid contained in them Slag particles behind the constriction only after a longer flow path with the Cooling tubes of the burnout radiation chamber can come into contact. Until then the slag particles, at least on their surface, to below the ash softening temperature cooled and solidified, so they no longer adhere to the cooling tubes. Consequently is the risk of slagging for the cooling pipes of the Aus-1) rcnn radiation chamber and thus the secondary heating surfaces of the boiler eliminated.

Die symmetrische Verteilung der Kohlenstaub-und Luftzuführungsdüsen auf den Schinelzkammerumfang und das Einblasen in Richtung zum Kammerzentrum bewirken, daß im Kern der Schmelzkammer eine intensive Durchmischung von Kohlenstaub und Verbrennungsluft und daher eine schnelle Verbrennung stattfindet. Das Flammenzentrum befindet sich stets im Kern der Schmelzkammer, so daß eine gleichmäßige Beheizung der Kammerkühlflächen erfolgt. Gleichzeitig unterstützt die vorgeschlagene Kohlenstaub- und Luftzuführung die Wirkung der zentrischen Einschnürung.The symmetrical distribution of the pulverized coal and air supply nozzles affect the circumference of the chamber and the blowing in towards the center of the chamber, that in the core of the melting chamber an intensive mixing of coal dust and combustion air and therefore rapid combustion takes place. The flame center is located always in the core of the melting chamber, so that the chamber cooling surfaces are heated evenly he follows. At the same time supports the proposed coal dust and air supply the effect of the centric constriction.

Durch Verlegung der Schlackenabflußöffnung an die tiefste Stelle des trichterförmigen Schmelzkaminerbodens erfolgt eine äußerst starke Beheizung, da sie sich dort unmittelbar unter dem Flammenzentrum befindet. Es ist daher ein kontinuierlicher Schlackenabzug möglich, ohne daß es einer zusätzlichen Wärmequelle bedarf.By relocating the slag drainage opening to the deepest point of the The funnel-shaped melting chimney floor is extremely heated because it is located there immediately below the center of the flame. It is therefore a continuous one Slag removal possible without the need for an additional heat source.

Der Gegenstand der Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt Fig. i einen senkrechten Längsschnitt durch die Feuerung eines Strahlungskessels, Fig.2 einen waagerechten Schnitt nach der Linie a-b in Fig. i.The subject matter of the invention is described in more detail in Drawing shown in an embodiment. It shows Fig. I a vertical Longitudinal section through the furnace of a radiation boiler, Fig. 2 a horizontal one Section along the line a-b in Fig. I.

Die Feuerung besitzt eine Schmelzkammer i sowie eine Ausbrenn-Strahlungskammer 2, deren Wände mit Kühlrohren 3 bzw. .4 ausgekleidet sind. Der Kohlenstaub wird durch vier gleichmäßig auf den Kammerumfang verteilte Brenner 5, deren Mündungen durch eingebaute hohle Stege in eine Vielzahl von Teildüsen 5 a unterteilt sind, in die Schmelzkammer i eingeblasen. Die Kohlenstaubdüsen 5 a sind von Zweitluftdüsen 6 umgeben, die die Luft zwischen die einzelnen Kohlenstaubstrahlen einblasen. Die Kühlrohre 3 sind schraubengatigförmig um die Schmelzkammermittelachse gewickelt, lassen unten eine Schlackenabflußöffnung ; frei und bilden einen Schmelzkammerboden, der etwa halhkugelschalenförinig die Stelle des Zusammenpralls der Kohlenstaubstrahlen umgibt.The furnace has a melting chamber i and a burn-out radiation chamber 2, the walls of which are lined with cooling tubes 3 or 4. The coal dust will by four burners 5 evenly distributed over the circumference of the chamber, their mouths are divided into a large number of sub-nozzles 5 a by built-in hollow webs, blown into the melting chamber i. The coal dust nozzles 5 a are of secondary air nozzles 6, which blow the air between the individual coal dust jets. the Cooling tubes 3 are wound in the shape of a screw thread around the central axis of the melting chamber, leave a slag drainage opening below; free and form a melting chamber floor, the roughly hemispherical shell is the point of collision of the coal dust jets surrounds.

Die Kühlrohre 3 werden vorzugsweise von einer nicht dargestellten Pumpe an ihren unteren Enden mit Kesselwasser versorgt. Die Rohrauskleidung der Schmelzkammer i ist an den Mündungen der Brenner in der Weise unterbrochen, daß die Rohre an diesen Stellen zu den Bögen 8 ausgebogen sind. Mit Rücksicht auf die Volumenvergrößerung bei der Verdampfung, sind die Rohre 3 mit ihren oberen Enden an einen Verteiler g angeschlossen, aus dem das Dampf-Wasser-Gemisch in eine große Anzahl der die Ausbrenn-Strahlungskammer auskleidenden Rohre 4 eintritt. Oberhalb der Kohlenstaub- und Luftzuführungsdüsen befindet sich die Einschnürung io, und es sind an dieser Stelle Zweitluftdüsen 12 angeordnet, durch die in den auf-@,teigenden Feuergasen noch enthaltene Brennstoffteilchen weitere Verbrennungsluft zugeführt erlialttn, so daß diese in der Ausbrenn-Strahlungskaiiiinc-r 2 ausbrennen können. Außerdem befinden sich oberhalb des Flammenzentrums gegen dieses gerichtete Zweitluftdüsen i i. Die Menge der durch die Düsen 6 bzw. i i und 12 eingeführten Verbrennungsluft kann durch Regelklappen 13 bis 15 dem jeweiligen Brennstoff angepaßt werden. Weiterhin kann durch verstärkte Luftzufuhr aus den Düsen i i das Flainni(-nzentrum näher an den Schmelzkarninerboden gedrückt werden.The cooling tubes 3 are preferably of a not shown Pump supplied with boiler water at their lower ends. The pipe lining of the Melting chamber i is interrupted at the mouths of the burner in such a way that the tubes are bent out at these points to form the bends 8. With consideration for the The upper ends of the tubes 3 increase in volume during evaporation connected to a distributor g, from which the steam-water mixture in a large number the tubes 4 lining the burnout radiation chamber enters. Above the coal dust and air supply nozzles are the constriction io, and there are on this Place second air nozzles 12 arranged through which in the on - @, doughing fire gases any remaining fuel particles can be supplied with additional combustion air, so that they can burn out in the burnout radiation chamber r 2. aside from that are located above the center of the flame, directed against it, secondary air nozzles i i. The amount of combustion air introduced through the nozzles 6 or i i and 12 can be adapted to the respective fuel by regulating flaps 13 to 15. Farther the center of the flainni (center can be closer to the melting carpentry bottom are pressed.

Für den Fall, daß bei dem Kessel ein Teil der Wärme durch Berührung an die Kühlrohre übertragen «erden muß, können letztere in senkrecht zum Kesselzug ausgebreitete Rohrschlangen 16 auslaufen.In the event that part of the heat in the boiler comes from contact must be transferred to the cooling pipes, the latter can be perpendicular to the boiler pass outspread tube coils 16 run out.

Die Kühlrohre der Schmelz- und Ausbrenn-Strahlungskammer sind in üblicher Weise außen mit einer Isolierschicht 18 und der ganze Kessel mit einer Ummantelung i9 umgeben. Innerhalb der Ummantelung ist auch die- Zweitluftleitung 20 verlegt. Unterhall) der Schlackenabflußöffnung 7 befindet sich ein Schlackensammler 22, der in bekannter Weise zum Granulieren der Schlacke mit Wasser gefüllt sein kann.The cooling tubes of the melting and burnout radiation chambers are conventional Way on the outside with an insulating layer 18 and the whole boiler with a jacket i9 surrounded. The secondary air line 20 is also laid within the casing. Below hall) of the slag discharge opening 7 is a slag collector 22, the can be filled with water in a known manner for granulating the slag.

Beim Betrieb des Kessels ist damit zu rechnen, daß bei der Inbetriebnahme die aus der Flamme ausfallenden Schlacketeilchen sich zunächst auf den Kühlrohren des Schmelzkammerbodens absetzen werden. Hierdurch wird der Wärmeübergang an die Kühlrohre herabgesetzt, so daß sich eine höhere Schmelzkainmerteniperatur einstellt. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis die Kühlrohre die auf die Schlacke eingestrahlte Wärmemenge nicht mehr abführen können, so daß die überschüssige \-Värme von der Schlacke selbst aufgenommen wird, wodurch sie zum Schmelzen und schließlich zum Abfluß gebracht wird. Für den Fall, daß die Schmelzkammertemperatur ini Bereich des Schmelzkammerbodens zu hoch werden sollte, sind noch Luftdüsen 21 vorgesehen, durch die Kühlluft zwisehen Boden und Flammenzentrum in die Kammer eingeführt und das Flammenzentrum nach oben verlagert werden kann.When operating the boiler, it is to be expected that during commissioning the slag particles falling out of the flame initially settle on the cooling tubes of the melting chamber floor. As a result, the heat transfer to the Cooling tubes lowered so that a higher melting temperature is achieved. This process continues until the cooling tubes hit the slag can no longer dissipate the amount of heat radiated in, so that the excess heat is absorbed by the slag itself, causing it to melt and eventually is brought to the drain. In the event that the melting chamber temperature is in the range the bottom of the melting chamber should be too high, air nozzles 21 are provided, introduced into the chamber by the cooling air between the floor and the center of the flame the flame center can be shifted upwards.

Die neue Feuerung ist von der Art der zu verfeuernden Kohle weitgehend unabhängig und auch bei stark wechselnden Belastungen betriebssicher. Sie eignet sich besonders für die neuzeitigen Verdampfungsarten mittels Zwangumlauf oder Zwangdurchlauf des Kesselwassers in den Kesselrohren. Ihre Herstellung ist einfach und erfordert einen geringen Aufwand an Baustoffen.The new furnace is largely based on the type of coal to be burned independent and operationally reliable even with strongly changing loads. She is suitable is particularly suitable for the modern types of evaporation by means of forced circulation or forced circulation of the boiler water in the boiler tubes. Their manufacture is simple and requires a small amount of building materials.

Claims

PATENT CLAIM: Coal dust melting furnace for radiant steam boilers with a melting chamber lined with cooling tubes and a burn-out radiation chamber arranged vertically above it and separated from it by a constriction provided with air nozzles with subsequent expansion, which is also lined with cooling tubes, characterized in that the constriction Extends over the entire circumference of the melting chamber, the coal dust and air supply nozzles distributed symmetrically on the melting chamber circumference are directed obliquely downwards towards the melting chamber center and the slag discharge opening is arranged in a known manner at the lowest point of the funnel-shaped melting chamber floor. Considered: Publications: German Patent Specifications No. i 526, 539 455; Swiss Patent No. 146 078; French Patent Nos. 540 395, 554 873, 568 0 29, 577 461, 713 080, 795 397; British Patent Nos. 3,030/1897, 16o 9i2, 305: 270, 394 119, 497 720; USA. Patent Nos. 1,313,779, 1,452,045, 1,591,679, 1,647,727, 1,858,450, 1,866,404, 1,942,687, 2,002,465, 2 044. 27 0 2 0 87 800 2 o87 972, 2 109 840, 2 1 19 624; "Glückauf" magazine, 1938, p. 203; Magazine "Die Wärme", 1930, p. 172, fig. 6, and 1931, p. 828 to 832; "Combustion" magazine, 1938, second cover page.