EP0097153B1 - Feuerungseinrichtung für kessel - Google Patents

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EP0097153B1
EP0097153B1 EP19820900499 EP82900499A EP0097153B1 EP 0097153 B1 EP0097153 B1 EP 0097153B1 EP 19820900499 EP19820900499 EP 19820900499 EP 82900499 A EP82900499 A EP 82900499A EP 0097153 B1 EP0097153 B1 EP 0097153B1
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EP
European Patent Office
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burner
flue
gas
installation according
furnace
Prior art date
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EP19820900499
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English (en)
French (fr)
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EP0097153A1 (de
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Fritz Dr.-Ing. Schoppe
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP0097153A1 publication Critical patent/EP0097153A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • F23J15/027—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using cyclone separators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • F24H1/28—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes
    • F24H1/285—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body including one or more furnace or fire tubes with the fire tubes arranged alongside the combustion chamber

Definitions

  • the invention relates to a firing device for boilers, in particular boilers fired with pulverized coal, comprising a combustion chamber, at least one burner arranged on one of the essentially vertically directed walls of the combustion chamber and at least one flue gas flue starting at the bottom of the combustion chamber near one end thereof.
  • the invention is concerned with the firing of heavily loaded boilers.
  • Highly loaded boilers are to be understood as those with a combustion chamber load in the order of 10 6 kcal / m 3 / h. With such boilers, the difficulty generally arises of achieving clean heating surfaces and a dry dust-like ash extraction when burning Konlen dust, although the flame temperature is above the ash melting temperature.
  • This target can be approximately achieved in boilers with low combustion chamber loads, for example in power station boilers fired with brown cone dust, in which you want to take advantage of the sensible heat of the axis in the flue gas flues, by over-dimensioning the combustion chamber so that the burning coal dust particles reach before the walls of the firebox are not only burnt out, but have also cooled to such an extent that their temperature has fallen sufficiently far below that of the ash melting point.
  • the oversized combustion chamber corresponds to a lower combustion chamber load, the values of which are usually 200,000 to 300,000 kcal / m 3 / h. With such large power plants, where the capital costs are small compared to the fuel costs, the over-dimensioning of the firebox does not matter.
  • the invention has for its object to further simplify and improve this device so that boilers with small dimensions and a correspondingly high combustion chamber load can be fired with coal dust and yet clean heating surfaces and a complete removal of the ash can be achieved in dry form.
  • the burner is arranged above the horizontal, substantially perpendicular to the combustion chamber wall carrying the burner center axis of the combustion chamber and in that at the end of the combustion chamber opposite the flue gas duct near the bottom thereof an injection opening with the inlet opening of the Smoke extraction directed blowing direction is arranged.
  • the inlet opening of the smoke outlet is arranged near the end of the combustion chamber on the burner side, the axis of the burner being oriented essentially parallel to the central axis of the combustion chamber.
  • the inlet opening of the flue gas duct is arranged near the end of the combustion chamber remote from the burner, the burner being oriented such that its axis points at an angle to the central axis of the combustion chamber essentially in the direction of the inlet opening of the flue gas outlet.
  • the angle between the burner axis and the central axis of the combustion chamber is preferably approximately 17 °.
  • the flue gas discharge comprises a plurality of flue gas pipes which are arranged horizontally next to one another, tangentially into a horizontal and transversely directed collector pipe, which closes at one end and is connected at its other end to an exhaust pipe of smaller diameter and which has a tangentially positioned outlet pipe which at its inlet opening points essentially in the direction of flow of the flue gases flowing around the axis of the collecting pipe.
  • the ash particles in the flue gases do not distribute themselves evenly in the collecting pipe, but collect on a spiral path close to the wall, so that the majority of the ash particles can be drawn off through the outlet pipe.
  • the fine and finest ash particles remain in a region of the collecting pipe near the axis and can be fed through the exhaust pipe to a fine filter.
  • the diameter of the collecting pipe should preferably be approximately twice as large, but at least 100 mm larger than the diameter of the exhaust pipe.
  • the exhaust pipe can protrude into the header pipe by a distance that is at most equal to the diameter of the exhaust pipe. In this area, the outlet pipe expediently attaches to the header pipe.
  • the firing device according to the invention is not only suitable for the combustion of coal dust, but can also burn oil or gas.
  • the burner can have a coal dust injection lance and a gas supply device for simultaneous or alternative operation of the burner with coal dust and / or gas.
  • the coal dust injection lance can also be exchangeable for an oil atomization nozzle. Mixed operation of gas and heating oil in any ratio is also possible in this way.
  • FIG. 1 shows a combustion chamber in the form of a flame tube 10 with a cylindrical jacket 12 and end walls 14 and 16 which are curved outwards.
  • the jacket 12 and the end walls 14 and 16 are water-cooled.
  • the mouth 20 of a burner described in more detail in FIG. 3 is arranged above the flame tube axis 18. Coal dust is blown into the flame tube 10 through the mouth 20 and burned to form a flame 22.
  • the burner mouth 20 is oriented such that the axis 24 of the burner mouth is directed essentially diagonally through the flame tube 10 to the lower end of the opposite end wall 14.
  • the flame 22 is directed towards the inlet openings 26 of the flue gas flues 28. In this way, the majority of the dust-like ash is blown in the direction of the inlet openings 26 of the flue gas flues 28.
  • the pulse of the flame 22 forms an upper and a lower gas recirculation, which are indicated by arrows 30 and 32, respectively.
  • the lower gas recirculation 32 can be dangerous to the extent that in the area labeled A at the lower end of the end wall 16, ash can be thrown out by centrifugal force, which then remains in the designated area A and would nevertheless crust over time.
  • a blowing nozzle 34 is arranged at this point, through which air or exhaust gases are blown essentially parallel to the bottom of the flame tube 10, so that possibly falling ash dust in area A is blown in the direction of the inlet openings 26 of the flue gas flues 28 .
  • the amount of air or exhaust gas blown through the blowing nozzle 34 should be between 10 and 50% of the amount of burner air, preferably 20 to 30%.
  • the blowing speed should be at least 25 m / s, preferably 30 to 40 m / s, for a furnace length of approximately 1.5 m. At these gas quantities and velocities, the action of the blowing nozzle 34 is sufficient to avoid ash deposits on the floor of the combustion chamber, in particular in area A, with a combustion chamber length of 1.5 m.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from the embodiment described above in that the inlet openings 26 of the flue gas flues 28 are arranged at the end of the flame tube 10 on the burner side.
  • the burner mouth is arranged so that its axis 24 and thus also the flame 22 that is produced is directed essentially parallel to the flame tube axis 18.
  • the flame 22 generates a recirculation, which is indicated by the arrows 36.
  • the blowing nozzle is arranged in this case on the end wall 14 opposite the burner mouth 20, so that the gas entering through the blowing nozzle 34 blows the possibly falling dust in the direction of the inlet openings 26 of the flue gas flues 28.
  • FIG. 3 shows a complete boiler with a firing device according to FIG. 1. The same parts are provided with the same reference numerals.
  • the boiler generally designated 38, is shown as a hot water boiler for heating purposes with a water inlet 40 and a water outlet 42.
  • the flue gas flues 30 which attach to the bottom of the combustion chamber 10 each comprise flue gas pipes 44 and 46 which are connected to one another by a U-bend 48.
  • flue gas pipes 44 and 46 which are connected to one another by a U-bend 48.
  • this is achieved by arranging the flue gas pipes 46 next to one another and allowing them to flow tangentially into a horizontal header pipe 50 directed perpendicular to them.
  • the header pipe 50 is closed on one end face, while an exhaust pipe 52 attaches to its other end face.
  • the diameter of the manifold 50 is approximately twice as large as the diameter of the exhaust pipe 52, but preferably at least 100 mm larger than the diameter of the exhaust pipe 52.
  • the exhaust pipe 52 projects into the manifold 50 by a maximum length corresponding to its diameter.
  • the main advantage of this is that you do not need a cyclone, but the flue gas flow that arises due to the special arrangement of the collecting pipe 50, the exhaust pipe 52 and the exhaust pipe 54, in order to immediately remove a significant proportion of the ash from the flue gases.
  • FIG. 3 shows a burner which is particularly suitable for carrying out the method described above.
  • the burner generally designated 56, is arranged in a tubular extension 58 of the boiler 38 and comprises a slim burner muffle 60 of axial length 12, which widens conically from a diameter d2 in the direction of the combustion chamber 10 to a diameter d1.
  • a slim burner muffle 60 of axial length 12, which widens conically from a diameter d2 in the direction of the combustion chamber 10 to a diameter d1.
  • an acceleration nozzle 62 of length 11, which converges towards the burner mouth 20 and ends in the burner mouth 20 with the diameter d.
  • the combustion air is fed via a blower (not described in more detail) through an air inlet 64 to a radial blade grille 66, the blades of which extend over an axial width b and form an angle with the circumference.
  • a fuel supply 68 and ignition and control devices 70 are arranged in a known manner.
  • the fuel supply can be designed in the form of a lance through which the coal dust is blown.
  • the boiler can be operated with the same output with coal dust, heating oil or gas. Mixed operation of gas and heating oil as well as gas and coal dust is also possible in any ratio.
  • the boiler according to the invention is therefore a three-fuel boiler that can be switched from coal dust to gas and back at any time. To change from coal dust to oil, it is necessary to replace the coal dust injection lance with an injection nozzle for oil. Ignition, monitoring and burner control remain unchanged.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Feuerungseinrichtung für Kessel, insbesondere mit Kohlenstaub befeuerte Kessel, umfassend einen Feuerraum, mindestens einen an einer der im wesentlichen vertikal gerichteten Wände des Feuerraums angeordneten Brenner und mindestens einen am Boden des Feuerraumes nahe einem Ende desselben ansetzenden Rauchgaszug.
  • Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, befaßt sich die Erfindung mit der Befeuerung von hochbelasteten Kesseln.
  • Unter hochbelasteten Kesseln sollen solche mit einer Feuerraumbelastung in der Größenordnung von 106 kcal/m3/h verstanden werden. Bei solchen Kesseln tritt ganz allgemein die Schwierigkeit auf, beim Verfeuern von Konlenstaub saubere Heizflächen sowie einen trockenen staubförmigen Ascheabzug zu erreichen, obwohl die Flammtemperatur oberhalb der Ascheschmelztemperatur liegt.
  • Dieses Ziel läßt sich bei Kesseln mit niedriger Feuerraumbelastung, beispielsweise bei mit Braunkonlenstaub befeuerten Kraftwerkskesseln, bei denen man die fühlbare Wärme der Achse in den Rauchgaszügen noch mit ausnützen will, häherungsweise dadurch erreichen, daß der Feuerraum derart überdimensioniert wird, daß die brennenden Kohlenstaubteilchen vor Erreichen der Wände des Feuerraumes nicht nur ausgebrannt, sondern auch soweit abgekühlt sind, daß ihre Temperatur hinreichend weit unter die des Ascheschmelzpunktes gesunken ist. Dem überdimensionierten Feuerraum entspricht eine geringere Feuerraumbelastung, deren Werte üblicherweise bei 200 000 bis 300 000 kcal/m3/h liegen. Bei solchen großen Kraftwerkskessein, bei denen die Kapitalkosten klein sind gegenüber den Brennstoffkosten, spielt die Überdimensionierung des Feuerraums keine Rolle. Dies ist jedoch anders bei Kleinkesseln wie Zentral-Heizungs- und Dreizugkesseln, bei denen der Investitionswert der Gesamtanlage von der Größenordnung der jährlichen Brennstoffkosten ist. Diese Kessel werden zu über 90% mit Öl oder Gas befeuert. Sie sind durch geringe Bauabmessungen und eine entsprechend hohe Feuerraumbelastung bis herauf zu 106 kcal/m3/h gekennzeichnet.
  • Solche Kessel werden an ihrer unteren Leistungsgrenze üblicherweise durch Ein- und Ausschalten geregelt. Aus diesem Grunde kann hier eine Kohlenstaubfeuerung nur dann verwendet werden, wenn es unter keinen Umständen zur Bildung flüssiger oder klebriger Schlacke kommt, weil diese bei jedem Abstellen erstarren und die mit ihr in Berührung kommenden Flächen und Rohrquerschnitte sehr schnell zusetzen würde. Andererseits kann die bei Kraftwerkskesseln gewählte Lösung, nämlich eine Überdimensionierung des Feuerraumes und damit des gesamten Kessels, beispielsweise bei Zentralheizungskesseln gerade nicht angewendet werden, weil diese Kessel dann nicht mehr in die vorhandenen Heizungskeller eingebracht werden könnten.
  • Aus der DE-A 25 27 618 ist nun bereits eine Vorrichtung zur Verbrennung von Kohlenstaub bekannt, bei der trotz hoher Feuerraumbelastung von mehr als 2 . 106 kcal/m3/h sich ein trockener Ascheabzug ergibt, so daß ihr Einsatz zur Befeuerung von Zentralheizungsanlagen mit »Ein/Aus-Betrieb« möglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung weiter zu vereinfachen und zu verbessern, so daß Heizkessel mit geringen Bauabmessungen und entsprechend hoher Feuerraumbelastung mit Kohlenstaub befeuert werden können und dennoch saubere Heizflächen und ein vollständiger Abzug der Asche in trockener Form erreicht werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brenner oberhalb der horizontalen, im wesentlichen senkrecht zu der den Brenner tragenden Feuerraumwand gerichteten Mittelachse des Feuerraums angeordnet ist und daß an dem dem Rauchgaszug gegenüberliegenden Ende des Feuerraumes nahe dem Boden desselben eine Einblasöffnung mit auf die Eintrittsöffnung des Rauchabzuges gerichteter Blasrichtung angeordnet ist.
  • Durch die außermittige Anordnung des Brenners kann auf besonders wirksame Weise eine Rezirkulation der Verbrennungsgase und insbesondere der wandnahen kühlen Gasschichten erreicht werden. Die von den zirkulierenden Gasen mitgerissenen Aschestaubteilchen werden dabei in den gekrümmten Bereichen des Gasstromes, d. h. an den Enden des Feuerraumes ausgeschleudert. An dem Ende des Feuerraumes, an dem der Rauchgaszug ansetzt, ist dieser Effekt erwünscht, da der Staub auf diese Weise abgezogen werden kann. An dem gegenüberliegenden Ende dagegen würde sich der Staub anhäufen. Aus diesem Grunde ist hier eine Einblasöffnung zum Einblasen von Luft oder Verbrennungsgasen vorgesehen, so daß die ausgeschleuderten Staubteilchen zur Eintrittsöffnung des Rauchgaszuges hingeblasen werden können.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Eintrittsöffnung des Rauchabzuges nahe dem brennerseitigen Ende des Feuerraumes angeordnet, wobei der Brenner mit seiner Achse im wesentlichen parallel zur Mittelachse des Feuerraumes ausgerichtet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Eintrittsöffnung des Rauchgaszuges nahe dem brennerfernen Ende des Feuerraumes angeordnet, wobei der Brenner so ausgerichtet ist, daß seine Achse unter einem Winkel zur Mittelachse des Feuerraumes im wesentlichen in Richtung der Eintrittsöffnung des Rauchgasabzuges weist. Der Winkel zwischen der Brennerachse und der Mittelachse des Feuerraumes beträgt dabei vorzugsweise ca. 17°.
  • Es hat sich gezeigt, daß beim Verfeuern von Kohlenstaub in der erfindungsgemäßen Feuerungseinrichtung auch nach längerer Betriebszeit praktisch keine Asche im Feuerraum zurückblieb. Die trockene Asche wird vollständig mit den Rauchgasen abgeführt.
  • Um die Asche aus den Rauchgasen auf möglichst einfache und energiesparende Weise abzutrennen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Rauchgasabzug eine Mehrzahl von Rauchgasrohren umfaßt, die horizontal nebeneinander angeordnet, tangential in ein horiontal und quer zu ihnen gerichtetes Sammelrohr münden, das an seinem einen Ende geschlossen und an seinem anderen Ende mit einem Abgasrohr geringeren Durchmessers verbunden ist und das ein tangential ansetzendes Auslaßrohr aufweist, welches an seiner Eintrittsöffnung im wesentlichen in Strömungsrichtung der die Achse des Sammelrohres umströmenden Rauchgase weist. Bei dieser Anordnung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Aschepartikel in den Rauchgasen sich nicht gleichmäßig in dem Sammelrohr verteilen, sondern sich auf einer wandnahen Spiralbahn sammeln, so daß der größte Teil der Ascheteilchen durch das Auslaßrohr abgezogen werden kann. Die feinen und feinsten Ascheteilchen verbleiben in einem achsnahen Bereich des Sammelrohres und können durch das Abgasrohr einem Feinfilter zugeführt werden. Um diese Trennung der gröberen Ascheteilchen von den feineren zu erreichen, soll der Durchmesser des Sammelrohres vorzugsweise ungefähr doppelt so groß wie, jedoch mindestens um 100 mm größer als der Durchmesser des Abgasrohres sein. Das Abgasrohr kann in das Sammelrohr um eine Strecke hineinragen, die höchstens gleich dem Durchmesser des Abgasrohres ist. In diesem Bereich setzt zweckmäßigereise das Auslaßrohr an dem Sammelrohr an.
  • Die erfindungsgemäße Feuerungseinrichtung ist jedoch nicht nur für die Verbrennung von Kohlenstaub geeignet, sondern kann auch Öl oder Gas verfeuern. So kann der Brenner eine Kohlenstaubeinblaslanze und eine Gaszuführungseinrichtung für einen gleichzeitigen oder alternativen Betrieb des Brenners mit Kohlenstaub und/oder Gas aufweisen. Die Kohlenstaubeinblaslanze kann auch gegen eine Ölzerstäubungsdüse austauschbar sein. Auf diese Weise ist auch ein Mischbetrieb von Gas und Heizöl in einem beliebigen Verhältnis möglich.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen die Mittelachse des Feuerraumes enthaltenden schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Feuerungseinrichtung,
    • Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Feuerungseinrichtung und
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kessels unter Verwendung einer Feuerungseinrichtung gemäß Fig. 1 in einem dieser Fig. entsprechenden Schnitt.
  • In Fig. 1 erkennt man einen Feuerraum in Form eines Flammrohres 10 mit einem zylindrischen Mantel 12 und nach außen gewölbten Stirnwänden 14 und 16. Der Mantel 12 sowie die Stirnwände 14 und 16 sind wassergekühlt.
  • In der in Fig. 1 rechten Stirnwand 16 ist oberhalb der Flammrohrachse 18 die Mündung 20 eines in der Fig. 3 noch näher beschriebenen Brenners angeordnet. Durch die Mündung 20 wird Kohlenstaub in das Flammrohr 10 eingeblasen und unter Bildung einer Flamme 22 verbrannt. Wie man in der Fig. erkennt, ist die Brennermündung 20 so ausgerichtet, daß die Achse 24 der Brennermündung im wesentlichen diagonal durch das Flammrohr 10 zum unteren Ende der gegenüberliegenden Stirnwand 14 hingerichtet ist. Nahe dem unteren Ende der Stirnwand 14 liegen Eintrittsöffnungen 26 von Rauchgaszügen 28, die entsprechend dem Staubgehalt der Verbrennungsgase nicht, wie üblich im oberen Bereich des Feuerraumes sondern am Boden desselben ansetzen, um den Ascheabzug zu ermöglichen. Man erkennt, daß die Flamme 22 in Richtung auf die Eintrittsöffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 gerichtet ist. Auf diese Weise wird der Hauptanteil der staubförmigen Asche in Richtung der Eintrittsöffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 geblasen.
  • Durch den Impuls der Flamme 22 bildet sich eine obere und eine untere Gasrezirkulation, die durch Pfeile 30 bzw. 32 angedeutet sind. Die untere Gasrezirkulation 32 kann insofern gefährlich sein, als sich in dem mit A bezeichneten Bereich am unteren Ende der Stirnwand 16 durch Fliehkraftwirkung Asche ausschleudern kann, die dann in dem bezeichneten Bereich A liegen bleibt und auf die Dauer doch verkrusten würde. Um dem entgegenzuwirken, ist an dieser Stelle eine Blasdüse 34 angeordnet, durch die im wesentlichen parallel zum unteren Boden des Flammrohres 10 Luft oder auch Abgase eingeblasen werden, so daß eventuell im Bereich A ausfallender Aschestaub in Richtung auf die Eintrittsöffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 geblasen wird.
  • Die durch die Blasdüse 34 eingeblasene Luft- bzw. Abgasmenge soll zwischen 10 und 50% der Brennerluftmenge liegen, bevorzugt bei 20 bis 30%. Die Einblasgeschwindigkeit sol bei einer Feuerraumlänge von ca. 1,5 m wenigstens 25 m/s bevorzugt 30 bis 40 m/s betragen. Bei diesen Gasmengen und -geschwindigkeiten reicht die Wirkung der Blasdüse 34 aus, um bei einer Feuerraumlänge von 1,5 m Ascheablagerungen am Boden des Feuerraumes, insbesondere im Bereich A zu vermeiden.
  • Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß die Eintrittsöffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 an dem brennerseitigen Ende des Flammrohres 10 angeordnet sind. Die Brennermündung ist so angeordnet, daß ihre Achse 24 und damit auch die entstehende Flamme 22 im wesentlichen parallel zur Flammrohrachse 18 gerichtet ist. Die Flamme 22 erzeugt in diesem Falle eine Rezirkulation, welche durch die Pfeile 36 angedeutet ist. Bei dieser Rezirkulation besteht die Gefahr einer Staubausschleuderung in dem mit B bezeichneten Bereich. Daher ist die Blasdüse in diesem Falle an der der Brennermündung 20 gegenüberliegenden Stirnwand 14 angeordnet, so daß das durch die Blasdüse 34 eintretende Gas den eventuell ausfallenden Staub in Richtung auf die Eintrittsöffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 bläßt.
  • Fig. 3 zeigt einen kompletten Kessel mit einer Feuerungseinrichtung gemäß Fig. 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Der allgemein mit 38 bezeichnete Kessel ist als Warmwasserkessel für Heizungszwecke dargestellt mit einem Wassereinlaß 40 und einem Wasserauslaß 42.
  • Die an dem Boden des Feuerraumes 10 (der einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt besitzen kann) ansetzenden Rauchgaszüge 30 umfassen jeweils Rauchgasrohre 44 und 46, die durch einen U-Krümmer 48 miteinander verbunden sind. Es besteht das Problem, die zahlreichen Rauchgasrohre 46 der verschiedenen Rauchgasabzüge 30 zu einem gemeinsamen Abgasrohr derart zusammenzufassen, daß es nirgendwo zu toten Ecken und Ablagerungen von Staub kommt.
  • Dies wird bei der hier beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß man die Rauchgasrohre 46 nebeneinander anordnet und sie tangential in ein senkrecht zu ihnen gerichtetes horizontales Sammelrohr 50 einmünden läßt. Das Sammelrohr 50 ist auf seiner einen Stirnseite geschlossen, während an seiner anderen Stirnseite ein Abgasrohr 52 ansetzt. Der Durchmesser des Sammelrohres 50 ist etwa doppelt so groß wie der Durchmesser des Abgasrohres 52, bevorzugt mindestens jedoch 100 mm größer als der Durchmesser des Abgasrohres 52. Das Abgasrohr 52 ragt maximal um eine seinem Durchmesser entsprechende Länge in das Sammelrohr 50 hinein. Beim tangentialen Einströmen der ascheführenden Rauchgase in das Sammelrohr 50 entsteht eine Zyklonwirkung, die umso stärker ist als die Asche hier noch frisch ist und sehr stark zur Bildung großer Sekundärpartikel neigt. Überraschenderweise verteilen diese sich nicht über das ganze Sammelrohr 50, sondern sammeln sich nach einem oder mehreren Umläufen auf einer Spiralbahn und können durch die spezielle Anordnung des Sammelrohres 50 und des Abgasrohres 52 relativ zu den Rauchgasrohren 46 durch ein tangential am Umfang des Sammelrohres 50 nahe dem offenen Ende desselben angeordnetes Abzugsrohr 54 in hoher Konzentration abgezogen werden. Dadurch hat das Abgas in dem Abgasrohr 52 nur noch einen geringen Staubgehalt, so daß sich ein entsprechend verringerter Aufwand für die Feinentstaubung der Abgase ergibt. Der wesentliche Vorteil hieran ist, daß man keinen Zyklon benötigt, sondern die aufgrund der speziellen Anordnung des Sammelrohres 50, des Abgasrohres 52 und des Abzugsrohres 54 entstehende Rauchgasströmung ausnützt, um einen erheblichen Anteil der Asche sofort aus den Rauchgasen zu entfernen.
  • Während in den Fig. 1 und 2 jeweils nur die Brennermündung dargestellt war, zeigt Fig. 3 einen Brenner, der sich besonders zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Verfahrens eignet. Der allgemein mit 56 bezeichnete Brenner ist in einem rohrförmigen Fortsatz 58 des Kessels 38 angeordnet und umfaßt eine schlanke Brennermuffel 60 der axialen Länge 12, die sich von einem Durchmesser d2 in Richtung auf den Feuerraum 10 auf einen Durchmesser d1 konisch erweitert. An das durchmessergrößere Ende der Brennermuffel 60 schließt sich eine Beschleunigungsdüse 62 der Länge 11 an, die zur Brennermündung 20 hin konvergiert und in der Brennermündung 20 mit dem Durchmesser d endet.
  • Die Verbrennungsluft wird über ein nicht näher bezeichnetes Gebläse durch einen Lufeintritt 64 einem radialen Schaufelgitter 66 zugeführt, dessen Schaufeln sich über eine axiale Breite b erstrecken und mit dem Umfang einen Winkeldbilden.
  • An dem durchmesserkleineren Ende der Brennermuffel 60 sind in bekannter Weise eine Brennstoffzufuhr 68 sowie Zünd- und Kontrolleinrichtungen 70 angeordnet. Die Brennstoffzufuhr kann dabei in Form einer Lanze ausgebildet sein, durch welche der Kohlenstaub eingeblasen wird.
  • Brennermuffel 60, Beschleunigungsdüse 62 und der Feuerungsraum 10 sind ebenso wie die Rauchgasrohre 44 und 46 sowie die Blasdüse 34 von dem zu erwärmenden Wasser umspült, wie dies bereits weiter oben angedeutet wurde.
  • Besonders günstige und stabile Betriebsverhältnisse ergeben sich bei einer Kesselleistung von 600 000 kcal/h wenn folgende Abmessungen eingehalten werden:
    Figure imgb0001
  • Dies ergibt in der Brennermündung eine Flammstrahlgeschwindigkeit von 50-60 m/s und erlaubt, die Kesselleistung auf weniger als 50% der Nennleistung, also 300 000 kcal/h herunterzuregeln, ohne daß es zu Staubablagerungen im Feuerraum kommt.
  • Für Kessel anderer Leistungen werden alle genannten Abmessungen proportional der Wurzel aus dem Leistungsverhältnis geändert mit Ausnahme der angegebenen Winkel. So ergibt eine Verdoppelung der Abmessungen eine Vervierfachung der Leisung usw.
  • Diese einfache Umrechnung ist zulässig, da das Strömungsbild in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung in hinreichender Näherung nicht von der Reynoldszahl, d. h. von der Geschwindigkeit und Abmessung abhängt. Dabei können die Abmessungen d2 und b ohne nennenswerten Einfluß auf das Flammverhalten so varriert werden, daß das Produkt b x d2 in etwa konstant bleibt.
  • Je nach Anordnung der Brennstoffzufuhr (Einblaselanze für Kohlenstaub, Einblasdüse für Öl, Gaszuführungsrohr) kann der Kessel mit gleicher Leistung mit Kohlenstaub, Heizöl oder Gas betrieben werden. Ebenso ist Mischbetrieb von Gas und Heizöl sowie Gas und Kohlenstaub in jedem Verhältnis möglich. Der erfindungsgemäße Kessel ist also ein ein Dreistoffkessel, der jederzeit von Kohlenstaub auf Gas und zurück geschaltet werden kann. Zur Umstellung von Kohlenstaub auf Öl ist der Austausch der Kohlenstaubeinblaselanze gegen eine Einblasedüse für Öl erforderlich. Zündung, Überwachung und Brennersteuerung bleiben dabei unverändert.
  • Beim Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung mit allen drei Brennstoffen hat sich gezeigt, daß akustisch praktisch nicht feststellbar ist, ob die Flamme brennt oder nicht. Ein Laufgeräusch der Flamme ist nicht vorhanden. Ferner tritt auch das üblicherweise vorhandene bullernde Geräusch im Kamin nicht auf. Vielmehr höhrt man hier ein leises Rauschen. Dies stellt ein umwelttechnisch bedeutsames Ergebnis dar.

Claims (12)

1. Feuerungseinrichtung für Kessel, insbesondere mit Kohlenstaub befeuerte Kessel, umfassend einen Feuerraum, mindestens einen an einer der im wesentlichen vertikal gerichteten Wände des Feuerraums angeordneten Brenner (56) und mindestens einen am Boden des Feuerraumes nahe einem Ende desselben ansetzenden Rauchgaszug (28), dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (56) oberhalb der horizontalen, im wesentlichen senkrecht zu der den Brenner (56) tragenden Feuerraumwand (16) gerichteten Mittelachse (18) des Feuerraumes (10) angeordnet ist und daß an dem dem Rauchgaszug (28) gegenüberliegenden Ende des Feuerraums (10) nahe dem Boden desselben eine Einblasöffnung (34) mit auf die Eintrittsöffnung (26) des Rauchgaszuges (28) gerichteter Blasrichtung angeordnet ist.
2. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (26) des Rauchgaszuges (28) nahe dem brennerseitigen Ende des Feuerraumes (10) angeordnet ist und daß der Brenner mit seiner Achse (24) im wesentlichen parallel zur Mittelachse (18) des Feuerraumes (10) ausgerichtet ist.
3. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (26) des Rauchgaszuges (28) nahe dem brennerfernen Ende des Feuerraumes (10) angeordnet ist und daß der Brenner (56) derart ausgerichtet ist, daß seine Achse (24) unter einem Winkel (a) zur Mittelachse (18) des Feuerraumes (10) im wesentlichen in Richtung der Eintrittsöffnung (26) des Rauchgaszuges (28) weist.
4. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Brennerachse (24) und der Mittelachse (18) des Feuerraumes (10) ungefähr 17° beträgt.
5. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnung von einer Blasdüse gebildet ist, die für einen Durchsatz von mindestens 10% und höchstens 50% des Durchsatzes der Brennermündung ausgebildet ist.
6. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgaszug (28) eine Mehrzahl von Rauchgasrohren (44, 46) umfaßt, die horizontal nebeneinander angeordnet tangential in ein horizontal und quer zu ihnen gerichtetes Sammelrohr (50) münden, das an seinem einen Ende geschlossen ist und an seinem anderen Ende mit einem Abgasrohr (52) geringeren Durchmessers verbunden ist und das nahe seinem offenen Ende ein tangential ansetzendes Auslaßrohr (54) aufweist, das an seiner Eintrittsöffnung im wesentlichen in Strömungsrichtung der die Achse des Sammelrohres umströmenden Rauchgase weist.
7. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Sammelrohres (50) ungefähr doppelt so groß wie, jedoch mindestens um 100 mm größer als der Durchmesser des Abgasrohres (52) ist.
8. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (52) in das Sammelrohr (50) um eine Strecke hineinragt, die höchstens gleich dem Durchmesser des Abgasrohres (52) ist.
9. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Brenner eine sich in Strömungsrichtung konisch erweiternde Brennermuffel und eine sich daran anschließende, in Strömungsrichtung konisch verjüngende Beschleunigungsdüse aufweist und die Luft dem Brenner über ein Schaufelgitter zugeführt wird, dessen Schaufeln gegenüber dem Brennerumfang unter einem Winkel geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kesselleistung von 600 000 kcal/h folgende Abmessungen gegeben sind:
Figure imgb0002
10. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für andere Kesselleistungen als 600 000 kcal/h die angegebenen Abmessungen mit der Wurzel aus dem Änderungsfaktor variieren mitAusnahme der angegebenen Winkel.
11. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine Kohlenstaubeinblaslanze und eine Gaszuführungseinrichtung für einen gleichzeitigen oder alternativen Betrieb des Brenners mit Kohlenstaub und/oder Gas aufweist.
12. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstaubeinblaslanze gegen eine Ölzerstäubungsdüse austauschbar ist.
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