EP1332316B1 - Method for firing an oil firing or gas firing boiler with a dust-like fuel - Google Patents
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- EP1332316B1 EP1332316B1 EP01993794A EP01993794A EP1332316B1 EP 1332316 B1 EP1332316 B1 EP 1332316B1 EP 01993794 A EP01993794 A EP 01993794A EP 01993794 A EP01993794 A EP 01993794A EP 1332316 B1 EP1332316 B1 EP 1332316B1
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- F23C9/003—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for pulverulent fuel
Definitions
- the invention relates to a method for firing one for the oil or gas firing designed boiler with a dusty, fluidized by means of air fuel.
- a burner for the combustion of coal dust is known, from a divergent burner muffle and a subsequent to the largest diameter Acceleration nozzle exists.
- Combustion air will be the divergent burner muffle on her End smaller diameter supplied via vanes, which the combustion air into a about the axis of the burner muffle rotating flow, so that the combustion air in helical paths at an angle of about 45 ° to the mantlet line of the burner in the direction of the largest diameter of the burner muffle flows due to the nature of Air supply arises in the center of the air intake area a large negative pressure, the result has, that part of the helical air flow in the area of the largest diameter the burner muffle reverses and as return flow in the center of the burner muffle to the air inlet area flowing back.
- coal dust injected in a fluidized state is arranged by means of a centric Injection lance, which penetrates the air inlet area of the burner muffle and in the area of largest diameter of Brennerrnuffel ends and carries there a deflection hood, coal dust injected in a fluidized state.
- the carrier medium for the fluidization of the pulverized coal is an inert gas, in particular combustion exhaust gas.
- the coal dust is from the backflow carried in the air inlet area.
- After the first ignition by means of a Ignition lance in the area of the air inlet area burns the coal dust in the helical running flow.
- the radiant heat emanating from it heats the coal dust in the backflow. Since he is in an inert gas there, he can not immediately burn, but is merely heated and activated. As a result, he spontaneously ignites when he is in the Air inlet area is brought into contact with combustion air.
- the invention has for its object to provide a method of the type mentioned, without changing the existing boiler dimensions in one for a corner temperature run from 1050 to 1150 ° C designed boiler.
- This object is achieved with a method for firing one for oil or gas firing designed boiler, in which a dust-like, fluidized by means of air fuel, fed to a combustor in which at least 30% of the fuel is burned, the pressure in the combustor being 1000 Pa above the pressure in the boiler's furnace, a burning air / fuel mixture resulting from the combustion to a Flame jet at a speed of 100 to 120 m / s is accelerated into a furnace the boiler is blown, and the flame jet is directed into the firebox so that results in a fast circulation of flue gases.
- the invention solves the complex, consisting of three individual problems task by a only measure. This consists of the previous, down the firebox horizontally attached To replace oil or gas burners with combustors in the area of the firebox ceiling or are arranged on this and preferably fire downwards, so that the Flammstrahl as large a propagation volume in the furnace is available and slag formation on firebox walls is avoided.
- Combustors are to be understood as small-sized, very heavy-duty special combs, in which at least 30% preferably 60% of the fuel heat to be implemented, and which terminate in a flame acceleration nozzle having a flame jet of at least 40 m / s, preferably produce 120 m / s speed.
- the residual fuel burns in the flame jet out.
- the flame jet of a combustor has such a high speed that the Flue gases in the combustion chamber are put into intense motion by the flame jet, in addition to the heat transfer from the flame to the furnace walls by radiation generates a heat transfer by convection and so to a lowering of the corner temperature leads.
- Oil or gas boiler which is converted to the firing with coal dust, explained in more detail.
- the abovementioned corner temperature t E of the flue gases prevails in the area emerging from the combustion chamber 1 / inlet to the superheater 2 and is in modern boilers at 1050 to 1150 ° C.
- a combustor 8 which fires downwards from above.
- a combustor 8 exists from an arbitrarily shaped combustion chamber 9, in which at least 30% of the fuel heat be reacted, and a subsequent to the combustion chamber 9 Flammbeschreibungsdüse 10, which produces a flame jet 11 having a velocity of about 100 m / s has
- the water pipes O are from the flame jet 11 and by the combustion heated flue gases.
- the combustor 8 is designed in the present case that in it about 50% of the fuel heat be implemented. The remaining 50% burn in the flame jet.
- the combustor 8 is attached to the boiler in such a way; that the injected into the firebox Flame jet generated therein the fastest possible circulation of the flue gases
- the dusty fuel for example Carbon dust is supplied to the combustor 8 in a fluidized state. Be in it at least 30%, preferably 50% of the fuel burned at a pressure of 1,000 Pa is higher than the pressure in the combustion chamber 1.
- the burning air / fuel mixture is in the Flammbeschreibungsdüse 10 to at least 40 m / s, preferably 100 m / s flame jet velocity accelerated.
- the pulse generated by the flame jet in the combustion chamber generates there a strong flue gas circulation, compared to the buoyancy forces of the hot flue gases negligible are. Only the flame jet 11 determines the flow pattern in the furnace 1.
- the impulse of 170 kg is large compared to the amount of flue gas of 28 kg and thus determines the speed of the flue gases in the combustion chamber 1. This is the upward speed on the rear wall 12 of the firebox about 50 m / s.
- the flue gases run in the furnace 1 several times before they leave it through the superheater 2 and the outlet 3. In this way, in addition to the flame and gas radiation heat transfer by convection is generated, the corner temperature t E of z. B. 1,100 ° C to 900 ° C lowers.
- the flue gas velocity is still 30 to 40 m / s.
- the flow is highly turbulent, while previously in the oil or gas burners 7, the rising Flame gases only with 6 to 10 m / s at the superheater 2 arrived.
- the combustor can fire in any direction, ie downwards, upwards, transverse or oblique. This depends on practical considerations, such as: B. the achievement The fastest possible circulation of the flue gases in the furnace or the bulging of Impurities. It is important that the outgoing from him flame jet sufficient free volume is available to expand into without being on the walls of the caldera meet and there to produce a slag leading ash precipitate. At lying Boilers is the combustor so "across", i. mounted substantially horizontally.
- the combustor 8 is arranged eccentrically, because this under the conditions of the example gives the highest flue gas circulation speeds. If other conditions require it, the combustor can also be symmetrical to the firebox be arranged, with the circulation speeds are slightly smaller.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Befeuern eines für die Öl- oder Gasfeuerung ausgelegten Kessels mit einem staubförmigen, mit Hilfe von Luft fluidisierten Brennstoff.The invention relates to a method for firing one for the oil or gas firing designed boiler with a dusty, fluidized by means of air fuel.
Aus der US 4 057 021 ist ein Brenner für die Verfeuerung von Kohlenstaub bekannt, der aus einer divergenten Brennermuffel und einer sich an deren größten Durchmesser anschließenden Beschleunigungsdüse besteht. Verbrennungsluft wird der divergenten Brennermuffel an ihrem Ende kleineren Durchmessers über Leitschaufeln zugeführt, die die Verbrennungsluft in eine um die Achse der Brennermuffel rotierende Strömung versetzen, so daß die Verbrennungsluft in wendelförmigen Bahnen unter einem Winkel von etwa 45° gegen die Mantetlinie des Brenners in Richtung auf den größten Durchmesser der Brennermuffel strömt Aufgrund der Art der Luftzuführung entsteht im Zentrum des Lufteintrittsbereichs ein großer Unterdruck, der zur Folge hat, das ein Teil der wendeiförmigen Luftströmung im Bereich des größten Durchmessers der Brennermuffel umkehrt und als Ruckströmung im Zentrum der Brennermuffel zum Lufteintrittsbereich zurückströmt. In diese Rückströmung wird mit Hilfe einer zentrisch angeordneten Einblaslanze, die den Lufteintrittsbereich der Brennermuffel durchdringt und im Bereich des größten Durchmessers der Brennerrnuffel endet und dort eine Umlenkhaube trägt, Kohlenstaub in fluidisiertem Zustand eingeblasen. Das Trägermedium für die Fluidisierung des Kohlenstaubs ist ein inertes Gas, insbesondere Verbrennungsabgas. Der Kohlenstaub wird von der Rückströmung in den Lufteintrittsbereich getragen. Nach dem erstmaligen Zünden mittels einer Zündlanze im Bereich des Lufteintrittsbereichs brennt der Kohlenstaub in der wendelförmig verlaufenden Strömung. Die von ihm ausgehende Strahlungswärme erwärmt den Kohlenstaub in der Rückströmung. Da er sich dort in einem Inertgas befindet, kann er nicht sogleich verbrennen, sondern wird lediglich erhitzt und aktiviert. Infolgedessen zündet er spontan, wenn er im Lufteintrittsbereich mit Verbrennungsluft in Berührung gebracht wird.From US 4 057 021 a burner for the combustion of coal dust is known, from a divergent burner muffle and a subsequent to the largest diameter Acceleration nozzle exists. Combustion air will be the divergent burner muffle on her End smaller diameter supplied via vanes, which the combustion air into a about the axis of the burner muffle rotating flow, so that the combustion air in helical paths at an angle of about 45 ° to the mantlet line of the burner in the direction of the largest diameter of the burner muffle flows due to the nature of Air supply arises in the center of the air intake area a large negative pressure, the result has, that part of the helical air flow in the area of the largest diameter the burner muffle reverses and as return flow in the center of the burner muffle to the air inlet area flowing back. In this return flow is arranged by means of a centric Injection lance, which penetrates the air inlet area of the burner muffle and in the area of largest diameter of Brennerrnuffel ends and carries there a deflection hood, coal dust injected in a fluidized state. The carrier medium for the fluidization of the pulverized coal is an inert gas, in particular combustion exhaust gas. The coal dust is from the backflow carried in the air inlet area. After the first ignition by means of a Ignition lance in the area of the air inlet area burns the coal dust in the helical running flow. The radiant heat emanating from it heats the coal dust in the backflow. Since he is in an inert gas there, he can not immediately burn, but is merely heated and activated. As a result, he spontaneously ignites when he is in the Air inlet area is brought into contact with combustion air.
Die Druckschrift erwähnt, daß die Atmosphäre im Brenner gegenüber der im zu befeuemden Raum einen Überdruck von 20 mm WS (ungefähr 200 Pa) hat, und daß in der Brennermuffel etwa 30% bis 50% der im Kohlenstaub enthaltenen kalorischen Energie verbrannt werden. Es ist ferner beschrieben, daß der Brenner anstelle eines Gas- oder Ölbrenners zur Befeuerung eines Kessels verwendet werden kann und die bei der Verbrennung des Kohlenstaubs entstehende Asche trocken ausfällt, da die ascheführenden Brenngase im befeuerten Raum-abgekühlt werden und dadurch die Ascheschmelztemperatur unterschreiten. Dieses Ziel kann aber nur dann erreicht werden, wenn der Kessel ein ausreichend großes Volumen aufweist, so daß die Kohle vollständig ausbrennen und die Asche sich unter die Ascheschmelztemperatur abkühlen kann. Über die Voraussetzungen, die einen Austausch eines Gas- oder Ölbrenners gegen einen Kohlenstaubbrenner zulassen, ist in der Druckschrift jedoch nichts erwähnt.The document mentions that the atmosphere in the burner towards the to befeuemden Room has an overpressure of 20 mm of WS (about 200 Pa), and that in the burner muffle About 30% to 50% of the calorific energy contained in the pulverized coal is burned. It is further described that the burner instead of a gas or oil burner for firing a boiler can be used and the resulting from the combustion of the coal dust Ashes dry precipitates as the ascheführenden fuel gases in the fired Space-cooled and thereby fall below the ash melting temperature. But this goal can be be achieved only if the boiler has a sufficiently large volume, so that Burn the coal completely and cool the ash below the ash melting point can. About the requirements that an exchange of a gas or oil burner against to allow a pulverized coal burner, however, nothing is mentioned in the document.
Öl- oder gasgefeuerte Wasserrohrkessel zur Erzeugung z. B. von Dampf sind heute so konstruiert, daß
- der Feuerraum zum Ausbrand der Öl- oder Gasflamme ausreicht, und
- die Temperatur der Rauchgase im Bereich Austritt Feuerraum / Eintritt Überhitzer (auch Ecktemperatur tE genannt) meist bei 1.050 bis 1.150°C liegt. Die Ecktemperatur ergibt sich als wirtschaftliches Optimum der Gesamtkosten der Kesselanlage, die sich aus den Kosten für den Feuerungsraum und den Kosten des stromabwärts desselben angeordneten Konvektionsteils ergeben.
- the combustion chamber is sufficient to burn out the oil or gas flame, and
- the temperature of the flue gases in the area outlet combustion chamber / inlet superheater (also called corner temperature t E ) is usually at 1,050 to 1,150 ° C. The corner temperature results as an economic optimum of the total cost of the boiler plant, resulting from the cost of the firing space and the cost of the downstream arranged convection part.
Eine Öl- oder Gasflamme gibt ihre Wärme im Feuerungsraum zu 95% bis 97% in Form von Strahlung ab. Bis zu 3% der Wärmeabgabe erfolgt durch Gasstrahlung, lediglich 2% Wärmeabgabe erfolgt durch Konvektion im Feuerungsraum, denn die Gasströmung ist langsam und strähnig.An oil or gas flame gives its heat in the firebox to 95% to 97% in the form of Radiation off. Up to 3% of the heat is emitted by gas radiation, only 2% heat emission done by convection in the firebox, because the gas flow is slow and stringy.
Die Notwendigkeit der Umrüstung bestehender Kesselanlagen von Öl- oder Gasfeuerung auf die Verfeuerung staubförmiger Brennstoffe entstand im Sommer 2000, als die Öl- und Gaspreise innerhalb kurzer Zeit um mehr als 100% angestiegen waren. Der Wärmepreis von schwerem Heizöl erreichte das etwa 2,5-fache des Wärmepreises von Kesselkohle; der Gaspreis folgt dem Heizölpreis üblicherweise mit einer gewissen Zeitverzögerung.The need to upgrade existing boiler systems from oil or gas firing to The burning of powdered fuels started in the summer of 2000, when oil and gas prices increased within a short time by more than 100% had risen. The heat price of heavy Heating oil reached about 2.5 times the heat price of steam coal; the gas price follows that Heating oil price usually with a certain time delay.
Ein einfacher Ersatz der Öl- oder Gasbrenner durch Kohlenstaubbrenner führt aus folgenden
drei Gründen nicht zum Ziel:
- tE = 940°C ... starke Verschlackung
- tE = 920°C ... Beginn der Verschlackung
- tE = 880 bis 900°C ...keine Verschlackung. Die Zahlenangaben decken sich also mit den im Rheinbraun-Datenblatt angegebenen Werten.
- bisher z. B. 1.100°C - 600°C = 500°C
- auf jetzt z. B. 900°C - 600°C = 300°C,
- t E = 940 ° C ... strong slagging
- t E = 920 ° C ... start of slagging
- t E = 880 to 900 ° C ... no slagging. The figures thus coincide with the values given in the Rheinbraun data sheet.
- previously z. B. 1100 ° C - 600 ° C = 500 ° C.
- on now z. Eg 900 ° C - 600 ° C = 300 ° C,
Konventionelle Lösungen, mit denen sich die drei vorgenannten Probleme lösen ließen; würden
zu einem sehr großen Bauaufwand führen:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das sich ohne Änderung der bestehenden Kesseldimensionen in einem für eine Ecktemperatur von 1.050 bis 1.150°C ausgelegten Kessel ausführen läßt.The invention has for its object to provide a method of the type mentioned, without changing the existing boiler dimensions in one for a corner temperature run from 1050 to 1150 ° C designed boiler.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Befeuern eines für die Öl- oder Gasfeuerung ausgelegten Kessels gelöst, bei dem ein staubförmiger, mit Hilfe von Luft fluidisierter Brennstoff, einem Combustor zugeführt wird, in dem wenigstens 30% des Brennstoffs verbrannt werden, wobei der Druck in dem Combustor 1000 Pa über dem Druck im Feuerraum des Kessels liegt, ein durch die Verbrennung entstehendes brennendes Luft-/Brennstoff-Gemisch zu einem Flammstrahl einer Geschwindigkeit von 100 bis 120 m/s beschleunigt wird, der in einen Feuerraum des Kessels geblasen wird, und der Flammstrahl in den Feuerraum derart gerichtet wird, daß sich darin ein schneller Umlauf von Rauchgasen ergibt.This object is achieved with a method for firing one for oil or gas firing designed boiler, in which a dust-like, fluidized by means of air fuel, fed to a combustor in which at least 30% of the fuel is burned, the pressure in the combustor being 1000 Pa above the pressure in the boiler's furnace, a burning air / fuel mixture resulting from the combustion to a Flame jet at a speed of 100 to 120 m / s is accelerated into a furnace the boiler is blown, and the flame jet is directed into the firebox so that results in a fast circulation of flue gases.
Die Erfindung löst die komplexe, aus drei Einzelproblemen bestehende Aufgabe durch eine einzige Maßnahme. Diese besteht darin, die bisherigen, unten am Feuerraum horizontal angesetzten Öl- oder Gasbrenner durch Combustoren zu ersetzen, die im Bereich der Feuerraumdecke oder auf dieser angeordnet sind und vorzugsweise abwärts gerichtet feuern, damit dem Flammstrahl ein möglichst großes Ausbreitungsvolumen im Feuerraum zur Verfügung steht und eine Schlackenbildung an Feuerraumwänden vermieden wird. The invention solves the complex, consisting of three individual problems task by a only measure. This consists of the previous, down the firebox horizontally attached To replace oil or gas burners with combustors in the area of the firebox ceiling or are arranged on this and preferably fire downwards, so that the Flammstrahl as large a propagation volume in the furnace is available and slag formation on firebox walls is avoided.
Unter Combustoren sind klein bauende, sehr hoch belastbare Spezialbrenrtkammem zu verstehen, in denen wenigstens 30% bevorzugt 60% der Brennstoffwärme umgesetzt werden, und die in einer Flammbeschleunigungsdüse enden, die einen Flammstrahl von wenigstens 40 m/s, bevorzugt 120 m/s Geschwindigkeit erzeugen. Im Flammstrahl brennt der restliche Brennstoffanteil aus. Der Flammstrahl eines Combustors besitzt eine so hohe Geschwindigkeit, daß die Rauchgase im Feuerraum von dem Flammstrahl in eine intensive Bewegung versetzt werden, die zusätzlich zum Wärmeübergang aus der Flamme auf die Feuerraumwände durch Strahlung einen Wärmeübergang durch Konvektion erzeugt und so zu einer Absenkung der Ecktemperatur führt.Combustors are to be understood as small-sized, very heavy-duty special combs, in which at least 30% preferably 60% of the fuel heat to be implemented, and which terminate in a flame acceleration nozzle having a flame jet of at least 40 m / s, preferably produce 120 m / s speed. The residual fuel burns in the flame jet out. The flame jet of a combustor has such a high speed that the Flue gases in the combustion chamber are put into intense motion by the flame jet, in addition to the heat transfer from the flame to the furnace walls by radiation generates a heat transfer by convection and so to a lowering of the corner temperature leads.
Es kommt also auf die geeignete Auswahl der Einrichtung, mit der der staubförmige Brennstoff verbrannt wird, und auf deren Anbringungsort an.So it depends on the appropriate choice of the device with which the dust-like fuel burned and their place of attachment.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf einen in Figur 1 schematisch dargestellten Öl- oder Gaskessel, der auf die Befeuerung mit Kohlenstaub umgerüstet ist, näher erläutert.The invention will be described below with reference to a schematically shown in Figure 1 Oil or gas boiler, which is converted to the firing with coal dust, explained in more detail.
In der Zeichnung erkennt man einen von Wasserrohren O begrenzten Feuerraum 1 mit einem
Überhitzer 2 und einem Rauchgasaustritt 3. Stromabwärts davon befinden sich Nachschaltheizflächen
4. Sämtliche Wasserrohre O und Heizflächen sind oben mit einer Kesseltrommel 5
und unten mit einem Wassersammler 6 verbunden. Gestrichelt ist im unteren Bereich die Stelle
7 eingezeichnet, an der früher ein Öl- oder Gasbrenner angeflanscht war.In the drawing can be seen a limited by water pipes O combustion chamber 1 with a
Die zuvor erwähnte Ecktemperatur tE der Rauchgase herrscht im Bereich Austritt aus dem Feuerraum
1/Eintritt in den Überhitzer 2 und liegt bei modernen Kesseln bei 1.050 bis 1.150°C.The abovementioned corner temperature t E of the flue gases prevails in the area emerging from the combustion chamber 1 / inlet to the
Zur Umstellung der Befeuerung des dargestellten Wasserrohrkessels auf Kohlenstaubfeuerung
wird der Öl- oder Gasbrenner 7 ausgebaut oder stillgesetzt. Statt dessen ist am Kopf, d.h. oben
am Kessel, ein Combustor 8 angeordnet, der von oben abwärts feuert. Ein Combustor 8 besteht
aus einem beliebig gestalteten Brennraum 9, in dem mindestens 30% der Brennstoffwärme
umgesetzt werden, und einer sich an den Brennraum 9 anschließenden Flammbeschleunigungsdüse
10, die einen Flammstrahl 11 erzeugt, der eine Geschwindigkeit von etwa
100 m/s hat Die Wasserrohre O werden von dem Flammstrahl 11 und den durch die Verbrennung
entstehenden Rauchgasen erwärmt.To change the firing of the illustrated water tube boiler to coal dust firing
the oil or gas burner 7 is removed or shut down. Instead, at the head, i. above
arranged on the boiler, a
Der Combustor 8 ist im vorliegenden Falle so gestaltet, daß in ihm etwa 50% der Brennstoffwärme
umgesetzt werden. Die restlichen 50% brennen im Flammstrahl. The
Der Combustor 8 ist an dem Kessel derart angebracht; daß der in den Feuerraum eingeblasene
Flammstrahl darin einen möglichst schnellen Umlauf der Rauchgase erzeugtThe
Der Betrieb der dargestellten Vorrichtung wird nun erläutert. Der staubförmige Brennstoff, beispielsweise
Kohlenstaub, wird dem Combustor 8 in fluidisiertem Zustand zugeführt. In ihm werden
mindestens 30%, vorzugsweise 50% des Brennstoffs bei einem Druck verbrannt, der 1.000
Pa höher ist als der Druck im Feuerraum 1. Das brennende Luft/Brennstoff-Gemisch wird in der
Flammbeschleunigungsdüse 10 auf wenigstens 40 m/s, bevorzugt 100 m/s Flammstrahlgeschwindigkeit
beschleunigt. Der vom Flammstrahl im Brennraum erzeugte Impuls erzeugt dort
eine starke Rauchgaszirkulation, gegenüber der die Auftriebskräfte der heißen Rauchgase vernachlässigbar
sind. Nur der Flammstrahl 11 bestimmt das Strömungsbild im Feuerraum 1.The operation of the illustrated device will now be explained. The dusty fuel, for example
Carbon dust is supplied to the
Im Flamrnstrahl brennt die restliche Brennstoffwärme aus. Wenn dieser Ausbrandanteil pro Wärmemenge den doppelten Raumbedarf hat, wie vorher die Öl- oder Gasflamme, reicht der für Öl- bzw. Gasfeuerung ausgelegte Brennraum somit für die Kohlenstaubbefeuerung aus. Das oben an erster Stelle genannte Problem ist damit gelöst.In the flame jet, the remaining fuel heat burns out. If this burnout percentage per Quantity of heat has twice the space required, as before the oil or gas flame, enough designed for oil or gas firing combustion chamber thus for the coal dust firing. The The first problem mentioned above is solved.
Auch das zweitgenannte Problem ist damit gelöst. Dieses wird ersichtlich, wenn man sich die
Zahlen anhand eines typischen Industrie-Wasserrohrkessels ansieht:
Kesselleistung 40 t/h, Brennerleistung insgesamt 38 MW.
- Der Rauchgasinhait des Feuerraums 1 ist ca. 28 kg.
- Bei 90 m/s Flammstrahlgeschwindigkeit hat der Combustor einen Impuls oder Strahlschub von ca. 1,66 kN, oder 170 kg.
Boiler output 40 t / h, total burner output 38 MW.
- The Rauchgasinhait the firebox 1 is about 28 kg.
- At 90 m / s flame jet speed, the combustor has a pulse or jet thrust of about 1.66 kN, or 170 kg.
Der Impuls von 170 kg ist groß gegenüber der Rauchgasmenge von 28 kg und bestimmt damit
die Geschwindigkeit der Rauchgase im Feuerraum 1. So beträgt die Aufwärtsgeschwindigkeit
an der Hinterwand 12 des Feuerraums ca. 50 m/s.The impulse of 170 kg is large compared to the amount of flue gas of 28 kg and thus determines
the speed of the flue gases in the combustion chamber 1. This is the upward speed
on the
Die Rauchgase laufen im Feuerraum 1 mehrfach um, bevor sie ihn durch die Überhitzer 2 und
den Austritt 3 verlassen. Auf diese Weise wird zusätzlich zur Flamm- und Gasstrahlung ein
Wärmeübergang durch Konvektion erzeugt, der die Ecktemperatur tE von z. B. 1.100°C auf
900°C senkt. The flue gases run in the furnace 1 several times before they leave it through the
Damit ist auch das an zweiter Stelle genannte Problem gelöst.This also solves the second problem.
Kurz vor dem Überhitzer 2 beträgt die Rauchgasgeschwindigkeit immer noch 30 bis 40 m/s.
Damit ist die Strömung stark turbulent, während vorher bei den Öl- oder Gasbrennern 7 die aufsteigenden
Flammgase nur mit 6 bis 10 m/s am Überhitzer 2 ankamen.Shortly before the
Da die Wärmeübergangszahl α etwa mit der 0,7-ten Potenz der Geschwindigkeit geht:
Damit ist auch das an dritter Stelle genannte Problem gelöst.This also solves the problem mentioned in the third place.
Die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielte Steigerung des Wärmeübergangs im Feuerraum 1 ist außerdem noch energiesparend, wie folgende Überlegung zeigt:
- die Luft wird
dem Combustor 8 mit einem Druck zugeführt, der um 1.000 Pa über dem Druck im Feuerraum 1 liegt; im Brennraum 9 desCombustors 8 verbrennt ein Teil des Brennstoffs bei diesem höheren Druck;- in
der Flammbeschleunigungsdüse 10 wird dasDruckgefälle vom Brennraum 9 zum Feuerraum 1 in Geschwindigkeit umgesetzt.
- the air is supplied to the
combustor 8 at a pressure which is 1,000 Pa above the pressure in the combustion chamber 1; - in the
combustion chamber 9 of thecombustor 8 burns a portion of the fuel at this higher pressure; - In the
flame acceleration nozzle 10, the pressure gradient is converted from thecombustion chamber 9 to the combustion chamber 1 in speed.
Die Luft wird also:
- auf den Druck des
Brennraums 9 verdichtet, - dann durch Teilverbrennung erwärmt, und
- schließlich auf den Druck im Feuerraum 1 entspannt:
- compressed to the pressure of the
combustion chamber 9, - then heated by partial combustion, and
- finally relaxed to the pressure in the firebox 1:
Dies ist ein Wärmekraftmaschinenprozess, bei dem mechanische Arbeit frei wird. im vorliegenden Fall erscheint diese Arbeit als Energiezunahme, d.h. Beschleunigung des Ftammstrahls. Seine Energie entstammt also überwiegend der Verbrennung und muß nur zu einem kleinen Teil vom Gebläse aufgebracht werden, mit dem der fluidisierte Brennstoff in den Combustor 8 eingeführt wird. Der Kraftbedarf dieses Luftgebläses ist kaum größer als der bei einem üblichen Ölbrenner.This is a heat engine process that releases mechanical work. in the present Case, this work appears as energy increase, i. Acceleration of the Ftammstrahls. So his energy comes mainly from the combustion and has only a small Part are applied by the blower, with which the fluidized fuel in the combustor. 8 is introduced. The power requirement of this air blower is hardly greater than that of a conventional Oil burner.
Diese wirtschaftlichen Effekte bekommt man nicht nur bei der erfindungsgemäßen Umrüstung von Öl- oder Gaskesseln auf Kohlenstaubbefeuerung, sondem erst recht, wenn man einen Kessel von vornherein als Kohlenstaubkessel auslegt. Man kann.dann den Brennraum von vornherein ebenso klein machen, wie etwa bei einem ölgefeuerten Kessel.These economic effects you get not only in the conversion of the invention oil or gas boilers on pulverized coal firing, but especially if you have one Design boiler from the outset as a pulverized coal boiler. Man kann.dann the combustion chamber of in the beginning, just as small as in an oil-fired boiler.
Die gleichen Überlegungen gelten auch für andere Brennstäube als Kohle.The same considerations apply to other fuel dusts than coal.
Der Combustor kann je nach Kesselbauform in beliebige Richtung feuern, also abwärts, aufwärts, quer oder schräg. Dieses hängt von praktischen Erwägungen ab, wie z. B. der Erzielung eines möglichst schnellen Umlaufs der Rauchgase im Feuerraum oder der Ausbiasung von Verunreinigungen. Wichtig ist, daß dem aus ihm austretenden Flammstrahl ein ausreichendes freies Volumen zur Verfügung steht, in das er sich ausbreiten kann, ohne auf Kessetwände zu treffen und dort einen zur Verschlackung führenden Ascheniederschlag zu erzeugen. Bei liegenden Kesseln ist der Combustor also "quer", d.h. im Wesentlichen horizontal angebracht.Depending on the boiler design, the combustor can fire in any direction, ie downwards, upwards, transverse or oblique. This depends on practical considerations, such as: B. the achievement The fastest possible circulation of the flue gases in the furnace or the bulging of Impurities. It is important that the outgoing from him flame jet sufficient free volume is available to expand into without being on the walls of the caldera meet and there to produce a slag leading ash precipitate. At lying Boilers is the combustor so "across", i. mounted substantially horizontally.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Combustor 8 exzentrisch angeordnet, weil dieses
unter den Bedingungen des Beispiels die größten Rauchgas-Umlaufgeschwindigkeiten ergibt.
Wenn andere Bedingungen es verlangen, kann der Combustor auch symmetrisch zum Feuerraum
angeordnet werden, wobei die Umlaufgeschwindigkeiten etwas kleiner werden.In the illustrated embodiment, the
Bei Feuerräumen größerer Abmessungen senkrecht zur Zeichnungsebene können mehrere Combustoren nebeneinander als Batterie angeordnet sein.With fire chambers of larger dimensions perpendicular to the drawing plane can several Combustors can be arranged side by side as a battery.
Es sei abschließend erwähnt, daß man am Kessel ggf. im Bereich des Bodens, wo der Wassersammler
6 verläuft, einen Ascheabzug einrichten kann, falls stark aschehattiger Brennstoff
eingesetzt werden sollte. Erfahrungen des Anmelders haben indessen gezeigt, daß bei den
meisten Kohlesorten auf einen solchen Ascheabzug verzichtet werden kann, da die Asche als.
Flugasche aufgrund der heftigen Rauchgasbewegung den Feuerraum zusammen mit den
Rauchgasen verlässt und außerhalb des Kessels aus den Rauchgasen gefiltert werden kann.It should finally be mentioned that, if necessary, at the boiler in the area of the bottom, where the
Claims (3)
- A method for fuelling a water tube boiler designated to be fuelled with oil or gas with a fuel comprising a dust fluidised by air, wherein at the same time the temperature at which the flue gases exit the combustion chamber is lowered without affecting the power and the efficiency of the water tube boiler at which the hitherto used oil or gas burners are substituted by combustors which are arranged at the top in the region of the combustion chamber top wall or are arranged on top thereof and in which at least 30% of the fuel is burned at a pressure which is by 1000 Pa higher than the pressure within said combustion chamber, said combustors each firing into the combustion chamber with a flame jet directed downward and having a velocity of about 100 m/s so that the flue gases circulate with high velocity within said combustion chamber and provide a heat transfer onto the walls of the combustion chamber by convection in addition to heat radiation.
- The method of claim 1 in which the flame jet is directed eccentrically into the combustion chamber.
- The method of claim 1 or 2 in which 60% of the fuel is burned within the combustor.
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