EP1369640B1 - Absperreinrichtung an Kohlenstaubbrennern einer Kohlenstaubfeuerung - Google Patents

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    • F23K3/00Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L13/00Construction of valves or dampers for controlling air supply or draught
    • F23L13/10Construction of valves or dampers for controlling air supply or draught having a compound movement involving both sliding and pivoting

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Absperreinrichtung an Kohlenstaubbrennern einer Kohlenstaubfeuerung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
  • An Dampferzeugeranlagen, deren Feuerung mit zwei oder mehr Kohlenstaubbrennern ausgerüstet sind, werden während des Betriebes der Dampferzeugeranlage abgeschaltete Brenner zum Schutz gegen thermische Überlastung der Brennerdüsen mit Kühlluft über die Verbrennungsluftversorgungswege (Sekundär-, Tertiärluft) versorgt. Die Primärrohre der Kohlenstaubbrenner, über die während des Betriebes der Brennstoffeintrag erfolgt, werden bei außer Betrieb befindlichen Brennern nicht mit Kühlluft durchströmt. Eine derartige Absperreinrichtung ist aus GB 153 746 A bekannt.
  • Entsprechend aller gültigen Vorschriften bezüglich der Ausrüstung und des Betreibens von Kohlenstaubfeuerungen für Dampferzeugeranlagen, in denen Kohlenstaub über zwei oder mehr Brenner in den Feuerraum eingeblasen wird und die aus zwei oder mehr parallelen Brennstoffsystemen mit Kohlenstaub versorgt werden, müssen die Kohlenstaubversorgungsleitungen mit Absperreinrichtungen versehen sein, die während des Betriebes der entsprechenden Versorgungssysteme sicher geöffnet und nach dem Abstellen der entsprechenden Brennstoffversorgungseinrichtung abgesperrt werden müssen. Dies wird in der Regel mit Absperrvorrichtungen bewerkstelligt, bei denen eine Absperrplatte von einem automatisch betätigten Antrieb und/oder von Hand senkrecht zur Strömungsachse in den Querschnitt der entsprechenden Zuführungsleitungen geschoben wird. Dadurch wird die vollständige Absperrung der entsprechenden Brennstoffversorgungswege bewirkt. In diesem Zustand findet keine Durchströmung der Brennstoffwege und somit auch keine Kühlung der Brenner-Kohlenstaubdüse statt.
  • Aufgrund der fehlenden Durchströmung und der Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse in dem Feuerraum der Kohlenstaubfeuerung können heiße Verbrennungsgase in die Brennstoffdüsen der abgeschalteten Brenner rezirkulieren. Insbesondere bei modernen NOx-armen Kohlenstaubbrennern, bei denen die Lage der Brennstoffdüsen möglichst weit in Richtung des Feuerraumes verschoben ist, bewirkt die hohe Einstrahlung eine intensive Temperaturerhöhung im Material der Brennerdüsen. Als Folge der Einstrahlung und der mangelnden Durchströmung kann eine frühzeitige Zerstörung der Kohlenstaubdüsen durch thermische Materialüberlastung eintreten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geschlossenes System zur Kühlung des Kohlenstaubversorgungsweges innerhalb eines Kohlenstaubrenners durch einen Luftstrom zu schaffen, ohne dass dabei die notwendige Sicherheitseinrichtung, nämlich die Absperrung des Kohlenstaubversorgungsweges, beeinträchtigt wird.
  • Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Absperreinrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Durch die Kombination der Kühleinrichtung mit der Absperreinrichtung des Kohlenstaubbrenners wird ein geschlossenes System erzielt, das allen Sicherheitsvorschriften entspricht. Ferner ist sichergestellt, dass während des Betriebes des Kohlenstaubbrenners kein Kohlenstaub aus den dafür vorgesehenen Versorgungsleitungen in die Umgebung austreten kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
  • Fig. 1
    das Schema einer Kohlenstaubfeuerungsanlage,
    Fig. 2
    einen Kohlenstaubbrenner der Kohlenstaubfeuerungsanlage nach Fig. 1,
    Fig. 3
    bis 5 eine Absperreinrichtung für einen Kohlenstaubbrenner nach Fig. 2 in verschiedenen Betriebsstellungen.
  • Die dargestellte Kohlenstaubfeuerungsanlage besteht aus zweimal drei Kohlenstaubbrennern 1, 2, die parallel geschaltet sind und über zwei Brennstoffversorgungen 3, 4 mit Kohlenstaub versorgt werden. Je nach den gegebenen Anforderungen an die Kohlenstaubfeuerungsanlage kann auch eine andere Anzahl von Brennstoffversorgungen 3, 4 und Kohlenstaubbrennern 1, 2 vorgesehen werden. Die Brennstoffversorgung 3, 4 kann aus einer Mühlenanlage und/oder einem Zwischenbunker bestehen.
  • Die Kohlenstaubbrenner 1, 2 sind als Rundbrenner mit gestufter Verbrennungsluftführung ausgebildet und enthalten jeweils ein zentrales Kernluftrohr 5, das von einem Primärrohr 6, einem Sekundärluftrohr 7 und einem Tertiärluftrohr 8 konzentrisch umgeben ist. das zentrale Kernluftrohr kann auch entfallen. Die jeweils am vorderen Ende der Kohlenstaubbrenner 1, 2 ausgebildete Brennerdüse mündet in einen nicht gezeigten Feuerraum einer Dampferzeugeranlage. Das Kernluftrohr 5, das Sekundärluftrohr 7 und das Tertiärluftrohr 8 sind über Luftzuleitungen 9 und Verbrennungsluftleitungen 10 an eine zentrale Verbrennungsluftversorgung 11 angeschlossen. Das Kernluftrohr 5, das Sekundärluftrohr 7 und das Tertiärluftrohr 8 werden von der Verbrennungsluftversorgung 11 über die Luftzuleitungen 9 und die Verbrennungsluftleitungen 10 mit Verbrennungsluft versorgt, die vor dem Eintritt in den Kohlenstaubbrenner 1, 2 als Kernluft, Sekundärluft und als Tertiärluft aufgeteilt wird. In den Verbrennungsluftleitungen 10 sind Durchflussmesser 12 angeordnet, und in den Luftzuleitungen 9 sind Regel- oder Absperrklappen 13 angeordnet. Wie in Fig. 2 gezeigt, können im Eintrittsbereich des Kernluftrohres 5, des Sekundärluftrohres 7 und des Tertiärluftrohres 8 ebenfalls Drosselklappen 14 angeordnet sein, die dazu dienen, den luftführenden Rohren aufeinander abgestimmte Verbrennungsluftmengen zuzuführen. Ist ein einzelner der Kohlenstaubbrenner 1, 2 außer Betrieb genommen, so wird durch die die genannten Verbrennungsluftströme führenden Rohre 5, 7, 8 ein Luftstrom von geringer Größe als Kühlluftstrom geführt.
  • Das Primärrohr 6 jedes der Kohlenstaubbrenner 1, 2 ist an eine Zuführungsleitung 15 angeschlossen, die mit einer der Brennstoffversorgungen 3, 4 verbunden ist. Die Brennstoffversorgungen 3, 4 sind jeweils mit einer Primärluftleitung 16 verbunden, in der ein Durchflussmesser 12 angeordnet ist. Die der Brennstoffversorgung 3, 4 zugeführte Primärluft fördert den Kohlenstaub als ein Kohlenstaub-Luft-Gemisch zu den Primärrohren 6 der Kohlenstaubbrenner 1, 2.
  • Vor dem Eintritt in die jeweiligen Kohlenstaubbrenner 1, 2 ist in jeder Zuführungsleitung 15 eine als Absperrschieber 17 ausgebildete Absperreinrichtung angeordnet, die quer zu der Achse der Strömungsrichtung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches ausgerichtet ist. Der Absperrschieber 17 besteht aus einer Schieberplatte 18, an der eine Schubstange 19 befestigt ist (Fig. 2). An die Schubstange 19 greift ein Antriebsmotor 20 oder eine Handverstellung zur Betätigung der Schieberplatte 18 an. In der Schließstellung des Absperrschiebers 17 verschließt die Schieberplatte 18 den Querschnitt der Zuführungsleitung 15 vollständig, wie in Fig. 5 dargestellt.
  • Die Absperreinrichtung ist mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung der Teile der jeweiligen Kohlenstaubbrenner 1, 2 kombiniert, die das Kohlenstaub-Luft-Gemisch führen. Als Kühlmedium dient vorzugsweise ein Teilstrom der Verbrennungsluft. Zu diesem Zweck ist die kombinierte Absperr-Kühleinrichtung eines jeden Kohlenstaubbrenners 1, 2 mit einer Kühlluftleitung 21 verbunden, in der ein Absperrorgan 22 angeordnet ist (Fig. 1). Die Kühlluftleitungen 21 sind vorzugsweise an die Verbrennungsluftleitungen 10 angeschlossen. Je nach den Betriebserfordernissen und nach der Lage des Einbauortes des Absperrschiebers 17 kann anstelle der heißen Verbrennungsluft aus der Verbrennungsluftversorgung auch andere in der Kohlenstaubfeuerungsanlage verfügbare Luft, z. B. die der Mühle zugeführte Kaltluft oder auch Rauchgas verwendet werden.
  • Im Einzelnen besteht die Kühleinrichtung jedes der jeweiligen Kohlenstaubbrenner 1, 2 aus einem Luftkasten 23, der stromabwärts von dem Absperrschieber 17 seitlich an der von dem Kohlenstaub-Luft-Gemisch durchströmten Zuführungsleitung 15 angebracht und mit dieser dicht verbunden ist. Vorzugsweise umschließt der Luftkasten 23 stromabwärts von dem Absperrschieber 17 die Zuführungsleitung 15 allseitig und dicht. Der Luftkasten 23 ist mit einem Eintrittstutzen 24 versehen, der jeweils an eine der Kühlluftleitungen 21 angeschlossen ist.
  • Gemäß Fig. 3 bis 5 ist im Bereich des Luftkastens 23 in der Wand der Zuführungsleitung 15 eine Öffnung 25 vorgesehen, die durch eine Schließplatte 26 vom Inneren des Luftkastens 23 her verschließbar ist. Auf der der Öffnung 25 abgewandten Seite ist an der Schließplatte 26 ein erster Hebel 27 gelenkig angebracht. Der erste Hebel 27 ist ebenso wie ein zweiter Hebel 28 und ein dritter Hebel 29 drehfest mit einer in einem Drehgelenk gelagerten Welle 30 verbunden. Die Welle 30 ist drehbar in dem Luftkasten 23 gelagert und ragt beidseitig abgedichtet aus dem Luftkasten 23 heraus. Die Hebel 28, 29 sind außerhalb des Luftkastens 23 jeweils mit einem der herausragenden Enden der Welle 30 drehfest verbunden. An das freie Ende des zweiten Hebels 28 greift eine auf Zug beanspruchten Feder 31 an, die außerhalb an dem Luftkasten 23 befestigt ist. Das freie Ende des dritten Hebels 29 ist mit einer Gelenkstange 32 verbunden, die gelenkig an einen vierten Hebel 33 angreift, der drehfest mit der Welle eines Ritzels 34 verbunden ist. Das Ritzel 34 steht in Wirkverbindung mit einer Zahnstange 35, die auf dem hinteren Ende der Schieberplatte 18 des Absperrschiebers 17 angebracht ist.
  • Die kombinierte Absperr- und Kühleinrichtung arbeitet in der nachfolgend beschriebenen Weise. In der Betriebssituation der Kohlenstaubfeuerungsanlage (Fig. 3) ist die Zuführungsleitung 15 für die Zufuhr des Kohlenstaub-Luft-Gemisches zu den jeweiligen Kohlenstaubbrennern 1, 2 geöffnet, und die Öffnung 25 in der Wand der Zuführungsleitung 15 für den Eintritt der Kühlluft ist verschlossen. Dabei wird die Schließplatte 26 über den ersten Hebel 27 und den fest mit ihm verbundenen zweiten Hebel 28 von der seitlich angeordneten Feder 31 fest auf die Öffnung 25 in der Zuführungsleitung 15 gedrückt. Der Luftkasten 23, der die Zuführungsleitung 15 in diesem Bereich umschließt, ist mit Luft gefüllt, so dass sich in diesem Bereich der Zuführungsleitung 15 eine gleichmäßige Temperatur einstellt. Dadurch ist ein Verziehen der Zuführungsleitung 15 und der Schließplatte 26 durch ungleiche thermische Beanspruchung ausgeschlossen. Der statische Druck der Kühlluft in dem Luftkasten 23 ist immer höher als der statische Druck des Kohlenstaub-Luft-Gemisches in der Zuführungsleitung 15. Dadurch ist eine eventuelle Leckage nur in Richtung des Strömungsweges des Kohlenstaub-Luft-Gemisches möglich, so dass ein Austreten von Kohlenstaub in den Luftkasten 23 nicht erfolgen kann.
  • In der in Fig. 4 gezeigten Betriebsstellung des Absperrschibers 17 ist die Brennstoffzufuhr zu dem betreffenden der jeweiligen Kohlenstaubbrenner 1, 2 bereits beendet und die Schieberplatte 18 des Absperrschiebers 17 schon zu 90% geschlossen. Die Zahnstange 35 ist auf der Schieberplatte 18 in einer solchen Entfernung von deren Vorderkante angebracht, dass die Zahnstange 35 im Zuge der Schließbewegung des Absperrschiebers 17 erst kurz vor Erreichen der Schließstellung in das Ritzel 34 eingreift. Die Schließplatte 26 wird dadurch noch immer von der Federkraft der Feder 31 in der Schließposition gehalten.
  • Bei weiterer Absperrung der Zuführungsleitung 15 treibt die Zahnstange 35 das Ritzel 34 an, wodurch über den vierten Hebel 33, die Gelenkstange 32, den dritten Hebel 29 und den ersten Hebel 27 die Schließplatte 26 entgegen der wirksamen Federkraft der Feder 31 betätigt wird. Die Betätigung der Schließplatte 26 erfolgt damit direkt über die Schieberplatte 18 des Absperrschiebers 17. Die Schließplatte 26 gibt jetzt die Öffnung 25 frei. In dieser Position ist der Weg der Brennstoffversorgung sicher abgesperrt. Die Kühlluft strömt über die Öffnung 25 in der Wand der Zuführungsleitung 15 auf der Abströmseite des Absperrschiebers 17 ein und tritt an der Brennerdüse des jeweiligen der Kohlenstaubbrenner 1, 2 aus und in den Feuerraum ein. Durch diese Luftströmung wird neben der Kühlung des Primärrohres 6 und der Brennerdüse ein Rückströmen heißer Verbrennungsgase in die Kohlenstaubbrenner 1, 2 verhindert. Die Strömungsrichtung der Kühlluft und des Kohlenstaub-Luft-Gemisches ist in den Fig. 3 bis 5 durch Pfeile gekennzeichnet.

Claims (6)

  1. Absperreinrichtung an Kohlenstaubbrennern (1, 2) einer Kohlenstaubfeuerung, wobei jeder Kohlenstaubbrenner (1, 2) ein Kohlenstaub-Luft-Gemisch führendes Primärrohr (6) aufweist, das mit einer Zuführungsleitung (15) zur Zuführung des Kohlenstaub-Luft-Gemisches zu den jeweiligen Kohlenstaubbrennern (1, 2) verbunden ist und wobei in der Zuführungsleitung (15) ein mit einer Schieberplatte (18) versehener Absperrschieber (17) zum Verschließen der Zuführungsleitung (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungsleitung (15) auf der Abströmseite des Absperrschiebers (17) mit einem mit Luft beaufschlagten Luftkasten (23) dicht verbunden ist, dass im Bereich des Luftkastens (23) in der Wand der Zuführungsleitung (15) eine durch eine Schließplatte (26) verschließbare Öffnung (25) angebracht ist und dass die Schließplatte (26) synchron mit dem Absperrschieber (17) so betätigbar angeordnet ist, dass die Öffnung (25) in der Schließstellung des Absperrschiebers (17) freigegeben und in Offenstellung des Absperrschiebers (17) verschlossen ist.
  2. Absperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkasten (23) die Zuführungsleitung (15) auf der Abströmseite des Absperrschiebers (17) allseitig dicht umschließt.
  3. Absperreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der statische Druck der Luft in dem Luftkasten (23) auf einen höheren Wert gehalten ist als der Druck des Kohlenstaub-Luft-Gemisches in der Zuführungsleitung (15).
  4. Absperreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließplatte (26) mit einem aus mehreren Hebeln (27, 28, 29, 33) und einer Gelenkstange (32) bestehenden Gestänge versehen ist, an das eine die Schließplatte (26) in Schließstellung haltende, auf Zug beanspruchte Feder (31) angreift und das mit der Schieberplatte (18) des Absperrschiebers (17) mechanisch gekoppelt ist.
  5. Absperreinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schieberplatte (18) des Absperrschiebers (17) eine Zahnstange (35) angebracht ist, dass die Zahnstange (35) am Ende des Schließweges des Absperrschiebers (17) mit einem ortsfest gelagerten Ritzel (34) in Eingriff zu bringen ist, das über einen drehfest mit dem Ritzel (34) verbundenen Hebel (33) mit dem Gestänge verbunden ist.
  6. Absperreinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite der Schließplatte (26) ein erster Hebel (27) gelenkig angebracht ist, der mit einer in dem Luftkasten (23) gelagerten Welle (30) drehfest verbunden ist, dass die Welle (30) beidseitig abgedichtet aus dem Luftkasten herausragt, dass außerhalb des Luftkastens (23) ein zweiter und ein dritter Hebel (28, 29) mit der Welle (30) verbunden sind, dass an das freie Ende des zweiten Hebels (28) die Feder (31) angreift und dass das freie Ende des dritten Hebels (29) über eine Gelenkstange (32) mit dem über das Ritzel (34) drehfest verbundenen Hebel (33) gelenkig verbunden ist.
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