WO1983002309A1 - Boiler furnace - Google Patents

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Abstract

The boiler, particularly a boiler wherein coal dust is burned, comprises a combustion chamber (10), at least one burner (56) arranged on one of the vertical walls of the combustion chamber (10) and at least one combustion gas exhaust conduit (44, 46, 48) connected to the bottom of the chamber, at the vicinity of one of its ends. The burner (56) is arranged above the horizontal axis (18) of the chamber (10) which is substantially perpendicular to the wall (16) carrying the burner (56). On the end of the chamber (10) opposite the combustion gas exhaust conduit (44, 46, 48), and at the vicinity of the bottom of the chamber, there is arranged a blow-in opening (34) for the air or the combustion gas, which is directed towards the inlet opening (26) of the exhaust conduit (44, 46, 48) so that the ash dust possibly falling in that area is blown towards said inlet opening (26).

Description

Feuerungseinrichtung für KesselFiring device for boilers
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 Rauchgas¬ zug.The invention relates to a firing device for boilers, in particular boilers fired with pulverized coal, comprising a firing chamber, at least one burner arranged on one of the essentially vertically directed walls of the firing chamber and at least one flue gas flue starting at the bottom of the firing chamber near one end thereof.
Insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, befaßt sich die Erfindung mit der Befeuerung von hochbelasteten Kesseln.In particular, although not exclusively, the invention is concerned with the firing of heavily loaded boilers.
Unter hochbelasteten Kesseln sollen solche mit einer Feuer¬ raumbelastung in der Größenordnung von 10° kcal/m3 /h ver¬ standen werden. Bei solchen Kesseln tritt ganz allgemein die Schwierigkeit auf, beim Verfeuern von Kohlenstaub saubere Heizflächen sowie einen trockenen staubför igen Ascheabzug zu erreichen, obwohl*die Flammtemperatur oberhalb der Asche¬ schmelztemperatur liegt.Highly loaded boilers are to be understood as those with a combustion chamber load of the order of 10 ° kcal / m 3 / h. In such boilers there is a general problem of achieving clean heating surfaces and a dry dust-like ash extraction when burning coal dust, although * the flame temperature is above the ash melting temperature.
Dieses Ziel läßt sich bei Kesseln mit niedriger Feuerraum¬ belastung, beispielsweise bei mit Braunkohlenstaub befeuer¬ ten Kraftwerkskesseln, bei denen man die fühlbare Wärme der Achse in den Rauchgaszügen noch mit ausnützen will, nähe¬ rungsweise dadurch erreichen, daß der Feuerraum derart über¬ dimensioniert wird, daß die brennenden Kohlenstaubteilchen vor Erreichen der Wände des Feuerraumes nicht nur ausge¬ brannt, sondern auch soweit abgekühlt sind, daß ihreTem¬ peratur 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/m /h liegen. Bei solchen großen Kraftwerkskesseln, bei denen die Kapitalkosten klein sind gegenüber den Brennstoffkosten, spielt die Überdimensionie¬ rung 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 hhoohhee FFeeuuserraumbelastung bis herauf zu 10 kcal/m3 /h gekenn- zeichnet.In boilers with a low combustion chamber load, for example in power station boilers fired with lignite dust, in which the sensible heat of the axis in the flue gas flues is still to be exploited, this goal can be approximately achieved by over-dimensioning the combustion chamber in this way is that the burning coal dust particles not only burned out before reaching the walls of the combustion chamber, but are also cooled to such an extent that their temperature has fallen sufficiently below that of the ash melting point. The oversized combustion chamber corresponds to a lower combustion chamber load, the values of which are usually between 200,000 and 300,000 kcal / m / h. With such large power plant boilers, in which the capital costs are small compared to the fuel costs, the overdimensioning of the combustion chamber is irrelevant. However, this is different for small boilers, such as central heating and three-pass boilers, in which the investment value of the entire system is of the order of the annual fuel costs. Over 90% of these boilers are fired with oil or gas. They are characterized by small construction dimensions and a correspondingly high space load up to 10 kcal / m 3 / h.
Solche Kessel werden an ihrer unteren Leistungsgrenze übliche: weise durch Ein- und Ausschalten geregelt. Aus diesem Grunde kann hier eine Kohlenstaubfeuerung nur dann verwendet wer¬ den, wenn es unter keinen Umständen zur Bildung flüssiger oder klebriger Schlacke kommt, weil diese bei jedem Abstel¬ len erstarren und die mit ihr -in Berührung kommende Flächen und Rohrquerschnitte sehr schnell zusetzen würde. Anderer¬ seits kann die bei Kraftwerkskesseln gewählte Lösung, näm¬ lich 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.Such boilers are usually regulated at their lower output limit: by switching on and off. For this reason, coal dust firing can only be used here if there is no formation of liquid or sticky slag, because this would solidify each time it was stopped and the surfaces and pipe cross-sections coming into contact with it would clog very quickly . On the other hand, the solution chosen for power plant boilers, namely oversizing the combustion chamber and thus the entire boiler, for example in central heating boilers, cannot be used because these boilers could then no longer be introduced into the existing boiler room.
Aus der DE-OS 25 27 618 ist nun bereits eine Vorrichtung zurFrom DE-OS 25 27 618 a device for is already
Verbrennung von Kohlenstaub bekannt, bei der trotz hoher g Feuerraumbelastungen von mehr als 2*10 kcal/m3 /h sich ein trockener Ascheabzug ergibt, so daß ihr Einsatz zur Be¬ feuerung von Zentralheizungsanlagen mit "Ein/Aus-Betrieb" möglich ist.Combustion of coal dust is known, in which, despite high g combustion chamber loads of more than 2 * 10 kcal / m 3 / h, a dry ash extraction results, so that it can be used for firing central heating systems with "on / off operation".
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Vorrichtung weiter zu vereinfachen und zu verbessern, so daß Heizkessel mit geringen Bauabmessungen und entsprechend hoher Feuer¬ raumbelastung mit Kohlestaub 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 ge¬ richteten 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 Rauchgaszuges gerichteter Blasrichtung angeordnet ist.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. This object is achieved according to the invention in that the burner is arranged above the horizontal central axis of the combustion chamber, which is oriented essentially perpendicular to the combustion chamber wall supporting the burner, and in that an injection opening is also provided at the end of the combustion chamber opposite the flue gas flue, near the bottom of the combustion chamber the inlet opening of the flue gas duct is arranged in the direction of blowing.
Durch die außermittige Anordnung des Brenners kann auf be¬ sonders wirksame Weise eine Rezirkulation der Verbrennungs¬ gase und insbesondere der wandnahen kühlen Gasschichten er¬ reicht werden. Die von den zirkulierenden Gasen mitgerissenen Aschestaubteilchen werden dabei in den gekrümmten Bereichen des Gasstromes, d.h. an den Enden des Feuerraumes ausge¬ schleudert. An dem Ende des Feuerraumes ,an dem der Rauch¬ gaszug ansetzt, ist dieser Effekt erwünscht, da der Staub auf diese Weise abgezogen werden kann. An dem gegenüberlie¬ genden Ende dagegen würde sich der Staub anhäufen. Aus diesem Grunde ist hier eine Einblasöffnung zum Einblasen von Luft oder Verbrennungsgasen vorgesehen, so daß die ausge¬ schleuderten Staubteilchen zur Eintrittsöffnung des Rauch¬ gaszuges hingeblasen werden können.Due to the eccentric arrangement of the burner, a recirculation of the combustion gases and in particular the cool gas layers close to the wall can be achieved in a particularly effective manner. The ash dust particles entrained by the circulating gases are in the curved areas of the gas stream, i.e. hurled at the ends of the firebox. This effect is desirable at the end of the combustion chamber at which the flue gas flue starts, since the dust can be drawn off in this way. On the other hand, the dust would accumulate at the opposite end. For this reason, a blow-in opening is provided here for blowing in air or combustion gases, so that the ejected dust particles can be blown towards the inlet opening of the flue gas duct.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Eintrittsöff¬ nung des Rauchgaszuges 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 brenner¬ fernen 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 Rauchgaszuges weist. Der WinkelAccording to a first embodiment, the inlet opening of the flue gas flue 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. According to a preferred embodiment, the inlet opening of the flue gas duct is arranged near the end of the combustion chamber distant 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 duct. The angle
OMPI zwischen der Brennerachse und der Mittelachse des Feuer¬ raumes beträgt dabei vorzugsweise ca. 17°.OMPI between the burner axis and the central axis of the combustion chamber is preferably approximately 17 °.
Es hat sich gezeigt, daß beim Verfeuern von Kohlenstaub in der erfindungsgemäßen Feuerungseinrichtung auch nach längerei Betriebszeit praktisch keine Asche im Feuerraum zurückblieb. Die trockene Asche wird vollständig mit den Rauchgasen ab¬ geführt.It has been shown that when coal dust is burned in the combustion device according to the invention, practically no ash remained in the combustion chamber even after a long period of operation. The dry ash is completely removed with the flue gases.
Um die Asche aus den Rauchgasen auf möglichst einfache und energiesparende Weise abzutrennen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Rauchgaszug eine Mehrzahl von Rauch¬ gasrohren umfaßt, die horizontal nebeneinander angeordnet, tangential in ein horizontal und quer zu ihnen gerichtetes Sammelrohr münden, das an seinem einen Ende geschlossen und an seinem anderen Ende mit einem Abgasrohr geringeren Durch¬ messers verbunden ist und das ein tangential ansetzendes Auslaßrohr aufweist, welches an seiner Eintrittsöffnung im wesentlichen in Strömungsrichtung der die Achse des Sammel¬ rohres 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 Feinfil¬ ter zugeführt werden. Um diese Trennung der gröberen Asche¬ teilchen von den feineren zu erreichen, soll der Durch¬ messer des Sammelrohres vorzugsweise ungefähr doppelt so groß wie, jedoch mindestens um 100 mm größer als der Durch¬ messer des Abgasrohres sein. Das Abgasrohr kann in das Sammelrohr um eine Strecke hineinragen, die höchstens - B -In order to separate the ashes from the flue gases in the simplest possible and energy-saving manner, it is proposed according to the invention that the flue gas duct comprises a plurality of flue gas pipes which are arranged horizontally next to one another, tangentially into a collector pipe directed horizontally and transversely to them, which at one end Closed at the other end and 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. With this arrangement it has surprisingly been found that 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 an area of the collecting pipe near the axis and can be fed through the exhaust pipe to a fine filter. In order to achieve this separation of the coarser ash particles from the finer ones, 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 of at most - B -
gleich dem Durchmesser des Abgasrohres ist. -In diesem Bereich setzt zweckmäßigerweise das Auslaßrohr an dem Sammelrohr an.is equal to the diameter of the exhaust pipe. In this area, the outlet pipe expediently attaches to the collecting pipe.
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 Kohlen¬ staubeinblaslanze kann auch gegen eine Ölzerstäubungsdüse austauschbar sein. Auf diese Weise ist auch ein Mischbe¬ trieb von Gas und Heizöl in einem beliebigen Verhältnis möglich.The firing device according to the invention is not only suitable for the combustion of coal dust, but can also burn oil or gas. For example, 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 atomizing nozzle. Mixed operation of gas and heating oil in any ratio is also possible in this way.
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: Further features and advantages of the invention emerge from the subclaims and the following description, which in connection with the accompanying drawings explains the invention using exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 einen die Mittelachse des Feuerraumes ent¬ haltenden schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Feuerungsein¬ richtung,1 shows a schematic section through a first embodiment of a firing device containing the central axis of the firebox,
Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch eine zweite Ausführung:;form der Fou rungsei.n- rLchtung undFIG. 2 shows a section corresponding to FIG. 1 through a second embodiment: form of the guide device and
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Kessels unter Verwendung einer Feuerungseinrichtung gemäß Fig. 1 in einem dieser Fig. entsprechenden Schnitt.3 shows a schematic representation of a boiler using a firing device according to FIG. 1 in a section corresponding to this FIG.
In Fig. 1 erkennt man einen Feuerraum in Form eines Flamm¬ rohres 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.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.
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 eingeblαsen 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 --um unteren Ende der gegen¬ überliegenden Stirnwand 14 hinget'Ichtut ist. Nahe dem unteren Ende der Sti nwand 14 liegen Eintrittsöfcnungen 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 Rauchgas¬ züge 28 gerichtet ist. Auf diese Weise wird der Hauptanteil der staubförmigen Asche in Richtung der Eintrittsöffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 geblasen.In the right end wall 16 in FIG. 1, 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. As can be seen in the figure, the burner mouth 20 is oriented such that the axis 24 of the burner mouth is essentially diagonally drawn through the flame tube 10 around the lower end of the opposite end wall 14. Near the lower end of the sti nwand 14 are inlet openings 26 of flue gas flues 28, which do not start according to the dust content of the combustion gases, as usual in the upper area of the combustion chamber but at the bottom of the same, in order to enable the ash extraction. It can be seen that the flame 22 is directed in the direction of the inlet openings 26 of the flue gas flues 28. This way the main part the dust-like ash is blown in the direction of the inlet openings 26 of the flue gas flues 28.
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 in¬ sofern gefährlich sein, als sich in dem mit A bezeichneten Bereich am unteren Ende der Stirnwand 16 durch Fliehkraft¬ wirkung 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 Ab¬ gase eingeblasen werden, so daß eventuell im Bereich A ausfallender Aschestaub in Richtung auf die Eintritts¬ öffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 geblasen wird.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 insofar as ash can be thrown out by centrifugal force in the area labeled A at the lower end of the end wall 16, which then remains in the designated area A and would nevertheless crust over time. In order to counteract this, a blowing nozzle 34 is arranged at this point, through which air or exhaust gases are blown essentially parallel to the lower bottom of the flame tube 10, so that ash dust possibly precipitating in area A in the direction of the inlet openings 26 Flue gas flues 28 is blown.
Die durch die Blasdüse 34 eingeblasene Luft- bzw. Abgas¬ menge soll zwischen 10 und 50% der Brennerluftmenge liegen, bevorzugt bei 20 bis 30%. Die Einblasgeschwindigkeit soll bei einer Feuerraumlänge von ca. 1,5m wenigstens 25m/s bevorzugt 30 bis 40m/s betragen. Bei diesen Gasmengen und -geschwindigkeiten reicht die Wirkung der Blasdüse 34 aus, um bei einer Feuerraumlänge von 1,5m Λscheablagerungen am Boden des Feuerraumes, insbesondere im Bereich A zu ver¬ meiden.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 effect of the blowing nozzle 34 is sufficient to avoid deposits of ash on the floor of the combustion chamber, in particular in area A, with a combustion chamber length of 1.5 m.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß die Eintrittsöffnungen 26 der Rauchgaszüge 28 an dem brenner- seitigen 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.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 in this case creates a recirculation, which by the arrows 36 is indicated. During this recirculation, there is a risk of dust being ejected in the area marked B. The blowing nozzle is therefore 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 precipitated dust in the direction of the inlet openings 26 of the flue gas flues 28.
Fig. 3 zeigt einen kompletten Kessel mit einer Feuerungs¬ einrichtung gemäß Fig. I.Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.3 shows a complete boiler with a firing device according to FIG. I. The same parts are provided with the same reference numerals.
Der allgemein mit 38 bezeichnete Kessel ist als Warmwasser¬ kessel für Heizungszwecke dargestellt mit einem Wasserein¬ laß 40 und einem Wasserauslaß 42.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.
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 Rauchgaszüge 30 zu einem gemeinsamen Abgasrohr derart zusammenzufassen, daß es nirgendwo zu toten Ecken und Ablagerungen von Staub kommt.The flue gas flues 30 which attach to the bottom of the combustion chamber 10 (which may have a circular or rectangular cross section) each comprise flue gas pipes 44 and 46 which are connected to one another by a U-bend 48. There is the problem of combining the numerous flue gas pipes 46 of the various flue gas flues 30 into a common flue gas pipe in such a way that there are nowhere dead corners and deposits of dust.
Dies wird bei der hier beschriebenen besonders bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß man die Rauchgas¬ rohre 46 nebeneinander anordnet und sie tangential in ein senkrecht zu ihnen gerichtetes horizontales Sammel¬ rohr 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, bevorzugtmindestens 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 Sekundär¬ partikel 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 Konzen¬ tration abgezogen werden. Dadurch hat das Abgas in dem Ab¬ gasrohr 52 nur noch einen geringen Staubgehalt, so daß sich ein entsprechend verringerter Aufwand für die Feinentstau- bung der Abgase ergibt. Der wesentliche Vorteil hieran ist, daß man keinen Zyklon benötigt, sondern die aufgrund der spe¬ ziellen Anordnung des Sammelrohres 50, des Abgasrohres 52 und des Abzugsrohres 54 entstehende Rauchgasströmung ausnützt, um einen erheblichen Anteil der Asche sofort aus den Rauch¬ gasen zu entfernen.In the particularly preferred embodiment described here, this is achieved by arranging the flue gas tubes 46 next to one another and letting them open tangentially into a horizontal header tube 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 the diameter of the exhaust pipe 52, but is preferably at least 100 mm larger than the diameter of the exhaust pipe 52. The exhaust pipe 52 protrudes into the collecting pipe 50 by a maximum length corresponding to its diameter. When the ash-leading flue gases flow tangentially into the collecting pipe 50, a cyclone effect is created which is all the stronger since the ash is still fresh here and very strongly tends to form large secondary particles. Surprisingly, these do not spread over the entire collecting pipe 50 but collect after one or more revolutions on a spiral path and can be drawn off in high concentration due to the special arrangement of the collecting pipe 50 and the exhaust pipe 52 relative to the flue gas pipes 46 by means of a discharge pipe 54 arranged tangentially on the circumference of the collecting pipe 50 near the open end thereof. As a result, the exhaust gas in the exhaust pipe 52 has only a low dust content, so that there is a correspondingly reduced effort for the fine dedusting of the exhaust gases. The main advantage of this is that a cyclone is not required, but rather the flue gas flow which arises due to the special arrangement of the collecting pipe 50, the exhaust pipe 52 and the exhaust pipe 54 is used in order to remove a considerable proportion of the ash from the flue gases immediately.
Während in den Fig. 1 und 2 jeweils nur die Brennermündung dargestellt war,, zeigt Fig. 3 einen Brenner, der sich be¬ sonders zur Durchführung des weiter oben beschriebenen Ver¬ fahrens eignet. Der allgemein mit 56 bezeichnete Brenner ist in einem rohrförmigen Fortsatz 58 des Kessels 38 ange¬ ordnet 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 d3 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.While only the burner mouth was shown in FIGS. 1 and 2, 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 d3. An acceleration nozzle 62 of length 11 adjoins the larger diameter end of the burner muffle 60, which converges towards the burner mouth 20 and ends in the burner mouth 20 with the diameter d.
-^IJÄΪ. Die Verbrennungsluft wird über ein nicht näher bezeichnetes Gebläse durch einen Lufteintritt 64 einem radialen Schaufel¬ gitter 66 zugeführt, dessen Schaufeln sich über eine axiale Breite b erstrecken und mit dem Umfang einen Winkel ß bilden.- ^ IJÄΪ. The combustion air is fed via a fan (not specified in more detail) through an air inlet 64 to a radial vane grille 66, the vanes of which extend over an axial width b and form an angle β with the circumference.
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.At the smaller-diameter end of the burner muffle 60, 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.
Brennermuffei 60, Beschleunigungsdüse 62 und der Feuerungs- raum 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.The burner sleeve 60, the acceleration nozzle 62 and the combustion chamber 10, like the flue gas pipes 44 and 46 and the blowing nozzle 34, are flushed with the water to be heated, as has already been indicated above.
Besonders günstige und stabile Betriebsverhältnisse er¬ geben sich bei einer Kesselleistung von 600.000 Kcal/h wenn folgende Abmessungen eingehalten werden:Particularly favorable and stable operating conditions result with a boiler output of 600,000 Kcal / h if the following dimensions are observed:
Feuerraumdurchmesser D = 690 mmFirebox diameter D = 690 mm
Feuerraumlänge L = 1650 mmFirebox length L = 1650 mm
Brennermündungsdurchmesser d = 190 mm großer 3rennermuffeldurchmesser d1 = 350 mm kleiner Brennermuffeldurchmesser d2 = 210 mmBurner mouth diameter d = 190 mm large 3-ring muffle diameter d1 = 350 mm small burner muffle diameter d2 = 210 mm
Beschleunigungsdüseniänge 11 = 430 mmAccelerator nozzle length 11 = 430 mm
Brennermuffellänge 12 - 580 mm Winkel α zwischen Erennerachse und Feuerraumachse <£• = 15-20°, bevorzugt 17°Burner muffle length 12 - 580 mm angle α between detector axis and combustion chamber axis <£ • = 15-20 °, preferably 17 °
Schaufelwinkel ß ß = 6 bis 12° vorzugs¬ weise 8 bis 10°Blade angle ß ß = 6 to 12 ° preferably 8 to 10 °
Blasdüsendurchmesser d3 = '45 mmBlasdüsendurchmesser d3 = '45 mm
Rauchgasrohrdurchmesser d4 = 40 mmFlue gas pipe diameter d4 = 40 mm
Rauchgasrohre 44, Länge 14 = 1570 mmFlue gas pipes 44, length 14 = 1570 mm
Rauchgasrohre 46, Länge 15 = 1750 mm Anzahl der Rauchgasrohre pro Zug Z = 20 Ü*.-i-A7\ Dies ergibt in der Brennermündung eine Flammstrahlge¬ schwindigkeit 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.Flue gas pipes 46, length 15 = 1750 mm Number of flue gas pipes per train Z = 20 Ü * .- i-A7 \ This results in a flame jet speed of 50-60 m / s in the burner mouth and allows the boiler output to be reduced to less than 50% of the nominal output, that is to say 300,000 kcal / h, without there being dust deposits in the combustion chamber.
Für Kessel anderer Leistungen werden alle genannten Abmes¬ sungen proportional der Wurzel aus dem Leistungsverhältnis geändert mit Ausnahme der angegebenen Winkel. So ergibt eine Verdoppelung der Abmessungen eine Vervierfachung der Leistung usw.For boilers of other powers, all of the dimensions mentioned are changed proportionally to the root of the power ratio, with the exception of the angles specified. Doubling the dimensions quadruples the power, etc.
Diese einfache Umrechnung ist zulä:;.-j g, da as ULrϋ-uunys- bild in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung in hin¬ reichender Näherung nicht von der r-eynoldszahl, 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.This simple conversion is permissible because the ULrϋ-uunys image in the device described above is not sufficiently close to the r-eynolds number, i.e. depends on the speed and dimensions. The dimensions d2 and b can be varied without any appreciable influence on the flame behavior so that the product b x d2 remains approximately constant.
Je nach Anordnung der Brennstoffzufuhr (Einblaselanze für Kohlenstaub, Einblasedüse 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 Verhält¬ nis möglich. Der erfindungsgemäße Kessel ist also ein Drei- stoffkessel, der jederzeit von Kohlenstaub auf Gas und zurück geschaltet werden kann. Zur Umstellung von Kohlen¬ staub auf l ist der Austausch der Kohlenstaubeinblaselanze gegen eine Einblasedüse für öl erforderlich. Zündung, Über¬ wachung und Brennersteuerung bleiben dabei unverändert.Depending on the arrangement of the fuel supply (injection lance for coal dust, injection nozzle for oil, gas supply pipe), 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 l, the replacement of the coal dust injection lance with an injection nozzle for oil is necessary. Ignition, monitoring and burner control remain unchanged.
Beim Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung mit allen drei Brennstoffen hat ch gcxoigt, daß akustisch praktisch nicht feststellbar ist, ob die Flamme brennt oder nicht. Ein Laufgeräusch der Flamme ist nicht vor¬ handen. Ferner tritt auch das üblicherweise vorhandene bullernde Geräusch im Kamin nicht auf. Vielmehr hört man hier nur ein leises Rauschen. Dies stellt ein umwelt¬ technisch bedeutsames Ergebnis dar. When operating the device described above with all three fuels, ch gcxoigigt that acoustically it is practically impossible to determine whether the flame is burning or not. There is no running noise from the flame. Furthermore, the usual roaring noise in the chimney does not occur. Rather, you can only hear a soft noise here. This is an environmentally relevant result.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e-P a t e n t a n s r u c h e-
Feuerungseinrichtung für Kessel, insbesondere mit Kohlen¬ staub befeuerte Kessel, umfassend einen Feuerraum, min¬ destens einen an einer der im wesentlichen vertikal ge¬ richteten Wände des Feuerraums angeordneten Brenner und mindestens einen am Boden des Feuerraumes nahe einem Ende desselben ansetzenden Rauchgaszug, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Brenner (56) oberhalb der horizontalen, im wesentlichen senkrecht zu der den Brenner (56) tra¬ genden Feuerraumwand (16) gerichteten Mittelachse (18) des Feuerraumes (10) angeordnet ist und daß an dem dem Rauchgaszug (30) gegenüberliegenden Ende des Feuerraums (10) nahe dem Boden desselben eine Einblasöffnung (34) mit auf die Eintrittsöffnung (26) des Rauchgaszuges (30) gerichteter Blasrichtung angeordnet ist.Firing device for boilers, in particular boilers fired with coal dust, 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, characterized thereby ¬ shows that the burner (56) is arranged above the horizontal, substantially perpendicular to the burner (56) carrying the combustion chamber wall (16) center axis (18) of the combustion chamber (10) and that the flue gas duct (30 ) opposite the end of the combustion chamber (10) near the bottom of which there is an injection opening (34) with a blowing direction directed towards the inlet opening (26) of the flue gas duct (30).
Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn¬ zeichnet, 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 Feuer¬ raumes (10) ausgerichtet ist.Firing device according to claim 1, characterized gekenn¬ characterized in that the inlet opening (26) of the flue gas flue (28) is arranged near the burner end of the combustion chamber (10) and that the burner with its axis (24) substantially parallel to the central axis (18) of the firebox (10) is aligned.
Feuerungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich¬ net, daß die Eintrittsöffnung (26) des Rauchgaszuges (28) nahe dem brennerfernen Ende des Feuerraumes (10) ange¬ ordnet ist und daß der Brenner (56) derart ausgerichtet ist, daß seine Achse (24) unter einem Winkel ( ) zur Mittelachse (18) des Feuerraumes (10) im wesentlichen in Richtung der Eintrittsöffnung (26) des Rauchgaszuges (28) weist.Firing device according to claim 1, characterized gekennzeich¬ net that the inlet opening (26) of the flue gas flue (28) is arranged near the distant end of the combustion chamber (10) and that the burner (56) is aligned such that its axis (24th ) at an angle () to the central axis (18) of the combustion chamber (10) essentially in the direction of the inlet opening (26) of the flue gas flue (28).
__ cv:?ι__ cv:? ι
: ''V /--- * Z. --<~_WV 4. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Winkel zwischen der Brennerachse (24) und der Mittelachse (18) des Feuerraumes (10) ungefähr 17° beträgt.: ' ' V / - - * Z. - < ~ _WV 4. Firing device according to claim 3, characterized gekenn¬ characterized in that the angle between the burner axis (24) and the central axis (18) of the combustion chamber (10) is approximately 17 °.
5. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasöffnung von einer Blasdüse gebildet ist, die für einen Durchsatz von minde¬ stens 10% und höchstens 50% des Durchsatzes der Brenner¬ mündung ausgebildet ist.5. Firing device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the injection opening is formed by a blowing nozzle which is designed for a throughput of at least 10% and at most 50% of the throughput of the burner mouth.
6. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgaszug (28) eine Mehr¬ zahl 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 tan¬ gential ansetzendes Λuslaßrohr (54)aufweist, das an seiner Eintrittsöffnung im wesentlichen in Strömungsrich¬ tung der die Achse des Sammelrohres umströmenden Rauchgase weist.6. Firing device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flue gas flue (28) comprises a Mehr¬ number of flue gas pipes (44, 46) which are arranged horizontally next to each other tangentially in a horizontally and transversely directed manifold (50) open, which is closed at one end and is connected at its other end to an exhaust pipe (52) of smaller diameter and which has a tangentially attached outlet pipe (54) near its open end, which at its inlet opening is essentially in the direction of flow direction of the flue gases flowing around the axis of the manifold.
7. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Durchmesser des Sammelrohres (50) un¬ gefähr doppelt so groß wie, jedoch mindestens um 100 mm größer als der Durchmesser des Abgasrohres (52) ist.7. Firing device according to claim 5, characterized gekenn¬ characterized in that the diameter of the manifold (50) un¬ dangerously twice as large, but at least 100 mm larger than the diameter of the exhaust pipe (52).
8. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Abgasrohr (52) in das Sammelrohr8. Firing device according to claim 6 or 7, characterized in that the exhaust pipe (52) in the manifold
(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 Brennermuffelund eine sich daran anschließen¬ de, in Strömungsrichtung konisch verjüngende Beschleuni¬ gungsdüse aufweist und die Luft dem Brenner über ein Schaufelgitter zugeführt wird, dessen Schaufeln gegen¬ über dem Brennerumfang unter einem Winkel geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Kesselleistung von 600.000 kcal/h folgende Abmessungen gegeben sind:(50) protrudes by a distance which is at most equal to the diameter of the exhaust pipe (52). 9. Firing device according to one of claims 1 to 8, wherein the burner has a burner muffle which widens conically in the flow direction and an adjoining, tapering in the flow direction accelerating nozzle and the air is fed to the burner via a vane grate, the blades of which are opposed ¬ are inclined at an angle above the circumference of the burner, characterized in that the following dimensions are given with a boiler output of 600,000 kcal / h:
Feuerraumdurchmesser D = 690 mmFirebox diameter D = 690 mm
Feuerraumlänge L = 1650 mmFirebox length L = 1650 mm
Brennermündungsdurchmesser d = 190 mm großer Brennermuffeldurchmesser d1 = 350 mm kleiner Brennermuffeldurchmesser d2 = 210 mm.Burner mouth diameter d = 190 mm large burner muffle diameter d1 = 350 mm small burner muffle diameter d2 = 210 mm.
Beschleunigungsdüsenlänge 11 = 430 mmAccelerator nozzle length 11 = 430 mm
Brennermuffellänge 12 = 580 mmTorch sleeve length 12 = 580 mm
Winkel α zwischen Brennerachse und Feuerraumachse α = 17°Angle α between burner axis and combustion chamber axis α = 17 °
Schaufelwinkel ß ß = 6 bis 12°, vor¬ zugsweise 8 bis 1QC Blade angle ß ß = 6 to 12 °, preferably 8 to 1Q C
Blasdüsendurchmesser d3 = 45 mm Räuchgasrohrdurchmesser d4 = 40 mm Rauchgasrohre 44, Länge 14 = 1570 mm Rauchgasrohre 46, Länge 15 = 1750 mm Anzahl der Rauchgasrohre pro Zug Z = 20.Blow nozzle diameter d3 = 45 mm smoke pipe diameter d4 = 40 mm flue gas pipes 44, length 14 = 1570 mm flue gas pipes 46, length 15 = 1750 mm Number of flue gas pipes per train Z = 20.
10. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für andere Kesselleistungen aLs 600.000 kcal/h die angegebenen Abmessungen mit der Wurzel aus dem Änderungs¬ faktor variieren mit Ausnahme der angegebenen Winkel.10. Firing device according to claim 9, characterized in that for other boiler outputs as 600,000 kcal / h the dimensions given with the root of the change factor vary with the exception of the specified angle.
11. Feuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine Kohlenstaub- einblaslanze und eine Gaszuführungseinrichtung für einen gleichzeitigen oder alternativen Betrieb des Brenners mit Kohlenstaub und/oder Gas aufweist.11. Firing device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the burner has a coal dust injection lance and a gas supply device for one simultaneous or alternative operation of the burner with coal dust and / or gas.
12. Feuerungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Kohlenstaubeinblaslanze gegen eine öl- zerstäubungsdüse austauschbar ist. 12. Firing device according to claim 11, characterized gekenn¬ characterized in that the coal dust injection lance is interchangeable with an oil atomizing nozzle.
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