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Dampfkesselanlage zur wahlweisen Verfeuerung von Brenngas oder Brennstaub
bzw. 01
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkesselanlage, die in der
Lage sein soll, ein in wechselnder Menge anfallendes Brenngas, insbesondere Schwachgas,
jederzeit abzunehmen bei praktisch gleichbleibender Überhitzer- und Abgastemperatur
unter AnpassVg der Kesselleistung an den Dampfbedarf durch entsprechende Zugabe
von Brennstaub oder 01, wobei die maximale Kesselleistung auch von jeder
Brennstoffart allein erreicht werden muß.
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Es sind kombinierte Brennstaub-Gas-Feuerungen für Strahlungsdampferzeuger
bekannt, bei denen mehrere übereinanderliegende Brennerdüsen abwechselnd für Staub
und Gas vorgesehen sind. Wegen der verschiedenen Einblasegeschwindigkeiten für Staub
und Gas ergeben sich Schwierigkeiten bei der Verbrennung, auch sind die jeweils
nicht in Betrieb befindlichen Brennerdüsen der Wärmestrahlung aus dem Verbrennungsraum
ausgesetzt. Man hat deshalb die Gasbrenner in größerem Abstand ober- und unterhalb
der Staubbrenner, die vorzugsweise als Eckenbrenner ausgebildet sind, angeordnet
und zusätzlich eine Kühlung der nicht in Betrieb befindlichen Gasbrenner durch abgekühlte
Rauchgase vorgenommen. Hierdurch soll bei einwandfreiem Verbrennungsvorgang eine
praktisch gleichbleibende Heißdampftemperatur dadurch erreicht werden, daß sich
die Flammenteile erst am Ende des Feuerraumes vermischen und daß durch die Zuführung
abgekühlter Rauchgase die Abstrahlung der Staubflamme und der damit verbundene Temperaturabfall
am überhitzer bei Staubbetrieb verringert wird.
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Eine derartige Anordnung ergibt jedoch einen komplizierten Regelbetrieb
und eine vielteilige Regelapparatur. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch
behoben, daß an einem gemeinsamen Strahlungsraum mehrere mit Heizflächen ausgestattete
Brennkammern angeschlossen sind, die durch einen Durchlaß frei lassende Rohrwände
von dem gemeinsamen Strahlungsraum getrennt sind, und daß die Brennkammern und der
untere Teil des Strahlungsraurnes mit Gasbrennern, während nur ein Teil der Brennkammern
mit Staub- oder Ölbrennern ausgestattet sind.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal werden an zwei einander gegenüberliegenden
Seiten des gemeinsamen Strahlungsraumes je zwei mit Zwischenraum übereinander
angeordnete Brennkammern vorgesehen, wobei die Staub- oder Ölbrenner an der Decke
entweder der beiden unteren oder der beiden oberen Brennkammern angeordnet sind.
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Hierbei kann vorteilhaft der gemeinsame Strahlungsraum unten durch
zwei Aschetrichter abgeschlossen und sein unterer Teil durch eine Trennwand geteilt
sein. Zur Erzielung praktisch gleichbleibender Abgastemperatur werden gemäß einer
weiteren Einzelheit der Erfindung hinter der an den gemeinsamen Strahlungsraum anschließenden
überhitzerkammer zwei parallel geschaltete Berührungszüge mit ungleichen Querschnitten
angeordnet, von denen der mit dem kleineren Querschnitt ausschließlich Speisewasservorwärmerheizflächen
enthält.
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Es ist zwar bereits eine Kesselanlage mit wahlweiser Brenngas- bzw.
Brennstaubbefeuerung bekannt, bei der zur Erzielang einer praktisch konstanten
Ab-
gastemperatur einzelne Teile eines Luftvorwärmers in Reihenparallelschaltung
gruppiert werden, wodurch die in wechselnder Menge anfallenden Rauchgase bei etwa
gleichem Durchflußwiderstand thermisch günstig ausgenutzt werden, jedoch ist die
Umschaltung im Kesselbetrieb störend, und dieAufrechterhaltung einer praktisch gleichbleibenden
Heißdampftemperatur wird hierdurch erschwert. Diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäß
dadurch beheben, daß die Rauchgase sich hinter den Berührungszügen wieder vereinigen
und von dort wahlweise einem Brenngas- bzw. Luftvorwärmer oder beiden gleichzeitig
zugeführt werden. Ferner kann bei Anordnung eines Zwischenüberhitzers in dem Berührungszug
mit dem größeren Querschnitt am unteren Ende eines der parallelen Berührungszüge
ein Regelorgan vorgesehen sein.
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Eine weitere Möglichkeit einer selbsttätigen Regelung der Heißdampftemperatur
ist gemäß der Erfindung noch dadurch gegeben, daß das vorgewärmte
Brenngas
einen Oberflächenkühler durchströmt, in dem der Heißdampf einen Teil seiner Wärme
in Ab-
hängigkeit von der Durchflußmenge an das Brenngas abgibt.
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Zweckmäßig werden die * Gasbrenner bei größeren Kesselanlagen
in zwei Gruppen von wesentlich verschiedener' Leistung unterteilt, wobei kleine
Gasmengen der Brennergruppe.-mit kleiner Leistung zugeführt werden und die'se Brenner
nahe den Staub-bzw. Ölbrennern angeordnet sind, so daß sich auch kleine Gasmengen
sicher zünden und gemeinsam mit der Staubflamme thermisch.-äusnutzen lassen. Die
Auf-
teilung von Staubbrennern -in zwei Gruppen von verschiedener Leistung
und -die Unterbringung der Brenner kleinerer Leistung in Kammern seitlich des Hauptbrennraumes
ist zwar- bekannt, jedoch nur zum Zwecke des Betriebes' mit Teillast unter Aufrechterhaltung
eines flüssigen Schlackenabzuges, nicht aber im Sinne der Erfindung, bei der es
sich darum handelt, auch kleine Gasmengen zu verwerten und der wenig strahlenden
Gasflamme entsprechende Wärmeübergangsflächen anzubieten.
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Gemäß Fig. 1 besteht der Feuerraum des Kessels aus den beiden
Brennkammern 3, die nach oben hin eingezogen sind und in ein e-n-'g-emeinsamen
Strahlungsraum 4 münden. Die Kohlenstaub- oder Ölbrenner 5
sind im AusführungsbeispJel
als Deckenbrenner ausgebildet. Unter ihnen liegen Gasbrenner 6, die die Aufgabe
haben, geringe anfallende Gasmengen, etwa bis zu 15 11/o der Gesamtmenge,
aufzunehmen. Weitere Gasbrenner 7 münden -in seitliche Kammern
8, die durch unten aufgelockerte vertikale Rohrwände 9 vom Strahlungsraum
4 getrennt sind. An letzteren schließt sich der die beiden Überhitzerrohrsysteme
10, 11 aufnehmende Zug 12 an, der in bekannter Weise in einen die Berührungsheizflächen
enthaltenden, absteigenden Zug mündet. Dieser Zug -ist gemäß der Erfindung derart
in zwei parallele Züge 13, 14 unterteilt, daß die überwiegende Menge der
Rauchgase, z. B. etwa 75 "/0,
die nachgeschalteten Verdampfungsheizflächen
15 bis 18 bespült, während der geringere Teil, etwa 25 11/e,
die Rohrsysteme 19 für die Speisewasservorwärmung bestreicht. Nach ihrer
Vereinigung am unteren Ende der parallelen Berührungszüge 13, 14 können die
Rauchgase wahlweise einen Gasvorwärmer 20 bzw. Luftvorwärmer 21 oder beide durchströmen,
wobei die Teilströme durch Regelorgane 22, 23 einstellbar sind. Weiterhin
liegt gemäß der Erfindung im Brenngasstrom ein Wärmetauscher 24, der als Heißdampfkühler
dient und bei reiner Gasheizung automatisch die Übertemperatur des Heißdampfes herunterkühlt.
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Die Kesselanlage gemäß. der Erfindung arbeitet in folgender Weise:
Wird sie allein mit Kohlenstaub als Brennstoff gespeist, so erfolgt die Verbrennung
gemäß Fig. 1
-hauptsächlich in den beiden unteren Brennkammern 3
und
in dem Strahlungsrauni 4, während die seitlichen Gasbrennkammern 8 praktisch
außer Betrieb sind. Am oberen Austritt des Strahlungsraumes 4 entsteht daher die
zur Erreichung der Überhitzungstemperatur notwendige Rauchgastemperatur von z. B.
1050' C.
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In den beiden nachgeschalteten Zügen 13, 14 nimmt die Rauchgastemperatur
auf gleiche Werte, z. B. auf 3700 C, ab. Die Teilströme sind hierbei auf
die entsprechende Wärmeübertragung abgestimmt. Die Rauchgase treten dann durch den
Luftvorwärmer 21, während der Durchgang durch den Gasvorwärmer 20 abgestellt ist.
Wird hingegen der Kessel ausschließlich mit Gas, z. B. Gichtgas, beheizt, so übernehmen
die obenliegenden Gasbrenner 7 die überwiegende Menge des Brenngases, z.
B. 70 "/o, und die unteren Brenner 6
die restliche Brenngasmenge von
3011/o. Es werden dadurch alle Räume 3, 4 und 8 beaufschlagt und damit
den nur gering strahlenden Gasflammen die erforderliche Wärmeübergangsfläche angeboten,
so daß am Eintritt in den Überhitzer 10 etwa die gleiche Temperatur herrscht
wie bei reiner Staub- bzw. Ölfeuerung. Infolge der größeren Rauchgasmenge wird bei
etwa gleicher Wärmeabgabe der Rauchgase an die Überhitzer 10 und
11 die Austrittstemperatur der Rauchgase beim Verlassen der Überhitzerkammer
12 höher lie-en als bei reiner Staubfeuerung. Es muß deshalb eine Zwischenkühlung
des Heißdampfes erfolgen. Dies geschieht in dem außerhalb des Rauchgasstromes liegenden
Wärmetauscher 24, in dem die Uberschußwärme des Heißdampfes auf das frisch zugeführte
Brenngas übertragen wird. Damit steigt gleichzeitig die Verbrennungstemperatur des
Brenngases im Feuerraum, und es wird eine bessere Wärmeübertragung im Strahlungsteil
des Kessels erzielt.
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Die Verhältnisse bleiben etwa die gleichen, wenn die Kesselanlage
teils mit Brenngas, teils mit Brennstaub oder Öl befeuert wird, so daß die
Tätigkeit der Kesselwärter sich auf die Bedienung der Brenner und Regelorgane 22,
23 beschränkt.
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Die Brenneranordnung kann gemäß Fig. 2 auch derart getroffen werden,
daß die Staub- bzw. Ölbrenner als Deckenbrenner 5 in die oberen Kammern
6
münden und auch die Gasbrenner 6 neben oder zwischen den Staubbrennern
5 liegen, während die Gasbrenner 7 am unteren Ende in die unteren
Brennkammern 3 bzw. den Strahlungsraum 4 münden. Es werden bei reiner Staubfeuerung
die unteren Brennkammern 3 nur wenig Strahlungswärme aufnehmen, während bei
reiner Gasfeuerung die gesamte Strahlungsheizfläche der Räume 3, 4 und
8 beaufschlagt wird.
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Soll die Kesselanlage neben dem Hauptüberhitzer noch mit einem Zwischenüberhitzer
ausgerüstet werden, dessen Temperatur unabhängig regelbar ist, so wird der Zwischenüberhitzer
zweckmäßig am oberen Teil des Berührungszuges 13 eingebaut und der Rauchgasteilstrom
durch den Parallelzug 14 etwa mittels einer Klappe od. dgl. am unteren Ende des
Zuges regelbar gemacht. Im übrigen entspricht die Bauart nach Fig. 2 derjenigen
der Fig. 1.
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Die wahlweise Parallelschaltung des Gas- und Luftvorwärmers 20, 21
stellt ein bequemes Mittel dar, um den Kessel mit geringstmöglicher, praktisch konstanter
Rauchgasaustrittstemperatur betreiben und die Durchflußwiderstände durch den Gas-
und Luftvorwärmer bei jedem Betriebszustand annähernd gleichbalten zu können. Da
bei reiner Gasfeuerung das Rauchgasvolumen beträchtlich größer ist als bei reiner
Staubfeuerung, so wird im erstgenannten Falle der Gas-und Luftvorwärmer parallel
geschaltet und die Ab-
wärme gleichzeitig dem Brenngas und der dem Brenngas
beizumischenden Verbrennungsluft zugeführt. Infolge der vergrößerten Wärmeübergangsfläche
in beiden Vorwärmern kann auch eine gegebenenfalls auftretende höhere Rauchgastemperatur
am Ende der Züge 13, 14 im Vergleich mit reiner Brennstaubfeuerung abgebaut
werden. Wird nur Brennstaub verfeuert, so ist das Volumen der benötigten Verbrennungsluft
wesentlich geringer, und da der Gasvorwärmer nicht im Betrieb ist, ergibt sich automatisch
etwa der gleiche Durchflußwiderstand und Wärmeabbau im Lufterhitzer.
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Durch die Erfindung wird eine Kesselanlage geschaffen, die bei wahlweiser
Befeuerung mit Brentgas
und]oder Brennstaub bzw. Öl in jedem
Falle eine günstige thermische Ausnutzung des Brennstoffes, eine einfache Regelung
der Überhitzertemperatur und eine besonders einfache Bedienung ermöglicht.