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Kohlenstaubfeuerung Kohlenstaubfeuerungen haben bekanntlich den Nachteil,
daß die in dem Kohlenstaub enthaltenen unverbrennlichen B-estand.tuile nur zu ein-.m
verhältnismäßig geaningen. Teil als Asoh e oder Schlacke aus dc:r Brennkammer abgezogen
werden können, während der weitaus größere Teil der Schlacken- und Aschenteilchen
als Flugstaub mit den Rauchgasen in die Keasiellheizflächc eindringt und diese v.crunreinigt
oder verschlackt. Selbst bei bekannten Schmelzfeuerungen beträgt der Schlackenabzug
nur 50 vom Hundert. Durch die Anordnung sogenannter Schlackenfangroste zwischen
Schmelz- und nachgeschalteter Strahlungskammer, an welchen die flüssigen Schlackentröpfchen
durch Aufprall abgefangen werden sollen, konnte bisher, abgesehen von den hiermit
verbundenen technischen und betrieblichen Schwierigkeiten, der Abscheidungsgrad
nur unwesentlich verbessert werden.
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Ein weiterer Nachteil hei Kohlenstaubfeuerungen ist der Umstand, daß
eine einwandfreie Vermischung des Kohlenstaubes mit der gesamten Verbrennungsluft,
denn zeitlichen Verbrennungsvorgang entsprechend, bisher nicht erreicht werden konnte.
Bekanntlich mischt sich nur ein geringer Teil der z. B. den Brennern zugeführten
Förder- oder Zusatzluftmenge mit dem Kohlenstaub, während der übrige größere Teil
der Luftmenge, besonders bei sehr großen Brennkammern, für sich neben dem Staubstrom
die Brennkammer durchströmt und nur verhältnismäßig geringen Anteil an der Verbrennung
nimmt. Auch dann, wenn hohe Luftpressungen angewendet werden, stellt sich die gewollte
Umspülung der Kohlenteilchen mit der nötigen Verbrennungsluft nicht oder nur kurz
vor der Expansion ein. Ein großer Teil der Verbrennungsluftmenge strömt in Strähnen
neben den teilweise unverbrannten Kohlensta.ubschichten in die Heizflächen, erzeugt
dort, insbesondere auf Gruhd der unverbrannten Sulfide, die gefürchteten. Nachverbrennungen.
Stichflammen in den Brennerdüsenpart,ien sind ebenfalls auf die ungünstige Vermischung
von Kohlenstaub und Verbrennungsluft zurückzuführen, während andererseits die nicht
selten vorkommenden Verpuffungen und Explosionen. der gleichen Ursache zuzuschreiben
sind.
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Ein weiterer Nachteil bei Kohlenstaubfeuerungen besteht auch noch
darin, da.ß bei dem Bestreben, die Flamme in Wand- oder Schlackenbadnähe zu verlegen,
unverbrannter Koks ausgeschleudert wird, der nicht nur den Feuerungswirkungsgrad
Herabsetzt, sondern auch den Abzug der flüssig gewordenen Schlacke und Asche behindert.
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Alle diese Nachteile und Schwierigkeiten von Kohlenstaubfeuerungen
werden nach der Erfindung beseitigt, nach der es ermöglicht wird, nicht nur die
fortlaufende Zufuhr der in der Zeiteinheit erforderlichen Verbrennungsluftinenge
an. den innerhalb der Brennkammer schwebenden Kohlenstaub . dem Verlaufe des Verbrennungsprozesses
anzupassen, sondern auch den Abscheidungsgrad der Schlacke und Asche in gut ausgebranntem
Zustande wesentlich zu verbessern.
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Dieser Erfolg wird erfindungsgemäß durch eine oben geschlossene und
am unteren offenen Ende trichterförinig verjüngte, zylindrische Brennkammer erreicht,
bei der tangential zur Innenwand der Brennkammer, und zwar unmittelbar unterhalb
der Decke, in den oberen Teil der Brennkammer ein oder mehrere Brenner den Kohlenstaub
einblasen, wobei die sich aus der nach unten spiralförmig kreisenden Staulr flamme
entwickelnden Feuergase entweder durch einen mittelachsig von der Decke aus in.
die Brennkammer liin.einragenden, zylindrischen Rohrkörper nach oben oder .durch
den unteren Trichter der Brennkammer hindurch nach außen zu den nachgeschalteten
Heizflächen hin abgeleitet werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes
der Erfindung schematisch dargestellt.
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Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt und Abb. 2 einen Ouerschnitt durch
einen zyklonartig ausgebildeten Rohrkörper a, g, der aus Siederohren gebildet wird
und unten in einem mit einer Auslauföffnung b versehenen Trichter c ausläuft. Die
Siederohre sind dicht an dicht verlegt, um außen mit einer dünnen Isolierschicht
d auszukommen. Im oberen Teil ist der Rohrkörper a für den Einbau eines Brenners
P ausgebildet. In der Rohrdecke f ist ein Rohreinsatz g eingebaut, der sich in den
Brennraum k. erstreckt, unten eine Öffnung i und oben eine Öffnung il zum Abzug
der Feuergase in die nicht gezeichnete Kesselheizfläche aufweist. Der Weg der Flamme
bzw. der Feuergase ist gestrichelt und mit Pfeilen. versehen. Der gesamte Rohrkörper
kann an den Flächen dz r
Innenwände mit einer üblichen Auftragsschutzschicht
versehen werden. Der tangential zugeführte Kohlenstaub kann in der üblichen Weise
mittels Trägerluft zugeführt werden. Zuesätzliche Verbrennungsluft kann ebenfalls,
wie bekannt, durch die Brermer oder in ihrer Umgebung oder an anderer geeigneter
Stelle eingeblasen werden. Es wird zweckmäßig sein, die Luftzufuhr am Beginn der
Flamme möglichst einzuschränken. Die im Brennraum 1a entwickelte Flamme nimmt an
der Innenwand des Rohrkörpers a in Schraubenlinien ihren Weg nach unten, um dann
umzukehren und durch den Rohreinsatz g nach oben zu strömen. Die Schlacke und die
Asche lagern sich im Verlaufe des Flammenweges an der Innenwand des Rohrkörpers
a ab und können je nach Auslegung der spezifischen Brennkammerbelastung, der Feuerraumtemperatur,
der Heizflächengröße und des CO.,-Gehaltes in granuliertem oder feuerflüssigem Zustand
abgeschieden und abgezogen werden. Durch entsprechende Verlängerung des Rohreinsatzes
g kann der Abscheidungsgrad gesteigert werden. Sowohl die Gestalung des Trichters
c als auch der Durchmesser des Rohreinsatzes g beeinflussen ebenfalls den Abscheidungsgrad
der Schlacke und Asche. Das Rohrsystem kann getrennt mit einem Kühlmittel gespeist
oder auch im Zusammenhang mit dem Dampferzeuger betrieben werden.
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Es kann gegebenenfalls auch als Überhitzer oder Ekonomiser verwendet
werden. Das Rohrsystem kann auch an Stelle von gewundenen Rohren auf- und absteigende
Rohrstränge aufweisen, und es steht auch nichts im Wege, Zwangdurchlauf, Zwangurnlauf
oder natürlichen Umlauf für das Verdampfersystem zu wählen. Anzahl und Abmessungen
der Brenner bzw. deren Leistungen richten sich ganz nach der gewünschten Dampfmenge.
Kohlenstaubfeue.rungen, insbesondere Schmelzkammerfeuerungen, sind in der bislang
bekannten Aushil.dung nur für große Kesseleinheiten, z. B. über 100 t/h Dampfleistung,
geeignet. Bei kleineren Einheiten mußte mangels einer geeigneten Ausbildung von
deren Einbau Abstand genommen werden.
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Feuerungen gemäß der Erfindung sind besonders geeignet für kleine
und kleinste Einheiten. Es steht aber auch nichts im Wege, die zyklonartig ausgebildeten
Rohrkörper entsprechend größer zu wählen. Eine für große Leistungen sehr vorteilhafte
Lösung ergibt sich durch die Wahl mehrerer Brennkammern, die einzeln befeuert werden
und aus denen die darin entwickelten Feuergase gemeinsam in die Kesselheizfläche
strömen. Derartig gebaute Brennkammern eignen sich besonders gut als Überdruckkammern,
in welchen die Verbrennung unter einem gewissen Überdruck vor sich geht. Der Rohreinsatz
g hat auch den Vorteil, daß eine plötzliche und intensive Abkühlung der Feuergase
am Austritt. aus dein Rohrzyklon erfolgt, so daß gegebenenfalls mitgerissene teigige
Aschenteilchen genügend abgekühlt werden. Immerhin dürfte sich der Abscheidungsgrad
so beträchtlich erhöhen, daß Elektrofilteranlagen fortfallen können, während andererseits
die Heizflächen möglichst. gereinigte Feuergase erhalten, die eine Feuergasgeschwindigkeitserhöhung
ermöglichen, die wiederum zu einer beträchtlichen Verkleinerung der Heizflächen
führen muß. Ist aber andererseits die Verschlackungsgefahr ausgeschaltet, so ergibt
sich nach der Erfindung auch die Möglichkeit, nunmehr mit sehr hoch erhitzter Verbrennungsluft
zu fahren, die sich insbesondere für den Schmelzvorgang der Schlacken und Aschen
auch bei Kohlen mit sehr hohem Schlackenschmelzpunkt eignet. In Abb. 3 ist im Querschnitt
ein zyklonartig ausgebildeter Rohrkörper gezeigt, bei welchem der Brenner cl derart
in den Rohrkörper eingebaut ist, daß der Kohlenstaubstrahl mit einem Zwischenraum
7 parallel zur Innenwand des Rohrkörpers a verläuft. Dabei besteht der Vorteil,
daß der Kohlenstaub nicht an die Rohrwand geschleudert wird, ehe er zur Zündung
gelangt.
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In Abb. 4 ist ein Ouerschnitt und in Abb. 5 ein Teillängsschnitt eines
zyklonartig ausgebildeten Rohrkörpers schematisch angedeutet. hei dem außer dem
Brenner e' erfindungsgemäß zusätzliche Luftdüsen l auf dem Außenmantel des Rohrkörpers
so angeordnet sind, daß sich tangential eingeblasene Luftstrahlen ergeben, derart,
daß der Staubstrom beim Eintritt in den Rohrkörper von diesen erfaßt und so in der
Schwebe getragen wird, daß zwischen dem Kohlenstaubstrahl und Rohrkörper ein Luftpolster
-in entsteht. Es besteht dabei der große Vorteil, daß kein urverbrannter
Kohlenstaub in der Brennkammer abgeschieden werden. kann. Andererseits entsteht
eine wesentliche Verbesserung der Turbulenz und Mischung und eine weitestgehende
Abscheidung der durch Agglomerierung, d. h. Verschmelzung, von teigig oder flüssig
ausfallenden Schlacken- und Aschenteilchen. Auch eine sofort nach der Expansion
des Kohlenstaubstrahles bei den bislang bekannten Ausbildungen erfolgte Ausscheidung
des Kohlenstaubes und Entmischung von Kohlenstaub und Förderluft kann nicht mehr
eintreten. Andererseits kann die Flamme innerhalb ihres Weges im Rohrzyklon an jede
beliebige Stelle gelenkt und verlagert werden. Der Flammenweg kann verlängert oder
verkürzt werden ohne Veränderungen der Brentierdüsen oder ihrer Pressung. Es steht
auch nichts im Wege, die Einblasung durch die Luftdüsen weniger tangential vorzunehmen.
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Abb. 6 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel, gemäß welchem in einem
Teillängsschnitt gezeigt ist. wie zweckmäßig Luftdüsen h auf dem Umfang des Rohrsystems
dem Flammenverlauf entsprechend angeordnet werden können. So z. B. ist es möglich,
eine genaue Einstellung der Flamme zu bewerkstelligen. Der Kohlenstaubstrahl erhält
nun wirklich dort die nötige Verbrennungsluft, wo sie für einen vollkommenen Verbrennungsverlauf
unbedingt benötigt wird. Die Luftzufuhr erfolgt zweckmäßig auf einem wesentlich
größeren Flammenweg als bisher, trotz verkleinerten Brennkammervolumens. Es ergibt
sich zudem über die gesamte Strahlungsheizfläche ein gleichmäßiger und guter Wärmeübergang.
Stichflammen, insbesondere in den Brennerpartien, können vermieden werden. Insbesondere
aber wird erreicht, daß die Ablagerung der Schlacke und Asche auf den Strahlungsflächen
eine gleichmäßige wird. Da auch weniger fein ausgemahlene Kohlenstaubkörner so in
der Schwebe gehalten werden können, daß sie im Verlaufe des Brennweges noch ausbrennen
und erst dann abgeschieden werden:, ist es nicht mehr erforderlich, die Mahlfeinheit
entsprechend zu steigern.
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Besonders vorteilhaft ist erfindungsgemäß die Maßnahme, daß Menge,
Temperatur und Pressung der Verbrennungsluft dem Verbrennungsverlauf angepaßt werden
können. So ist es z. B. möglich, beim Beginn des Verbrennungsverlaufes bzw. der
Zündung eine entsprechend geringe Luftmenge, dagegen im weiteren Verlauf eine gesteigerte
Luftmenge zuzuführen, vor allem aber im Gegensatz zu den bekannten Ausbildungen
dort, wo die Luft für die Verbrennung unbedingt in entsprechender Zutei.lmenge gebraucht
wird. Auch
der gewünschte Verlauf eines bestimmten CO.-Gehaltes
kann eingestellt werden. Andererseits kann zwecks Vortrocknung des Kohlenstaubes
auf einer beliebigen Strecke hocherhitzte Verbrennungsluft, dagegen auf einer anderen
Stelle zwecks Kühlung od. dgl. kältere Luft zugeführt werden. Schließlich ist es
auch möglich, die Luftpressung so einzustellen, daß eine angestrebte Verminderung
der Flammenbildung an bestimmter Stelle des Brennweges entsteht.
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Weiter bringt der Erfindungsgegenstand den Vorteil mit sich, daß Menge
und Pressung der Zusatzluft derart eingestellt werden sollen, daß z. B. in der Brennkammeraustrittszone
eine Auflösung des Luftpolsters derart erfolgt, daß an dieser Stelle die ausgebrannten
Schläcken- und Aschenteile aus der Schwebe in die Zone der Fliehkraftwirkung gelangen
und abgeschieden werden. Auch kann die Flieh- und Schwerkraftwirkung beliebig verstärkt
oder abgeschwächt werden. Es kann demnach die Aussch,leuderung an beliebig gewollter
Stalle erfolgen. Dieser Umstand ist auch zweckmäßig für die Inbetriebnahme und Schwachbelastung
der Anlage, da man dabei die Flamme z. B. an eine viel Wärme benötigende Stelle,
wie z. B. die Auslaßöffnung od. dgl., heranführen kann, ohne daß man hei der Anordnung
der Brenner hierauf Rücksicht zu nehmen braucht.
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In Abb. 7 ist ein Querschnitt und in Abb. 8 ein Teillängsschnitt eines
ZykIon-Rohrkörpers dargestellt, bei dem mehrere Brenner es in einer waagerechten
Ebene angeordnet sind.. Diese Lösung eignet sich besonders für größere Leistungen,
wobei die Turbulenz der Flamme noch verbessert wird.
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In Abb.9 ist ein Anwendungsbeispiel gezeigt, bei dein mehrere Brenner
e4' in einer lotrechten Ebene iil)ereinander angeordnet sind. Dabei besteht der
Vorteil, daß mehrere Flain.inenkreise entstehen.
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Abb. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Brennkammer in einem Teillängssellnitt,
bei dem der zyklonartige Rohrkörper so ausgebildet ist, daß der Brenner, z. B. für
zündschwierige Kohle, als Schamottezündmuffel ia dient, so daß beim Eintritt des
Kohleilstaul>es In den Zylclon.roh.rkörpe:r eine Zündung und teilweise Verbrennung
bereit, eingesetzt hat.
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In Abb. 11 ist ein Anwendungsbeispiel dargestellt, bei dem in einem
Längsschnitt eine Kohlenstaubfeuerung gemäß der Erfindung gezeigt ist. Der Zyklonrohrkörper
o mit Brennraum p und geschlossener Decke f1 weist einen trichterartigen Auslauf
r mit einer Auslauföffnung s auf. Der Brenner e5 ist oben angeordnet, Neährend die
gesamten, im Brennraum p entwickelten Feuergase unten. durch die Auslaßöffnung s
ausströmen und anschließend in. einem aufsteigenden Zug t nach oben und anschließend
in. üblicher Weise in die nicht gezeichneten Kesselheizflächen strömen. Der Hauptunterschied
zur Ausbildung gemäß Abb. 1 besteht in der gemeinsamen Abfuhr von Feuergasen, Schlacke
und Asche durch eine untere Auslauföffnung s. Hierbei dürfte durch die Umkehr hinter
dein Engpaß die beste Abscneidung der Schlacke und Asche erfolgen. Es ist auch eine
Lösung möglich, bei der die unten ausströmenden Feuergase unter Fortfall des aufsteigenden
Zuges t seitlich abgeführt und in die Kesselheizflächen geleitet werden können.
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Zweckmäßig ist auch die in Abl). 12 in Draufsicht und Abb. 13 im Längsschnitt
gezeigte Anordnung der Kohlenstaubfeuerung, bei der einem mit Brennern es versehenen
Zyklonrohrkörper u ein nicht mit Brennern versehener Rohrkörperv ähnlicher oder
gleicher Ausführung derart nachgeschaltet wird, da.ß die Feuergase aus dem Rohrkörper
-u durch einen Übergang w in den Rohrkörper v geleitet werden und aus demselben
in die Kesselheizflächen strömen.. Hierbei besteht der Vorteil, daß eine verstärkte
Abscheidung der Schlacke und Asche erzielt werden kann. Man kann dabei, z. B. im
Rohrkörper u, durch möglichst geringe Luftzufuhr eine sichere Schmelzung und den
ungehinderten Abzug der feuerflüssigen Schlacke erzielen, während im Rohrkörper
v durch vermehrte Kaltluftzufuhr eine Granulierung der Schlacke vorgenommen werden
kann, bevor die Feuergase in die Heizflächen strömen.
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Abb.14 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem einer üblichen.
Brennkammer x mit Schlackenaustragung y und oben angeordneten Brennern e7 ein Zyklonrohrkörper
o1 nachgeschaltet und zwischen beiden ein '%!eri)indungskanal w1 ailgeardnet ist.
Aus dein Rohrkörper o1 strömen die Feuergase in gereinigtem Zustand in die Heizfläche
z. Dabei besteht der Vorteil, daß die Neuerung auch bei vorhandenen Anlagen vorteilhaft
verwendet werden kann, ohne große Umänderungen ausführen zu müssen.
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Es ist auch eine Lösung möglich, bei der die Brenner am Zyklonrohrkörper
unten angeordnet sind, während die Feuergase oben ausströmen. Schließlich ergibt
sich auch eine zweckmäßige Lösung, den Flugkoks aus Elektrofiltern in den Rohrkörper
zurückzuführen und mit der übrigen Schlacke und Asche dort einzuschmelzen und feuerflüssig
abzuziehen.
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Die Neuerung ist auch für andere Brennstoffe, wie Öl, Gas usw., vorteilhaft
anzuwenden.
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Der Erfindungsgedanke ist zweckmäßig sinngemäß auch zu verwirklichen
bei Kesselanlagen mit Rosten, Schwebevergasern und anderen Feu-erungsarben, ferner
bei sogernannten N7elox-Verdainpfern m.it Überdruckkatrirnern und schkeß.lich bei
Industrieäf-en aller Art.