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Wirbelschmelzfeuerung für Strahlungs-Röhrenwärmeaustauscher Die Erfindung
bezieht sich auf eine Wirbelschmelzfeuerung für Strahlungs-Röhrenwärmeaustauscher,
insbesondere Strahlungsdampferzeuger, mit liegend angeordneten Brennkammern, Abzug
der Feuergase in die neben und über der Feuerung angeordnete, mit rechteckigem Querschnitt
endende Strahlungskammer und Ablauf der schmelzflüssigen Brennstoffrückstände durch
Öffnungen im Boden der Brennkammern oder der Strahlungskammer.
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Bei befeuerten Strahlungs-Röhrenwärmeaustauschern, wie Dampfkesseln
oder Luftkesseln zu Wärmekraftanlagen, ist es erwünscht, die Brennstoffrückstände,
z. B. die Asche von Kohlenstaub, möglichst schon in der Brennkammer aufzufangen
und zu schmelzen, damit sie von selbst aus der Brennkammer ablaufen und in einem
Wasserbad od. dgl. granuliert werden können. Hierfür wurden sogenannte Schmelzfeuerungen
entwickelt, deren Brenn- bzw. Schmelzkammern jedoch Formen aufwiesen, die die Kesselkonstruktion,
insbesondere die Anordnung, Führung und Herstellung der Kesselrohre, sehr verteuerten,
die Rohre als Heizflächen schlecht ausnutzten und andererseits die Haltbarkeit der
Kesselrohre durch schlechte Kühlung und durch Überbeanspruchung der Rohrbaustoffe
herabsetzten.
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Unter Beibehaltung zumindest gleich guter oder Verbesserung der Schmelzverhältnisse
wird mit Hilfe an sich bekannter Wirbelbrenner oder Tangentialfeuerung eine bessere
Bauart der Kessel gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Brennkammern, die
runden oder stark abgerundeten Querschnitt besitzen, sich entlang eines Kreisbogens
oder einer diesem stark angenäherten Kurve rings um die im unteren Teil mit rundem
Querschnitt ausgebildete Strahlungskammer erstrecken. Hierdurch können die Kesselrohre
zugleich für die Auskleidung der Strahlungskammer und der Brennkammern ausgenutzt
sowie die Brennkammern auf einfachste Weise an den Rohrwänden der Strahlungskammer
aufgehängt werden. Ferner können die Kesselrohre in sehr großer Anzahl gleich bzw.
ähnlich geformt werden, wodurch ihre Herstellung und die Montage des Kessels wesentlich
vereinfacht sind. Ebenso sind dann die Herstellung und die 1Iontage der äußeren
Isolierung und der luftdizhten Umkleidung der Strahlungskammer und der Brennkammern
einfacher.
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Die Zeichnung stellt mehrere Ausführungsbeispiele schematisch dar.
Es zeigt Abb. 1 einen lotrechten Teilschnitt durch die Brennkammer eines Strahlungsdampfkessels,
Abb.2 einen waagerechten Schnitt nach der Linie a-a in Abb. 1, Abb.3 einen waagerechten
Schnitt nach der Linie c-d in Abb. 1, Abb. 4, 6, 8, 10 und 13 lotrechte Schnitte
entsprechend Abb. 1 bei anderen Ausführungsformen, Abb. 5 einen waagerechten Schnitt
nach der Linie e-f in Abb. 4, Abb.7 einen waagerechten Schnitt nach der Linie g-h
in Abb. 6, Abb. 9 einen waagerechten Schnitt nach der Linie i-k in Abb. 8, Abb.11
einen waagerechten Schnitt nach der Linie 1-m in Abb. 10, Abb.12 einen waagerechten
Schnitt nach der Linie n-o in Abb. 10.
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Die dargestellten Feuerungen besitzen Brennkammern 1, in denen der
Kohlenstaub entzündet und verbrannt wird und in denen die Brennstoffrückstände weitgehend
aus den Flammen ausgeschieden und geschmolzen werden. Die Feuergase strömen jeweils
zentral nach oben in die Strahlungskammer 2 ab, an die sich dann in bekannter Weise
die weiteren Züge des Kessels anschließen. Sowohl die Brennkammern 1 als auch die
Strahlungskammer 2 sind an ihren Wänden mit Kesselrohren 3 ausgekleidet. Bei Naturumlaufkesseln
erhalten die Rohre 3 ihr Wasser aus den Sammlern 4 und geben das Dampf-Wasser-Gemisch
an eine nicht dargestellte Kesseltrommel ab, von der der Dampf zum überhitzer, das
Umlaufwasser durch Fallrohre 5 zu den Sammlern 4 zurückgeführt wird.
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Bei der Feuerung gemäß Abb. 1 besitzt die Brennkammer 1 im waagerechten
Schnitt einen kreisförmigen
Querschnitt. Im senkrechten Schnitt
ist die Außenwand der Brennkammer halbkreisförmig ausgebildet. Der entsprechend
einem flachen Kegel geformte Boden 6 der Strahlungskammer schließt sich etwa tangential
an die Krümmung der Außenwand an. In seiner Senke läßt der Boden 6 eine Öffnung
8 für den Abfluß der Schlacke frei.
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In die von der Ausbuchtung 7 gebildete Ringkammer blasen Wirbelbrenner
9 reit liegender Achse ein. Die Brenner werden bei 10 mit der Verbrennungsluft und
bei 11 mit Kohlenstaub versorgt, den ihnen die Mühle 12 durch die Leitungen 13 bzw.
14 zuführt. Die Brenner blasen Kohlenstaub -und Verbrennungsluft mit heftigem Drall
in die Brennkammer so ein, daß das Gemisch vor der Wandung der Brennkammer aufwärts
kreist. Hierdurch erfolgt neben einer schnellen Verbrennung bei kurzer Flammenlänge
ein weitgehendes Ausscheiden der Brennstoffrückstände an der Wandung der Brennkammer
und auf dem Feuerungsboden. Da die Verbrennung schnell abläuft, also große Wärmemengen
in kleinem Raum frei gemacht werden und diesem Raum durch die Kesselrohre nur eine
geringe Kühlfläche gegenübersteht, werden sehr hohe Verbrennungstemperaturen erreicht,
die ein schnelles Einschmelzen und Ausscheiden der Verbrennungsrückstände begünstigen.
Etwa in der Brennkammer nicht ausgeschiedene Schlackenteile strömen mit den Feuergasen
in die Strahlungskammer 2. In dieser erreichen die Feuergase und die in ihnen schwebenden
Schlackenteile eine Temperatur, die unter der Schmelztemperatur der Brennstoffasche
liegt, bei der also die Brennstoffrückstände feste Form aufweisen. In der Strahlungskammer
2 liegt damit die Zone des Überganges der Brennstoffrückstände von der flüssigen
in die feste Form. Diese Übergangszone weist die Gefahr auf, daß in den Randschichten
der Feuergasströme schwebende flüssige oder teigige Brennstoffrückstände sich an
den Kesselrohren ansetzen und die Kühlfähigkeit dieser Kesselrohre herabsetzen.
Die Übergangszone verlagert sich dann weiter nach oben in die Strahlungskammer,
bis dort die gleiche Verschlackung eintritt. Im Laufe der Zeit könnte so die Strahlungskammer
ihre Kühlfähigkeit weitgehend verlieren und den weiteren Betrieb des Kessels unmöglich
machen. Bei dem in Abb. 1 dargestellten Kessel werden in der Brennkammer nicht ausgeschiedene
Schlackenteile im Kern des Flammenstromes gesammelt, so daß die Randschichten des
Flammenstronies weitgehend frei von Schlackenteilchen sind. Die Kühlflächen der
Strahlungskammer 2 sind daher gegen Verschlackung geschützt. Die Brennkammer des
dargestellten Kessels kann wahlweise mit nur einem oder mit beiden Brennern zugleich
befeuert werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils Doppelwirbelbrenner
angeordnet, bei welchen jeweils ein an die Leitung 13 angeschlossener Wirbelbrenner
15 konzentrisch in dem Wirbelbrenner 9 liegt, der seinen Kohlenstaub aus der Leitung
14 erhält. Bei dieser Anordnung kann die Feuerung leicht mit Viertel-, Halb-, Dreiviertel-
oder Vollast betrieben werden, ohne daß sich an der Intensität des Wirbels im ausströmenden
Luft-Kohlenstaub-Gemisch etwas ändert.
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Die gesamte Brennkammer 1 hängt an den Kesselrohren 3 teils unmittelbar,
teils mittels der an den Bogen der Brennkammer angelenkten Anker 16.
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Nach den Abb. 4 und 5 ist die Strahlungskammer 2 durch einen Einsatz
17 zum Feuerungsboden hin verlängert. Der Einsatz ist aus Kesselrohren 3' gebildet,
die aus dem Boden 6 herausgebogen oder durch den Boden hindurchgeführt sind. Die
Rohre 3' lassen über dem Boden zwischen sich Gassen 18 frei und sind oberhalb der
Gassen durch Gabelrohre aufgeteilt, mit deren Hilfe ein dichter Einsatz erreicht
wird. Hierbei werden sich Teilströme aus den Randschichten der Flammenwirbel ablösen
und durch die Gassen 18 in die Strahlungskammer 2 entweichen, wobei die Rohre zwischen
den Gassen noch als Fangrohre für Brennstoffrückstände dienen. Auch die in der Brennkammer
ausgeschiedenen bzw. geschmolzenen Brennstoffrückstände fließen durch die Gassen
18 und die Öffnung 8 ab.
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Bei der Ausführungsform nach den Abb. 6 und 7 ist der Einsatz 17 geschlossen
bis zum Boden heruntergeführt. Er läßt jedoch die Öffnung 19 frei, so daß die Feuergase
durch diese Öffnung in die Strahlungskammer 2 entweichen können. Durch Kesselrohrwände
20 ist hierbei die Brennkammer in zwei Teilkammern aufgeteilt, die sich gegenseitig
nicht beeinflussen können. Derartige Zwischenwände können auch bei den Ausführungsbeispielen
nach den Abb. 1 und 4 angewendet werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Abb. 8 und 9 sind zwei Brennkammern
von kreisförmigem Querschnitt halbkreisförmig gebogen und in der Flammenführung
gegenläufig zueinander angeordnet. Sie erhalten den Brennstoff und die Verbrennungsluft
durch die Brenner 21 tangential zugeführt und sind durch eine Querwand voneinander
getrennt. Auf der der Brennstoffzuführung gegenüberliegenden Seite sind beide Brennkammern
durch eine oder mehrere Öffnungen 19 in dem Einsatz 17 an die Strahlungskammer 2
angeschlossen. Beide Brennkammern sind in eine geneigte Ebene gelegt, so daß auch
die in ihnen ausgeschiedenen und geschmolzenen Brennstoffrückstände durch die Öffnung
19 in die Abflußöffnung 8 abfließen können. Neben dem Sammler 4 ist noch ein Hilfssammler
4' angeordnet, von dem die Kesselrohre 3' abzweigen und der aus der Leitung 5' das
Umlaufwasser erhält. Bei 22 sind die Wandungen der Brennkammern einwärts gebogen,
um die Feuergase möglichst widerstandsfrei in die Öffnung 19 einzuleiten. An dieser
Stelle sind zweckmäßig auch Beobachtungsöffnungen in, der Brennkammerwandung vorzusehen.
An Stelle eines Brenners können für jede Brennkammer auch mehrere Brenner vorgeselhien
werden.
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Bei der Ausführungsform nach den Abb. 10 bis 12 sind vier Brennkammern
angeordnet, die je etwa einen Viertelkreis umfassen und aus welchen die Feuergase
durch zwei einander gegenüberliegende Öffnungen 19 abströmen.
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Bei allen Ausführungsformen sind - wie nur in Abb. 1 dargestellt -
die Kesselrohre der Brennkammern' an der Innenseite mit einer Schicht 23 aus feuerfester
Masse verkleidet, um die Temperaturen in den Brennkammern zu steigern. Außerdem
sind die Brennkammern und die Strahlungskammer mit der üblichen Isolierung 24 und
einem Blechmantel 25 versehen. An Stelle von Kohlenstaub können die Brennkammern
auch mit anderen Brennstoffen befeuert werden, bei denen das Schmelzen der Rückstände
und das Abführen der Rückstände in geschmolzener Form erwünscht ist oder aber bei
denen in den verschiedenen Brennkammern verschiedene Brennstoffe verfeuert werden
sollen. Schließlich kann durch die Kesselrohre das Wasser mittels Pumpendrucks gefördert
werden, oder die Kesselrohre können von einem anderen Medium, z. B. von Dampf oder
Druckluft, durchströmt werden, ohne daß dadurch am Gegenstand der Erfindung etwas
geändert wird. Letzteres gilt auch, falls an dem einen Ausführungsbeispiel dargestellte
oder getroffene
Maßnahmen bei einem anderen der Ausführungsbeispiele
angewendet werden.