DE1026911B

DE1026911B - Vortex melting furnace for radiant tube heat exchangers

Info

Publication number: DE1026911B
Application number: DEK23624A
Authority: DE
Inventors: Georg Braun; Dipl-Ing Lothar Goltz
Original assignee: Kohlenscheidungs GmbH
Current assignee: Kohlenscheidungs GmbH
Priority date: 1954-10-05
Filing date: 1954-10-05
Publication date: 1958-03-27

Description

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.Vortex Melt Firing for Radiant Tubular Heat Exchangers The Invention refers to a fluidized bed furnace for radiant tubular heat exchangers, in particular radiant steam generator, with combustion chambers arranged horizontally, fume cupboard of the fire gases into the one next to and above the furnace, with a rectangular cross-section ending radiation chamber and drainage of the molten fuel residues through Openings in the bottom of the combustion chambers or the radiation chamber.

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.In the case of fired tubular heat exchangers such as steam boilers or air boilers for thermal power plants, it is desirable to remove the fuel residues, z. B. the ashes of coal dust, if possible to collect in the combustion chamber and to melt so that they drain out of the combustion chamber by themselves and in one Water bath or the like can be granulated. So-called melting furnaces were used for this developed, whose combustion or melting chambers, however, had shapes that the boiler construction, in particular the arrangement, management and manufacture of the boiler tubes, very expensive, badly exploited the pipes as heating surfaces and, on the other hand, the durability of the Boiler tubes due to poor cooling and excessive stress on the tube building materials reduce.

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.While maintaining at least the same or improving the melting ratios becomes a better one with the help of known vortex burners or tangential firing Construction of the boiler according to the invention achieved in that the combustion chambers, the have round or strongly rounded cross-section, extending along an arc of a circle or a curve that closely approximates this around the curve in the lower part with a round one Cross-section formed radiation chamber extend. This allows the boiler tubes at the same time used for the lining of the radiation chamber and the combustion chambers as well as the combustion chambers in the simplest possible way on the tube walls of the radiation chamber to be hung. Furthermore, the boiler tubes can be used in a very large number of the same or are similarly shaped, making their manufacture and assembly of the boiler essential are simplified. The manufacture and assembly of the outer ones are then likewise Insulation and the airtight casing of the radiation chamber and the combustion chambers easier.

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.The drawing shows several exemplary embodiments schematically. Fig. 1 shows a vertical partial section through the combustion chamber of a radiant steam boiler, Fig.2 a horizontal section along the line a-a in Fig. 1, Fig.3 a horizontal section Section along the line c-d in Fig. 1, Fig. 4, 6, 8, 10 and 13 vertical sections corresponding to Fig. 1 in other embodiments, Fig. 5 is a horizontal section after the line e-f in fig. 4, fig. 7 a horizontal section after the line g-h in Fig. 6, Fig. 9 a horizontal section along the line i-k in Fig. 8, Fig. 11 a horizontal cut along the line 1-m in Fig. 10, Fig. 12 a horizontal Section along the line n-o in Fig. 10.

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.The furnaces shown have combustion chambers 1 in which the Coal dust is ignited and burned and in which the fuel residue is largely excreted from the flames and melted. The fire gases flow in each case centrally upwards into the radiation chamber 2, which is then connected in a known manner connect the other trains of the boiler. Both the combustion chambers 1 and the Radiation chambers 2 are lined with boiler tubes 3 on their walls. With natural circulation boilers the pipes 3 receive their water from the collectors 4 and give the steam-water mixture to a boiler drum, not shown, from which the steam to the superheater, the Circulating water is returned to the collectors 4 through downpipes 5.

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.When firing according to Fig. 1, the combustion chamber 1 has a horizontal position Cut a circular one Cross-section. In a vertical cut the outer wall of the combustion chamber is semicircular. The accordingly a flat cone-shaped bottom 6 of the radiation chamber closes approximately tangentially to the curvature of the outer wall. The bottom 6 has an opening in its depression 8 free for the drainage of the slag.

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.Vortex burners blow into the annular chamber formed by the bulge 7 9 on the lying axis. The burners are at 10 with the combustion air and at 11 supplied with coal dust, which the mill 12 gives them through the lines 13 or 14 feeds. The burners blow coal dust and combustion air with a violent swirl into the combustion chamber so that the mixture in front of the wall of the combustion chamber upwards circles. This results in rapid combustion with a short flame length an extensive separation of the fuel residues on the wall of the combustion chamber and on the furnace floor. Since the combustion takes place quickly, so large amounts of heat can be made free in a small space and only one of this space through the boiler tubes low cooling surface, very high combustion temperatures are achieved, which promote rapid melting and elimination of the combustion residues. Any slag parts that have not been separated out in the combustion chamber flow with the combustion gases into the radiation chamber 2. The fire gases and those floating in them reach this Slag parts have a temperature below the melting temperature of the fuel ash lies, so in which the fuel residues are in solid form. In the radiation chamber 2 is the zone of the transition of the fuel residues from the liquid in the solid form. This transition zone has the risk that in the edge layers Liquid or pasty fuel residues floating in the flow of fire gas adhere to each other attach to the boiler tubes and reduce the cooling capacity of these boiler tubes. The transition zone then moves further up into the radiation chamber, until the same slagging occurs there. Over time, so could the radiation chamber To a large extent lose their cooling capacity and further operation of the boiler is impossible do. In the boiler shown in Fig. 1, no precipitates are deposited in the combustion chamber Slag particles collected in the core of the flame stream, so that the outer layers of the Flame stronies are largely free of slag particles. The cooling surfaces of the Radiation chambers 2 are therefore protected against slagging. The combustion chamber of the The boiler shown can be used either with only one or with both burners at the same time burn. In the exemplary embodiment shown, there are double vortex burners in each case arranged, in each of which a vortex burner connected to the line 13 15 is concentric in the vortex burner 9, which is its coal dust from the line 14 receives. With this arrangement, the furnace can easily be equipped with quarter, half, three-quarter or full load can be operated without affecting the intensity of the eddy in the outflowing Air-coal dust mixture changes somewhat.

Die gesamte Brennkammer 1 hängt an den Kesselrohren 3 teils unmittelbar, teils mittels der an den Bogen der Brennkammer angelenkten Anker 16.The entire combustion chamber 1 depends partly directly on the boiler tubes 3, partly by means of the anchors 16 hinged to the arch of the combustion chamber.

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.According to Figs. 4 and 5, the radiation chamber 2 is through an insert 17 extended towards the furnace floor. The insert is formed from boiler tubes 3 ', which are bent out of the floor 6 or passed through the floor. the Pipes 3 'leave lanes 18 free above the ground between them and are above the Lanes divided by fork tubes, with the help of which a tight insert is achieved will. Partial flows from the edge layers of the flame vortices will be detached here and escape through the lanes 18 into the radiation chamber 2, the tubes between the alleys still serve as collecting pipes for fuel residues. Even the one in the combustion chamber Excreted or melted fuel residues flow through the alleys 18 and the opening 8.

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.In the embodiment according to FIGS. 6 and 7, the insert 17 is closed brought down to the ground. However, he leaves the opening 19 free, so that the fire gases can escape through this opening into the radiation chamber 2. Through boiler tube walls 20 here the combustion chamber is divided into two sub-chambers that are mutually exclusive can not influence. Such partition walls can also be used in the exemplary embodiments according to Figs. 1 and 4 can be used.

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.In the embodiment according to Figs. 8 and 9 there are two combustion chambers of circular cross-section semicircular bent and in the flame guide arranged opposite to each other. You get the fuel and the combustion air fed tangentially by the burner 21 and are separated by a transverse wall separated. Both combustion chambers are on the side opposite the fuel supply through one or more openings 19 in the insert 17 to the radiation chamber 2 connected. Both combustion chambers are placed in an inclined plane, so that too the fuel residues precipitated and melted in them through the opening 19 can flow into the drain opening 8. In addition to collector 4, there is also an auxiliary collector 4 ', from which the boiler tubes 3' branch off and from the line 5 'the Circulating water receives. At 22 the walls of the combustion chambers are bent inwards, in order to introduce the fire gases into the opening 19 with as little resistance as possible. At this It is also advisable to provide observation openings in the combustion chamber wall. Instead of one burner, several burners can be provided for each combustion chamber will.

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.In the embodiment according to FIGS. 10 to 12 there are four combustion chambers arranged, each comprising about a quarter circle and from which the fire gases flow through two opposite openings 19.

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.In all embodiments - as only shown in Fig. 1 - the boiler tubes of the combustion chambers' on the inside with a layer 23 of refractory Mass disguised to increase the temperatures in the combustion chambers. aside from that are the combustion chambers and the radiation chamber with the usual insulation 24 and a sheet metal jacket 25 is provided. Instead of coal dust, the combustion chambers can also be fired with other fuels, in which the melting of the residues and the removal of the residues in molten form is desirable or else at different fuels are burned in the different combustion chambers should. Finally, the water can be pumped through the boiler tubes be, or the boiler tubes can be from another medium, e.g. B. of steam or Compressed air, are flowed through without thereby affecting the subject matter of the invention will be changed. The latter also applies if the one embodiment is shown or hit Measures in another of the exemplary embodiments be applied.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Vortex melting furnace for radiant tubular heat exchangers, in particular radiant steam generator, with combustion chambers arranged horizontally, fume cupboard of the fire gases into the one next to and above the furnace, with a rectangular cross-section ending radiation chamber and drainage of the molten fuel residues through Openings in the bottom of the combustion chambers or the radiation chamber, characterized in that that the combustion chambers, which have round or strongly rounded cross-section, themselves along an arc of a circle or a curve that closely approximates it around the extend in the lower part formed with a round cross-section radiation chamber.

2. vortex melting furnace according to claim 1, characterized in that the combustion chambers the fuel and the combustion air from one or more vortex burners longitudinally received and are open all around to the radiation chamber.

3. Vortex Melt Firing according to claim 2, characterized in that the vortex burner or burners is the fuel-air mixture give a twist, which along the outer wall of the combustion chambers is directed upwards.

4. Eddy melt furnace according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation chamber in a known manner by Boiler tube walls is extended to a tube insert that extends below the horizontal The central plane of the combustion chambers extends and part of the surrounding walls of the combustion chambers forms.

5. vortex melting furnace according to claim 4, characterized in that the Pipe insert in a known manner between itself and the furnace bottom a gap leaves free, which is bridged by only part of its cooling tubes.

6. Vortex Melt Firing according to claim 4, characterized in that the pipe insert extends to the furnace base is enough and only at the end of the combustion chambers an outlet opening for the fire gases and leaves the combustion residue free.

7. vortex melting furnace according to claim 1, characterized in that the inlet ends of the combustion chambers on one side the radiation chamber are arranged side by side and on the opposite one Side of the radiation chamber the fire gases and the combustion residues the combustion chambers leaving. B. eddy melt furnace according to claim 1, characterized in that the entry ends of the brake chambers on opposite sides of the radiation chamber are arranged so that the fire gases and the combustion residues on each other opposite sides of the radiation chamber flow into this. Considered References: Swedish Patent No. 142473; British Patent No. 702 488.