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Mit flüssigem Schlackenabfluß arbeitender Strahlungsdampferzeuger
Die Erfindung bezieht sich auf einen mit flüssigem Schlackenabzug arbeitenden Strahlungsdampferzeuger,
bei welchem über einer mit Dampferzeugerrohren ausgekleideten Brennkammer ein Überhitzer
angeordnet ist undstaubförmigerBrennstoff sowie die Verbrennungsluft durch in mehreren
Ebenen übereinander angeordnete Düsengruppen von den Ecken der Brennkammer tangential
zu einem um die Brennkammerachse gedachten Zylinder eingeblasen werden.
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Bekanntlich wird bei Strahlungsdampferzeugern, deren mit Verdampferrohren
ausgekleideter Brennkammer ein Berührungsüberhitzer nachgeschaltet ist, durch Veränderung
der Feuerleistung zwecks Veränderung der Kesselleistung zwangläufig eine Veränderung
der Überhitzungstemperatur des Dampfes bewirkt, da die Wärmeaufnahme der Strahlungsrohre
der Brennkammer nicht proportional mit der Verringerung der Kesselleistung, sondern
weniger stark zurückgeht. Hierdurch ergibt es sich, daß bei fallender Belastung
auch die Überhitzungstemperatur zurückgeht, eine Wirkung, die hinsichtlich des Betriebes
der Turbine unerwünscht ist.
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Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist bereits vorgeschlagen worden,
die Brennstoff- und Luftzuführungsdüsen auf- und abwärts schwenkbar in den Seitenwänden
oder den Eckkanten der Brennkammer anzuordnen, um so eine Verlagerung der Hauptwärmeentwicklung
in der Brennkammer und damit eine Veränderung in der Beheizung des Überhitzers herbeiführen
zu können.
Ferner wurde zum selben Zweck schon vorgeschlagen, zur
Beheizung der Brennkammer eines mit Berührungsüberhitzerheizflächen ausgerüsteten
Strahlungskessels zwei Brennersätze vorzusehen, von denen der eine, wie üblich,
nahe dem unteren Ende, der andere dagegen nahe dem oberen Ende der Brennkammer angeordnet
ist. Durch lastabhängige Verteilung des Brennstoffes auf die einzelnen Brennersätze
läßt sich auch hier eine Verlagerung der Wärmeentwicklung innerhalb der Brennkammer
und damit eine Beeinflussung der Überhitzungstemperatur erzielen.
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Die bekannten Einrichtungen können indessen nur dann befriedigen,.
wenn die Kessel mit Feuerungen ausgerüstet sind, aus denen die Brennstoffasche in
staubförmigem Zustand abgeführt werden soll. Handelt es sich dagegen um Feuerungen
mit flüssigem Schlackenabzug, so ist die Anwendung der bekannten Maßnahmen nicht
mehr möglich, da das Aufwärtsschwenken der Brennstoff- und Luftzuführungsdüsen zur
Erhöhung der überhitzungstemperatur im Teillastbetrieb in seiner Wirkung der Forderung
entgegensteht, zwecks Aufrechterhaltung des Einschmelzens der Asche die Schmelzzone
und insbesondere den Schmelzboden intensiv zu beheizen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil der
bekannten Einrichtungen zu beseitigen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt, indem
die Düsengruppen in der Nähe des Schmelzkammerbodens angeordnet werden und dabei
die unterste Düsengruppe aus der waagerechten Normalstellung heraus nach unten,
die darüber befindlichen Düsengruppen dagegen aus der waagerechten Normalstellung
heraus nach oben schwenkbar sind.
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Durch diese Ausbildung ermöglicht es die vorgeschlagene Einrichtung,
beispielsweise bei fallender Belastung, bei der zwangläufig die überhitzungstemperatur
zurückgehen müßte; die dem Überhitzer zugewandten Brennstoff- und Luftzuführungsdüsen
aufwärts zu schwenken und dadurch eine Erhöhung der Rauchgastemperatur vor dem Überhitzer
zu bewirken. Nahezu unbeeinflußt vom Aufwärtsschwenken der oberen Brenner bleibt
die Beheizung des Schmelzbodens, die gegebenenfalls noch gesteigert bzw.wiederhergestellt
werden kann, indem die dem Schmelzboden zugewandten Düsen abwärts geschwenkt werden.
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Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, eine ausreichende Beheizung
des Schmelzkammerbodens dadurch sicherzustellen, daß unterhalb der eigentlichen
Brennkammer eine Hilfsbrennkammer angeordnet ist, die mit nahezu gleichbleibender
Feuerleistung betrieben wird, wohingegen die Feuerleistung der Hauptbrennkammer
entsprechend den Erfordernissen der Kesselbelastung geregelt wird. Abgesehen davon,
-daß der Kostenaufwand zum Bau derartiger Feuerungen sehr groß ist, ist es nicht
möglich, eine Regelung der Überhitzungstemperatur vorzunehmen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung werden die dem Boden der Brenn-
bzw. Schmelzkammer benachbarten Brennstoff- und Luftzuführungsdüsen zusätzlich waagerecht
schwenkbar eingerichtet. Hierdurch lassen sich ohne Schwierigkeit Schlakkenansammlungen
auf dem Schmelzkammerboden abschmelzen, indem die Brennstoff- und Luftzuführungsdüsen
der unteren Düsengruppe in Richtung auf diese Ansammlungen verschwenkt werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt, wobei die Ausbildung der Brennstoff- bzw. Luftdüsen sowie deren Betätigungseinrichtungen
nicht Gegenstand der Erfindung sind. Es zeigt Abb. i einen senkrechten Schnitt durch
einen Strahlungsdampferzeuger,mit Kohlenstaubfeuerung und Abführung der Brennstoffrückstände
in flüssigem Zustand, Abb. 2 einen senkrechten Schnitt-in vergrößertem Maßstab -
durch die Kohlenstaub- und Luftzuführungsdüsen einer Brennerecke, Abb.3 einen waagerechten
Schnitt nach der Linie 4-4 in Abb. i und Abb.4 einen senkrechten Schnitt -invergrößertem
Maßstabe - durch eine Kohlenstaub- und Luftzuführungsdüse anderer Ausführungsform.
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Der Dämpferzeuger nach Abb. i hat eine untere Wassertrommel io und
eine obere Dampf- und Wassertrommel i i, welche durch Verdampferrohre 12 miteinander
verbunden sind. Ein Rohrsystem 13 zur Überhitzung des im Kessel entwickelten Dampfes
ist im ersten Zuge der Feuergase angeordnet, welcher durch die Leitwände 14 und
15 gebildet wird, die die Feuergase zwingen, nacheinander vom Brennkammerauslaß
den Dampfüberhitzer 13 und ein Wasserrohrbündel 17 zu bestreichen, bevor sie zum
Kesselauslaß gelangen.
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Die Brenn- bzw. Schmelzkammer 16 ist an ihren Wänden mit Rohren 2o
ausgekleidet, die an den Wasserkreislauf des Dampfkessels angeschlossen sind. Der
Boden der Brennkammer bzw. Schmelzkammer ist derart ausgebildet, daß er die sich
auf ihm ansammelnden Brennstoffrückstände in flüssigem Zustand hält und durch die
Öffnung :2i abfließen läßt. In der Nähe des Schmelzbodens, und zwar in dessen Eckkanten,
sind die Brenner 22 angeordnet, wie dies Abb. 3 erkennen läßt. Die Abb. 3 zeigt
des weiteren, daß die Brenner 22 ihre Kohlenstaub- und Luftströme in die Brenn-
bzw. Schmelzkammer tangential an einen gedachten Brennzylinder C richten, der zentrisch
zur Brennkammer-Mittelachse gedacht ist. Jeder Brennersatz gemäß der Abb. i läßt
drei Brennstoffströme in die Feuerung.
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Abb.2 zeigt einen der angewandten Bremiersätze, welcher aus einem
Gehäuse 30 für die Zuführung der Luft und mehreren Brennstoffdüsen 31 in
dem Gehäuse besteht. Das Gehäuse bildet ein geschlossenes Ganzes. Die Brennstoffzuleitungen
sind aus mehren Teilen 33 und 32 zusammengesetzt und je mit einem Endstück 34 versehen,
welches in senkrechter Richtung um waagerechte Traglager 35 am Ende der Teile 32
schwenkbar gelagert ist. Das Düsenstück 34 ist konzentrisch mit einem Luftleitrohr
36 umgeben und verbunden, so daß die Brennstoffdüse 34 und das Luftleitrohr 36 zusammen
beim
Schwenken den Brennstoff und die Luft aufwärts und abwärts gerichtet einleiten.
Das Düsenstück 34 mit dem Luftleitrohr 36 wird mit Hilfe der Stange 37 geschwenkt,
welche an einer Seite an dem Hebelarm 4o angreift, der bei 41 fest mit dem Luftleitrohr
36 verbunden ist. Am anderen Ende trägt die Stange 37 einen Stift 43, der in den
Schlitz 44 des Hebels 45 eingreift. Der Hebel 45 ist mit dem Stift 46 mit einer
senkrecht verstellbaren Stange 47 verbunden. Eine einstellbare Spindel 48, welche
den Hebel 45 in einem bestimmten Winkel zur Stange 47 hält, wird in ihrer axialen
Veränderung durch die Mutter 5o eingestellt, welche an der Stange 47 durch einen
Stift 5oa angelenkt ist. Die Spindel 48 kann durch entsprechendes Verstellen das
untere Ende des Hebels 45 näher heranziehen oder weiter abdrücken von der Stange
47, wobei die Winkelstellung des Hebels 45 zur Stange 47 verändert wird. Die Stange
47 ist hinsichtlich senkrechter Bewegung durch die Widerlager 51 begrenzt. Eine
Veränderung in der Winkelstellung des Hebels 45 verändert die Bewegung der Stange
37 und dementsprechend die Richtung der Brennstoffdüse 34. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich ist, befindet sich der Stift 43 in der Mittelstellung im Schlitz 44,
und die Verbindungsstange 37 hält die Düse 34 in waagerechter Stellung. Wenn die
Stange 47 heruntergezogen wird, bewegt sich der Hebel 45 mit ihr, und die Düse 34
richtet dementsprechend Brennstoff- und Luftströme aufwärts. Umgekehrt richtet ein
Heraufstoßen der Stange 47 die Düsen abwärts. Die Stange 47 kann mechanisch durch
einen Motor betätigt werden, der von der Feuerungsregeleinrichtung gesteuert wird.
Oberhalb und unterhalb jeder Brennstoffdüse 31 befinden sich Luftleitkörper 6o,
die geschwenkt werden können, um zusätzliche Luft waagerecht, aufwärts oder abwärts
einzuleiten. Wie gezeigt, sind die Luftleitkörper 6o paarweise angeordnet und mit
Stangen 61 verbunden, die ähnlich der Stange 37 von der Stange 47 gesteuert werden.
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Abb.4 zeigt eine andere Ausführungsform für einen Brennersatz, welche
hinsichtlich der Stellung der Düse 34 abweichend ist. Es ist dabei bereits der feststehende
Endteil 3 r a so gebogen, daß er den Brennstoffstrom aufwärts richtet, und zwar
bis zur Hälfte des größtmöglichen Winkels, in welchem die Düse 34A zur Waagerechten
gestellt werden kann. Soll beispielsweise die Düse 3.1.A um 45° veränderbar sein,
so beträgt der Winkel in der Umbiegung des Teiles 31 CL 221/2'. Diese Konstruktion
gestattet daher einen größeren Winkel in senkrechter Ebene, tun den Brennstoff einzustellen.
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Während des Betriebes und wenn alle Brennerdüsen so eingestellt sind,
daß sie den Brennstoff und die Luft waagerecht und tangential zu dein gedachten
Brennzylinder einleiten, werden die Brennstoffströme aus den Eckkanten der Brenn-
bzw. Schmelzkammer eine wirbelnde und kreisende Mischung mit hoher Verbrennungsenergie
ergeben. Diese Verbrennung führt zu einer sehr hohen Temperatur im Bereich der Zone
A in Höhe der Brenner und der Nachbarschaft des Schmelzbodens, so daß ein hoher
Wärmeübergang von der Flamme an die Wasserrohre 2o durch Strahlung und Berührung
in dieser Zone eintritt. Beim Verlassen der Zone A und im Aufwärtsströmen geben
die Verbrennungsgase weitere Wärme an die Wasserrohre ab und verlassen schließlich
die Brennkammer mit verhältnismäßig tiefer Temperatur. Wenn dagegen ein Teil der
Brennstoffdüsen aufwärts und tangential an den Brennkreis gerichtet ist, ist die
gegenseitige Beaufschlagung der Brennstoffströme nicht mehr so groß wie vordem.
Die Durchmischung und Wirbelung ist geringer und dementsprechend die Verbrennung
schleppender, und zwar etwa in der Zone B, welche über der Zone
A liegt. Infolgedessen wird dabei die Temperatur der die Brennkammer verlassenden
Gase höher sein, insbesondere wegen des geringen Weges, welchen sie in der Brennkammer
zurücklegen, und ihrer geringeren Wärmeabgabe an die Strahlungs- bzw. Verdampferrohre
2o. Der Wechsel in der Richtung der Brennstoffströme wirkt sich also in der Höhe
der Temperatur, mit der die Feuergase die Brennkammer verlassen, und damit auf die
Beheizung des Dampfüberhitzers 13 aus, so daß durch derartige Wechsel die Dampftemperatur
geregelt werden kann. Wird beispielsweise von der Dampfverbraucherseite her der
Dampferzeuger nur mit der Hälfte seiner größten Leistung belastet, so wird etwa
nur die Hälfte der Brennstoffmenge in die Brenn- bzw. Schmelzkammer geführt. Wird
diese Menge nahe dem Schmelzboden eingeleitet und verbrannt, so beaufschlagen die
Feuergase die gesamte Fläche der die Brennkammer auskleidenden Verdampferrohre.
Die Temperatur der die Brennkammer verlassenden Gase ist infolgedessen zu niedrig,
um den Dampf auf die auch bei Teilbelastungen des Dampferzeugers gewünschte hohe
Temperatur zu bringen. Demgegenüber wird durch teilweise Verlagerung der Verbrennung
in den oberen Teil der Brenn-bzw. Schmelzkammer und Verzögerung der Verbrennung
die kühlende Wirkung der Verdampferrohre auf die Feuergase verringert, so daß die
Feuergase mit genügend hoher Temperatur auf den Dampfüberhitzer treffen.
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Die dem Boden benachbarten Brennstoffdüsen sind so ausgebildet, daß
sie die Flammenströme je nach der Belastung des Kessels entweder waagerecht oder
abwärts zum Schmelzboden hin richten, um die Schlacke in gut flüssigem Zustand zu
erhalten.