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Verfahren zum Betrieb von Strahlungsröhrenwärmeaustausch=, insbesondere
Strahlungsdampferzeugern, und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von Brennstaub-Schmelzfeuerungen
für Strahlungsröhrenwärmeaustauscher, insbesondere Strahlungsdampferzeuger, deren
mit Kühlrohren ausgekleidete Brennkammern so bemessen sind, daß die Brennstoffrückstände
im Bereich von etwa 40 bis 100% der maximalen Belastung der Feuerung im Schmelzfluß,
im niedrigeren Belastungsbereich dagegen in Staubform anfallen.
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Bei Schmelzfeuerungen läßt sich normalerweise eine Verflüssigung der
mit dem Brennstoff eingebrachten Asche nur bei Belastungen von etwa 40 bis 100 %
der maximalen Belastung der Feuerung erreichen. Bei Belastungen von etwa 0 bis 40%
dagegen fallen die Brennstoffrückstände in teigigem Zustand bzw. in Staubform an.
Die teigige Schlacke bereitet beim Betrieb von Schmelzfeuerungen große Schwierigkeiten,
da sie zum Einfrieren der Schlackenabflußöffnungen führt. Während die flüssige Schlacke
an den Brennkammerwänden herunter auf den Brennkammerboden und von dort durch die
Schlackenabflußöffnung in das Wasserbad der Entschlackungsvorrichtung abfließt,
schiebt sich die teigige Schlacke auf dem Brennkammerboden zur Abflußöffnung hin,
kann wegen ihrer Zähigkeit nicht mehr abfließen und verstopft die Öffnung. Die während
des weiteren Feuerungsbetriebs in teigiger Form oder als Staub anfallenden Brennstoffrückstände
lagern sich nunmehr auf dem Boden der Schmelzkammer ab. Je nach Dauer des Schwachlastbetriebs
bilden sie dort eine mehr oder weniger dicke Schicht.
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Beim Übergang von Schwachlast zu stärkeren Belastungen der Feuerung
schmelzen die Schlacken-bzw. Aschenablagerungen unter dem Einfluß der ansteigenden
Brennkammertemperatur nach und nach von oben her ab, ohne daß die geschmolzene Schlacke
aus der Brennkammer abfließen kann, da die Schlackenabflußöffnung noch immer verstopft
ist. Erst wenn der Schlackepfropfen in der Schlackenabflußöffnung ebenfalls aufgeschmolzen
ist, kann die Schlacke abfließen, und es entleert sich dann innerhalb eines kurzen
Zeitraumes der in der Brennkammer befindliche Schlackensee. Dieser plötzlich übermäßig
hohe Schlackenanfall stellt höchste Anforderungen an die Förderleistung des Entschlackers
und zwingt dazu, diesen erheblich größer zu bemessen, als die durchschnittlich anfallende
Schlackenmenge es erfordert. Noch größere Schwierigkeiten bereitet es, die zum Abschrecken
und Granulieren der Schlacke erforderlichen Wassermengen bereit zu stellen und wieder
abzuführen, denn je Kilogramm flüssiger Schlacke werden etwa 11 Liter Wasser zur
Abschreckung und Granulierung benötigt. Es ist somit erforderlich, sowohl die Kühlwasserpumpen
als auch die Wasserzu- und -abführungsleitungen für diese nur selten auftretenden
.Anforderungen zu bemessen.
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Es ist bekannt, daß die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten nicht
auftreten, wenn die Belastung der Feuerung sprunghaft so stark abgesenkt bzw. gesteigert
wird, daß der Belastungsbereich, in dem die Brennstoffasche in teigiger Form anfallen
würde, vermieden wird. Die Belastung kann indessen im Kraftwerksbetrieb nicht beliebig
den wünschenswerten Betriebsverhältnissen der Feuerung angepaßt werden, sondern
richtet sich nach dem jeweiligen Dampfbedarf der Turbine.
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Um dennoch die erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, sind bisher
die Schmelzfeuerungen entweder mit mehreren unabhängig voneinander betreibbaren
Brennkammern ausgerüstet worden, die den jeweiligen Belastungen entsprechend zu-
bzw. abgeschaltet werden, oder in die Brennkammern wird im kritischen Bereich zusammen
mit dem Brennstaub ein Flußmittel eingeführt, das den Schmelzpunkt der Brennstoffasche
beträchtlich herabsetzt. Grundgedanke dieser Lösungen des Problems ist es, den Schmelzfluß
in der Brennkammer unter allen Umständen auch im Teillastbetrieb der Feuerung aufrechtzuerhalten.
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Die Unterteilung des Feuerraums in mehrere unabhängig voneinander
betreibbare Brennkammern verursacht in regeltechnischer Hinsicht und bei Naturumlaufkesseln
auch in bezug auf den Wasserumlauf erhebliche Schwierigkeiten und erfordert wesentlich
höhere Baukosten für die Feuerung. Die
Zugabe von Flußmitteln zum
Brennstaub erfordert bauseits zwar nur die Anwendung entsprechender Zuteileinrichtungen
für das Flußmittel, bedingt aber ständig höhere Betriebskosten.
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Nach der Erfindung werden die Schwierigkeiten mit einem Minimum an
Kostenaufwand und praktisch ohne zusätzliche Betriebskosten dadurch vermieden, daß
im Bereich von etwa 15 bis 40 % der maximalen Belastung der Feuerung Kaltgase in
regelbaren Mengen in die Brennkammer eingeführt werden. Dabei können als Kaltgase
im Wärmeaustauscher bereits abgekühlte Feuergase oder Brüden aus der Feuergas-Mahltrocknung
verwendet werden. Hierdurch wird erreicht, daß für die Brennstoffrückstände der
Übergang vom flüssigen zum staubförmigen Zustand und umgekehrt plötzlich erfolgt
und daß demgemäß keine teigige Schlacke mehr anfällt, die die Schlackenabflußöffnung
verstopfen könnte. Diese bleibt somit unabhängig von der Dauer des Schwachlastbetriebes
stets frei. Wenn die Aschen- bzw. Schlackenablagerungen unter dem Einfluß der steigenden
Brennkammertemperatur bei steigender Belastung der Feuerung langsam abschmelzen,
kann die jeweils eingeschmolzene Schlacke zusammen mit der neu anfallenden Schlacke
ungehindert aus der Schmelzkammer abfließen, so daß es zu keinem stoßweisen und
übermäßig großen Schlackenanfall mehr kommt und dementsprechend Entschlackungsvorrichtungen,
Pumpen, Zu- und Abflußleitungen nicht mehr überdimensioniert zu werden brauchen.
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Die durch die Kaltgasrückführung verursachte Senkung der Brennkammertemperatur
hat gleichzeitig den Vorteil, daß die Wärmeaufnahme der Brennkammer und der ihr
nachgeschalteten Strahlungskammer verringert wird, so daß dem an die Strahlungskammer
sich anschließenden überhitzer eine größere Wärmemenge angeboten wird und die überhitzungstemperatur
dementsprechend nicht mehr so stark abfällt, wie dies sonst bei niedrigen Belastungen
üblich ist.
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Die Kaltgaseinführung in die Brennkammern von Strahlungsröhrenwärmeaustauschern
ist an sich bekannt, diente jedoch stets anderen Zwecken. Im allgemeinen werden
Kaltgase in die Brennkammern von Dampferzeugern zurückgeführt, um im Teillastbetrieb
den Abfall der Überhitzungstemperatur zu begrenzen oder sogar zu verhindern. Bei
Schmelzkammerfeuerungen erfolgt in diesem Zusammenhang die Kaltgaseinführung stets
in die der Schmelzkammer nachgeschaltete Strahlungskammer.
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Weitere Anwendung hat die Kaltgasrückführung beim Bau von direkt befeuerten
Gaserhitzern gefunden, um dort die Brennkammertemperaturen auf eine für die Standfestigkeit
des Rohrbaustoffes zulässige Höhe herabzusetzen. Ferner wurde die Kaltgasrückführung
bei sehr hochbelasteten, kohlenstaubbefeuerten Brennkammern für trockene Entaschung
verwendet. In solchen Brennkammern trat im Flammenzentrum eine teilweise Verflüssigung
der Brennstoffasche ein, deren mögliche nachteilige Folgen entweder durch Verwendung
eines aus Rohren bestehenden Granulierrostes oberhalb des Brennkammeraschentrichters
oder durch die Kaltgasrückführung unterhalb der Brenner vermieden wurden. Sowohl
bei den Gaserhitzern als auch bei den hochbelasteten Brennkammern mit trockener
Entaschung mußte die Kaltgasrückführung in-die Brennkammer im hohen Temperaturbereich
erfolgen, da nur in diesem die zulässigen Materialtemperaturen oder die Ascheschmelztemperatur
im Flammenzentrum überschritten wurde.
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Schließlich ist schon vorgeschlagen worden, die flüssige Schlacke
von Schmelzfeuerungen vor dem Verlassen der Schmelzkammer durch Kaltgase zu granulieren,
um den erheblichen Verlust durch fühlbare Wärme der flüssigen Schlacke (etwa 450
kcal/kg) zu vermindern. Dieser Vorschlag konnte in der Praxis nicht verwirklicht
werden, weil durch die Einführung großer Mengen relativ kalter Gase in die Schmelzkammer
deren Temperatur so weit erniedrigt worden wäre, daß sich der gewünschte Schmelzfluß
der Brennstoffasche auch im Vollastbetrieb erst gar nicht eingestellt hätte.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Brennkammer
in bekannter Weise durch Brenner befeuert, die die Verbrennungsluft durch über und
unter den Brennern angeordnete Düsen zugeführt erhalten. In den der Schlackenabflußöffnung
am nächsten liegenden Luftdüsen werden die Kaltgaszuführungsdüsen angeordnet, die
an die Feuergasrückführ- bzw. die Brüdenleitung angeschlossen sind. Diese Anordnung
bietet den Vorteil, daß die Kaltgaszuführungsdüsen bei hohen Belastungen durch die
Verbrennungsluft ausreichend gekühlt werden.
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Wenn mit möglichst geringen Feuergas- bzw. Brüdenmengen gearbeitet
werden soll, werden nach der Erfindung die Kaltgaszuführungsdüsen an einer oder
mehreren Stellen dicht oberhalb des Brennkammerbodens angeordnet und gegebenenfalls
auf die Schlackenabflußöffnung gerichtet. Letzteres hat den weiteren Vorteil, daß
ständig ein Teil der staubförmig anfallenden Asche in die Schlackenabflußöffnung
geblasen wird.
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Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten in der Beschreibung und
der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt A b b. 1 den unteren
Teil eines Strahlungsdampferzeugers mit Kohlenstaub-Schmelzfeuerung für trockene
Kohle, A b b. 2 den unteren Teil eines Strahlungsdampferzeugers mit Kohlenstaub-Schmelzfeuerung
für nasse Kohle.
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Der Strahlungsdampferzeuger ist mit einer Schmelzkammer 1 ausgerüstet,
die mit Kühlrohren 2 ausgekleidet ist und an die sich im Zuge der Feuergase eine
Strahlungskammer 3 anschließt. Die Kühlrohre entspringen in Sammlern 4, bedecken
die Wände der Schmelzkammer 1 und des Strahlungsraumes 3 und münden in die nicht
dargestellte Kesseltrommel ein. In der Kesseltrommel entspringen die Hauptfallrohre
5 größeren Durchmessers, die unterhalb der Heizerstandsbühne 8 in die Fallrohr-Ringleitung
6 einmünden. Von der Fallrohr-Ringleitung führt eine Vielzahl von Fallrohren 7 kleinen
Durchmessers in die unteren Kesselsammler 4. In die Schmelzkammer
1
ragt ein ebenfalls aus Kesselrohren gebildeter Feuergas-Auslaßkanal 9 hinein.
Im oberen Teil der Strahlungskammer ist ein aus parallelen Rohrwänden bestehender
Strahlungsdampfüberhitzer 10 angeordnet. An den Strahiungsüberhitzer schließt
sich der nicht gezeichnete, waagerechte Verbindungszug zum fallenden Gaszug 11 an,
in dem in üblicher Weise ein Berührungsüberhitzer angeordnet ist. In dem fallenden
Gaszug sind die Rohrschlangen eines Zwischenüberhitzers 12 und eines Wasservorwärmers
13 angeordriet,
die an vom Speisewasser durchströmten Tragrohren
14 hängen. An den fallenden Gaszug 11 schließt sich der nicht gezeigte Verbindungskanal
zum Luftvorwänner bzw. zum Kamin an.
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Vor der Kesselstirnwand ist die Kohlenaufbereitungsanlage angeordnet.
Bei dem Dampferzeuger nach A b b. 1 erhält die Mühle 15 die Rohkohle aus dem Kohlenbunker
16 zugeführt. Ein Schleppkettenförderer 17 zieht die Kohle vom Bunker ab und wirft
sie in den Trocknungsschacht 18 ein, aus dem sie in die Mühle gelangt. In seinem
oberen Teil hat der Trocknungsschacht 18 an die Mühlenluftleitung 19 Anschluß, die
eine Abzweigung der vom Luftvorwärmer kommenden Hauptluftleitung 20 darstellt und
aus der sich das Schlagrad der Mühle die zur Kohlentrocknung und Staubförderung
notwendige Luftmenge selbst ansaugt.
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Das Schlagrad stößt den Kohlenstaub in den der Mühle nachgeschalteten
Windsichter 21 aus, in dem die Grieße vom brennfertigen Staub getrennt werden. Der
fertiggemahlene Staub strömt zusammen mit der Förderluft durch die Staubleitungen
22 zu den Brennerecken 23 der Feuerung. Die Brennerecken sind durch Zwischenbleche
in drei Düsen unterteilt. In die mittlere Düse ist jeweils das Brennrohr eingebaut,
wohingegen die Düsen 24 zur Oberluftzuführung und die Düse 25 zur Unterluftzuführung
dienen. Die Brennerecken sind durch die Kanäle 26 an die Hauptluftleitung
20 angeschlossen.
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Die Feuergase strömen zunächst auf abwärts gerichtetem, schraubengangförmigem
Wege in der Schmelzkammer 1 nach unten, kehren dort um und treten durch den Feuergasauslaßkanal
9 in die Strahlungskammer 3 ein, von wo aus sie über den waagerechten Verbindungskanal
zum fallenden Gaszug 11 gelangen, aus dem sie zum Luftvorwärmer und dann über eine
Entstaubungsanlage ins Freie abströmen.
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In der Schmelzkammer 1 abgeschiedene Schlacke fließt durch die Schlackenabflußöffnung
27 in das Wasserbad des Entschlackers 28 ab.
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Aus dem fallenden Gaszug werden beim Übergang von höheren zu schwächeren
Belastungen mittels eines Ventilators 29 abgekühlte Feuergase abgesaugt und durch
die mit einer Drosselklappe 30 versehene Leitung 31 der Einblasedüse 32 zugeführt.
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Bei dem Dampferzeuger nach der A b b. 2 erhält die Mühle 15 die Rohkohle
aus dem Kohlenbunker 16 zugeführt. Ein Schleppkettenförderer 17 zieht die Kohle
vom Bunker ab und wirft sie in den Trocknungsschacht 18 ein, aus dem sie in die
Mühle gelangt. Der Trocknungsschacht hat Anschluß an den Strahlungsraum 3, so daß
das Schlagrad aus der Strahlungskammer Feuergase zur Kohlentrocknung absaugt. Durch
eine absperrbare Mühlenluftleitung 19, die an die zu den Brennerecken führende Luftleitung
26 angeschlossen ist, kann zur Temperaturregelung den Feuergasen in regelbaren Mengen
Heißluft zugemischt werden. Das Schlagrad stößt den Kohlenstaub in den der Mühle
nachgeschalteten Windsichter 21 aus, in dem die Grieße vom brennfertigen Staub getrennt
werden.
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Der fertiggemahlene Staub strömt mit den Trocknungsgasen durch die
Steigleitung 33 in einen Zyklon-Staubabscheider 34, in dem der Staub aus den Trocknungsgasen
ausgeschieden wird. Die vom Staub befreiten Brüden strömen durch die absperrbare
Leitung 35 in die Strahlungskammer 3 ab. Von der Leitung 35 zweigt eine ebenfalls
absperrbare Leitung 36 ab, durch die beim Übergang von mittleren zu schwachen Belastungen
der Feuerung bzw. umgekehrt ein Teil der Brüden oder auch die Gesamtmenge der in
der Unterluftdüse 25 angeordneten Einblasedüse 37 zugeführt werden kann. Der im
Abscheider 34 abgeschiedene Staub gelangt in den Sammelbehälter 38, von dort durch
eine Zellradschleuse 39 in die Staubfallrohre 40 und aus diesen in die Venturidüsen
41. Die Venturidüsen sind an ihrem einen Ende an Luftleitungen 42 angeschlossen,
die mittels eines Druckerhöhungsgebläses 43 über die Leitung 44 aus der Hauptluftleitung
20 mit Heißluft versorgt werden. Am anderen Ende sind an die Venturidüsen
die Staubleitungen 22 angeschlossen, die das Brennstaub-Luft-Gemisch den Brennerrohren
zuführen.
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Sämtliche Züge des Kessels werden mit einer feuerfesten Ausmauerung
45 und einer Isolierschicht 46,
die durch eine Blechummantelung nach
außen hin abgeschlossen ist, begrenzt.
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Die Erfindung kann mit gleichem Erfolg auch bei Schmelzfeuerungen
für Wärmeaustauscher verwendet werden, in deren Rohren ein anderes Arbeitsmittel
verdampft, erhitzt oder überhitzt wird. Auch können alle oder nur ein Teil der Feuergaszüge
unter Überdruck gegen die äußere Atmosphäre stehen. Schließlich kann die Erfindung
auch bei Feuerungen für andere Brennstoffe, deren Rückstände je nach Belastung der
Feuerung in festem, teigigem oder flüssigem Zustand anfallen, verwendet werden.