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Staubkohlenfeuerung für ortsfeste Dampfkessel.
Die mit Staubkohlenfeuerungen bei Zementöfen und metallurgischen Anlagen erreichte Vorteile haben zu vielen Versuchen geführt, Staubkohlenfeuerungen zur Beheizung ortsfester Kessel zu benutzen, doch hatten diese Bestrebungen bisher praktisch keinen Erfolg. Die Ursachen der Fehlschläge der bisherigen diesbezüglichen Bestrebungen liegen in der fehlenden Erkenntnis, dass es notwendig ist, die Feuerung in bezug auf die Geschwindigkeit des Durchzugs der heissen Gase durch die Feuerung zu bemessen und diese Durchzuggeschwindigkeit der Heizgase bei einer, einer wirtschaftlichen Belastung des Kessels und einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes entsprechenden Regelung der Zufuhrmengen von Brennstoff und Luft, eine gewisse Grösse nicht übersteigen zu lassen.
Die in der Feuerung während des Verbrennens der Staubkohle entstehende hohe Temperatur bringt die feuerfeste Ausfütterung in einen mehr oder weniger weichen Zustand, bei welchem die hohe Geschwindigkeit der Heizgase eine Abscheuerung hervorruft, die zu einer baldigen Zerstörung führt.
Um eine gute Wirkung der Staubkohlenfeuerung zu erzielen und die Gefahr der Zerstörung der feuerfesten Auskleidung zu'vermeiden, soll die Zugsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase durch die Anlage zu den Wärme aufnehmenden Flächen des Kessels 2 m pro Sekunde nicht übersteigen.
Das Wesen der angemeldeten Erfindung besteht darin, in einer Staubkohlenfeuerong für ortsfeste Dampfkessel den Feuerraum hinsichtlich der von den Flammen durchlaufenen Heizwege insbesondere an den Stellen, wo die Höchsttemperatur herrscht, so zu bemessen, dass bei einer, einer wirtschaftlichen Belastung des Kessels und einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes entsprechenden Regelung der Zufubrmengen von Brennstoff und Luft. die Geschwindigkeit der durchziehenden Heizgase 2 M pro Sekunde nicht übersteigt.
Die Stelle der höchsten Temperatur ist von mehreren Umständen abhängig, insbesondere von der Natur des verbrannten Brennstoffes ; sie liegt aber immer etwas vor den Wasserrohren oder den andern wärmeaufnehmenden Flächen, da, bevor die Gase die Rohre erreichen, sie bereits einen beträchtlichen Teil ihrer Wärme abgegeben und sich zusammengezogen haben.
Eine geringe Geschwindigkeit der Verbrennungsgase ist auch hinsichtlich der Asche vorteilhaft. Beim Betrieb wird Asche auf den Ofenwandungen abgelagert und bildet eine Schutzschicht für das feuerfeste Material. Da diese an Dicke zunimmt, brechen Teile oder Brocken aus und fallen in den Aschenkasten, worauf sich wieder neue Ablagerungen bilden. Wenn die Geschwindigkeit der Gase eine grosse wäre, würde die abgelagerte Asche und das Material der Ausfütterung durch die rasch streichenden Gase ausgescheuert werden. Weiters lässt die langsame Bewegung der Gase ein Abfallen der Ascheteilchen und ihre'Sammlung im Aschenkasten zu und schafft auch eine längere Verbrennungszeit für den Brennstoff im Ofen, so dass die Verbrennung vor Erreichen der Wasserrohre vollständig beendet sein wird.
Für letzteren Zweck ist, wie an sich bekannt, die Bahn der heissen Gase vorzugsweise um sich selbst zurückgebogen, so dass für den verbrennenden Brennstoff ein im Verhältnis zur Ofengrösse längerer Weg geschaffen ist und der entflammte Brennstoff oder die heissen Verbrennungsgase zur Zündung des eingeführten Brennstoffes herangezogen werden.
Das Wesen der Erfindung soll durch ein Beispiel noch näher erläutert werden und für dieses sollen praktische Verhältnisse gewählt werden. Angenommen, ein Kessel soll 900 Pferdekräfte leisten. Um eine Pferdekraft zu erzeugen, müssen 15-5 leg Wasser pro Stunde verdampft werden und daher müssen zur Erzeugung von 900 Pferdekräften 13.950 leg Wasser pro Stunde verdampft werden. Wenn angenommen wird, dass der Heizwert der Kohle bei Verwendung in trockenem pulverisierten Zustande 3400 Kalorien beträgt und ein Wirkungs-
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244 Kalorien beträgt, 1 leg Kohle 10-71 leg Wasser verdampfen.
Um daher die für die Erzeugung von 900 Pferdekräften notwendigen 13.950 kg'Wasser zu verdampfen, wäre es notwendig, rund 1300 7y Kohle pro Stunde zu verbrennen ; dies ergibt 21'6 kg Kohle pro Minute und, 5"/j, Asche in der Kohle angenommen, wäre der pro Minute zu verfeuernde Brennstoff 22'6 leg.
Zur Verbrennung von l/ Kohle sind ungefähr 9-1 M/s zugesetzter Luft notwendig, um die erforderliche Sauerstoffmenge zu liefern. Es ist jedoch allgemein gebräuchlich, mit dem
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200/, iger Luftüberschuss über die theoretisch für die vollständige Verbrennung des Kohlenstosses erforderliche Menge wird gewöhnlich benutzt, um eine verhältnismässig grosse Menge an Kohlendioxyd, etwa z. B. 170/, zu erhalten.
Ein 200/oiger Überschuss angenommen, der eine Luftmenge von etwa 11 für jedes Kilogramm Brennstoff ergibt, würde die theoretische Temperatur im Ofen weit über 1700 C sein, jedoch entsteht ein beträchtlicher Verlust infolge Strahlung u. dgl. und dies berück- sichtigt, würde die Temperatur im Ofen ungefähr 1450 C sein. Bei einer solchen Tem- peratur im Ofen ist es möglich, das Volumen zu berechnen, auf welches sich die in den Ofen zugeführte Luft bei dieser Temperaturerhöhung ausdehnt.
Da sich die Gase im direkten Verhältnis zu den Änderungen ihrer absoluten Temperatur ausdehnen, wird sich die bei etwa 10 0 C eintretende Luft bei ihrer Erwärmung auf 14500 C auf das Sechsfache ihres ursprünglichen Volumens ausdehnen. Da die im Ausmasse von 11 ZD four jedes der 22#6 kg Brenn- stoff eingeführte Luft sich auf das Sechsfache ihres Volumens ausdehnt, entstehen 1490 ma heisser Gase, die pro Minute durch den Ofen hindurchgehen bzw. 24#8 m3 pro Sekunde.
Damit diese heissen Gase mit keiner grösseren Geschwindigkeit als 2 m pro Sekunde durch den Ofen streichen, muss dieser so gebaut sein, dass er an der Stelle, wo die höchste Temperatur erreicht wird. einen Querschnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Gase von mindestens 12#4 m2 Fläche besitzt;
quadratischen Querschnitt angenommen, gibt dies eine Seitenlänge von 3'5/It. Vorzugsweise wird aber die Geschwindigkeit der heissen Gase etwas unter 2 1/1 pro Sekunde vermindert. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 1'6 tir pro Sekunde erzielt man vorzügliche Ergebnisse und bei vorerwähntem Beispiel würde eine Querschnitts- fläche von etwa 15 m2 oder eine Seitenlänge von 3'8 m bei quadratischem Querschnitt erforderlich sein.
Als Richtlinie für den Bau von Kohlenstaubfeuerungen für stationäre Kessel kann als Regel gelten, dass der Ofen für etwa 2'5 w Luft für jedes pro Minute zu verbrennende Kilogramm Brennstoff gebaut sein soll. Diese Regel für das vorerwähnte Beispiel angewendet, müsste der Ofen ein Volumen von 5 6'5 M s haben, so dass, wenn er ein vollständiger Würfel wäre. eine Seitenlänge von etwa 3'9} M erforderlich wäre, und er sodann eine Durchzugsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase von etwa 1-6"pro Sekunde liefern würde.
Diese Regel unterliegt natürlich Schwankungen, da die Ofenausführung von einer vollständigen Würfelform abweicht, und die Querschnittsfläche senkrecht zum Weg der Verbrennungsgase von grösserer Bedeutung als der kubische Inhalt des Ofens ist.
Die Abmessungen der Feuerkammer hängen natürlich von der jeweiligen Kesselkonstruktion ab ; sie sind jedoch erfindungsgemäss hinsichtlich der zugeführten Luft-und Brennstoffmenge für die Erzeugung der gewünschten Kesselpferdekräfte stets derart bemessen, dass die Strömungsgeschwindigkeit der heissen Gase an der Stelle der höchsten Temperatur unterhalb zwei Meter pro Sekunde ist. Dabei ist der Querschnitt des von der eigentlichen Feuerkammer zu den wärmeaufnehmenden Flächen führenden Kanals nicht notwendigerweise jener, welcher die Maximalgeschwindigkeit der heissen Gase bestimmt, da die Temperatur der Gase in diesem Kanal beträchtlich geringer sein kann, als jene unterhalb dieses Kanals bzw. in der Feuerung selbst.
Dies rührt davon her, dass die Gase im Kanal sich nahe der wärmeaufnehmenden Flächen befinden und das Wasser in den diese Flächen bildenden Rohren bereits einen beträchtlichen Teil der Wärme aus den Gasen aufnimmt, bevor diese tatsächlich mit den Rohren in Berührung treten oder den Raum zwischen den Rohren erreichen, und da die Gase im Kanal ihre Wärme an das Wasser in den Rohren abgeben. entsteht eine beträchtliche Verminderung ihres Volumens, die die Wirkung des kleineren Querschnittes des Kanals auf die Strömungs- geschwindigkeit der Gase ausgleicht.
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