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Feuerung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Feuerung für mit zerkleinerten festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen geheizte Kessel, bei denen die Brennstoffe und auch die Luft ungefähr tangential eingeführt wird und der wassergekühlte Feuerungsnutzraum, wenigstens im ersten Teil, vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Erfindung zielt darauf ab, eine höhere Wärmeausnutzung (höhere Wärmeübergangszahlen) als bisher möglich zu erreichen.
Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die Brennstoffe und zweckmässig auch die Luft und etwaige Wasserdampfströme, deren Zufuhr ebenfalls ungefähr tangential erfolgt, von aussen am Umfang oder in dessen nächsten Bereich unmittelbar in den Feuerungsnutzraum, dessen Wandung aus wassergekühlten Flächen gebildet wird, eingeführt werden, so dass das brennende Gemisch in eine schnell kreisende Bewegung versetzt und unter dem Einfluss der Fliehkraft an die zu beheizende Wandung des Feuerungsnutzraumes gedrückt wird und dort in schraubenliniger Bahn bis zum Austritt aus dem Feuerungsnutzraum axial fortschreitet.
Die erforderliche Geschwindigkeit lässt sich in einem verhältnismässig kleinen Raum dadurch erzielen, dass das Brennstoff-Luftgemisch mittels einer oder mehrerer Düsen in den Feuerungsnutzraum eingedrückt wird. Die Verbrennung des Brennstoffes findet also im rotierenden glühenden Gasstrom statt.
Die Verbrennungsreaktion kann beliebig geregelt werden, z. B. bei Gas- und Ölfeuerung durch Zuleiten von mehr oder weniger Wasserdampf oder Hilfsluft oder von beiden, bei Kohlenstaub wird ausserdem die Feinheit geändert. Es wird nicht nur eine sehr hohe Temperatur und namentlich intensive Strahlung gegen die Wände des nutzbaren Feuerraumes erreicht, sondern es werden die in rasche Rotation versetzten Gase infolge der auftretenden Zentrifugalkraft dynamisch an die zu beheizenden Wandungen gepresst, wodurch im Verein mit der ebenfalls auftretenden Turbulenz die Wärmeübergangszahl ganz wesentlich erhöht wird.
Durch eine zweckmässige Form und Bahn des Gasstrahles wird die Wärmeübertragung ausserdem noch weiter gesteigert. Es kann z. B. das durch besondere Mittel bereits in Wirbelung versetzte Brennstoff-Luftgemisch mit hoher Geschwindigkeit beispielsweise durch einen Ringdüsenbrenner mit festen oder verstellbaren Leitkanälen oder Leitschaufeln an der Peripherie des Feuerungsnutzraumes tangential eingeführt werden, wobei die Zündung am bereits brennenden und rasch rotierenden Feuergas stattfindet.
Die aus den Zuleitungen austretenden Strahlen bilden dann eine Rotationsmasse von Feuergas von verhältnismässig grosser Dichte. Entsprechend dem Eintrittswinkel des Brenngemisches bewegen sich die Feuergase schraubenförmig entlang der Wandung des Feuerungsnutzraumes oder anfänglich spiralkegelförmig, um erst in einiger Entfernung vom Eintritt in eine schraubenförmige Bewegung überzu-
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dampf dadurch reguliert, dass diese Stoffe in entsprechender Richtung durch Düsen in die rotierende Gasmasse eingetrieben werden. Die Axialbewegung der Rotationsmasse wird durch Lage und Grösse eines in den Heizraum ragenden Schirmes (Blende) geregelt, ferner werden die festen Verbrennungsrückstände durch die Zentrifugalkraft ausgeschleudert und in einem Asehensammelkana. gesammelt.
Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch einen Kessel mit der erfindungsgemässen Feuerung für Öl und Fig. 2 einen Querschnitt
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kanal 15 Zerstäuberdüsen 28 eingesetzt werden, wobei dig Verbrennungsluft so wie bei der Kohlenstaub- oder Gasfeuerung zugeleitet wird. Im einen wie im andern Falle tritt aber das Brenngemisch durch die
Ringdüse und die Leitkanäle oder Leitschaufeln in den Feuerungsnutzraum. Bei ausschliesslicher Öl-oder
Gasfeuerung erübrigt sich der Einbau eines Asehenfangsehirmes.
Die erfindungsgemässe Feuerung kann sowohl für Dampfkessel als auch industrielle Feuerungen verwendet werden, wobei im letzteren Anwendungsfall unter Umständen weniger der grosse Wärme- übergang als vielmehr die intensive Strahlung der Feuergase neben der regulierbaren Flammengestaltung
Vorteile bietet.
Die geeignetste Querschnittsform des Feuerungsnutzraumes für die erlindungsgemässe Feuerung ist die runde oder ovale Querschnittsform ; es können aber auch andere Querschnittsformen in Anwendung kommen.
Nach der Ausführungsform gemäss den Fig. 5-7 wird der zylindrische Feuerungsnutzraum 31 von dicht aneinanderliegenden Ringrohren 32 gebildet, die auch schrauben-oder spiralförmig oder zur Längsachse des nutzbaren Feuerraumes 31 gleichlaufend angeordnet sein können. Die Rohre 32 sind mit einer unteren Zuleitungskammer 33 und mit einer oberen Sammlerkammer 34 verbunden.
Das Brennstoffgemisch tritt durch die Leitsehaufeln des Ringdüsenbrenners 35 in den Feuerungsnutzraum und rotiert schraubenförmig entlang den Ringrohren. Die Zufuhr von Nebenluft und Wasserdampf zur Regulierung der Verbrennung und der Steigung der Flammenschraube erfolgt durch Schlitze 36.
Der Aschenfangschirm 37 wird von Wasser durchflossenen Ring-oder Spiralrohren gebildet und kann auch als Wasservorwärmer dienen. Die Asche wird in den Aschensammler 38 ausgeschleudert, und die reinen Feuergase treten durch eine zentrale Öffnung des Schirmes in den anschliessenden Teil des Kessels über, der ein System von Überhitzerrohren 40 enthält und weitere Heizflächen zur Vorwärmung von Wasser und Luft aufnehmen kann.
Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung eignet sieh besonders für Lokomotivkessel, wogegen Fig. 7 ein Beispiel für Sehiffskessel-oder stationäre Anlagen veranschaulicht. Der Dampfsammler 34 kann höher gelegt werden, und der Raum zwischen den den Feuerungsnutzraum bildenden Rohren und dem oberen Sammler vorteilhaft zur Unterbringung des Überhitzers oder Vorwärmers 40 benutzt werden.
Der Vorgang der Übertragung der Wärme der Feuergase auf das Wasser oder irgendein anderes Kraftmittel ist folgender :
Der in einem Feuerungsnutzraum von bestimmter Länge vollständig zur Verbrennung gebrachte Brennstoff gibt die Wärme zufolge hoher Strahlungszahl und hier angewendeter hoher Geschwindigkeit und grosser Dichte mit sehr hohen Wärmeübergangszahlen an die Ringrohre ab. Das Kraftmittel (Wasser) erhitzt sich derart rasch, dass dessen Verdampfung bereits in den Ringrohren eintritt, es wird der Druck in den nur kleinen Innendurchmesser besitzenden Röhren und Verbindungstrommeln so hoch gehalten, dass nur eine unwesentliche Verdampfung in den Ringrohren stattfindet. Da die Ringrohre stets vom flüssigen Kraftmittel angefüllt sind, ist deren Beschädigung durch Überhitzen der Rohrwand ausgeschlossen.
Vom oberen Sammler gelangt der Dampf oder ein Dampfwassergemiseh durch die Leitung 39 in den besonders ausgebildeten Überhitzer, der zum Teil als Naehverdampfer dient.
Die Regulierung der Feuerung innerhalb weiter Grenzen durch Veränderung der Rotationsgesehwindigkeit und der Flammenlänge gestattet eine genaue Anpassung der Verdampfung an die momentane Dampfentnahme und im Bedarfsfall eine derartige Steigerung, dass die maximale Dampferzeugung weit über bisher bekannte Werte hinausreicht.
Die Regulierung kann dabei durch bekannte Hilfsmittel vorgenommen werden ; es kann der Druck der zuströmenden Gase, die Drosselung der abziehenden Gase, die Verbrennung selbst durch Zufuhr von Luft, Brennstoff usw. in weiten Grenzen geregelt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Feuerung für mit zerkleinerten festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen geheizte Kessel, bei denen die Brennstoffe und auch die Luft ungefähr tangential eingeführt werden und der Feuerungsnutzraum wenigstens im ersten Teil vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffe und zweckmässig auch die Luft und etwaige Wasserdampfströme, deren Zufuhr ebenfalls ungefähr tangential erfolgt, von aussem am Umfang oder in dessen nächsten Bereich unmittelbar in den Feuerungsnutzraum, dessen Wandung aus wassergekühlten Flächen gebildet wird, eingeführt werden,
so dass das brennende Gemisch in eine schnell kreisende Bewegung versetzt und unter dem Einfluss der Fliehkraft an die zu beheizende Wandung des Feuerungsnutzraumes gedrückt wird und dort in sehraubenliniger Bahn bis zum Austritt aus dem Feuerungsnutzraume axial fortschreitet.
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Firing.
The invention relates to a furnace for boilers heated with crushed solid, liquid or gaseous fuels, in which the fuel and also the air is introduced approximately tangentially and the water-cooled usable furnace space, at least in the first part, preferably has a circular cross-section. The invention aims to achieve a higher heat utilization (higher heat transfer coefficients) than previously possible.
According to the invention, this is achieved by introducing the fuels and, expediently, also the air and any water vapor streams, which are also supplied approximately tangentially, from the outside on the circumference or in its next area directly into the useful furnace space, the walls of which are formed from water-cooled surfaces so that the burning mixture is set in a fast circular motion and is pressed under the influence of centrifugal force against the wall of the useful furnace space to be heated and progresses axially there in a helical path until it exits the useful furnace space.
The required speed can be achieved in a relatively small space in that the fuel-air mixture is pressed into the useful furnace space by means of one or more nozzles. The combustion of the fuel takes place in the rotating glowing gas stream.
The combustion reaction can be regulated as desired, e.g. B. with gas and oil firing by supplying more or less steam or auxiliary air or both, with coal dust also the fineness is changed. Not only does it achieve a very high temperature and, in particular, intense radiation against the walls of the usable combustion chamber, but the gases that are set in rapid rotation are pressed dynamically against the walls to be heated as a result of the centrifugal force which occurs, which in combination with the turbulence that also occurs Heat transfer coefficient is increased quite significantly.
The heat transfer is further increased by a suitable shape and path of the gas jet. It can e.g. B. the fuel-air mixture, which has already been stirred up by special means, can be introduced tangentially at high speed, for example through a ring nozzle burner with fixed or adjustable guide channels or guide vanes at the periphery of the useful furnace space, with ignition taking place on the already burning and rapidly rotating flue gas.
The rays emerging from the feed lines then form a rotational mass of fire gas of relatively high density. According to the entry angle of the fuel mixture, the flue gases move helically along the wall of the usable combustion chamber or initially in a spiral cone, only to become a helical movement at some distance from the entrance.
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Steam is regulated by the fact that these substances are driven in the corresponding direction through nozzles into the rotating gas mass. The axial movement of the rotating mass is regulated by the position and size of a screen (screen) protruding into the boiler room, and the solid combustion residues are thrown out by the centrifugal force and stored in a collecting duct. collected.
Embodiments according to the invention are shown in the drawings. 1 shows an axial section through a boiler with the furnace according to the invention for oil and FIG. 2 shows a cross section
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Channel 15 atomizer nozzles 28 are used, dig combustion air is supplied as in the case of pulverized coal or gas firing. In both cases, however, the fuel mixture passes through the
Ring nozzle and the guide channels or guide vanes in the combustion chamber. With exclusive oil or
Gas firing makes the installation of an ashen screen unnecessary.
The furnace according to the invention can be used both for steam boilers and industrial furnaces, in which case in the latter case less the large heat transfer than the intense radiation of the fire gases in addition to the controllable flame design
Offers advantages.
The most suitable cross-sectional shape of the useful furnace space for the furnace according to the invention is the round or oval cross-sectional shape; however, other cross-sectional shapes can also be used.
According to the embodiment according to FIGS. 5-7, the cylindrical usable furnace space 31 is formed by tightly fitting annular tubes 32, which can also be arranged in a helical or spiral shape or parallel to the longitudinal axis of the usable furnace 31. The tubes 32 are connected to a lower feed chamber 33 and to an upper header chamber 34.
The fuel mixture passes through the guide vanes of the ring nozzle burner 35 into the useful furnace space and rotates helically along the ring tubes. The supply of secondary air and water vapor to regulate the combustion and the pitch of the flame screw takes place through slots 36.
The ash trap screen 37 is formed by ring or spiral pipes through which water flows and can also serve as a water preheater. The ash is thrown into the ash collector 38, and the pure fire gases pass through a central opening in the screen into the adjoining part of the boiler, which contains a system of superheater tubes 40 and can accommodate additional heating surfaces for preheating water and air.
The arrangement shown in FIG. 5 is particularly suitable for locomotive boilers, whereas FIG. 7 illustrates an example for Sehiff boiler or stationary systems. The steam collector 34 can be placed higher, and the space between the pipes forming the useful furnace space and the upper collector can advantageously be used to accommodate the superheater or preheater 40.
The process of transferring the heat of the fire gases to the water or any other fuel is as follows:
The fuel, which is completely burned in a usable furnace space of a certain length, emits the heat to the annular tubes with very high heat transfer coefficients due to the high radiation coefficient and the high speed and density used here. The fuel (water) heats up so quickly that it already evaporates in the ring tubes, the pressure in the tubes and connecting drums, which have only small inner diameters, is kept so high that only insignificant evaporation takes place in the ring tubes. Since the ring tubes are always filled with liquid fuel, there is no risk of damage from overheating the tube wall.
From the upper collector, the steam or a steam-water mixture passes through the line 39 into the specially designed superheater, which partly serves as a secondary evaporator.
The regulation of the furnace within wide limits by changing the speed of rotation and the flame length allows an exact adjustment of the evaporation to the current steam extraction and, if necessary, an increase in such a way that the maximum steam generation extends far beyond previously known values.
The regulation can be carried out by known tools; the pressure of the inflowing gases, the throttling of the exhausting gases, the combustion itself can be regulated within wide limits by supplying air, fuel, etc.
PATENT CLAIMS:
1. Firing for boilers heated with comminuted solid, liquid or gaseous fuels, in which the fuels and also the air are introduced approximately tangentially and the usable furnace space at least in the first part preferably has a circular cross-section, characterized in that the fuels and expediently also the Air and any streams of water vapor, the supply of which is also approximately tangential, are introduced from the outside at the circumference or in the next area directly into the useful furnace space, the walls of which are formed from water-cooled surfaces,
so that the burning mixture is set in a fast circular motion and is pressed under the influence of centrifugal force against the wall of the usable furnace space to be heated and there it progresses axially in a very straight line until it exits the usable furnace space.