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Aufrechtstehende zyklonartige Ofenkammer
Die Erfindung bezieht sich auf aufrechtstehende zyklonartige Ofenkammern, die in Verbindung mit.
Dampferzeugern stehen und einen Boden, Seitenwände und eine Decke, in der sich ein Gasauslass befin- det, sowie eine Brenneranlage aufweisen, die in der Ofenkammer eine rotierende Masse von brennenden
Gasen erzeugt, wobei die Ofenkammer für die Abfuhr der Asche in flüssigem Zustand eingerichtet ist.
Ein störungsfreier Betrieb von Ofenkammern der vorstehend erläuterten Art ist nur möglich, wenn die
Asche ständig in flüssigem Zustand erhalten werden kann.
Bei älteren bekannten Ofenkammern der erla uterten Alt liegt die Schlackenauslassöffnung in der Mitte eines trichterförmigen Ofenbodens. Der Auslass ist durch die nach oben verlaufenden Trichterwände be- grenzt, die sich mit den Seitenwänden der Kammer vereinigen. Die Schlacke, die sich an den Wänden der Kammer absetzt, fliesst dabei über die Wände und die geneigten Seiten gegen die in der Mitte ge- legene Schlackenauslassöffnung. Bei dieser bekannten Ofenkammer ist eine Verflüssigung der aus dem
Brennstoff entstehenden Asche nur bei Betriebslasten oder Feuerungsstufen möglich, die über einem vor- bestimmten, vom jeweils verwendeten Brennstoff und vom Aufbau des Ofens abhängigen Wert liegen.
Bei niederen Betriebslasten bereitet es aber grosse Schwierigkeiten, die Asche in flüssigem Zustand zu er- halten und die angesammelten zähflüssigen oder festen Aschenmengen zu bewältigen.
Diese Schwierigkeiten sind eine Folge der in der Ofenkammer herrschenden Temperaturverhältnis - se am Schlackenauslass.
Bei Messungen des Temperaturverlaufes in bezug auf die Durchmesserrichtung der Ofenkammer wurde festgestellt, dass die höchsten Temperaturen der brennenden Gase in der Nähe des Umfanges der Zy- klonkammer, die niedersten Temperaturen gerade unterhalb des axialen Gasdurchlasses auftreten. Bei niederer Betriebsbelastucg sinkt die Temperatur der brennenden Gase erheblich ab. Um die Asche im flous- sigen Zustand zu halten, darf die Gastemperatur nicht unter die Schmelztemperatur der Asche absinken.
Bei der vorstehend beschriebenen bekannten Ofenkammer liegt die Schlackenauslassöffnung unter dem Gasauslass, also gerade in der Zone der niedrigsten Ofenkammertemperarur. Es wird also schon bei einer relativ geringfügigen Verminderung der allgemeinen Ofentemperatur bei einer Belastungsabnahme die Temperatur an der Schlackenauslassöffnung unter die Schmelztemperatur der Asche sinken. Dadurch wird schon bei verhältnismässig kleiner Herabsetzung der Belastung der Aschenrückstand oder die Schlacke in zähflüssigem, teigigem oder halbflüssigem Zustand oder in pulveriger Form abgelagert. Die teigige Schlacke verursacht grosse Schwierigkeiten beim Betrieb eines Ofens mit flüssiger Abschlackung, weil sie zu einer Verstopfung der Schlackenauslassöffnung führt.
Während die Schlacke in flüssigem Zustand die Wände des Ofens herabfliesst, von dort zum Boden und weiter durch die Schlackenauslassöffnung in das Wasserbad der Schlackenabführanlage fliesst, schiebt sich die teigige Schlacke über den kühlen Ofenboden gegen die Auslassöffnung ; da sie wegen ihrer hohen Zähigkeit nicht abfliessen kann, verlegt sie die Auslassöffnung. Der Aschenrückstand, der während der Betriebszeit mit niederer Belastung des Ofens anfällt, sammelt sich daher in teigiger oder pulveriger Form am Boden des Ofens an. Je nach Betriebsdauer mit niederer Belastung bildet sich daher eine mehr oder minder dicke Schlackenschicht aus.
Sobald auf eine höhere Betriebslast übergegangen wird, beginnt unter dem Einfluss der steigenden Ofentemperatur diese Schlacke oder Aschenablagerung von oben nach unten langsam zu schmelzen, kann jedoch nicht abfliessen, weil die Schlackenabflussöffnung noch versperrt ist. Erst nachdem auch der
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Schlackenpfropfen in der Auslassöffnung geschmolzen worden ist, kann die Schlacke abrinnen ; innerhalb einer kurzen Zeitspanne löst sich dann die Gesamtmenge der angesammelten Schlacke und fliesst in einem
Schwall ab.
Diese plötzliche, aussergewöhnlich grosse Schlackenmenge stellt eine übermässig hohe Anfor- derung an die Leistungsfähigkeit der Schlackenabfuhranlage, und es ist daher notwendig, diese Anlage für die Verarbeitung einer bedeutend grösseren Schlackenmenge auszubilden, als dies zur Beförderungder durchschnittlich anfallenden Schlackenmenge notwendig wäre. Nochgrössere Schwierigkeiten treten erfah- rungsgemäss bei der Versorgung mit den Wassermengen auf, die zum Kühlen und Granulieren der Schlacke notwendig sind, weil ungefähr 8 1 Wasser zum Kühlen von 1 kg Schlacke notwendig sind. Dies erfordert, dass die Wasserpumpen und die Wasserzuleitung sowie die Ablassleitungen bedeutend stärker als für die durchschnittlichen Anforderungen dimensioniert werden müssen.
Daraus ergibt sich, dass die Schlacken- abführeinrichtung und die Kühlwasserpumpe bei normalem Betrieb mit niedrigem Wirkungsgrad arbei- ten.
Um diese Schwierigkeiten zu vermindern oder auszuschalten, wurde schon vorgeschlagen, den Boden- teil von Öfen mit flüssiger Absi-alackung in mehrere Schlackenkammern zu unterteilen um so den Be- trieb der Ofenanlage bei niederer Belastung zu verbessern. Dies würde jedoch die Baukosten bedeutend erhöhen ; ausserdem würde die Unterteilung der Schlackenkammer andere Probleme aufwerfen, besonders in bezug auf den Wasserumlauf.
Zur Behebung der vorstehend angeführten Nachteile und Mängel ist bei einer andern bekannten Ofen- kammer der einleitend beschriebenen Art am Boden der Kammer eine konische Erhöhung angeordnet und mindestens eine von dieser Erhöhung entfernt liegende Schlackenauslassöffnung vorgesehen. Diese Schlak- kenauslassöffnung im Ofenkammerboden liegt somit im Bereich der höchsten Ofentemperatur, so dass in einem etwas weiteren Belastungsbereich als bisher das Stocken und Ansammeln von Asche am Boden des
Ofens bei niederen Betriebslasten stark verzögert und auch die hiedurch bisher bedingte Überdimensionie- rung der Aschenabfuhranlage beim darauffolgenden Betrieb mit höherer Belastung vermieden wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Ofenkammer der vorstehend erläuterten Art so auszugestal- ten, dass sie in einem noch wesentlich weiteren Arbeitsbereich, als dies bisher möglich war, störungsfrei und bei niedrigen Anlage-und Betriebskosten mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Diese Ziele werden gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die Decke, der Boden, die Seiten- wände und die konische Erhöhung der Kammer Einrichtungen zurKühlmitteldurchströmung enthalten.
Diese Ausbildung ermöglicht'es in einfacher Weise, den Temperaturverlauf im Ofen über einem re- lativ weiten Arbeitsbereich so zu regeln, dass auch bei stärkerem Absinken der Ofentemperatur infolge Verminderung der Belastung die Temperatur der Asche an allen Stellen der Ofenkammer höher als die Schmelztemperatur der Asche bleibt.
Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemässen Ofenkammer sind die Einrichtungen zur Kühlmitteldurchströmung so angeordnet, dass das Kühlmittel zuerst durch die konische Erhöhung und dann durch die Seitenwände und dieDecke der Kammer strömt. Durch diese Massnahme kann der Temperaturverlauf in der Ofenkammer sehr gleichmässig geregelt werden.
Bei einer Ofenkammer, bei welcher der Gasauslass durch einen rohrförmigen Bauteil gebildet ist, der sich von der Decke herunter in dieOfenkammer erstreckt, kann die gleiche Wirkung erzielt werden, wenn dieEinrichtungen zurKühlmitteldurchströmung so angeordnet sind, dass das Kühlmittel der Reihe nach den Boden, die Seitenwände der Kammer und die Seitenwände des Gasauslasses durchströmt.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel genauer erläutert werden. Fig : 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen zyklonartigen Dampferzeuger, mit einer erfindungsgemässen Ofenkammer ; Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt durch die Ofenkammer längs der Linie 2 - 2 in Fig. 1 ; Fig. 3 ist einHorizontalschnitt durch dieOfenkammer längs der Linie 3-3 in Fig. 1; Fig. 4 ist ein Teilschnitt durch den unteren Teil der Ofenkammer längs der Linie 4 - 4 in Fig. 1 : Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Verteilung der längs des Ofenkammerdurchmessers veränderlichen Ofentem- peratur, die bei der erfindungsgemässen Verbesserung ausgenützt wird.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein zyklonartiger Ofen zur Dampferzeugung dargestellt. Er besteht aus einer oberen Strahlungskammer A und einer unteren gemäss der Erfindung ausgebildeten Ofenkammer B, an deren Boden 10 eine konische Erhöhung E angeordnet ist. Die die Verbrennungs-oder Schlackenkam- mer bildende Ofenkammer B ist durch Seitenwände 11 begrenzt, die mit kühlenden, dampferzeugenden Rohren 12 bedeckt sind. Die Decke 14 und der Boden 10 sind ebenfalls mit wasserführenden Rohren 16 ausgelegt. Bei der bevorzugten Ausführung hat die BrennkammerB im allgemeinen Kreisquerschnitt, wie in den Fig 3 und 4 dargestellt. Die Erfindung könnte jedoch gleich gut auch bei Öfen mit elliptischen, rechteckigem oder anderem vieleckigem Querschnitt angewendet werden.
Der Brennstoff, wie pulver-
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förmige Kohle oder ein anderer, feinverteilte Asche bildender Brennstoff, wird mit Verbrennungsluft durch die Brenner 18 in die Brennkammer eingeblasen. Gemäss Fig. 2 sind vier Brenner in Abständen am Umfang der Kammer B verteilt. Die Brennstoff- und Luftströme werden durch die Brenner 18 tangential gegen einen imaginären Kreis 20 gerichtet und verursachen eine Rotation der Verbrennungsgase mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit.
Mittels der Einrichtung zur Kühlmitteldurchströmung der Decke 14, des Bodens 10, der Seitenwände 11 und der konischen Erhöhung E kann der Temperaturverlauf in der Ofenkammer B so geregelt werden, dass die Temperatur der Gase immer über dem Schmelzpunkt der Asche bleibt und die flüssige Asche nicht teigig werden oder gänzlich erstarren kann. Während des Betriebes werden die in den Verbrennungsgasen enthaltenen flüssigen Aschentröpfchen gegen die Seitenwände der Verbrennungskammer und die Oberfläche des Bodens geschleudert und sie fliessen in Richtung und durch eine oder mehrere Schlackenausflussöffnungen 22. Die Schlacke tropft daraufhin in einen Wasserbehälter, aus welchem die gekörnte Asche durch eine nicht gezeigte Aschenfördervorrichtung entfernt wird.
Die rotierenden Verbrennungsgase steigen auf, ziehen durch einen axial angeordneten Gasauslass 24
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hen die Gase durch einen Rauchzug 26, wo sie ihre Wärme an Heizflächen, wie den Überhitzer 28 und andere nicht gezeigte, übliche wärmeaufnehmende Oberflächen, abgeben.
Der Gasauslass 24 ist mit wärmeaufnehmenden Rohren 30 ausgelegt. Die Heizflächen der Rohre 12,
16 und 30, welche die innere Oberfläche der Schlackenkammer B bedecken, sind zweckmässig in übli- cher Weise durch an die Rohre angeschweisste Bolzen vergrössert. Diese Stachelrohre sind im allgemeinen mit einer Schutzschicht aus Chromerz oder einem andern feuerfesten Material bedeckt. Die unteren En- den der Rohre 12 und 16 münden in einen ringförmigen Sammler 32, der bei der Ausführung nach Fig. 1 das Wasser von einer nicht gezeigten Quelle mittels einer Pumpe durch Rohre 34 zugeführt erhält. Um den Sammler 32 mit Wasser zu versorgen, können auch andere Hilfsmittel angewendet werden, beispiels- weise kann die Wasserzufuhr auf Grund der Eigenschwere aus einer Dampf und Wasser enthaltenden Trom- mel erfolgen.
Bei der bevorzugten, in Fig. 1 gezeigten Ausführung ist das Innere des Sammlers 32 durch eine Trennwand 41 der Länge nach in zwei Räume 33 und 40 geteilt. Statt dessen können zwei getrennte
Sammler nebeneinander angeordnet werden. Die Rohre 16, die den Boden der Kammer B bedecken, kön- nen'in Form von Schleifen verlegt sein, welche in der Nähe der Bodenmitte 10 eine Umkehrbiegung 42 aufweisen. Ein Ende des Rohres 16 mündet im Sammlerraum 38, das andere im Sammlerraum 40 Die Roh- re können auch inform einer fortlaufendenspirale verlegt werden. Die unteren Enden der Rohre 12, wel - che die Seitenwand 11 auskleiden, münden gleichfalls im Raum 40.
Im Betrieb fliesst das zugeführte Wasser durch das Rohr 34 in den Raum 38, von dort durch die Rohre
16, welche den Boden 10 kühlen, zurück in den Sammler 40 und von dort durch die Rohre 12, welche die
Seitenwand der Kammer kühlen. Die Rohre 12 sind nach oben verlängert, um die gekühlte Decke 14 zu bilden und teilweise auch die Strahlungskammer A auszukleiden. Jedes Rohr einer begrenzten Anzahl von
Rohren 12 ist mit einem Rohr 30 verbunden, das einen Teil der Auskleidung des axialen Gasauslasses bil- det. Die Rohre 30 können entweder ähnlich wie die Bodenrohrel6 Schleifen bilden, deren Auslassabschnitt nach oben verlängert ist, um sich mit den Rohren 12 der Auskleidung der Strahlungskammer A zu verein !gen, oder sie können auch in Form einer fortlaufenden Spirale verlegt sein.
Der Boden 10 der Brennkammer B hat einen erhöhten Mittelteil E und ist mit umliegender Kammerwand durch eine nach aussen gerichtete, geneigte Fläche S verbunden.
Bei der Ausführung gemäss den Fig. 1, 2 und 4 hat die Oberfläche S Kegelform. Die Erhöhung an der Bodenfläche kann auch eine andere Form, beispielsweise die Form einer Pyramide mit drei, vier oder mehr Seiten haben. Die Erfindung ist auch bei Ofenkammern mit geneigten Böden anwendbar, die im allgemeinen wie in Fig. 1 ausgebildet sind, aber eine unregelmässige Oberfläche haben, z. B. durch zum Schlackenauslauss führende Täler, Rillen oder Rinnen unterbrochen sind.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel lässt natürlich im Rahmen der Erfindung noch verschiedene Abwandlungen zu.
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