DE2935494A1

DE2935494A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer kesselanlage mit stokerfeuerung

Info

Publication number: DE2935494A1
Application number: DE19792935494
Authority: DE
Inventors: Oddmund 3040 Soltau Saxlund
Original assignee: SAXLUND GEB ERIKSEN ASTRID ALI
Current assignee: SAXLUND GEB ERIKSEN ASTRID ALI
Priority date: 1979-09-03
Filing date: 1979-09-03
Publication date: 1981-03-19
Also published as: WO1984001014A1; US4389979A

Description

DR.-ING. R. DÖRING DiPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

-X-

Astrid Saxlund

Heidberg 1

3040 Soltau-Harber

"Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Kesselanlage mit Stokerfeuerung"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Kesselanlage mit stokerartiger Feuerung, bestehend aus einer Stokerkammer mit einem Brennrost für die Zufuhr der Primärluft, am Umfang verteilten Düsen zur Zufuhr von Sekundärluft, und einem an die Stokerkammer koaxial anschließenden Rohrkessel mit etwa kreisförmiger Innenkammer und ringförmiger Gasabsaugung.

Kesselanlagen mit stokerartiger Feuerung sind bekannt. Bei diesen wird die Primärluft unter Druck durch die Stäbe des Brennrostes gedrückt, der einen schalenförmigen Boden für den Brennstoff begrenzt. Die Verbrennung geschieht in zwei Stufen, wobei eine Vorverbrennung in der durch die Eoststäbe begrenzten Schale erfolgt, während eine Nachverbrennung oder Restverbrennung in der über der Schale liegenden Stokerkammer vor sich geht. Die In solchen Anlagen verfeuerten Brennstoffe entwickeln bei einer derartigen Verbrennung L J

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im großen Umfang brennbare Gase, denen durch die kranzartig angeordneten Düsen Sekundärluft beigemischt wird, wodurch die im wesentlichen restlose Verbrennung in der Stokerkammer erfolgt.

Es ist bekannt, die Feuerung mit lotrechter Achse etwa kreisförmig im Querschnitt auszubilden und den Rohrkessel unmittelbar auf die oben offene Stokerkammer aufzusetzen, so daß der innere Rohrkranz praktisch eine Fortsetzung der Stokerkammer bildet. Die die Rohrschlangen oder Rohrbündel aufnehmende Innenkammer ist an der Oberseite weitgehend geschlossen und die Verbrennungsgase werden nach Abgabe ihrer Wärme an die Rohrbündel ringförmig abgesaugt, wobei die Gase mehrfach ringförmig und unter Umlenkung in axialer Richtung durch einander konzentrisch umgebende Rohrbündel geführt werden können.

Ein erhebliches Problem bei solchen Kesselanlagen besteht darin, daß sich in der Stokerkammer bei optimalem Betrieb sehr hohe Temperaturen entwickeln, so daß die Kammerwände hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß- es außerordentlich schwierig ist, diese thermische Belastung so zu verringern, daß ein optimaler und wirtschaftlicher Betrieb ohne zu häufige Stillegung der Stokerfeuerung zur Ausbesserung der Kammerwände möglich ist. Die Anlagen müssen daher zumeist größer ausgelegt und aufwendiger gebaut werden, als es für den eigentlichen Eetrieb unter optimalen BecLngungen notwendig ist. Dies hat den verbreiteten Einsatz derartiger Kesselanlagen stark be-

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hindert, obwohl sie vom Prinzip her außerordentlich einfach im Aufbau und sehr wirtschaftlich im Betrieb sind, insbesondere seitdem es gelungen ist, für eine zuverlässige und einwandfreie Ascheabfuhr ohne die Notwendigkeit der Stillsetzung der Anlage zu sorgen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art anzugeben, mit deren Hilfe es möglich ist, eine solche Kesselanlage mit Stokerfeuerung unter verbrennungstechnisch optimalen Bedingungen zu betreiben, ohne daß ein häufiges Stillsetzen für Reparaturen an der Kammerwandung notwendig ist. Dabei soll vor allem auch Sorge dafür getragen werden, daß durch eine verbesserte Betriebsweise die Anlage raumsparender und billiger gebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Stokerkammer Primärluft und Sekundärluft ausreichend nur für eine teilweise Verbrennung des Brennstoffes zugeführt wird, daß man die aus der Stokerkammer austretende Strömung aus Verbrennungsgasen und brennbaren Gasen im Querschnitt wesentlich einschnürt und einen gegenüber dem Umgebungsdruck erniedrigten Druck erzeugt, wobei man am Umfang der eingeschnürten Strömung Tertiärluft unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck tangential zuführt und anschließend den Querschnitt der Gesamtströmung bei Eintritt in die Innenkammer wieder erweitert..

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Durch die unvollkommene Verbrennung in der Rostschale und in der Stokerkammer kann man die Temperatur in der Stokerkammer deutlich niedriger als bisher halten, so daß die Kammerwände wesentlich weniger stark thermisch belastet sind. Damit wird es möglich, die Stokerfeuerung mit geringeren Abmessungen und weniger aufwendig zu bauen, wobei die Auskleidungswerkstoffe der Stokerkammer eine wesentlich größere Lebensdauer als bei den bisherigen Feuerungsanlagen besitzen. Die Nachverbrennung der noch in der Stokerkammer erzeugten brennbaren Gase erfolgt zum Teil in der Innenkammer des Rohrkessels. Die für diese Nachverbrennung ausreichende Luft wird erst an dem Verbindungsberexch zwischen Stokerkammer und Innenkammer zugeführt,.und zwar in besonderer Weise. Die Zuführung erfolgt unter Druck und in tangentialer Richtung derart, daß sich im Einschnürungs- oder Verbindungsberexch zwischen Stokerkammer und Kesselraum eine entlang der Innenwandung des Verbindungsbereiches rotierende Luftströmung ergibt. Diese schnürt die Gasströmung weiter ein und versetzt auch diese allmählich in eine rotierende oder nach oben schraubenförmig aufsteigende Strömung, die aufgrund der Zentrifugalkräfte hinter der Einschnürung bestrebt ist, in enger Anlehnung an die die Innenwandung der Innenkammer bildenden Rohrbündel aufzusteigen. Es ergibt sich dabei eine ausreichende Vermischung von Luft und Gasgemisch, so daß die Nachverbrennung vorwiegend in der Innenkammer erfolgt. Durch die beschriebenen Maßnahmen wird im Einschnürungsbereich gleichzeitig ein so starker Unterdruck im Vergleich zu dem Umgebungsdruck erzeugt, daß trotz der Zufuhr von Tertiärluft in diesem Bereich ein Teil der in der Innenkammer ies Kessels befindlichen

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Gase eine Kernströmung bildet, die mit schraubenförmiger Tendenz an der Kesselraumdecke umkehrt und auf die Einschnürungsstelle zugerichtet ist. Auf diese Weise wird eine vollständige Nachverbrennung aller brennbaren Gase im Gasgemisch gewährleistet und eine optimale thermische Ausnutzung der Gase sichergestellt. Durch die Rückströmung in der Brennkammermitte werden losgerissene, in der Strömung mitgeführte unverbrannte Brennstoffteilchen dem Brennstoffbett wieder zugeführt.

Das Ausmaß der Einschnürung und der Druck und die Menge an zugeführter Tertiärluft richten sich unter anderer« nach der Art und Zusammensetzung des Brennstoffes, sowie nach dem Ausmaß der unvollkommenen Verbrennung in der Stokerkammer. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Gasströmung auf etwa 1/3 bis 1/4 der Querschnittsfläche der Stokerkammer einzuschnüren und anschließend auf wenigstens etwa die Querschnittsfläche der Stokerkammerwieder zu erweitern.

Die Erfindung ist besonders geeignet bei aufrechter Achse der Anlage, bei der die Feuerungsanlage mit Stokerkammer und der Rohrkessel unmittelbar übereinander angeordnet sind und etwa kreisförmigen Querschnitt besitzen.

Zur Ausführung des Verfahrens sieht somit die Erfindung eine

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Vorrichtung vor, bei der die Stokerkamraer rait der Innenkammer des Kessels über eine düsenartige Einschnürung in Verbindung steht und im Verbindungsbereich eine Einrichtung zur tangentialen Zufuhr von Tertiärluft vorgesehen ist. Die düsenartige Einschnürung kann als eine Art Venturidüse angesehen werden. Die Einrichtung zur Zufuhr der Tertiärluft ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet und stellt gleichzeitig die engste Stelle der düsenartigen Einschnürung dar. Der Überdruck, mit dem die Tertiärluft zugeführt wird, wird so eingestellt, daß sich eine rotierende Ringströmung an der engsten Stelle ausbildet, die so stabil ist, daß sie durch das mit zunehmender Geschwindigkeit aufsteigende Gasgemisch nicht wesentlich zerstört, wird. Die Rotationsgeschwindigkeit dieser Strömung soll ausreichend sein, um die Gesamtströmung nach Passieren der engsten Einschnürungsstelle schraubenförmig und in enger Anlehnung an die Rohrbündel im Querschnitt zu erweitern. Die hohe Gasgeschwindigkeit in der Innenkammer des Kessels bewirkt eine bessere Wärmeübergangszahl zwischen Verbrennungsgase/Kesselwand.

Das Ausmaß der unvollkommenen Verbrennung in der Stokerkammer kann besonders genau gesteuert werden, wenn man die kranzartig über die Umfangswand der Stokerkammer verteilten Düsen für die Zufuhr der Sekundärluft gegenüber der Stokerkammerachse mit unterschiedlicher Neigung vo.i außen nach innen und von oben nach unten gegenüber der Achse der Anlage anordnet. Die unterschiedliche Neigung kann im Bereich zwischen.10° und AO⁰ liegen. Sie

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beträgt vorzugsweise 15 und etwa 35 , wobei sich die Düsen von unterschiedlicher Neigung vorzugsweise in Umfangsrichtung abwechseln. Auf diese Weise kann die Sekundärluft über die Oberfläche des Brenngutes in der Stokerkammer so verteilt werden, daß eine genaue und gleichförmige Steuerung der Verbrennung und Vergasung in diesem Bereich möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert .

Es zeigen :

Fig. 1 im senkrechten Schnitt den mittleren Bereich einer aus einer Stokerfeuerung und einem Rohrkessel bestehenden Kesselanlage gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II der Figur 1.

Die Kesselanlage besteht aus der Stokerfeuerung" 1 und dem Kessel 2. Beide sind lotrecht übereinander angeordnet und in Bezug auf eine gemeinsame lotrechte Achse 10 jeweils etwa kreisförmig im Querschnitt ausgebildet . Der untere Teil der Stoker-

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feuerung 1 ist nicht im einzelnen gezeigt. Man erkennt jedoch den Kranz von Roststäben 3, welche zu dem unteren schalenförmigen Bereich der Stokerfeuerung. gehören, in dem die Brennstoffe 6 eingefüllt werden. Durch entsprechende Luftkanäle 4 wird Primärluft entsprechend den Pfeilen 24 durch die Roststäbe in den Brennguthaufen 6 gedrückt. Die über den Roststäben liegende Stokerkaramer ist in üblicher Weise mit thermisch belastbaren Werkstoffen 7 ausgekleidet. In der Wandung der Auskleidung sind Düsekränze 8,11 angeordnet, welche aus über den Umfang gleichförmig verteilten und zur gemeinsamen Achse 10 der Anlage von außen nach innen und von oben nach unten geneigten Düsenkanälen bestehen. Durch diese wird durch eine äußere Luftkammer Sekundärluft unter Druck entsprechend den Pfeilen 25 im Bereich oberhalb der Oberfläche des Brennguthaufens 6 eingeblasen. Im vorliegenden Fall sind zwei Sorten von Sekundärluftdüsen 8 und 11 von unterschiedlicher Neigung 9 bzw.12 vorgesehen. Die Düsen 8 weisen die geringere Neigung 9 auf, während die Düsen 11 eine gegenüber der Achse 10 der Anordnung größere Neigung 12 besitzen. Bei Düsen von zxtfei verschiedenen Neigungen sind diese vorzugsweise in Umfangsrichtung abwechselnd angeordnet. Es können auch Düsenkränze mit drei oder vier verschiedenen Neigungen vorgesehen sein. Die Neigungen liegen zwischen etwa 10° und etwa 40 . Im dargestellten Beispiel betragen sie bevorzugt 15 für die Düsen 8 und 35° für die Düsen 11. Die Winkelangaben beziehen sich auf den zugehörigen senkrecht zur Achse 10 verlaufenden Radius.

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Die Stokerkammer 5 weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt mit einem vorbestimmten, der Leistung der Anlage entsprechenden Durchmesser 13 auf.

An die Stokerfeuerung 1 schließt sich gleichachsig die Kesselanlage 2 an, von der nur der untere Teil gezeigt ist. Die Innenkammer des Kessels wird dabei im wesentlichen über ihre ganze Höhe durch eine oder im dargestellten Beispiel zwei konzentrische Rohrschlangen umgeben. Diese können, wie gezeigt, dicht gewickelt sein oder Zwischenräume aufweisen. Statt der Rohrschlangen können auch zur Achse 10 parallele Rohrbündel konzentrisch vorgesehen sein, z.B. sogenannte Flossenrohre, bei denen die im Abstand angeordneten benachbarten Rohre durch kurze Zwischenwände miteinander verbunden sind. Die heißen Gase steigen in dem Kesselraum 15 nach oben, der an seiner Decke weitgehend geschlossen ist. Die aufsteigende Strömung wird dann in eine nach unten gerichtete äußere Strömung umgekehrt, die an dem äußeren Rohrbündel entlangströmt. Nach Abgabe ihrer Wärme werden die Gase ringförmig abgesaugt. Es können auch mehr als zwei Rohrbündel oder Rohrkränze konzentrisch vorgesehen sein. Der durch das innere Rohrbündel bestimmte lichte Durchmesser des Innenraumes 15 des Kessels ist mit 18 bezeichnet.

Die Gase aus der Stokerkammer 5 können frei in die Innenkammer strömen. Jedoch ist bei der gezeigten Anlage der Verbindungsbe-

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reich zwischen Stokerkammer 5 und Innenkammer 15 durch eine düsenartige Einschnürung 19 gebildet. Diese ist in Fig.1 nur in ihrer Ausgestaltung schematisch angedeutet und hat im allgemeinen venturiartigen Charakter. Der Durchmesser an der engsten Stelle der Einschnürung 19 ist mit 20 bezeichnet.

Durch die starke Einschnürung, die etwa nur 1/3 bis 1/4 der Querschnittsfläche der Stokerkammer aufweist, werden die in der Stokerkammer 5 aufsteigenden Gase gemäß den Pfeilen 26 beschleunigt. Hinter der Einschnürungsstelle 19 verlangsamt sich die Strömung aufgrund der erheblichen Erweiterung, die die Innenkammer 15 gegenüber der Einschnürung bildet. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche der Innenkammer 15 etwa gleich oder größer der Querschnittsfläche der Stokerkammer 5. Auf jeden Fall ist die Querschnittsfläche der Innenkammer 15 wesentlich größer als die Querschnittsfläche an der Einschnürungsstelle 19". Aufgrund dieser Anordnung bildet sich in der aufsteigenden Strömung der Gase ein erheblicher Unterdruck im Bereich der Einschnürungsstelle aus. Dieser Unterdruck hat zur Folge, daß ein Teil der bis zur Decke der Innenkammer 15 aufsteigenden Gase seine Strömungsrichtung umkehrt und als eine Art Kernströmung in den Bereich der Einschnürung zurückgesaugt und in die aufsteigende Strömung der aus der Stokerkammer 5 austretenden Gase wieder eingemischt wird.

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Um die thermische Belastung der Ausfütterung 7 der Stokerkammer 5 niedrig zu halten, wird die Stokerfeuerung durch die Bemessung der Primärluft 24 und der Sekundärluft 25 so betrieben, daß bei der Primärverbrennung in der Mulde der Stokerfeuerung und der Nachverbrennung in der Stokerkammer 5 nur eine unvollständige Verbrennung stattfindet. Da bei einer solchen Stokerfeuerung die Brennstoffe 6 im starken Umfang brennbare Gase erzeugen, welche Erzeugung noch durch die beschriebene besondere Ausgestaltung der Düsenkränze 8 und 11 gefördert werden kann, enthält die durch die Einschnürung 19 aufsteigende Gasströmung in erheblichem Umfang noch nicht verbrannte, brennbare Gase. Die für die vollständige Verbrennung dieser Gase erforderliche weitere Luft wird als Tertiärluft im Verbindungsbereich zwischen Stokerkammer 5 und Innenkammer 15 eingeführt. Dabei erfolgt die Zuführung dieser Luft von außen in Form einer nahe der Innenwand der Einschnürung 19 kräftig rotierenden Luftströmung, wie dies durch den Pfeil 28 in Fig.2 gezeigt ist. Zu diesem Zweck ist eine Ringkammer 21 mit einem darin angeordneten Kranz von tangential in Umfangsrichtung spiralartig angeordneten Leitkörpern 23 vorgesehen. Die Tertiärluft wird dabei von einer äußeren Luftkammer über Zuführungskanäle 22 der Ringkammer 21 zugeführt und tritt zweckmäßigerviexse an der engsten Stelle der Einschnürung 19 aus. Die Zufuhr der Luft erfolgt unter einem solchen Druck, daß sich eine die aufsteigende Gasströmung umgebende kräftige Ringströmung ergibt. Die rotierende Luftströmung versetzt auch die aufsteigende Gasströmung 26 in Rotation, so daß sich insgesamt eine aufsteigende schraubenförmige Strömung 29 ergibt, die sich aufgrund der Zentrifugalkräfte nach

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Passieren der Einschnürung 19 unter enger Anlehnung an die Innenwände der Innenkammer 15 im Querschnitt stark erweitert. Dabei erfolgt eine innige Vermischung von Luft und Gasgemisch, wodurch bereits an der engsten Stelle der Einschnürung 19 die weitere Nachverbrennung der noch nicht verbrannten Gase einsetzt. Diese Nachverbrennung setzt sich weit in die Innenkammer 15 hinein fort. Durch die starke Querschnittserweiterung in der Innenkammer 15 nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in Richtung nach oben stark ab, so daß sich innerhalb dieser schraubenförmigen Gasströmung eine gegenläufige schraubenförmige Gasströmung 30 in Form einer Kernströmung ausbilden kann, die von der Decke der Innenkammer 15 aus in Richtung auf die Einschnürung 19 gerichtet ist und einen Teil der Gase wieder der Einschnürungsstelle zuführt. In diesem Bereich erfolgt eine Vermischung der rückläufigen Kernströmung 30 und der aufsteigenden Strömung 29,

Man erhält auf diese Weise eine optimale Verbrennung aller brennbaren Gase unter optimalem Wärmeausnutzung, wobei gleichzeitig die Temperaturen an den Wänden der Stokerkammer 5 unterhalb kritischer Werte gehalten werden können, so daß die thermische Belastung des Futters 7 der Stokerkammer in Grenzen bleibt und die Kammer eine x^esentlich höhere Lebensdauer besitzt. Die Gesamtanlage kann somit bei geringen Bauabmessungen wesentlich höher belastet und optimaler ausgenutzt werden, was.eine wesentlich verbreitetere Anwendung dieser einfachen und wirtschaftlich arbeitenden Anlage begünstigt«

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Claims

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Ansprüche

1/ Verfahren zum Betreiben einer Kesselanlage mit Stokerfeuerung, bestehend aus einer Stokerkammer mit Brennrost für den Durchtritt der Primärluft_f am Umfang verteilten Düsen zur Zuführung von Sekundärluft und einem an die Stokerkammer koaxial anschließenden Rohrkessel mit etwa kreisförmiger Innenkammer und ringförmiger Gasabsaugungj dadurch gekennzeichnet , daß der Stokerkammer Luft ausreichend nur für eine teilweise Verbrennung zugeführt wird, daß man die aus der Stokerkammer austretende Strömung aus Verbrennungsgasen und noch nicht verbrannten Gasen im Querschnitt wesentlich einschnürt und einen gegenüber dem Umgebungsdruck erniedrigten Druck erzeugt, wobei man am Umfang der eingeschnürten Strömung Tertiärluft unter einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Druck tangential zuführt und anschließend den Querschnitt der Gesamtströmung bei Eintritt in die Innenkammer wieder erweitert.
2. Verfahren nach Anspruch 1_} dadurch gekennzeichnet, daß cie Gasströmung auf etwa 1/3 bis 1/4 der Querschnittsfläche der Stokerkammer eingeschnürt und anschließend auf wenigstens etwa uie Querschnittsfläche der Stokerkammer wieder erweitert wird.

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3. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Stokerkammer mit einem Brennrost für die Zufuhr der Frischluft, am Umfang verteilten Luftzuführungsdüsen für die Zuführung von Sekundärluft und einem an die Stokerkammer koaxial anschließenden Rohrkessel mit etwa kreisförmiger Innenkammer und ringförmiger Gasabsaugung, dadurch gekennzeichnet , daß die Stokerkammer (5) mit dem Kesselraum (15) über eine düsenartige Einschnürung (19) in Verbindung steht und im Verbindungsbereich eine ringförmige Einrichtung (21-23) für die tangentiale Zufuhr von Tertiärluft vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (21-23) zur tangentialen Zufuhr von Tertiärluft ein .Ringspalt mit -Leiteinrichtung ist und die engste Stelle der düsenartigen Einschnürung (19) bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Querschnittsfläche an der engsten Stelle der Einschnürung (19) etwa 1/3 bis etwa Mk der Querschnittsfläche der Stokerkammer (5) beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch k oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Querschnittsfläche der Innenkammer (15) etwa gleich oder größer als die Querschnittsfläche der Stokerkammer (5) ist.

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7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet , daß die kranzartig
über die Umfangswand der Brennkammer verteilten Düsen (8,11)
für die Zufuhr der Sekundärluft gegenüber aer Stokerkammerachse (10) unterschiedliche Neigung zwischen etwa 10° und A0°_f vorzugsweise von etwa 15° und etwa 35°₅aufweisen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Umfangsrichtung Düsen (8,11) unterschiedlicher Neigung abwechseln.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeic-hnet , daß die Leiteinrichtung mehrere teilspiralförmig angeordnete, sich zur Bildung von im wesentlichen in Umfangsrichtung weisenden Öffnungen teilweise überlappende Leitbleche oder dgl. im Ringspalt aufweist.

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