DE976588C

DE976588C - Dampferzeuger mit Schmelzkammerfeuerung

Info

Publication number: DE976588C
Application number: DEP27587A
Authority: DE
Inventors: Ervin George Baily; James Fletcher; Howard James Kerr; Lambert Kooistra; George Alfred Watts
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Priority date: 1941-03-07
Filing date: 1948-12-29
Publication date: 1963-12-05
Also published as: US2357301A

Description

Dampferzeuger mit Schmelzkammerfeuerung Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit Schmelzkammerfeuerung, bestehend aus einer mit Kühlrohren verkleideten muffelfönnigen Brennkammer und einer ihr ini Feuergasstrom nachgeschalteten zweiten Kammer (Nachbrennkammer), zwischen deren Kühlrohren die Feuergase seitlich in eine dritte Kammer eintreten, an welche die die Berührungsheizflächen enthaltenden Züge anschließen.
Dampferzeuger mit Schmelzkammerfeuerung und einer der mit Kühlrohrwänden versehenen Schmelzkammer nachgeschalteten, ebenf alls mit Kühlrohren ausgekleideten zweiten Kammer sowie einer an diese anschließenden, mit Kühlrohrwänden ausgestatteten dritten Kammer, an welche die die Berührungsheizflächen enthaltenden Züge anschließen, sind bekannt. Üblicherweise wird die Schmelzkammer gegen die nachgeschalteten Kammern durch einen Schlackenfangrost abgegrenzt, dessen Rohre manchmal gruppenweise zu parallelen Rohrtafeln zusammengefaßt sind.
Es sind auch muffelförmige kreiszylindrische wandgekühlte Schmelzkammern bekannt, in welche das Brennstaub-Luft-Gemisch von einer Stirnwand aus mit Hilfe eines Drallbrenners eingeführt wird. An diese Schmelzkammer ist ein U-förmiger, mit Kühlrohrwänden versehener Strahlungszug angeschlossen, der die Feuergase zu den nachgeschalteten Berührungsheizflächen leitet.
Ferner ist ein Dampferzeuger mit wandgekühlter, kreiszylindrischer Schmelzkammer bekannt, durch welche die Brennstaubflamme annähernd axial ohne Drall hindurchgeführt wird, bei dem an die Schmelzkammer ein im wesentlichen zylindrischer kohrkäfig mit einer geschlossenen. feuerfesten Stirnwand anschließt. Dieser Rohrkäfig ist von einer Kammer umgeben, welche die Feuergase zu den Berührungsheizflächen leitet.
Bei einer anderen, kreiszylindrischen, wandgekühlten Brennkammer wird das Statib-Luft-Gemisch am Umfang einer Stirnwand eingeführt und ihm mit Hilfe. in den Ringkanal eingebauter Lenkzungen ein Drall erteilt. Diese Feuerung ist für Anfall der Schlacke in festem Zustand gedacht. Daher ist durch düsenf6rmiges Einbiegen der dem Brenner gegenüberliegenden Stirnwand einerseits ein zentrischer Feuergasaustrittskanal, andererseits ein ringförmiger Schlackenfangkanal geschaffen.
Es ist auch eine topfförmige Brennkammer b&-kannt, bei welcher Zweitluft und Brennstoff-Luft-Gemisch tangential am Umfang eingeführt werden, die flüssige Schlacke durch eine zentrale Bodenöffnung abfließt und die Verbrennung in dem am Boden des Topfes kreisenden und im Inneren derselben aufsteigenden Feuergasstrom erfolgen soll, während die Zweitluft sich an den Zylinderwänden erwärmen soll.
Bei einer anderen Feuerung werden Zweitluft und Brennstaub nahe der oberen Stirnwand in mehreren Strömen tangential in die als Drehkörper mit großem Durchmesser und kurzer Achslänge ausgebildete feuerfeste Brennkammer eingeführt, aus welcher die Feuergase und die flüssige Schlacke durch die weit geöffnete Stirnwand gemeinsam nach unten abströmen.
Es ist eine Schmelzkammerfeuerung bekannt mit einer kegelförmigen Brennkammer, an deren oberem, geschlossenem Ende mehrere Brenner für Kohlenstaub, Öl oder Gas tangential in den Mantel einmünden. Das untere Ende der Brennkammer ist durch einen feuerfesten annähernd waagerechten Kanal, aus dem die flüssige Schlacke durch eine Öffnung abfließen kann, mit einem aufsteigenden Schacht verbunden, der ein Gitterwerk aus feuerfesten Steinen enthält, welches Wärme an die darüber angeordneten Berührurigsheizflächen abstrahlen soll.
Weiter ist eine topfförmige Brennkammer bekannt, bei welcher die Zweitluft und der Brennstoff mit Erstluft am oberen Ende der lotrechten, zylindrischen Muffel tangential eingefährt werden, um am Mantel absteigend erhitzt und am Boden sowie in der aufsteigenden inneren Strömung verbrannt zu werden. Die flüssige Schlacke fließt durch eine zentrale Bodenöffnung ab, die Feuergase strömen aus der oberen offenen Brennkammer durch eine Übergangskammer zu den Berührungsheizflächen. Diese Feuerung soll auch für die Verbrennung von Abfallkohle und grobgenlahlener Kohle verwend-ZD bar sein.
Bei einer bekannten Schmelzka-mmerfeuerung ist die Schinelzkammer von feuerfest umkleideten Stiftrohren begrenzt, welche an einer Öffnung einen Schlackenfangrost bilden, zwischen dessen Rohren die Feuergase in eine zweite Kammer treten, deren heißerer Teil ebenfalls mit feuerfest uinkleideten Stiftrohren verkleidet ist, während die Wände des kälteren Teiles, durch den die Feuergase zu den Berührungsheizflächen strömen, aus Kühlrohren bestehen, die feuerseitig mit gußeisernen Blöcken belegt sind. Die Schlacke fließt aus der Schmelzkammer zwischen den Rohren des Schlackenfangrostes hindurch in den unteren Teil der zweiten Kammer und aus dieser durrh eine Bodenöffnung ab. Die maximale Feuerraumbelastung wird für diese Feuerung, bezogen auf den Inhalt beider Kammern, mit 350 000 kcal/m3h angegeben. Unter Berücksichtigung der bekannten Größenv. erhältnisse beträgt die Belastung, auf die Schmelzkaminer allein bezogen, weniger als i oooooo kcal/m3h.
Im Bau von Dampferzeugern geht das Streben nach immer größeren Einheitsleistungen. Voraussetzung dafür ist eine entsprechende Erhöhung der Feuerungsleistung. Die proportionaleVergrößerung der Abmessungen von Feuerräumen ist begrenzt durch das zugleich sinkendeNerhältnis von Oberfläche zu Rauminhalt. Daher gehen die Bestrebungen dahin, den Feuerraum höher zu belasten, also die Verbrennung zu beschleunigen. Die Mittel dazu sind bekannt. Sie sind: i. Erhöhung der Verbrennungstemperatur, Verlängerung der Brennzeit durch Brennstoffansammlung, 3. Verkürzung der Brennzeit durch Vergrößerung der Brennstoffoberfläche.
Für flüssige und gasförmige Brennstoffe sind diese Voraussetzungen leichter zu erfüllen als für feste Brennstoffe, denn diese sind mit einem Anteil an unbrennbaren Stoffen verbunden, der schwer von ihnen zu trennen ist, aus den Feuergasen j edoch entfernt werden muß, da, er die Wärmeübertragung an die Heizflächen ungünstig beeinflußt und auch nach Verlassen der lleizflächen als Kaminauswurf noch zu Belästigungen führen kann.
Die erste Forderung ist leicht zu erfüllen durch Vorwä,rmung der Verbrennungsluft und Verminderung des Luftüberschusses. Eine Grenze bildet die theoretische Verbrennungstemperatur, doch muß in der Praxis weit darunter geblieben werden, weil die - mit der Temperaturerhöhung auftretenden Schwierigkeiten zu groß werden. Eine der auffallendsten Erscheinungen ist, daß bei gewissen Temperaturen, die etwa zwischen goo und i5oo'C liegen, die unverbrennlichen Bestandteile des festen Brennstoffes, die Asche, unter teilweise chemischen Umsetzungen zunächst teigig, dann flüssig wird und daß schließlich einige Bestandteile dieser nun Schlacke genannten Rückstände verdampfen. Die Beschleunigung der Verbrennung in größerem Maße ist daher ohne Überschreiten des Schlackenschmelzpunktes nicht möglich. Daher ist einerseits die Leistung der Rostfeuerungen, welche flüssige Schlacke nicht vertragen, begrenzt, andererseits die Ausbildung der Dampferzeuger und der Feuerungen, in welchen die Schlacke flüssig anfällt, von der Lösung der Frage der Schlackenausscheidung abhängig. Bei Staubfeuerungen, in welchen der Brennstoff in feinster Zerkleinerung in der Schwebe verbrannt wird, stehen für die Ausscheidung der Schlackenreste nur die Schwerkraft und die Trägheit der Masse zur Verfügung, die beide in dem hier in Betracht kommenden Bereich des Stockesschen Gesetzes ihre dominierende Wirksamkeit verlieren. Daher ist die vorgenannte Brennkammerbelastung von i oooooo kcal/m3h für die Brennstaubfeuerung mit Verbrennung in der Schwebe eine Grenzbelastung, die nur überschritten werden kann, wenn die Schlacke nicht aus den Feuergasen ausgeschieden werden muß oder wenn besondere Maßnahmen für die Schlackenausscheidung getroffen, sind.
Die Aufgabe ist somit mit einer einfachen Maßnahnie nicht mehr zu lösen, sondern es ist eine Kombination von mehreren Maßnahmen erforderlich, welche einander in der Wirkung unterstützen und aus der Verbrennung sich ergebende ungünstige Wirkungen aufheben oder abschwächen. Dabei wird als Brennstoff ein grobgekörnter fester Brennstoff vorausgesetzt, der in der Schwebe wirtschaftlich nicht mehr zu verbrennen wäre. Dieser Brennstoff wird gemäß der Erfindung mit Trägerluft ebenso wie die Zweitluft durch tangential einmündende Düsen in eine kreiszylindrische Muffel eingeführt, deren eine Stirnwand einen zentralen Feuergasaustrittskanal umschließt, der die Muffel mit einer zweiten Kammer (INachbrennkammer) verbindet, deren aus Kühlrohren bestehende Rück-wand, die mit feuerfester Masse verkleidet ist, dem Feuergaskanal in verhältnismäßig geringer Entfernung gegenüberliegt, während seitlich dieser Prallwand mit einem Schlackenfangrost versehene Feuergasaustrittsöffnungen vorhanden sind, durch welche die Feuergase in eine dritte Kammer abströmen, deren Wände mit Kühlbirnen verkleidet sind.
Die Wirkung dieser kombinierten Maßnahmen besteht darin, daß infolge der tangentialen Brennstoff-Trägerluft-Einführung der Brennstoff mit der Trägerluft sich in schraubenförtnigen Windungen an der Wand der Muffel bewegt, wobei die in dem Gemisch vorhandenen staubförmigen Brennstoffteile unter dein Einfluß der in der Muffel herrschenden Temperatur zünden und verbrennen und die Zündung der gröberen Teile einleiten. Dieser Brennstoff-Trägerluft-Strom wird von dem ebenfalls tangential eingeführten Zweitluftstrom unterfangen, wobei infolge der Fliehkraftwirkung die gröberen Brennstoffteilchen allmählich an die Muffelwand gelangen. An dieser Muffelwand hat sich aus der Verbrennung des Brennstoffes ein Film flüssiger Schlacke gebildet, der in dem Maße, wie ihm neue Schlacke zugeführt wird, nach der tiefsten Stelle der Muffel abfließt. Auf diesem Film glühendflüssiger Schlacke schwimmen die leichteren Brennstoffkörner, werden durch die Hitze entgast, wobei das Gas im Zweitluftstrom verbrennt, während der Koks allmählich in dem vorbeistreichenden Zweitluftstrom verbrennt, an sich an keinen Zeitfaktor gebunden als daran, daß er verbrannt sein soll, bevor er an das Ende der Muffel gelangt, damit sich dort keine Koksansammlung bildet. Aus der Verbrennung des staubförmigen Anteiles des Brennstoffes sind kleine Schlackentröpfchen in den Feuergasen enthalten, und die Vermischung der gasförmigen Bestandteile mit dem Feuergasstrom, der bereits einen großen Teil seines Sauerstoffgehaltes abgegeben hat, dauert noch an und mit ihr die Verbrennung in einer leuchtenden Flamme. In diesem Zustand verlassen die Feuergase die Muffel durch den Feuergasaustrittskanal einerseits noch mit starkem Drall, andererseits mit einer großen axialen Geschwindigkeit. Sie treten in die zweite Kammer (Nachbrennkammer) ein, treffen auf die dem Feuergasaustrittskanal mit geringem Abstand, der kleiner ist als die Muffellänge, gegenüberliegende Prallwand und schleudern einen Teil der in ihnen noch schwebenden flüssigen Schlacke gegen diese Wand, die sie als Schlackenfilm bindet und ableitet. Zugleich wird ein Teil der Drallenergie vernichtet welche die in den Berührungsheizflächen erwünschte Parallelströmung stören würde. Die Austrittsöffnungen der zweiten Kammer (Nachbrennkammer) liegen seitlich der Prallwand und sind von Rohren oder Rohrgruppen eines Schlackenfangrostes durchzogen. An diesem Schlakkenfangrost geben die Feuergase wieder einen Teil ihres Restschlackengehaltes ab und verlieren weitere Reste der Drallenergie, so daß sie die anschließende dritte Kammer (Strahlungskammer) als Parallelstrom durchziehen können.
Da die Temperatur der Feuergase am Schlackenfangrost noch mit Sicherheit oberhalb des Schlakkenschmelzpunktes liegen muß, muß auch die dritte Kammer mit Kühlrohrwänden ausgestattet sein, damit die Temperatur der Feuergase bis zum Eintritt in die Berührungsheizflächen auf die dafür zulässige Temperatur abgesenkt wird. Andererseits folgt daraus, daß die Feuergastemperatur in der Muffel sehr hoch sein muß, da die Feuergase auf dem Wege durch die zweite Kammer durch intensive Abstrahlung an die Kühlrohrwände einen starken Temperaturabfall erleiden, weil die Verbrennung am Muffelaustritt bzw. an der Prallwand praktisch beendet ist.
Die beschriebene Art der Verbrennung hat zur Folge, daß die Abmessungen der Muffel nicht beliebig vergrößert werden können, da mit zunehmendem Durchmesser bei gleichbleibender Luftgeschwindigkeit die Fliellkraftwirkung abnimmt und der Bremsweg für den Luftstrom zunimmt. Für große Leistungen ist es daher günstiger, die Leistung auf mehrere gleiche Muffeln züi verteilen, welche mit parallelen Achsen an einer gemeinsamen zweiten Kammer (Nachbrennkammer) angeordnet sind. Diese Lösung hat den Vorteil, daß bei Teillast eine Muffel außer Betrieb gesetzt und die andere bei der vorhandenen Belastung besser belastet ist.
Sowohl für die Schlackenableitung als auch für die raumsparende Anordnung ist es besonders günstig, wenn die Muffel mit annähernd waagerechter Achse, die zweite Kammer (Nachbrennkammer) mit fallender und die dritte Kammer (Strahlungskammer) mit steigender Feuergasströmung angeordnet wird. Die flüssige Schlacke hat dann überall nur kurze Wege bis zur Schlackenablauföffnung, und auch der Schlackenfangrost kann die flüssige Schlacke fast unmittelbar bis zum Schlackenboden ableiten. Außerdem ergibt diese Anordnung günstige Gewichtsverteilung, kurze Zuführungskanäle für Brennstoff und Luft und fast unbeschränkte Freiheit in der Bemessung und Ausbildung der dritten Kammer (Strahlungskammer) und des Berührungsteiles sowie bei Naturumlaufkesseln einfache Rohrführung für Steig- und Fallrohre.
Die Muffel kann jedoch auch in an sich bekannter Weise mit lotrechter Achse und Feuergasaustritt nach oben angeordnet und mit einem flach kegeligen Boden mit zentraler Schlackenöffnung versehen sein. In diesem Falle muß die zweite Kammer (Nachbrennkammer), zumindest teilweise, oberhalb der Muffel angeordnet sein. Die Schlacke fließt aus der zweiten Kammer (Nachbrennkammer) in die Muffel zurück, was den Vorteil hat, daß die Schlacke auch bei Teillast gut aufgeheizt wird.
Um die Feuergase in geschlossenem Strom aus der Muffel bis zur Prallwand zu führen, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung an die Feuergasatistrittsöffnung der Muffelstirnwand eine an sich bekannte, ins Innere der Muffel vorspringende kreiszylindrische oder kegelsturnpfförmige, also düsenartige Wand vorgesehen. Diese Einstülpung hat zugleich die Wirkung, daß der Stau der Feuergase in der Muffel verstärkt wird, denn die in den um die Einstülpung liegenden Ringkanal eindringende Feuergasströmung muß ohne Änderung der Drehrichtung ihre Achsrichtung umkehren, längs der Einstülpung in die Muffel zurückkehren und am Rande der Einstülpung nochmals die axiale Strömungsrichtung ändem, um durch diese Einstülpung abströmen zu können. Dabei werden in den Feuergasen etwa noch schwebende Schlacken-und Brennstoffteilchen in dein Ringkanal verbleiben, wobei der Brennstoff verbrannt und die Schlacke ausgeschieden wird.
Die Kühlrohre der Muffel und der zweiten Kammer (Nachbrennkammer) werden in an sich bekannter Weise mit feuerfester Masse verkleidet, um einerseits zu große Wärmeaufnahme der Kühlrohre zu vermeiden, andererseits die Aufrechterhaltung einer ausreichend über dem Schmelzpunkt bzw. Fließpunkt der Schlacke liegenden Feuergastemperatur bis hinter den Schlackenfangrost auch bei Teillastbetrieb zu sichern. Vorteilhafterweise werden hierzu die im Feuerungsbau bekannten Stiftrohre verwendet, bei welchen an die Rohre auf der Feuerseite Stifte angeschweißt und die Zwischenräume mit einer geeigneten feuerfesten Masse, beispielsweise Chromerz, ausgefüllt werden. Für die beheizten Rohre dieser Kammern ist es sowohl bei Naturumlauf wie bei Zwanglauf des Dampferzeugers günstig, wenn. sie durchweg aufsteigende Strömung aufweisen. Dies ermöglicht nicht nur sichere Dampfabführung im Betrieb und leichte Entwässerbarkeit im Stillstand, sondern auch einfache Rohrführung, wobei den Rohren nacheinander verschiedene Aufgaben zugewiesen werden können, wie Bodenkühlung, Schlackenfangrost, Prallwand, Strahlungskühlung.
Für die zylindrische Form der Muffel sind mehrere unterschiedliche Rohrführungen der Kühlrohre möglich. Die Anordnung eines oder mehrerer im Wasserstrom parallel geschalteter Rohre in Schraubenwindungen um den Zylindermantel und in Spiralwindungen an den Stirnwänden ist besonders geeignet für die Muffelanordnung mit letrechter Achse. Damit die Durchbrechungen für die Brennstoff- und Luftdüsen ohne Unterbrechung des Rohrsystems ausgeführt werden können, werden die Rohre an den Düsenöffnungen mit Umkehrbogen versehen, so daß sich abgewickelt eine Zickzackführting ergibt.
Die Sicherung der aufsteigenden Strömung bei annähernd waagerechter Muffelachse ist besonders wichtig für Naturumlaufkessel. Dies kann erreicht werden dadurch, daß das die Muffel bogenförmig umfassende Rohrsystem aufgeteilt wird in je eine nach der lotrechten Achsebene der Muffel geteilte Hälfte, die mit voneinander unabhängigen oberen und unteren Sammlern versehen sind. Gegebenenfalls kann der untere Sammler für die beiden Hälften auch gemeinsam sein. Zwischen den beiden oberen Sammlern können die Kanäle zu den Brennstoff- und Luftdüsen geführt werden.
Die Kühlrohre können jedoch auch achsparallel zur Muffelachse angeordnet und an den beiden Muffelenden an je einen ringförmigen Sammler angeschlossen werden.
Auch kann die Muffel mit lotrechter Achse und Feuergasaustrittsöffnung in der unteren Stirnwand angeordnet werden. Bei dieser Anordnung fließt die Schlacke aus der Muffel durch eine besondere, nahe dem Boden angeordnete Wandöffnung in die zweite Kammer (Nachbrennkammer) ab, deren feuerfester Boden mit einer Schlackenabflußöffnung versehen ist.
Für die Schlackenabfuhr kann jede der drei Kammern mit einer gesonderten Schlackenauslauföffnung versehen sein. Es vereinfacht jedoch die Anordnung und erhöht die Betriebssicherheit, wenn die Schlacke nur an einer, gegebenenfalls an mehreren im Feuergasstrom parallel liegenden Stellen nach außen abgezogen wird. Zu diesem Zweck wird die Schlacke aus der Muffel durch eine Boden-oder Stirnwandöffnung in die zweite Kammer (Nachbrennkammer) abgeleitet, und die dritte Kammer (Strahlungskammer) wird mit einem schrägen Boden oder über dem Schlackenfangrost angeordnet, so daß in ihr fest oder flüssig ausfallende Schlacke durch den Schlackenfangrost flüssig in die zweite Kammer (Nachbrennkammer) abströmt. Die Schlacke könnte jedoch auch aus der zweiten Kammer (Nachbrennkammer) in die dritte Kammer geleitet werden. Die Schlackenführung hängt zum Teil von der räumlichen Anordnung der Kammern zueinander ab. So kann die zweite Kammer (Nachbrennkammer) in dem Umriß der dritten Kammer (Strahlungskammer) angeordnet sein. Auch können die Muffeln und/oder die zweite Kammer (Naclii)reniik-aiiii-ner) unterhalb der dritten Kammer angeordnet sein. Wenn die Kammern nebeneinander angeordnet sind, ist anzustreben, daß die Feuergase über die Böden dieser Kammern streichen, damit die über den Boden abfließende Schlacke stark beheizt wird.
Der Schlackenfallgrost kann in bekannter Weise aus einem Bündel voll Einzelrohren bestehen, welehe mit größerem Abstand voneinander angeordnet sind, er kann jedoch auch aus Gruppen von parallelen Rohrtafeln bestehen, bei denen die Rohre mit Hilfe der feuerfesten Umkleidung geschlossene Rohrwände bilden, zwischen denen die Feuergase hindurchströmen müssen, wobei diese Rohrwände zugleich als Prallflächen wirken, wenn die Feuergase unter einem Winkel auf die Rohrwände auftreffen.
Die Kühlrohre der Muffel, insbesondere die Stirnwand, gegebenenfalls einschließlich der kegelstumpfförmigen Wand, welche den Feuergasaustrittskanal begrenzt, können in ihrer Verlängerung Kühlrohre der zweiten Kammer (Nachbrennkammer) und/oder der dritten Kammer (Strahlungskammer) sein. Hierdurch wird die Rohrführung und die Aufteilung auf parallel geschaltete Rohrgruppen erleichtert.
An dieser verlängerten Feuergasaustrittsstirnwand der Muffel kann der Schlackenfangrost be- ginnen, wodurch die Wasserzu- bzw. -abführung für seine Rohre vereinfacht werden kann.
Damit voll außen keine Falschluft in die Muffel eindringen kann und damit die Feuergase mit hoher Geschwindigkeit die Muffel verlassen, kann die Muffel mit Überdruck gegen Außenluft betrieben werden. Dieser Überdruck kann, soweit er in der Muffel nicht aufgebraucht wird, dazu dienen, den Strömungswiderstand der Feuergaszüge zu überwinden.
Um die Verbrennungstemperatur hochzuhalten, wird die Luft in bekannter Weise hoch vorgewärmt. Dabei empfiehlt es sich, sie in zwei Teilströmen verschiedener Temperatur der Muffel zuzuführen, wobei die Zweitluft hoch erhitzt wird, während die Temperatur der Trägerluft des Brennstoffes niedriger gehalten wird, um Schwelung zu vermeiden, da die teerigen Schwelprodukte sich in Ecken der Förderkanäle festsetzen und nach Außerbetriebnahme zu Bränden durch Selbstentzündung führen können.
je nach der Achslage der Muffel sind verschiedene Anteile der Verbrennuligsluft als Trägerluft erforderlich, um ein Absinken des Brennstoffes auf den Muffelboden zu verhindern. Die angestellten Versuche haben ergeben, daß der Anteil der Trägerluft an der Gesamtluftnienge bei der Muffel mit annähernd waagerechter Achse etwa 2511/o, für die Muffel mit lotrechter Achse und Feuergasaustritt nach unten etwa 30 bis 35"/0, und für die lo#trechte Muffel mit oberem Feuergasaustritt etwa 4o#l/o betragen soll. Der Rest steht dann als Zweitluftmenge zur Verfügung.
Um den Verbrenliungsvorgang auch bei Teillast etwa in gleicher Weise ablaufen zu lassen wie bei Vollast, empfiehlt es sieh, die Brennstoffaufgabe um so näher am Feuergasaustritt der Muffel vorzunehmen, je geringer die Belastung ist. Dies kann mit Hilfe einzeln abschaltbarer Brennstoffdüsen erreicht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abb. i bis jo dargestellt, und zwar gibt Abb. i einen lotrechten Symmetrieschnitt durch den Dampferzeuger, Abb. 2 einen Querschnitt senkrecht zur Muffelachse längs der Linie II-II in Abb. 1, Abb. 3 einen versetzten waagerechten Schnitt längs der Muffelachse entlang der LinieIII-III nach Abb. i und durch den Schlackenfangrost wieder; Abb. 4 zeigt einen waagerechten Teilschnitt nach der Linie IV-IVgemäß Abb. i durch die Schlackenöffnung der Muffel, Abb. 5, 6, 7 parallele Schnitte senkrecht zur Muffelachse; in Abb. 8 ist eineVersuchsausführung mit lotrechter Muffel im lotrechten Symmetrieschnitt dargestellt; Abb. 9 zeigt einen lotrechten Schnitt längs der Achsen zweier nebeneinanderliegender Muffeln; Abb. io zeigt die Proportionalität der Muffelabmessungen.
Abb. i bis 4 geht auf die Annahme zurück, daß ein mit einem großen wandgekühlten Feuerraum ausgestatteter Sektionalkessel durch nachträgliche Änderung mit Zyklonfeuerung genläß der Erfindung ausgerüstet weiden sollte.
Unter Entfernung der Feuerungseinrichtung wurde der ursprüngliche Feuerraurn im wesentlichen beibehalten und durch Vorsetzen der Muffeln i und Einbau der zweiten Kammer 2 (Nachbrennkammer) zur dritten Kammer 3 (Strahlungskammer). Ein Sektionskessel bekannter Bauart mit den Rohrbündeln 4 und 5 und ein= zwischengeschalteten Überhitzer64 bildet die Berührungsheizfläche, welche an die Kesseltrommel 6 angeschlossen ist.
Die Muffel i ist im Querschnitt im wesentlichen kreiszylindrisch. Ihre Wände werden gebildet von Verdampferrohren 7 und 8, die, von einem Vertei-ler 9 ausgehend, den Muffelraum je etwa halbkreisförmig umfassen und in Sammlern io und ii enden. Zwischen diesen Sammlern ist im Muffelmantel ein achsparalleler Schlitz 12 frei, in dem die Düsen 13 für die Zuführung der Zweitluft angeordnet sind. In den der Darstellung der Luftzuführung dienenden Abb. 5 und 7 ist im Gegensatz zu Abb. i bis 4 angenommen, daß der zylindrische Muffelmantel aus schraubenförmig gewickelten Rohren besteht. Ein solches schraubenförtnig bzw. spiralig gewickeltes Rohr 14 bildet auch die äußere Stirnwand 15 der Muffel in Abb. i und die angeschlossene zylindrische Haube 16.
Die zweite Kammer:z (Nachbrennkammer) wird von zwei Rohrgruppen 17, iS begrenzt, die von einem gemeinsamen Verteiler ig ausgehen, dem das Wasser durch die WandkühlrohrC 20 aus dem Verteiler 2,1 zugeführt wird. Die Rohrgruppe 17 bildet die Außenwand 6o der zweiten Kammer 2 (Nachbrennkammer ) und zugleich die feuerseitige Stirnwand 61 der Muffel i mit der den Feuergasaustrittskanal:22 umgebenden kegeligen Einstülpung ZD --3. Die Rohrgruppe ig bildet den Boden 24 und die aufsteigende Wand25 zwischen der zweiten Kammer 2 (Nachbrennkammer) und der dritten Kammer 3 (Strahlungskammer). In ihrem unteren Teil ist die Wand 25 aufgeteilt in geschlossene Rohrwände26, die als Prallwände dem Feuergasaustrittskana12-2 gegenüberliegen, -und in seitlich davon angeordnete parallele Wände:27, welche einen Schlackenfangrost bilden und Feuer,-asübertrittsöffnungen:28 begrenzen. Die Rohre 17 und iS münden in den Sammler:29, dessen Abströmrohre 3o als Kühlrost unterhalb des Rohrbündels 4 zu einem Sammler 31 geführt sind, der durch Abströnirohre 32 mit der Kesseltrommel 6 verhunden ist. In diesen Sammler 3 1 münden auch die Rückwandrohre 33, die von dem Verteiler 34 ausgehen. Die Zuführung des Wassers zu den Verteilern 9, 2 1, 34 erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe von nicht dargestellten Fallrohren von der Trommel 6 aus, die Abführung aus den Sammlern io, ii mit Hilfe von Steigrohren 35. Die Seitenwände der Räume 2, 3 können in bekannter Weise mit Hilfe von ebenen Kühlrohrwänden abgeschlossen werden.
Sämtliche Kühlrohre der Muffel i und der zweiten Kammer -, (Nachbrennkammer) sind auf der Feuerseite in bekannter Weise mit angeschweißten Stiften versehen und mit Hilfe einer Auflage feuerfester Masse 62, etwa Chromerz, verkleidet und zu geschlossenen Wänden vervollständigt. Nach außen sind die Rohre, wie ebenfalls bekannt, ihit einer Isolierschicht 36 abgedeckt, welche durch einen Blechmantel 37 gegen Beschädigungen gesichert werden kann, der zugleich den luftdichten Abschluß der Wände vervollständigt.
Unterhalb des Feuergasaustrittskanals 22 der Muffel i sind die Wandrohre 17, wie in Abb. 4 dargestellt, in Achsrichtung der Muffel i ausgebogen, wodurch eine schlitzförmige Öffnung 38 entsteht, durch welche die Schlacke aus der Muffel i in die zweite Kammer 2 (Nachbrennkammer) abfließen kann. Die Rohre 17 sind, wie Abb. 4 erkennen läßt, derart abgebogen, daß sie einander überdecken und daß die in Pfeilrichtung vorbeiströmenden Feuergase sie überspringen müssen, wodurch der Flugkoks zurückgehalten wird, während unter der Einwirkung des bestehenden Druckgefälles ein geringer Anteil der Feuergase durch die Öffnung 38 ausströmt und dabei die ausströmende Schlacke beheizt.
Im Boden 24 der zweiten Kammer 2 (Nachbrennkammer) sind durch Ausbiegen von Rohren 18 ebenfalls Öffnungen 39 ausgespart, durch welche die Schlacke, die aus den Öffnungen 38 ausfließt und von den Wänden der Kammer:2 sowie von dem Schlackenfangrost:27 abströmt, in den Schlackenschacht 40 abfließen kann, der in diesem Falle ein Teil der Kammer 3 ist und als Schlackenauslauföffnung dient.
Die Zuführung von Brennstoff und Luft ist in den Abb. 5 bis 7 dargestellt. Zum Aufbau dieser Muffel ist ein entsprechend den Muffelformen schrauben- oder spiralförmig gewickeltes Kühlrohr 41 benutzt worden. An den Durchbrüchen 12 und 38 für die Zuführung der Luft und die Abführung der Schlacke ist das Rohr durch Umkehrboggen 42 in die Gegenrichtung zurÜckgebogen, wodurch an diesen Stellen, die bei den Luftdüsen einen großen Teil der zylindrischen Länge der Muffel einnehmen, eine schraubenförnlige Zicli-,zackwicklung entsteht.
In dem zylindrischen Ansatz 16, der aus Vereinfachungsgründen nicht mit Kühlrohrwänden, dafür aber mit einer hitzebeständigen Blechauskleidung43 versehen ist, wird das Gemisch aus körnigern Brennstoff und als Trägerluft dienender Erstluft durch die mit Regelklappen 4,4 versehene DÜse45 eingeführt. Um einen stoßfreien Eintritt sicherzustellen, ist die ebene äußere Düsenwand durch einen spiralig begrenzten Einströmkanal 46 in den Kreisquerschnitt übergeführt.
Aus diesem Ansatz 16 strömt das Brennstoff-Trägerluft-Gernisch in schraubenförnliger Bewegung bis zur Stirnwand 15 (Abb. i), geht dort in spiraliger Strömung zur Zylin4erwand der Muffel i über und strömt an ihr in schraubenförmigen Wegen weiter. Dabei überspringt es bei jedem Umlauf den achsparallelen Schlitz 1:2, in welchem die Zweitluftdüsen 13 nebeneinander angeordnet sind. jede dieser Düsen kann mit einer Schwenkklappe 47 versehen sein, welche gegebenenfalls gemeinsam mit Hilfe einer Steuenvelle 48 verstellt werden können. Auf diese Weise und dank der spiraligen Wand gelangt der körnige Brennstoff durch die Fliekkraftwirk-ung allmählich in den Strom der Zweitluft und schließlich ebenso wie die flüssige Schlacke an die Muffelwand, wo dauernd die Verbrennungsluft an ihm vorbeiströmt.
In Abb. 8 ist eine Versuchsanordnung dargestellt, wie sie benutzt wurde, um die Verbrennung in einer lotrechten Muffel mit Feuergasaustritt nach unten zu untersuchen. Die Muffel i ist daher oberhalb der zweiten Kammer 2 (Nachbrefinkammer) angeordnet. Ein Schlackenfangrost 63 grenzt sie gegen die dritte Kammer 3 (Stahlungskammer) ab, welche im Hinblick auf die Kostenbeschränkung als einfaches weites Rohr 49 ausgebildet wurde, das einen Wasserbehälter so durchsetzt. Zur Kühlung der Wände der Muffel i und der zweiten Kammer 2 (Nachbrennkammer) dient ein nach Bedarf spiralig und schraubenförmig gewickelter Rohrstrang 51, der mit Hilfe von UmkehrbOgen 42 im Muffelmantel wieder einen achsparallelen Schlitz 12 ausspart. In diesem Schlitz können die Brennstoff-Erstluftdüsen und die Zweitluftdüsen nebeneinander angeordnet werden, wobei die Erstluftdüsen der Muffelachse näher liegen als die Zweitluftdüsen. Die zylindrische Haube für die Einführung des Brennstoffes wird dadurch entbehrlich, und die Flamme kann durch das mit hitzebeständigem Glas abgedeckte Sehrohr 52 ungestört beobachtet werden. Für den Abfluß der Schlacke ist in der Wand der Feuergasaustrittsdüse 23 eine schlitzförmige Öffnung 38 vOrP-sehen. Eitle Schlackenöffnung 53 am Boden der Kammer 2, ermöglicht den Ablauf der flüssigen Schlacke auch aus dieser Kammer, während eine Schlackentür 54 der Entschlackung des Rohres 49 dient.
Abb. 9 gibt die Ausbildung der kohrwandkühlung für Muffeln wieder, welche sich hesonders für Dampferzeuger mit natürlichent Wasserurnlauf eignet. Das Kühlrohrsystem jeder Muffel i besteht aus zwei in der Nähe der Stirnwände angeordneten kreisringförrnigen Sammlern 55, 56, zwischen denen ein Käfig aus im wesentlichen. achsparallelen Rohren 57 die Zylinderwand der Muffel i bildet. Diese Rohrführung ermöglicht es, einen beliebig breiten Schlitz 12 und gegebenenfalls auch mehrere solcher Schlitze für die Düsenanordnung vorzusehen. Die Abbildung läßt auch erkennen, wie die Stirnwandkühlrohre 61 ausgebogen werden können, um den Feuergasaustrittskanal 22 freizugeben. Für die Kühlung von dessen Rohrwand 23 wie auch die Kühlung der äußeren Stirnwand 15 sind besondere Rohrsysteme 58, 59 vorgesehen, welche in den Wasserkreislauf des Dampferzeugers eingeschaltet sind.

Bei den Versuchsausführungen solcher Muffeln ]tat sich ergeben, daß es für die einzelnen Abmessungen günstigste Verhältnisse gibt, welche alle auf den lichten Durchmesser der kreiszylindrischen Muffel bezogen werden können und sich daher mit ihm ändern. Das Verhältnis kann durch einen Faktor ausgedrückt werden, mit dein das Maß des Durchmessers zu multiplizieren ist, uni die günstigste Abmessung zu erhalten. Diese Maße sind in Abb. io eingetragen. Wenn der lichte Muffeldurchniesser mit D bezeichnet wird, betragen diese Maße:

Lichte Länge der Muffel ........ L = - 16 D

12

Achsparallele Breite des Erstluft- 2

kanals ....................... B = - D

12

lZadiale Hölle des Erstluftkanals :. A = o,8 D

12

Lichter Durchmesser der zylin-

drischen Haube .............. C = 5,4 D

iz

Aclisparallele Breite des Zweitluft- 716

kanals ....................... E = D

o6

Radiale Höhe des Zweitluftkanals F = D

Kleinster lichter Durchmesser des 5

Feuergasaustrittskanals ....... G = _- D

iz

Höhe des Feuergasaustrittskanals 3

in der Muffel ................ H = - D

12

Der Öffnungswinkel des Feuergasaustrittskatlals 3o' ist konstant und steht nicht in Abhängigkeit #,orn Durchmesser.

Claims

PATENTANSPRÜCHE.-i. Dampferzeuger mit Schtlielzkammerfeuerung, bestehend aus einer mit Kühlrohren verkleideten, muffelförmigen Brennkammer und einer ihr im Feuergasstrom riachgeschalteten, ebenfalls mit Kühlrohrwänden versellenen zweiten Kammer (Nachbrennkammer), zwischen deren Kühlrohren die Feuergase seitlich in eine dritte Kammer eintreten, an welche die die Berührungsheizfläche enthaltenden Züge anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die kreiszylindrische Muffel (i) mit im wesentlichen tangential in sie einmündenden Düsen (45) für die Zufuhr grobgekörnten Brennstoffes mit Trägerluft und (13) für die Zufuhr von Zweitluft versehen und durch eine Stirnwand (61) mit einem zentralen Feuergasaustrittskanal (22) von der zweiten Kammer (:2) (Nachbrennkammer) getrennt ist, wobei dem Feuergasaustrittskanal (22) eine aus Kühlrohren. (18) bestehende Prallwand (25, 26) gegenüberliegt, und daß die Feuergasaustrittsöffnungen (28) zwischen der zweiten Kammer (2) (Nachbrennkammer) und der dritten Kammer (3) (Strahlungskaminer), deren Wände in bekannter Weise mit Kühlrollren verkleidet sind, mit einem Schlackenfangrost (27, 63) versehen sind. :2. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß all eilte zweite Kammer (2) (Nachbrennkammer) in an sich bekannter Weise mehrere Muffeln (i) angeschlossen sind. 3. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffel (i) mit annähernd waagerechter Achse, die zweite Kammer (:2) (Nachbrennkammer) mit fallender und die dritte Kammer (3) (Strahlungskammer) mit steigender Feuergasströmung angeordnet sind. 4. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffel (i) in an sich bekannter Weise mit lotrechter Achse und Feuergasaustritt nach oben angeordnet und mit einem flach kegeligen Boden mit zentraler Schlackenöffnung versehen ist. 5. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an die kreisringförrnige Stirnwand (61) der Muffel (i) eine an sich bekannte, ins Innere der Muffel (i) vorspringende kreiszylindrische oder kegelstumpfförmige Wand (23) anschließt. 6. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet daß die Kühlrohre (7, 8, 41, 57) der Muffel (i und 17, 18, 5 1) der zweiten Kammer (2) (Nachbrennkarntner) in all sich bekannter Weise mit feuerfester Masse (62) verkleidet sind. 7. Dampferzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7, 8, 41, 57) in an sich bekannter Weise mit angeschweißten Stiften zum Halten der feuerfesten Ma§se versehen sind. 8. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizten Rohre (7, 8, 57) durchweg aufsteigende Strömung aufweisen. gh. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (41) in Schraubenwindungen um die Muffel (i) gewickelt und an den Düsenöffnungen (12) mit Umkehrbogen (4:2) versehen sind. io. Dampferzeuger nach Anspruch 8 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (7, 8) je eine nach der ungefähr lotrechten Achsebene geteilte Hälfte der Muffel (i) umfassen und voneinander unabhängige obere (io, ii) und untere Sammler (9) verbinden. ii. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (57) achsparallel zur Muffelachse angeordnet und an den beiden Muffelenden an je einen ringförmigen Sammler (55, 56) angeschlossen sind. 1:2. Dampferzeilger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenauslauf (38) der Muffel (i) in die zweite Kammer (2) (Nachbrennka,mmer) mündet, deren feuerfester Boden (24) mit einer Schlackenflußöffnung (39) versehen ist. 13. Dampferzeuger nach Ans#1lich 1, 5 und 12, dadurch - -' ekennzeichnet, daß die Muffel mit lotrechter Achse und Feuergasaustrittskanal (22) im Boden angeordnet und die Schlackenöffnung (38) in der kegelstumpfförmigen Wand (23) vorgesehen ist, welche den Feuergasaustrittskanal (22) urngibt. 14. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (2) (Nachbrennkammer) und die dritte Kammer (3) (Strahlungskaminer) nebeneinander angeordnet sind und daß jede mit einer Schlackenauslauföffnung (39, 40) versehen ist, durch welche sie mit geschlossenen Schlackenräumen in Verbindung stehen. 15. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenauslauf (39) der zweiten Kammer (2) (Nachbrennkammer) in die dritte Kammer (3) (Strahlungskammer) mündet, deren als Schlackenschacht (4o) aus-Crebildetes Ende luftdicht mit der Entschlakkungsvorrichtung verbunden ist. 16. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (2) (Nachbrennkammer), wie an sich bekannt, in dem Umriß der dritten Kammer (3) (Strahlungskammer) angeordnet ist. 17. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffeln (i) und/oder die zweite Kammer (2) (Nachbrennkammer) unterhalb der dritten Kammer (3) (Strahlungskammer) angeordnet sind. 18. Danipferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Muffel (i), zweite Kammer (:2) (Nachl),rennkainmer) und dritte Kammer (3) (Strahlungskammer) so angeordnet sind, daß die Feuergase über die Böden dieser beiden Kammern streichen. ig. Dampfer7euger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Schlackenfangrostes an sich bekannte, gruppenweise parallele Rohrtafeln (2,7) bilden. :2o. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (17) der Muffel (i) in ihrer Verlängerung Kühlrohre (17) der zweiten Kammer (:2) (Nachbrennkammer) und/oder der dritten Kammer (3) (Strahlungskammer) sind. :21. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlackenfangrost (63) an der Feuergasaustrittsstirnwand (61) der Muffel (i) beginnt. 2:2. Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffel (i) mit Überdruck gegen Außenluft betrieben wird. 23. Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft, wie an sich bekannt, hoch vorgewärmt, gegebenenfalls in zwei Teilströmen mit verschiedenen Temperaturen, der Muffel (i) zugeführt wird. :24. Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers nach Anspruch 2:2, dadurch gekennzeichnet, daß der waagerechten Muffel etwa '>5 % der Gesamtluftmenge als Primär- und Trägerluft, der lotrechten Muffel mit unterem Feuergasa.ustritt3o bis 35"/o und der lotrechten Muffel mit oberem Feuergasaustritt etwa 40"/o und der Rest jeweils als Zweitluft zugeführt werden. 25. Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeuger's nach Anspruch:2:2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffaufgabe um so näher am Feuergasaustritt (2.2) erfolgt, je ge- ringer die Belastung ist. 26. Dampferzeuger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Muffel ungef ähr in einem durch die nachstehenden Faktoren ausgedrückten Verhältnis zum lichten Durchmesser (D) der kreiszylindrischen Muffel stehen: Lichte Länge (L) ................... 1:6 12 Achsparallele Breite des Erstluft- 2 kanals (B) ........................ - 12 Radiale Höhe des Erstluftkanals (A).. o8 12 Lichter Durchmesser der zylindrischen 5,4 Haube (C) .......................

Achsparallele Breite des Zweitluft- 7,6 kanals (E) ....................... - 12 Radiale Höhe des Zweitluftkanals (F) o,6 iz Kleinster lichter Durchmesser des 5 Feuergasaustrittskanals (G) ....... - 12 Höhe des Feuergasaustrittskanals (H) 3 12 Öffnungswinkel des Feuergasaustritts- kanals ........................... 3o-

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1526, 294716, 3295-18, 4579o6, 464455, 47812C), 518173, 566617, 57o664, 586369, 635117, 673898, 675113, 675536, 716716; französische Patentschriften Nr. 540 395, 713 o8o, 857 855; britische Patentschriften Nr. 305 270, 360 25 1, 394 119, 503 775, 5 13 404; USA.-Patentschriften Nr. 1306:233, 1 3o6:234, 1313779, 1452045, 1591679, 1618 So8, 1 657 698, 1918397, 1942687, :2 002 465, :2 087 801, :2 109 840, 2207497, 2 196.889, 2 23 1872; Zeitschrift »Die Wärine«, 1931, S. 9 und 832; Zeitschrift »Archiv für Wärmewirtschaft und Dampfkesselwesen«, 1937, S. 9, und 1933, S. 313; Zeitschrift »Feuerungstechnik«, 1937, S. 2 und i o; Zeitschrift »Power«, 1925, S. 926, 927; Zeitschrift »Mechanical Engineering«, 1936, S. 566; Buch von Münzinger, »Darnpfkraft«, 2. Auflage, 1933, S. 79, 237, 261.