EP0384500B1 - Wirbelbrennkammer - Google Patents

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EP0384500B1
EP0384500B1 EP90200139A EP90200139A EP0384500B1 EP 0384500 B1 EP0384500 B1 EP 0384500B1 EP 90200139 A EP90200139 A EP 90200139A EP 90200139 A EP90200139 A EP 90200139A EP 0384500 B1 EP0384500 B1 EP 0384500B1
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combustion chamber
lining
cornice
wall
ledge
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Gert Bornemann
Hans-Jürgen Heibel
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Metallgesellschaft AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0015—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type
    • F22B31/003—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed for boilers of the water tube type with tubes surrounding the bed or with water tube wall partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/18—Details; Accessories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber for burning fine-grained fuels in the fluidized bed at temperatures of 700 to 1100 ° C, with a refractory lining arranged on the inside of the combustion chamber in the lower region of the chamber.
  • a combustion chamber of this type is described in DE-OS 36 23 177.
  • the lining of the inside of the combustion chamber covers the lower third of the inner wall of the combustion chamber in the form of a lining.
  • the gases rising in the combustion chamber are partially cooled by the water cooling of the combustion chamber wall, which reduces the speed of the gas molecules in this area.
  • a downward flow of the gases therefore arises directly on the inside of the combustion chamber wall, in particular above the lining.
  • This downward flow has an abrasive effect, which leads to considerable wear and tear on the steel wall of the combustion chamber, particularly directly above the upper end of the lining, since there are strong turbulences.
  • the invention has for its object to protect the inner wall of the combustion chamber in the area particularly at risk of wear immediately above the upper end of the lining in a simple manner.
  • This is achieved according to the invention in that the lining has a widened ledge at the upper end. During combustion, a stationary bed of solids forms on this ledge, which effectively protects the most endangered area of the combustion chamber wall.
  • the widened ledge which closes the lining at the top must be wider than the wall thickness of the lining and expediently the width of the ledge is at least 1.5 times the wall thickness of the lining immediately below the lining.
  • the width of the ledge is in the range of 10 to 60 cm and preferably 15 to 50 cm.
  • the refractory lining is, in a known manner, a protective layer e.g. made of concrete or a lining.
  • the height of the lining is usually 0.2 to 0.6 times the height of the combustion chamber.
  • the upper area of the combustion chamber has no lining so that good heat transfer for better steam generation can be achieved there.
  • combustion chambers that belong to an incinerator that works according to the principle of the circulating fluidized bed. Details of the circulating fluidized bed are described in DE-PS 25 39 546. In this case, relatively high gas velocities of approximately 4 to 7 m / s occur in the lower region of the combustion chamber and the velocities in the downward direction occurring on the inner wall of the combustion chamber are similarly high. The abrasive wear on the combustion chamber wall is therefore considerable.
  • Combustion chambers of this type are mostly designed in a known manner as a tube wall, consisting of closely adjoining, vertical water-carrying tubes.
  • the combustion chamber of FIG. 1 has a cylindrical tube wall (1) which is connected to a lower annular distributor line (2) and an upper annular manifold (3). Cooling water is supplied in line (4), which partially evaporates in the vertical tubes of the wall (1). A water vapor-water mixture collects in the upper ring line (3) and is drawn off in line (5).
  • the cross-section of the combustion chamber can not only be round, but also square or rectangular.
  • Fine-grained fuels e.g. Coal, abandoned through line (7). These fuels are burned with air from line (8), the air first being passed through a distributor grate (9). Additional air supply nozzles directed into the combustion chamber have been omitted for simplicity.
  • the grate (9) is not absolutely necessary.
  • the fine-grained fuels burn at temperatures in the range from 700 to 1100 ° C. Combustion gases containing solids leave the combustion chamber through the channel (10).
  • the lower area of the inside of the tube wall (1) is protected against wear and overheating by a fire-resistant lining (12).
  • the heat dissipation through the tube wall (1) results in a vertical swirling of the gases in the vicinity of the inside of the tube wall, with considerable downward speeds occurring.
  • the lining In order to protect the material, usually steel, on the inside of the pipe wall in the most endangered area immediately above the lining (12) against wear, the lining has a widened ledge (14) at the upper end, which is shown enlarged in FIG. 2 is.
  • a stationary bed (15) of solids forms on the ledge, cf. Fig. 2.
  • the ledge (14) is wide enough so that the bed (15) despite the swirling gases the ledge (14) is permanently preserved.
  • the width (B) of the ledge is at least 1.5 times and preferably 2 to 4 times the thickness (x) of the lining (12).
  • the bed (15) prevents the inside of the tube wall (1) immediately above the lining (12) from being exposed to wear by swirling solids.
  • the ledge (14a) has an upwardly projecting bead (17), which forms an additional support for the solid bed (15) that forms.
  • Fig. 3 it is also shown how the ledge and the lining are anchored to the pipe wall by horizontal brackets (18) and (19). For the sake of clarity, this bracketing has been omitted in FIGS.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkammer zum Verbrennen feinkörniger Brennstoffe in der Wirbelschicht bei Temperaturen von 700 bis 1100°C, mit einer an der Innenseite der Brennkammer im unteren Bereich der Kammer angeordneten feuerfesten Auskleidung.
  • Eine Brennkammer dieser Art ist in der DE-OS 36 23 177 beschrieben. Die Auskleidung der Innenseite der Brennkammer bedeckt hier in Form einer Ausmauerung das untere Drittel der Brennkammer-Innenwand. Die in der Brennkammer aufsteigenden Gase werden durch die Wasserkühlung der Brennkammerwand teilweise gekühlt, wodurch die Geschwindigkeit der Gasmoleküle in diesem Bereich verringert wird. Unmittelbar an der Innenseite der Brennkammerwand, insbesondere oberhalb der Auskleidung, entsteht deshalb eine Abwärtsströmung der Gase. Diese Abwärtsströmung wirkt abrasiv, was besonders unmittelbar oberhalb des oberen Endes der Auskleidung zu erheblichem Verschleiß an der Stahlwand der Brennkammerführt, da dort starke Verwirbelungen auftreten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Innenwand der Brennkammer in dem durch Verschleiß besonders gefährdeten Bereich unmittelbar oberhalb des oberen Endes der Auskleidung auf einfache Weise zu schützen. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß die Auskleidung am oberen Ende einen verbreiterten Sims aufweist. Auf diesem Sims bildet sich während des Verbrennungsbetriebs eine stationäre Schüttung von Feststoffen aus, die den am meisten gefährdeten Bereich der Brennkammerwand wirksam schützt.
  • Der die Auskleidung nach oben abschließende verbreiterte Sims muß breiter als die Wandstärke der Ausmauerung sein und zweckmäßigerweise beträgt die Breite des Simses mindestens das 1,5-fache der Wandstärke der Auskleidung unmittelbar unterhalb der Auskleidung. In der Praxis liegt die Breite des Simses im Bereich von 10 bis 60 cm und vorzugsweise 15 bis 50 cm.
  • Bei der feuerfesten Auskleidung handelt es sich in bekannter Weise um eine Schutzschicht z.B. aus Beton oder um eine Ausmauerung. Die Höhe der Auskleidung beträgt üblicherweise das 0,2- bis 0,6-fache der Höhe der Brennkammer. Der obere Bereich der Brennkammer weist keine Auskleidung auf, damit dort ein guter Wärmeübergang zur besseren Dampferzeugung erreicht werden kann.
  • Die Ausgestaltung der Auskleidung mit einem verbreiterten Sims empfiehlt sich vor allem fir Brennkammern, die zu einer nach dem Prinzip der zirkulierenden Wirbelschicht arbeitenden Verbrennungsanlage gehören. Einzelheiten der zirkulierenden Wirbelschicht sind in der DE-PS 25 39 546 beschrieben. Hierbei treten relativ hohe Gasgeschwindigkeiten von etwa 4 bis 7 m/s im unteren Bereich der Brennkammer auf und auch die an der Brennkammer-Innenwand auftretenden Geschwindigkeiten in Abwärtsrichtung sind ähnlich hoch. Der abrasive Verschleiß an der Brennkammerwand ist deshalb beachtlich. Brennkammern dieser Art sind zumeist in bekannter Weise als Rohrwand, bestehend aus dicht aneinander anschließenden, senkrechten wasserführenden Rohren, ausgebildet.
  • Einzelheiten der Erfindung werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Brennkammer in schematischer Darstellung,
    • Fig. 2 den oberen Bereich der Ausmauerung im Längsschnitt in vergrößerter Darstellung und
    • Fig. 3 eine Abwandlung des Simses im Längsschnitt.
  • Die Brennkammer der Fig. 1 weist eine zylindrische Rohrwand (1) auf, die mit einer unteren ringförmigen Verteilerleitung (2) und einer oberen ringförmigen Sammelleitung (3) in Verbindung steht. Kühlwasser wird in der Leitung (4) zugeführt, das in den senkrechten Rohren der Wand (1) teilweise verdampft. Ein Wasserdampf-Wasser-Gemisch sammelt sich in der oberen Ringleitung (3) und wird in der Leitung (5) abgezogen. Der Querschnitt der Brennkammer kann nicht nur rund, sondern auch quadratisch oder rechteckig sein.
  • Der Brennkammer werden feinkörnige Brennstoffe, z.B. Kohle, durch die Leitung (7) aufgegeben. Diese Brennstoffe werden mit Luft aus der Leitung (8) verbrannt, wobei die Luft zunächst durch einen Verteilerrost (9) geführt wird. Weitere, in die Brennkammer gerichtete Düsen zur Luftzufuhrwurden zur Vereinfachung weggelassen. Der Rost (9) ist nicht zwingend erforderlich. In der Brennkammer, in welcher die Bedingungen einer Wirbelschicht oder einer zirkulierenden Wirbelschicht herrschen, verbrennen die feinkörnigen Brennstoffe bei Temperaturen im Bereich von 700 bis 1100°C. Feststoffhaltige Verbrennungsgase verlassen die Brennkammer durch den Kanal (10).
  • Der untere Bereich der Innenseite der Rohrwand (1) wird durch eine feuerfeste Auskleidung (12) gegen Verschleiß und Überhitzung geschützt. Die Wärmeabfuhr durch die Rohrwand (1) hat eine vertikale Verwirbelung der Gase in der Nähe der Innenseite der Rohrwand zur Folge, wobei erhebliche Geschwindigkeiten in Abwärtsrichtung auftreten. Um das Material, üblicherweise Stahl, an der Innenseite der Rohrwand im am meisten gefährdeten Bereich unmittelbar oberhalb der Auskleidung (12) gegen Verschleiß zu schützen, weist die Auskleidung am oberen Ende einen verbreiterten Sims (14) auf, der in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist.
  • Während des Betriebs der Brennkammer bildet sich auf dem Sims eine stationäre Schüttung (15) von Feststoffen aus, vgl. Fig. 2. Der Sims (14) ist breit genug, damit die Schüttung (15) trotz der wirbelnden Gase auf dem Sims (14) permanent erhalten bleibt. Die Breite (B) des Simses beträgt mindestens das 1,5-fache und vorzugsweise das 2-bis 4-fache der Stärke (x) der Auskleidung (12). Die Schüttung (15) verhindert, daß die Innenseite der Rohrwand (1) unmittelbar oberhalb der Auskleidung (12) durch herumgewirbelte Feststoffe einem Verschleiß ausgesetzt ist.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten Variante weist der Sims (14a) einen nach oben vorspringenden Wulst (17) auf, der eine zusätzliche Stütze für die sich ausbildende Feststoffschüttung (15) bildet. In Fig. 3 ist auch gezeigt, wie der Sims und die Auskleidung durch horizontale Klammern (18) und (19) mit der Rohrwand verankert sind. Der besseren Übersichtlichkeit wegen wurde diese Verklammerung in Fig. 1 und 2 weggelassen.

Claims (4)

1. Brennkammer zum Verbrennen feinkörniger Brennstoffe in einer Wirbelschicht bei Temperaturen von 700 bis 1100°C, mit einer an der Innenseite einer wassergekühlten Wand (1) der Brennkammer im unteren Bereich der Kammer angeordneten feuerfesten Auskleidung (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung am oberen Ende einen verbreiterten Sims (14) aufweist, der breiter als die Wandstärke der Ausmanerung unter - halb des Simses ist.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sims mindestens 1,5 mal so breit wie die Wandstärke der Ausmauerung unterhalb des Simses ist.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sims einen Wulst (17) aufweist.
4. Brennkammer nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie zu einer Verbrennung in der zirkulierenden Wirbelschicht gehört.
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ES (1) ES2033559T3 (de)
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