DE2850536C2 - Dampferzeuger mit Wirbelschicht-Brennkammer - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger mit einer Wirbelschicht- Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
• Bei einer bekannten derartigen Wirbelschicht-Feuerungsanlage (US-PS 28 42 102) werden die Verdampferflächen im Wirbelbett so dimensioniert, daß eine konstante Bettemperatur erreicht wird. Bei Teillast soll diese optimale Bettemperatur beibehalten werden, d. h. es muß weniger Wärme aus dem Wirbelbett abgeführt werden. Dies kann durch eine geringere Kühlung der Verdampferrohre erreicht werden. Dabei treten dann jedoch für übliche Werkstoffe unzulässig hohe Rohrwandtemperaturen auf. Das Wirbelbett der bekannten Anlage ist in mehrere, jeweils mit einer Wärmetauschereinrichtung versehene Sektionen aufgeteilt. Bei Teillastbetrieb werden einzelne Sektionen nicht beaufschlagt. Ein solcher Teillastbetrieb kann nur stufenweise entsprechend der Teillastheizfläche eingestellt werden.
• Es ist in diesem Zusammenhang bekannt (DE-OS 24 52 190), die Tiefe des Wirbelbettes variabel auszubilden. Das in diese Wirbelschicht eintauchende Rohrstück ist derart zur Vertikalen und zur Horizontalen geneigt, daß die in das Wirbelbett eintauchende Länge des Rohrstückes von der Tiefe des Wirbelbettes abhängig ist. Mit der Tiefe der Wirbelschicht wird deren Dichte und somit deren Funktion beeinflußt. Bei Teillast kann die Wirbelschicht für die Verbrennung nicht mehr optimal eingestellt werden oder der Regelbereich bleibt sehr gering.
• Aus der GB-PS 14 31 763 ist eine Wirbelschichtanlage mit einem Anströmboden bekannt, der Öffnungen aufweist, die von einer Haube überdeckt sind. Diese Hauben sind unbeweglich und haben die Aufgabe, den Durchfall von Bettmaterial zu verhindern und den Durchtritt von Gas in die Wirbelschicht zu gestalten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Dampferzeuger derart zu gestalten, daß bei Teillastregelung die Innenwandkühlung der Verdampferrohre und die Eigenschaften der Wirbelschicht optimal erhalten bleiben.
• Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Dampferzeuger erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Durch die Veränderung der Höhe des Luftaustrittes ändert sich die Höhe der auf dem Boden des Wirbelbettes ruhenden, inerten, isolierenden, aus Asche bestehenden Schicht. Dadurch taucht das Verdampferrohrbündel mehr oder weniger tief in diese ruhende Schicht ein. Innerhalb der ruhenden Schicht führen die Verdampferrohre bei gleichbleibender Kühlung der Rohrinnenwand keine Wärme aus dem Wirbelbett ab. Durch die Höhe der ruhenden Schicht kann daher die Menge der dem Wirbelbett entzogenen Wärme reguliert werden.
• Die Relativbewegung zwischen dem Austrittsquerschnitt der Luftdüsen und dem Verdampferrohrbündel kann in vorteilhafter Weise durch die in den Unteransprüchen gekennzeichneten Lösungen erreicht werden.
• Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt
• Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkammer mit niedriger ruhender Schicht,
• Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkammer mit hoher ruhender Schicht und
• Fig. 3 eine besondere Ausführungsform der Luftdüsen.
• Der dargestellte Dampferzeuger weist einen Ofenraum 1 auf, dessen Seitenwände durch gekühlte Rohrwände gebildet sein können. Im oberen Teil des Ofenraumes 1 oder in einem getrennten sich daran anschließenden Rauchgaszug sind nicht dargestellte Nachschaltheizflächen angeordnet. Im unteren Teil des Ofenraumes 1 ist oberhalb eines Düsenbodens 2 eine Wirbelschicht 3 aufrechterhalten. Innerhalb der Wirbelschicht 3 ist ein nicht näher dargestelltes Verdampferrohrbündel 4 angeordnet.
• Der Brennstoff wird gegebenenfalls zusammen mit einem Entschwefelungsmittel durch Öffnungen 5 im oberen Teil des Ofenraumes 1 zugegeben. Die Verbrennungsluft gelangt aus einer Zuführungsleitung 6 in einen Luftkasten 7 unterhalb des Düsenbodens 2. Von dem Luftkasten 7 gehen Luftdüsen 8 aus, die durch den Düsenboden 2 hindurchgeführt sind und ihn überragen. Die eigentliche Wirbelschicht bildet sich oberhalb der Austrittsquerschnitte der Luftdüsen 8 aus. Zwischen dem Düsenboden 2 und den Luftaustrittsquerschnitten der Luftdüsen 8 befindet sich eine ruhende inerte, isolierende, aus Asche bestehende Schicht 9, die an den Reaktionen innerhalb der Wirbelschicht 3 nicht teilnimmt. Es ist ersichtlich, daß die Höhe der ruhenden Schicht 9 durch den Abstand der Luftaustrittsquerschitte der Luftdüsen 8 von dem Düsenboden 2 gegeben ist.
• Zur Anpassung an unterschiedliche Lastzustände wird die obere Begrenzung der ruhenden Schicht 9 relativ zu dem Verdampferrohrbündel 4 verschoben. Eine praktische Möglichkeit zur Erreichung dieses Ziels besteht darin, daß die Luftdüsen 8 fest auf der Deckplatte 10 des Luftkastens 7 befestigt und gleitend durch den Düsenboden 2 hindurchgeführt sind. Der Luftkasten 7 ist über eine nicht dargestellte Hubvorrichtung höhenverstellbar. Die Höhendifferenz zur fest installierten Zuführungsleitung 6 wird durch einen elastischen Anschluß 11 aufgefangen, der in der Zuführungsleitung 6 angeordnet ist. Diese Aufgabe kann auch von ineinander verschiebbaren Leitungen übernommen werden, die gleichzeitig eine Art Labyrinthdichtung darstellen. Je nach der Stellung des Luftkastens 7 ragen daher die Luftdüsen 8 mehr oder weniger weit in die Wirbelschicht 3 hinein und bestimmen dadurch die Höhe der ruhenden Schicht 9. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Fall der Vollast befindet sich das Verdampferrohrbündel 4 vollständig innerhalb der Wirbelschicht 3. Bei Teillast gemäß Fig. 2 taucht das Verdampferrohrbündel 4 zum größeren Teil in die ruhende Schicht 9 hinein.
• Eine Variationsmöglichkeit besteht darin, daß der Luftkasten 7 fest angeordnet ist und nur die die Luftdüsen 8 tragende Deckplatte 10 innerhalb des Luftkastens 7 verschiebbar ist. In diesem Fall kann auf einen elastischen Anschluß 11 in der Zuführungsleitung 6 verzichtet werden.
• Nach Fig. 3 sind die Luftdüsen 8 an ihrem oberen Ende jeweils von einer sie umschließenden glockenartigen Haube 12 umgeben. Die Verbrennungsluft tritt an der Unterkante der Haube 12 durch den zwischen ihr und der Luftdüse 8 gebildeten Spalt aus. Mit der Haube 8 ist eine Verstellstange 13 verbunden, die durch die Luftdüse 8 und den Luftkasten 7 hindurchgeführt ist. An das rückwärtige Ende der Verstellstange 13 greift ein Verstellantrieb 14 an. Die Verstellstangen können auch durch ein Quergestänge 15 miteinander gekoppelt werden. Durch ein Verschieben der Verstellstangen 13 läßt sich die Höhe des Luftaustrittsquerschnitts an der unteren Kante der Hauben 12 verstellen. Eine Variationsmöglichkeit besteht darin, daß das Quergestänge 15 im Luftkasten 7 angeordnet ist und nur eine Verstellstange durch den Luftkasten 7 zum Antrieb 14 geführt werden muß.
• Bei feststehenden Luftdüsen 8 ist das Verdampferrohrbündel 4 in der Höhe zu verschieben. Dazu ruht das Verdampferrohrbündel 4 auf einem Gestänge, das durch den Düsenboden und den Luftkasten hindurchgeführt ist. An dieses Gestänge greift ein Verstelltrieb an. An den aus dem Ofenraum 1 herausragenden Enden des Verdampferrohrbündels 4 sind flexible Anschlüsse vorgesehen.
• Werden in der beschriebenen Wirbelschichtbrennkammer Brennstoffe mit einem hohen unteren Heizwert, z. B. hochwertige Kohle mit geringem Wasseranteil verfeuert, so muß zusätzlich in der Wirbelschicht ein Überhitzerheizbündel 16 eingebaut werden. Um Schwierigkeiten bei Anfahren der Anlage zu vermeiden, ist das Überhitzerrohrbündel 16 zwischen dem Düsenboden 2 und dem Verdampferrohrbündel 4 vorzusehen. Beim Anfahren ist dann durch eine der oben dargelegten Möglichkeiten die Höhe der ruhenden Schicht 9 so groß zu wählen, daß das Überhitzerrohrbündel 16 vollständig in dieser ruhenden Schicht 9 liegt. Während des Betriebes kann dann die ruhende Schicht 9 abgesenkt werden, so daß auch das Überhitzerrohrbündel 16 in die Wirbelschicht 3 hineinragt und Wärme aufnehmen kann.
• Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, laufen die die Wirbelschicht 3 umgebenden Seitenwände der Brennkammer sich konisch nach oben verengend zu. Durch diese Ausbildung wird dem Umstand Rechnung getragen, daß die eingeblasene Verbrennungsluft gleichzeitig als Arbeitsluft für die Wirbelschicht dient. Die Arbeitsluft soll aber in der Wirbelschicht immer eine bestimmte konstante Geschwindigkeit haben, bei der sich die Wirbelschicht in dem für die Verbrennung optimalen Zustand befindet. Bei gleicher konstanter Wirbelbettfläche kann bei einer im Teillastbereich verringerter Brennstoffmenge die Verbrennungsluft nicht ohne weiteres verringert werden, ohne daß der Zustand des Wirbelbettes in unzulässiger Weise verändert wird. Durch die konische Ausbildung der Seitenwände ist bei hoch liegenden Austrittsquerschnitten der Luftdüsen 8 die Wirbelbettfläche zu verringern. Auf diese Weise kann die Arbeitsluftmenge auf die an die Brennstoffmenge angepaßte Verbrennungsluftmenge abgestimmt werden.

Claims (4)

1. Dampferzeuger mit einer Wirbelschicht-Brennkammer, durch deren Düsenboden Luftdüsen für die Zufuhr von Verbrennungsluft hindurchragen und in deren Wirbelschicht ein Verdampferrohrbündel verlegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Austrittsquerschnitt der Luftdüsen (8 ) und dem Verdampferrohrbündel (4) veränderbar ist.

2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampferrohrbündel (4) höhenverschiebbar ist.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen (8) durch den Düsenboden (2) gleitend hindurchgeführt sind und daß die Luftdüsen (8) zusammen mit dem Luftkasten (7) oder der Deckplatte (10) des Luftkastens höhenverstellbar sind.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Enden der Luftdüsen (8) jeweils von einer Haube (12) umgeben sind und daß die Hauben (12) gegenüber den jeweiligen Luftdüsen (8) höhenverstellbar sind.