DAMPFERZEUGER UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES DAMPFERZEUGERS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger und ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers.

[0002] An Dampferzeugern mit Linear- oder Tangentialfeuerung bilden sich Rauchgasströmungen aus, die zusätzlich zu den axial ausgerichteten Strömungskomponenten radial ausgerichtete Strömungskomponenten aufweisen. Diese radial ausgerichteten Strömungskomponenten können sowohl durch unterschiedliche Druckverhältnisse im Feuerraum als auch durch gegenseitige Beeinflussung der Strömungspfade gegenüberliegender Brenner unter gleichzeitiger Einwirkung der Zirkulationsgebiete im Feuerraum verursacht werden und bewirken einen mehr oder weniger großer Rauchgasstrom mit z.T. noch reaktionsfähigen Brennstoffprodukten in Richtung der Kesselseitenwände.

[0003] Infolgedessen bilden sich Sauerstoffmangelgebiete, die sich aufgrund der geometrischen Verhältnisse bevorzugt auf der Mitte der Kesselwände ausbreiten, bedingt durch Druckunterschiede jedoch häufig auch ihre Position verändern können, und langfristig zu einer Materialschädigung aufgrund von Rohrwandkorrosion führen. Das Phänomen der Ausbildung solcher Sauerstoffmangelgebiete wird nachfolgend anhand der schematischen Darstellungen in Fig.10 und Fig.11 erläutert.

[0004] Fig.10 zeigt schematisch einen mittels Linear- oder Boxerfeuerung betriebenen Feuerraum 1 eines Dampferzeugers , welcher durch eine Vorderwand 2, eine Rückwand 3 und Seitenwände 4 und 5 begrenzt wird, in Seitenansicht (Fig.10a) bzw. in Schnittansicht entlang der Linie A-A (Fig.10b). An der Vorderwand 2 und der Rückwand 3 ist einander gegenüberliegend jeweils eine Mehrzahl von Brennern (symbolisiert durch die Pfeile 6 bzw. 7) auf gleicher Höhe in einer oder mehreren übereinanderliegenden Brennerebenen angeordnet. Die durch Linien 8 symbolisierten Brennerströme treffen bei dieser Anordnung in der Feuerraummitte so aufeinander, dass sich eine resultierende Strömung in Richtung der Seitenwänden 4 und 5 ausbildet, wodurch an den gestrichelt dargestellten Bereichen 9 und 10 Sauerstoffmangelgebiete entstehen.

[0005] Eine quantitative Darstellung der oben beschriebenen Verhältnisse bei Ausbildung von Sauerstoffmangelgebieten in einem mittels Linear- oder Boxerfeuerung betriebenen Feuerraum ist in Fig.11 gegeben, wobei Bereiche unterschiedlicher Sauerstoffkonzentrationen im Feuerraum jeweils mit verschiedenen Grauwerten dargestellt werden; die in der Abbildung links gezeigte Skala gibt zu jedem Grauwert den zugehörigen Sauerstoff-Massenanteil an.

[0006] Fig.12 zeigt schematisch einen mittels Ecken- oder Tangentialfeuerung betriebenen Feuerraum 11 eines Dampferzeugers, welcher durch eine Vorderwand 12, eine Rückwand 13 und Seitenwände 14 und 15 begrenzt wird, in Seitenansicht (Fig.12a) bzw. in Schnittansicht entlang der Linie B-B (Fig.12b). In den vier Eckbereichen des Kesselkörpers ist auf gleicher Höhe in einer oder mehreren übereinander liegenden Brennerebenen eine Mehrzahl von Brennern (symbolisiert durch die Pfeile 16-19) zu einer Eckenfeuerung angeordnet. Die durch Linien 20 symbolisierten Brennerströme werden durch den stetig steigenden Füllungsgrad im Feuerraum 11 vor allem in den höhergelegenen Bereichen an die Vorderwand 12, die Rückwand 13 und die Seitenwände 14 und 15 gedrückt, wodurch an den gestrichelt dargestellten Bereichen 21-24 Sauerstoffmangelgebiete entstehen.

[0007] Zur Vermeidung von Sauerstoffmangelgebieten und damit zum Schutz vor Korrosionsangriffen ist es bekannt, Wandluftdüsen in Brennergruppen zu integrieren (z.B. bei Tangentialfeuerungen), über die ein Luftteilstrom, abgelenkt von der Brennerströmungsachse, in Richtung Feuerraumwand geleitet wird. Ferner ist es bekannt, Seitenluftdüsen neben wandnahen Brennern zu installieren, über die ein Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit parallel zur Brennerströmungsachse in den Feuerraum in unmittelbarer Wandnähe eingeblasen wird. Diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, dass zum einen durch die hohe Ausströmungsgeschwindigkeit des aus den Seitenluftdüsen zugeführten Luftstromes neue Wirbel gebildet werden, die sauerstoffarmes Rauchgas an die Kesselwände leiten, und zum anderen häufig die Eindringtiefe dieser Luftströmungen in die zähere Rauchgasströmung unzureichend ist, so dass eine Sauerstoffanreicherung in den gefährdeten Kesselbereichen nicht erreicht werden kann, was in zahlreichen Versuchen mit Variation der Seiten- und Brennerluftmengen an verschiedenen Kesselanlagen und in numerischen Simulationsmodellen nachvollzogen wurde.

[0008] Beispielhaft sind in Fig.13 die berechneten Modellierungsergebnisse für ein Sauerstoffkonzentrationsfeld bei einer Anordnung mit neben den Brennern 30 angeordneten Seitenluftdüsen 31 gezeigt. Bereiche unterschiedlicher Sauerstoffkonzentrationen im Feuerraum sind jeweils mit verschiedenen Grauwerten dargestellt, wobei die in der Abbildung links gezeigte Skala zu jedem Grauwert den zugehörigen Sauerstoff-Massenanteil angibt. Wie aus der Modellierung ersichtlich, wird keine wirksame Sauerstoffanreicherung in dem zu schützenden Seitenwandbereich 32 erreicht. Ein stärkerer Transport in den zu schützenden Seitenwandbereich 32 kann nur unter Einsatz großer Luftmengen erfolgen, was sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus wärme- und emissionstechnischer Sicht nachteilig bzw. nicht vertretbar ist.

[0009] Aus WO 98/16779 ist es bekannt, zum Korrosionsschutz der Feuerraumseitenwände in einem Dampferzeuger Wandluftdüsen in den gefährdeten Feuerraumseitenwänden anzubringen. Diese Wandluftdüsen werden in einer oder mehreren horizontalen Reihen oder in einer bogenförmigen Geometrie über die gesamte Wandbreite angeordnet, um mittels der in die Wandluftdüsen eingespeisten Wandluft und unter Ausnutzung vertikaler Strömungskomponenten in der Feuerraumströmung eine Korrosionsschutzschicht auf den Seitenwänden auszubilden.

[0010] Auch diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, dass sich über die Höhe des Brennergürtels weiterhin Sauerstoffmangelgebiete zwischen den ggf. mehreren horizontalen Düsenreihen ausbilden. Dies ist aus der in Fig.14 gegebenen Darstellung von Modellierungsergebnissen ersichtlich, wobei die in der Abbildung links gezeigte Skala wiederum zu jedem Grauwert den zugehörigen Sauerstoff-Massenanteil angibt. Die Brenner sind in dieser Darstellung mit dem Bezugszeichen 40, die horizontalen Düsenreihen mit 41 bezeichnet. Wie aus den Modellierungsergebnissen ersichtlich, bildet sich zwischen den horizontalen Düsenreihen 41 ein Sauerstoffmangelgebiet 42 aus. Auch bei einer solchen Anordnung sind somit die Seitenwände weiterhin einer Beschädigung infolge Korrosion ausgesetzt.

[0011] Zusammenfassend werden gemäß den bekannten Ansätzen zur Schaffung eines Korrosionsschutzes Wandluftdüsen entweder als Seitenluftdüsen neben den Brennern oder in die Brennergruppen integriert (z.B. bei Tangentialfeuerungen) oder in einer oder mehreren, im wesentlichen horizontalen Reihen auf den (nicht mit Brennern bestückten) Seitenwänden angeordnet. Ein Korrosionsschutz ist bei diesen Anordnungen entweder unzureichend oder nur mit aus wirtschaftlicher sowie wärme-und emissionstechnischer Sicht nicht vertretbarem Wandluftmengenbedarf realisierbar.

[0012] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Dampferzeuger und ein Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers zu schaffen, mittels derer eine Beschädigung der Kesselwand insbesondere durch Korrosion wirksam verhindert wird.

[0013] Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

[0014] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers, bei welchem ein durch Kesselwände begrenzter Feuerraum mittels Brennstoff-Verbrennung unter Ausbildung eines Rauchgasstromes mit einer Mehrzahl von Brennern gefeuert wird, weist folgende Schritte auf:

• Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeitscharakteristik einer in Bezug auf den Feuerraumboden horizontalen. Feuerraumgrundströmung:

• Ermitteln eines Quellenbereichs der horizontalen Feuerraumwandströmung an wenigstens einer nicht mit Brennern bestückten Kesselwand; und
• Einspeisen eines Isoliergases im Quellenbereich der horizontalen Feuerraumwandströmung, so dass durch horizontale Ausbreitung des Isoliergases mittels der Feuerraumgrundströmung eine die jeweilige Kesselwand vom Rauchgasstrom isolierende Isoliergasschicht erzeugt wird.

[0015] Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Befeuerung eines Dampferzeugers die in Bezug auf den Feuerraumboden horizontale Strömungskomponente, vor allem im Brennergürtelbereich, gegenüber der vertikalen Komponente dominiert. Durch die erfindungsgemäße Zufuhr des Isoliergases (z.B. der Wandluft) im Quellenbereich dieser horizontalen Komponente der Feuerraumgrundströmung an der Feuerraumwand wird diese Strömung effektiv zur Verteilung des Isoliergases entlang der zu schützenden Feuerraumwand genutzt, so dass der Entstehung von Sauerstoffmangelgebieten und damit einer Korrosion wirksam vorgebeugt wird.

[0016] Unter dem Begriff "Isoliergasschicht" ist im Sinne der Erfindung eine Gasschicht zu verstehen, welche relativ zu dem Rauchgasstrom einen so geringen Eintrittsimpulsstrom in den Feuerraum aufweist, dass eine Vermischung der Isoliergasschicht mit dem Rauchgas infolge der fehlenden Mischenergie in der Isoliergasschicht gar nicht oder jedenfalls so stark verzögert auftritt, dass gegenüber dem in unmittelbarer Nähe zum Kesselwandbereich befindlichen Rauchgasstrom eine der Beeinflussung der kesselwandbereichsnahen Atmosphäre entgegenwirkende, den Kesselwandbereich also in diesem Sinne gegen den Rauchgasstrom "isolierende" Schutzschicht gebildet wird.

[0017] Unter dem Begriff "Quellenbereich" ist im Sinne der Erfindung ein Bereich zu verstehen, von dem aus die betreffende Wandströmung bzw. deren horizontale Komponente ausgeht und in dem die resultierende Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen Null beträgt.

[0018] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Einspeisen des Isoliergases über eine in wenigstens einer Feuerraumwand vorgesehene Gaszufuhrdüsenanordnung, welche in einer Mehrzahl von einander benachbarten, in Bezug auf den Feuerraumboden horizontalen Ebenen jeweils genau eine Gaszufuhrzone aufweist, die im Quellenbereich der dieser Ebene zugeordneten zugehörigen horizontalen Komponente der Feuerraumwandströmung angeordnet ist.

[0019] Der Feuerraum kann eine symmetrische Brenneranordnung aufweisen, und die Gaszufuhrdüsen können in einer entlang der vertikalen Mittellinie der betreffenden Feuerraumwand verlaufenden, in Bezug auf den Feuerraumboden vertikalen Linie angeordnet sein.

[0020] Vorzugsweise erstreckt sich die Gaszufuhrdüsenanordnung im wesentlichen über die Brennergürtelhöhe des Feuerraums.

[0021] Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Feuerraum zwischen gegenüberliegenden Kesselwänden eine Zwischenwand auf, und die im Quellenbereich der Feuerraumwandströmung angeordneten Gaszufuhrdüsen sind in der Zwischenwand vorgesehen.

[0022] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Einspeisen des Isoliergases über einen an wenigstens einer Feuerraumwand vorgesehenen, sich im wesentlichen über der Brennergürtelhöhe mehr oder weniger durchgängig erstreckenden, in Bezug auf den Feuerraumboden vertikalen Gaszufuhrschlitz.

[0023] Als Isoliergas wird vorzugsweise Luft verwendet, die aus der Verbrennungsgasversorgung des Feuerraums zugeführt wird.

[0024] Der Volumenanteil der als Isoliergas verwendeten Luft beträgt vorzugsweise maximal 10 %, noch bevorzugter maximal 5 %, von der zur Umsetzung des Brennstoffs benötigten Gesamtluftmenge.

[0025] Als Isoliergas kann auch ein oxidierendes Gas oder ein inertes Gas verwendet werden.

[0026] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Isoliergasstrom in einzelnen Kesselwandsektoren unabhängig erzeugt, so dass etwaigen in den Kesselwandsektoren aufgrund der geometrischen Verhältnisse und der sich einstellenden Druckunterschiede unterschiedlich starken Rauchgasströmungen je nach den im betreffenden Sektor vorliegenden Bedingungen durch eine ortsabhängige Variation des Isoliergasstroms Rechnung getragen werden kann.

[0027] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Dampferzeuger Analysemittel zur Ermittlung von Volumenanteilen von Rauchgaskomponenten in der benachbart zur Kesselwand vorliegenden Gasatmosphäre und eine Regeleinrichtung zum Regeln des Isoliergasstromes in Abhängigkeit von den ermittelten Volumenanteilen auf. Die hierbei ermittelten Rauchgaskomponenten umfassen vorzugsweise Sauerstoff und Kohlenmonoxid, können jedoch je nach Anforderungen auch weitere Rauchgaskomponenten, insbesondere HCl und/oder H₂S umfassen.

[0028] Die Ermittlung von Volumenanteilen der Rauchgaskomponenten und/oder das Regeln des Isoliergasstromes ist hierbei vorzugsweise in einzelnen Kesselwandsektoren unabhängig voneinander durchführbar.

[0029] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Ermittlung von Volumenanteilen der Rauchgaskomponenten und/oder das Regeln des Isoliergasstromes in unabhängigen Meßzyklen wiederholt durchführbar. Auf diese Weise kann einer zeitlichen Variation der an der Kesselwandoberfläche bzw. in den einzelnen Kesselwandsektoren jeweils vorliegenden Bedingungen durch entsprechende Regelung des Isoliergasstromes Rechnung getragen werden, wodurch der erfindungsgemäß erreichte Schutz gegen eine Beschädigung der Kesselwand durch Korrosion noch verbessert wird.

[0030] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Isoliergasstrom aus der Verbrennungsgasversorgung des Feuerraums zugeführt, die somit eine doppelte Funktionalität aufweist.

[0031] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gaszufuhreinrichtung in jedem Kesselwandsektor eine Gaszufuhreinheit (z.B. Luftkasten) zum Einleiten von Isoliergas an die Kesselwandoberfläche in den Feuerraum auf.

[0032] Vorzugsweise sind hierbei die einer Kesselwand zugeordneten Gaszufuhreinheiten jeweils an eine separat an die Verbrennungsgasversorgung gekoppelte Hauptleitung angeschlossen. Vorzugsweise weist hierbei jede Hauptleitung ein Regelorgan zur Gasdurchflussregelung auf, so dass eine selektive Beaufschlagung der einzelnen Kesselwände über die zugehörige Hauptleitung erfolgen kann.

[0033] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist außerdem jede Gaszufuhreinheit über ein Absperrorgan mit der zugeordneten Hauptleitung selektiv koppelbar, so dass auch eine selektive Beaufschlagung der einzelnen Kesselwandsektoren erfolgen kann.

[0034] Hierbei werden vorzugsweise das Regelorgan der jeweiligen Hauptleitung und/oder das Absperrorgan des jeweiligen Luftkastens in Abhängigkeit von den ermittelten Volumenanteilen von Rauchgaskomponenten in der benachbart zur Kesselwand vorliegenden Gasatmosphäre angesteuert.

[0035] Hierbei können die Brenner insbesondere sowohl zu einer Linearfeuerung als auch zu einer Tangentialfeuerung des Feuerraums angeordnet sein.

[0036] Ein Dampferzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf:

• einen durch Kesselwände begrenzten Feuerraum;
• eine Mehrzahl von Brennern zur Feuerung des Feuerraums mittels Brennstoff-Verbrennung unter Ausbildung eines Rauchgasstromes; und
• eine Gaszufuhreinrichtung zum Einspeisen eines Isoliergases; wobei die Gaszufuhreinrichtung im Quellenbereich einer horizontalen Feuerraumwandströmung an wenigstens einer Kesselwand derart angeordnet ist, dass durch horizontale Ausbreitung des eingespeisten Isoliergases mittels der Feuerraumgrundströmung eine die jeweilige Kesselwand vom Rauchgasstrom isolierende Isoliergasschicht erzeugbar ist.

[0037] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0038] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0039] Es zeigen:

Figur 1

in einem Horizontalschnitt eines Feuerraumes ein erfindungsgemäß berechnetes Geschwindigkeitsvektor-feld für horizontale Feuerraumströmungen;

Figur 2

zusätzlich zur Darstellung aus Figur 1 (unterer Teil) ein erfindungsgemäß berechnetes Sauerstoffkonzentrationsfeld (oberer Teil);

Figur 3

eine schematische perspektivische Teilansicht eines Feuerraumes mit einer im Seitenwandbereich angeordneten vertikalen Düsenreihe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die berechnete Sauerstoffkonzentration (Massenanteile) dargestellt ist;

Figur 4

in einem Horizontalschnitt des Feuerraumes gemäß der Ausführungsform aus Figur 3 ein berechnetes Sauerstoffkonzentrationsfeld (oben) und ein Geschwindigkeitsvektorfeld (unten);

Figur 5

eine schematische Seitenansicht im Schnitt eines Feuerraumes zur Darstellung einer Düsenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 6

eine schematische Seitenansicht im Schnitt eines Feuerraumes zur Darstellung einer Düsenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 7

eine Prinzipskizze in Seitenansicht zur Darstellung des erfindungsgemäßen Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform für einen Kessel mit Boxerfeuerung;

Figur 8

eine zu Figur 7 entsprechende Schnittansicht entlang der Linie A-A;

Figur 9

eine vergrößerte Prinzipskizze in Seitenansicht eines Details aus Figur 7-8 zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus Figur 7-8;

Figur 10

eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Feuerraumes mit Boxer- oder Linearfeuerung in einem Dampferzeuger gemäß dem Stand der Technik in Seitenansicht (Figur 4a) bzw. im Schnitt entlang der Linie A-A (Figur 4b); und

Figur 11

eine Darstellung der berechneten Sauerstoffkonzentration im Wandbereich eines Feuerraums ohne Wandluftzuführung gemäß dem Stand der Technik;

Figur 12

eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Feuerraumes mit Ecken- oder Tangentialfeuerung in einem Dampferzeuger gemäß dem Stand der Technik in Seitenansicht (Figur 5a) bzw. im Schnitt entlang der Linie A-A (Figur 5b).

Figur 13

in einem Horizontalschnitt eines Feuerraumes ein berechnetes Sauerstoffkonzentrationsfeld (oben) sowie ein Geschwindigkeitsvektorfeld (unten) für eine Düsenanordnung gemäß dem Stand der Technik; und

Figur 14

eine schematische perspektivische Teilansicht eines Feuerraumes mit Darstellung des berechneten Sauerstoffkonzentrationsfeldes für eine weitere Düsenanordnung gemäß dem Stand der Technik.

[0040] Gemäß der Erfindung werden zur Verteilung eines Isoliergasstromes in den zu schützenden Feuerraumwandbereich Strömungsverhältnisse ausgenutzt, die dadurch charakterisiert sind, dass entlang der zu schützenden Seitenwände des Feuerraumes eine horizontale Grundströmung besteht. Für diese in Bezug auf den Feuerraumboden horizontale Grundströmung existiert an den Seitenwänden ein "Quellenbereich", von dem ausgehend die horizontale Ausbreitung der Strömung in Richtung der Feuerraumecken erfolgt. Diese Situation ist in Fig.1 dargestellt, in welcher im horizontalen Schnitt durch einen Feuerraum die Feuerraumströmungen anhand berechneter Geschwindigkeitsvektoren angegeben sind. Unterschiedliche Beträge der Strömungsgeschwindigkeit sind jeweils mit verschiedenen Grauwerten dargestellt, wobei die in der Abbildung links gezeigte Skala zu jedem Grauwert den zugehörigen Betrag der Strömungsgeschwindigkeit (in Einheiten von m/s) angibt. Die Brenner sind in dieser Darstellung mit dem Bezugszeichen 50 und der Quellenbereich der horizontalen Komponente der Grundströmung ist mit 51 bzw. 52 bezeichnet. Die horizontale Komponente der Grundströmung ist durch die Pfeile 53 symbolisiert.

[0041] In Fig.2 (oberer Teil) ist zusätzlich die Ausbildung eines Sauerstoffmangelgebiets dargestellt, sofern in der Ausgangssituation gemäß Fig.1 keinerlei Schutzmaßnahmen getroffen werden.

[0042] Aus der in Fig.1 dargestellten Simulation läßt sich erfindungsgemäß unmittelbar im Bereich jeder (nicht mit Brennern 50 bestückten) Seitenwand des Feuerraums ein Quellenbereich 51, 52 der horizontalen Grundströmung an der jeweiligen Seitenwand bestimmen, von dem aus die horizontale Strömung (gemäß Fig.1 nach links und nach rechts entlang der eingezeichneten Pfeile) ausgeht und in dem die resultierende Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen Null beträgt. Genauer ist jeder in Bezug auf den Feuerraumboden horizontalen Ebene ein solcher Quellpunkt (als Ausgangspunkt der in dieser Ebene vorliegenden horizontalen Strömungskomponente) zugeordnet, wobei sämtliche Quellpunkte aus unterschiedlichen horizontalen Ebenen den Quellenbereich für die horizontale Grundströmung an der betreffenden Seitenwand bilden.

[0043] Die den Quellenbereich bildenden Quellpunkte bilden somit eine sich in vertikaler Richtung (insbesondere über den sog. Brennergürtel) erstreckende Anordnung, die letztlich von den spezifischen Gegebenheiten (Feuerraumgeometrie, Anordnung von Seiten- sowie etwaigen Zwischenwänden, Brenneranordnung, Brennerbetrieb etc.) abhängig ist und die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst bestimmt wird.

[0044] Die erfindungsgemäße Detektion des Quellenbereichs einer horizontalen Grundströmung kann entweder gemäß Fig.1 und Fig.2 mittels Simulation, z.B. mittels numerischer CFD-Modellierung (CFD= "Computational Fluiddynamics") der Strömungsverhältnisse im Feuerraum anhand von Kenngrößen der verwendeten Brenner, Abmessungen etc., oder auch experimentell (über eine entsprechende im Feuerraumwandbereich angeordnete Sensorik) erfolgen.

[0045] Nachdem erfindungsgemäß wie oben beschrieben der Quellenbereich der horizontalen Grundströmung bestimmt wurde, wird in jeder Seitenwand des Feuerraumes eine Düsenanordnung so vorgesehen, dass sich die Wandluftdüsen jeweils in dem wie oben ermittelten Quellenbereich befinden. So sind etwa in dem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer symmetrischen Ausgestaltung des Feuerraumes die Wandluftdüsen in einer entlang der vertikalen Mittellinie der (nicht mit Brennern 60 bestückten) Seitenwand verlaufenden, vertikalen Düsenreihe 61 angeordnet. Die Düsenreihe 61 erstreckt sich hierbei vorzugsweise wenigstens über die Brennergürtelhöhe.

[0046] In Fig.4 sind das sich bei der erfindungsgemäßen Düsenanordnung aus Fig.3 ergebende Sauerstoffkonzentrationsfeld (obere Darstellung) sowie die sich ausbildenden Strömungsverhältnisse (untere Darstellung) veranschaulicht. Aus diesen mittels Simulation erhaltenen Charakteristika der Sauerstoffkonzentration und der Strömungsgeschwindigkeitsvektoren wird deutlich, dass durch die erfindungsgemäße Injektion von Luft im Quellenbereich 62, 63 der horizontalen Wandströmung eine effektive Ausbreitung der Isolierluft entlang der zu schützenden Seitenwände erfolgt, wobei die horizontale Wandströmung im Feuerraum als Transportmedium genutzt wird.

[0047] Wie aus Fig.5 und 6 ersichtlich, kommen erfindungsgemäß je nach Geometrie des Feuerraumes und Anordnung der Seitenwände bzw. etwaiger Zwischenwände unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen der Wandluftdüsen zum Einsatz. Insbesondere zeigt Fig.5 eine Düsenanordnung an einer inneren Doppel-Mittelwand 71, welche den Feuerraum in 2 Teilkammern mit gleicher Brennerbestückung 70 unterteilt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden Paare von Schlitzdüsen 72 in ebenfalls vertikaler Anordnung, jedoch mit Schlitzen 72 links und rechts einer nicht zugänglichen Verbindungsebene der Doppelwand vorgesehen, wobei die Schlitzdüsen über im Freiraum der Doppel-Mittelwand verlaufende, schematisch dargestellte, horizontale Zuleitungen mit Luft bzw. Isoliergas versorgt werden.

[0048] An den äußeren Feuerraumwänden kann beispielsweise auch die einfachere, in Fig.6 dargestellte Anordnung gewählt werden, wobei eine Mehrzahl in einer vertikalen Reihe angeordneter Wandluftdüsen 81 über eine sich entlang der Feuerraumwand vertikal erstreckende Zuleitung 81 mit Luft bzw. Isoliergas versorgt werden.

[0049] Der Abstand und die Öffnungsgröße der Wandluftdüsen in der erfindungsgemäßen vertikalen Düsenanordnung kann in Abhängigkeit von den statischen Verhältnissen geeignet gewählt werden. Hierbei wird in der Regel die Isoliergasschutzschicht um so effektiver erzeugt, je enger der Abstand benachbarter Wandluftdüsen ist, d.h. je effektiver die betreffende Wandoberfläche im Quellenbereich der horizontalen Wandströmung mit Isoliergas beaufschlagt wird. Grundsätzlich sollte bei der Auslegung der vertikalen Düsenanordnung somit - je nach den konkreten Anordnungs- und Konstruktionsmöglichkeiten - das Ideal eines durchgängigen vertikalen Schlitzes im Quellenbereich der horizontalen Wandströmung so weit wie möglich angestrebt werden.

[0050] Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert, bei der der Isoliergasstrom in einzelnen Kesselwandsektoren unabhängig voneinander und in Abhängigkeit von den dort aktuell vorliegenden Bedingungen geregelt werden kann.

[0051] Die erfindungsgemäße Düsenanordnung erfolgt nicht notwendigerweise entlang einer geraden vertikalen Linie, da die Anordnung im Quellenbereich der horizontalen Wandströmung je nach den konkreten Strömungsverhältnissen auch eine nichtlineare Anordnung ergeben kann, bei der in vertikaler Richtung benachbarte Düsen gegeneinander horizontal versetzt sind, um jeweils die vorhandene horizontale Wandströmung optimal auszunutzen.

[0052] Fig.7 und Fig.8 zeigen eine Prinzipskizze zur Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers mit Boxerfeuerung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, und zwar gemäß Fig.7 in Seitenansicht und gemäß Fig.8 in Schnittansicht (entlang der Linie A-A aus Fig.7).

[0053] Gemäß Fig.7 wird ein Feuerraum 100 eines Dampferzeugers durch eine Kesselwand mit einer Vorderwand 101, einer Rückwand 102 und Seitenwänden 103 und 104 begrenzt. An der Vorderwand 101 und der Rückwand 102 ist jeweils eine Mehrzahl von Brennern auf gleicher Höhe, paarweise einander gegenüberliegend sowie in mehreren (gemäß dem Ausführungsbeispiel drei) übereinanderliegenden Brennerebenen zu einer Linear- oder Boxerfeuerung angeordnet, wobei die Brenner durch die Pfeile 105 bzw. 106 symbolisiert sind. Die durch Linien 107 symbolisierten Brennerströme treffen in der Feuerraummitte so aufeinander, dass sich eine resultierende Strömung in Richtung der Seitenwände 103 und 104 ausbildet, wodurch ohne entsprechende Gegenmaßnahmen an den gestrichelt dargestellten Bereichen 108 und 109 Sauerstoffmangelgebiete an den Seitenwänden 103 und 104 entstehen.

[0054] Der erfindungsgemäße Dampferzeuger gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist ferner mehrere (gemäß dem Ausführungsbeispiel sechs) Luftkästen 109-114 auf, wobei jeder Luftkasten 109-114 jeweils einem Kesselwandbereich-Sektor zugeordnet ist. Mittels jedes Luftkastens wird die Isolierluft wie oben erläutert im zuvor bestimmten Quellenbereich der horizontalen Komponente der Feuerraumströmung zugeführt.

[0055] Die an einer Seitenwand 103 bzw. 104 angeordneten Luftkästen 109-114 gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind jeweils über eine zugehörige Einzelleitung 115-120 an eine gemeinsame Hauptleitung 121 bzw. 122 angeschlossen, wobei jede Hauptleitung 121 bzw. 122 jeweils eine gesamte Kesselseitenwand 103 bzw. 104 mit Luft versorgt. Die Hauptleitungen 121 und 122 sind gemeinsam an eine Verbrennungsgasversorgung 123 angeschlossen, durch welche somit sowohl die Luftkästen 109-114 als auch die Brenner mit Luft versorgt werden. Der jeweilige Luftstrom ist mittels entlang der Leitungen eingezeichneter gestrichelter Linien dargestellt.

[0056] Jede der Einzelleitungen 115-120 weist ein Absperrorgan 124 auf, mit dem bei Bedarf die Luftversorgung des betreffenden Luftkastens zu- oder abgeschaltet werden kann. Ferner weist jede Hauptleitung 121 bzw. 122 ein Regelorgan 125 zum Regeln der durch die betreffende Hauptleitung hindurchströmenden Luftmenge auf, welche wiederum durch eine dem Regelorgan 125 vor- oder nachgeschaltete Meßvorrichtung 126 quantitativ bestimmt wird.

[0057] Jeder der Luftkästen 109-114 weist eine Mehrzahl von (gemäß dem Ausführungsbeispiel jeweils acht) Gasentnahmestellen 127 auf, wobei jede Gasentnahmestelle 127 über jeweils eine Messleitung 128 an einen Messstellenumschalter 129 angeschlossen ist. Von dem Messstellenumschalter 129 gelangt das entnommene Gas zu einem Analysator 130, der das Gas aus dem wandnahen Bereich des Feuerraums 100 über den oben beschriebenen Weg ansaugt und die Zusammensetzung der betreffenden Kesselwandbereich-Atmosphäre analysiert. Der Analysator 130 ist vorzugsweise für die Bestimmung der Volumenanteile an Sauerstoff (O₂) und Kohlenmonoxid (CO) ausgelegt, kann jedoch außerdem je nach Bedarf auch zur Bestimmung der Volumenanteile weiterer Rauchgasbestandteile wie HCl oder H₂S geeignet sein.

[0058] Die betreffenden innerhalb eines Durchlaufes (Messzyklus) gemessenen Volumenanteile (insbesondere Sauerstoff- und Kohlenmonoxidanteile) der betreffenden Kesselwandbereich-Atmosphäre werden in einer Auswerteeinheit 131 gespeichert und mit vorgegebenen Sollwerten verglichen, woraufhin die Auswerteeinheit 131 ein entsprechendes Ausgangssignal ausgibt, gemäß welchem das Absperrorgan 124 in der Einzelleitung 115-120, welche dem betreffenden Luftkasten 108-114 zugeordnet ist, angesteuert wird. Hierbei wird vorzugsweise das betreffende Absperrorgan zur Erhöhung des Isoliergaszustroms zu dem jeweiligen Luftkasten 109-114 angesteuert, wenn der ermittelte Sauerstoff-Volumenanteil abnimmt oder wenn der ermittelte Volumenanteil an Kohlenmonoxid (oder HCl oder H₂S) zunimmt.

[0059] Gleichzeitig wird, wie aus Fig.9 ersichtlich ist, das Ausgangssignal der Auswerteeinheit 131 an einen Sollwertsteller 132 geleitet, welcher den Sollwert für die Regelung (mittels Regelorgan 125 und Meßvorrichtung 126) der durch die betreffende Hauptleitung 121 bzw. 122 strömenden Luftmenge bereitstellt. In dem Sollwertsteller 132 erfolgt auf Basis des Ausgangssignals der Auswerteeinheit 131 und des Stellungssignal des Absperrorgans 124 eine Neuberechnung des Luftsollwertes für die gesamte Kesselseitenwand. Der Luftmengensollwert wird mit der in der Messvorrichtung 126 gemessenen Luftmenge verglichen, und der Durchfluss in der betreffende Hauptleitung 121 bzw. 122 wird mit Hilfe eines Reglers 133 über das Regelorgan 125 eingestellt, und zwar derart, dass der Durchfluss zu der betreffenden Kesselwand erhöht wird, wenn der für diese gesamte Kesselwand ermittelte Sauerstoff-Volumenanteil abnimmt oder wenn der für diese gesamte Kesselwand ermittelte Volumenanteil an Kohlenmonoxid (oder HCl oder H₂S) zunimmt.

[0060] Nach Abschluss eines Messdurchlaufes innerhalb eines Kesselwandbereich-Sektors werden die gespeicherten Messwerte gelöscht und der Zyklus aus ortsabhängiger Messung der Kesselwandbereich-Atmosphäre an aufeinanderfolgenden Meßstellen 127, entsprechender Ansteuerung von Absperrorganen 124 in den zu den einzelnen Luftkästen 109-114 führenden Einzelleitungen 115-120, Neuberechnung von Luftsollwerten für die gesamte Kesselwand und entsprechende Ansteuerung des Regelorgans 125 in der betreffenden Hauptleitung 121 bzw. 122 beginnt erneut.

[0061] Im Betrieb des erfindungsgemäßen Dampferzeugers tritt die aus der Verbrennungsgasversorgung über die Hauptleitungen und die Einzelleitungen in die Luftkästen einströmende Luft etwa im Bereich der Kesselwandmitte an mehreren vertikal im Quellenbereich der horizontalen Komponente der Feuerraumwandströmung angeordneten Stellen (nicht dargestellt) mit sehr niedriger Geschwindigkeit in den Feuerraum ein und breitet sich unter Ausnutzung der Feuerraumgrundströmung im wesentlichen teppichförmig im rohrwandnahen Gebiet unter Ausbildung einer Isoliergasschicht aus. Diese Ausbreitung vollzieht sich mit einer im Vergleich zu dem Rauchgassstrom so geringen Strömungsgeschwindigkeit, dass eine Vermischung mit dem Rauchgas infolge der fehlenden Mischenergie in der Gasschicht wenn überhaupt nur stark verzögert auftritt. Die so in unmittelbarer Nähe zum Kesselwandbereich gebildete sauerstoffreiche Luftisolierschicht verhindert auf diese Weise eine Entstehung von Sauerstoffmangelgebieten in den betreffenden gefährdeten. Bereichen 108 und 109.

[0062] Gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform kann eine gezielte Regelung der im Kesselwandbereich ausgebildeten Gasschutzschicht, und zwar sowohl für eine gesamte den Feuerraum begrenzende Seitenwand 103 bzw. 104 (mittels Regelung der Luftströmung durch die Hauptleitung 121 bzw. 122) als auch der Luftversorgung für einzelne Sektoren (über die betreffenden Absperrorgane 124) erfolgen, wobei die betreffenden Sollwerte für die Regelung in unabhängigen Meßzyklen auf Basis einer wiederholten ortsabhängigen Messung der Kesselwandbereich-Atmosphäre neu festgesetzt werden. Auf diese Weise kann einer zeitlichen und räumlichen Variation der Strömungsverhältnisse im Feuerraum und einer hierdurch bedingten Variation der Sauerstoffmangelgebiete durch entsprechende Regelung der erfindungsgemäß ausgebildeten Gasschutzschicht Rechnung getragen werden.

[0063] Wenngleich somit die beschriebene selektive Regelung vorteilhaft ist, ist sie zur Verwirklichung der Erfindung nicht unbedingt notwendig. Insbesondere kann auch unter Weglassung der o.g. Meß- und Regelvorrichtungen eine konstante Luftzufuhr, und zwar entweder für eine gesamte Kesselwand oder auch mit in den Kesselwandbereich-Sektoren unterschiedlichen Zufuhrraten erfolgen.

[0064] Die bei dem erfindungsgemäßen System verwendeten Luftkästen müssen nicht über Haupt- bzw. Einzelleitungen gemeinsam an die Verbrennungsgasversorgung angeschlossen sein. Alternativ (jedoch weniger bevorzugt) kann auch eine Versorgung der Luftkästen aus einer separaten Luftzufuhr vorgesehen sein. Des weiteren ist die Anzahl der Luftkästen beliebig, wobei insbesondere auch nur ein Luftkasten pro Feuerraumwand vorgesehen sein kann.

[0065] Ferner ist die Erfindung nicht auf die Zufuhr von Luft für die Isoliergasschicht beschränkt. Grundsätzlich kann auch ein anderes zum Korrosionsschutz geeignetes, inertes oder oxidierendes Gasgemisch verwendet werden.

[0066] Wenngleich die Erfindung am Beispiel eines Dampferzeugers mit Boxerfeuerung erläutert wurde, ist sie ebenso auch auf einen Dampferzeuger mit Tangentialfeuerung anwendbar.

Bezugszeichenliste

[0067] 

1

Feuerraum

2

Vorderwand

3

Rückwand

4

Seitenwand

5

"

6

Pfeil (Brenner)

7

"

8

Linien (Brennerströme)

9

Sauerstoffmangelgebiet

10

"

11

Feuerraum

12.

Vorderwand

13

Rückwand

14

Seitenwand

15

"

16

Pfeil (Brenner)

17

"

18

"

19

"

20

Linien (Brennerströme)

21

Sauerstoffmangelgebiet

22

"

23

"

24

"

30

Brenner

31

Seitenluftdüsen

32

Seitenwandbereich

40

Brenner

41

horizontale Düsenreihe

42

Sauerstoffmangelgebiet

50

Brenner

51

Quellenbereich

52

Quellenbereich

53

Pfeile (Grundströmung)

60

Brenner

61

vertikale Düsenreihe

62

Quellenbereich

63

Quellenbereich

70

Brenner

71

Mittelwand

72

Schlitze

80

Brenner

81

Wandluftdüsen

100

Feuerraum

101

Vorderwand

102

Rückwand

103

Seitenwand

104

Seitenwand

105

Pfeil (Brenner)

106

"

107

Linien (Brennerströme)

108

Sauerstoffmangelgebiet

109

Luftkasten

110

"

111

"

112

"

113

"

114

"

115

Einzelleitung

116

"

117

"

118

"

119

"

120

"

121

Hauptleitung

122

Hauptleitung

123

Verbrennungsgasversorgung

124

Absperrorgan

125

Regelorgan

126

Meßvorrichtung

127

Gasentnahmestellen

128

Messleitung

129

Messstellenumschalter

130

Analysator

131

Auswerteeinheit

132

Sollwertsteller

133

Regler

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Dampferzeugers, bei welchem ein durch Kesselwände (101-104) begrenzter Feuerraum (100) mittels Brennstoff-Verbrennung unter Ausbildung eines Rauchgasstromes (107) mit einer Mehrzahl von Brennern (105, 106) gefeuert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeitscharakteristik einer in Bezug auf den Feuerraumboden horizontalen Feuerraumgrundströmung;

• Ermitteln eines Quellenbereichs der horizontalen Feuerraumwandströmung an wenigstens einer Kesselwand (103, 104); und

• Einspeisen eines Isoliergases im Quellenbereich der horizontalen Feuerraumwandströmung, so dass durch horizontale Ausbreitung des Isoliergases mittels der Feuerraumgrundströmung eine die jeweilige Kesselwand (103, 104) vom Rauchgasstrom (107) isolierende Isoliergasschicht erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspeisen des Isoliergases über eine an wenigstens einer Feuerraumwand vorgesehene Gaszufuhrdüsenanordnung erfolgt, welche in einer Mehrzahl von einander benachbarten, in Bezug auf den Feuerraumboden horizontalen Ebenen jeweils genau eine Gaszufuhrzone aufweist, die im Quellenbereich der dieser Ebene zugeordneten zugehörigen horizontalen Komponente der Feuerraumwandströmung angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Gaszufuhrdüsen in einer entlang der vertikalen Mittellinie der betreffenden Feuerraumwand verlaufenden, in Bezug auf den Feuerraumboden vertikalen Linie angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich die Gaszufuhrdüsenanordnung im wesentlichen über die Brennergürtelhöhe des Feuerraums erstreckt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Feuerraum durch eine Mittelwand geteilt ist, und wobei die im Quellenbereich der Feuerraumwandströmung angeordneten Gaszufuhrdüsen in der Zwischenwand vorgesehen sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspeisen des Isoliergases über einen an wenigstens einer Feuerraumwand vorgesehenen, sich im wesentlichen.über der Brennergürtelhöhe durchgängig erstreckenden, in Bezug auf den Feuerraumboden vertikalen Gaszufuhrschlitz erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Isoliergas Luft verwendet wird, die aus der Verbrennungsgasversorgung des Feuerraums zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Volumenanteil der als Isoliergas verwendeten Luft zu der zur Umsetzung des Brennstoffs benötigten Gesamtluftmenge maximal 10 %, vorzugsweise maximal 5 % beträgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Isoliergas ein oxidierendes Gas verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Isoliergas ein inertes Gas verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isoliergasstrom in einzelnen Kesselwandsektoren unabhängig erzeugt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit den Schritten:

- Ermitteln von Volumenanteilen von Rauchgaskomponenten in der benachbart zu wenigstens einer Kesselwand vorliegenden Gasatmosphäre; und

- Regeln des Isoliergasstromes in Abhängigkeit von den ermittelten Volumenanteilen von Rauchgaskomponenten.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Ermittlung von Volumenanteilen der Rauchgaskomponenten und/oder das Regeln des Isoliergasstromes in einzelnen Kesselwandsektoren unabhängig voneinander durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Ermittlung von Volumenanteilen der Rauchgaskomponenten und/oder das Regeln des Isoliergasstromes in einer Mehrzahl von Meßzyklen wiederholt durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Rauchgaskomponenten Sauerstoff (O₂) und Kohlenmonoxid (CO) umfassen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Rauchgaskomponenten ferner HCl und/oder H₂S umfassen.

17. Dampferzeuger, mit

• einem durch Kesselwände (101-104) begrenzten Feuerraum (100)

• einer Mehrzahl von Brennern (105, 106) zur Feuerung des Feuerraums (100) mittels Brennstoff-Verbrennung unter Ausbildung eines Rauchgasstromes (107); und

• einer Gaszufuhreinrichtung zum Einspeisen eines Isoliergases; wobei die Gaszufuhreinrichtung im Quellenbereich einer horizontalen Feuerraumwandströmung an wenigstens einer Kesselwand (103, 104) derart angeordnet ist, dass durch horizontale Ausbreitung des eingespeisten Isoliergases mittels der Feuerraumwandströmung eine die jeweilige Kesselwand (103, 104) vom Rauchgasstrom (107) isolierende Isoliergasschicht erzeugbar ist.

18. Dampferzeuger nach Anspruch 17, wobei die Gaszufuhreinrichtung eine an wenigstens einer Feuerraumwand vorgesehene Gaszufuhrdüsenanordnung aufweist, welche in einer Mehrzahl von einander benachbarten, in Bezug auf den Feuerraumboden horizontalen Ebenen jeweils genau eine Gaszufuhrzone aufweist, die im Quellenbereich der dieser Ebene zugeordneten zugehörigen horizontalen Komponente der Feuerraumwandströmung angeordnet ist.

19. Dampferzeuger nach Anspruch 18, wobei die Gaszufuhrdüsen in einer entlang der vertikalen Mittellinie der betreffenden Feuerraumwand verlaufenden, in Bezug auf den Feuerraumboden vertikalen Linie angeordnet sind.

20. Dampferzeuger nach Anspruch 18 oder 19, wobei sich die Gaszufuhrdüsenanordnung wenigstens über die Brennergürtelhöhe des Feuerraums erstreckt.

21. Dampferzeuger nach Anspruch 18, wobei der Feuerraum durch eine Mittelwand geteilt ist, und wobei die im Quellenbereich der Feuerraumwandströmung angeordneten Gaszufuhrdüsen in der Zwischenwand vorgesehen sind.

22. Dampferzeuger nach Anspruch 17, wobei die Gaszufuhreinrichtung einen an wenigstens einer Feuerraumwand vorgesehenen, sich im wesentlichen über der Brennergürtelhöhe durchgängig erstreckenden, in Bezug auf den Feuerraumboden vertikalen Gaszufuhrschlitz aufweist.

23. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei die Gaszufuhreinrichtung in jedem Kesselwandsektor eine Gaszufuhreinheit (109-114) zum Einleiten von Isoliergas an die Kesselwandoberfläche in den Feuerraum (100) aufweist.

24. Dampferzeuger nach Anspruch 23, wobei die einer Kesselwand (103;104) zugeordneten Gaszufuhreinheiten (109-111;112-114) jeweils an eine separat an die Verbrennungsgasversorgung (123) gekoppelte Hauptleitung (121,122) angeschlossen sind.

25. Dampferzeuger nach Anspruch 24, wobei jede Hauptleitung (121,122) ein Regelorgan (125) zur Gasdurchflussregelung aufweist.

26. Dampferzeuger nach Anspruch 24 oder 25, wobei jede Gaszufuhreinheit (109-114) über ein Absperrorgan (124) mit der zugeordneten Hauptleitung (121,122) selektiv koppelbar ist.

27. Dampferzeuger nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Regelorgan (125) und/oder das Absperrorgan (124) in Abhängigkeit von den ermittelten Volumenanteilen von Rauchgaskomponenten in der benachbart zur Kesselwand vorliegenden Gasatmosphäre angesteuert werden.

28. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei die Brenner (105,106) zu einer Linearfeuerung des Feuerraums (100) angeordnet sind.

29. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei die Brenner zu einer Tangentialfeuerung des Feuerraums angeordnet sind.

Claims

1. Method for operating a vapour generator, wherein a combustion chamber (100) which is defined by boiler walls (101-104) is fired by means of fuel combustion with a plurality of burners (105, 106), with a stream of flue gas (107) being formed, the method involving the following steps:

. determining the flow rate characteristic of a combustion chamber flow in the lower portion which is horizontal with respect to the combustion chamber floor;

. establishing a source region of the horizontal combustion chamber flow at the wall at least at one boiler wall (103, 104); and

. introducing an insulating gas in the source region of the horizontal combustion chamber flow at the wall so that, by means of horizontal expansion of the insulating gas using the combustion chamber flow in the lower portion, a layer of insulating gas is produced which insulates the respective boiler wall (103, 104) from the stream of flue gas (107).

2. Method according to claim 1, wherein the introduction of the insulating gas is carried out by means of a gas supply nozzle arrangement which is provided on at least one combustion chamber wall and which has in each case, in a plurality of mutually adjacent planes which are horizontal with respect to the combustion chamber floor, precisely one gas supply zone which is arranged in the source region of the associated horizontal component of the combustion chamber wall flow associated with this plane.

3. Method according to claim 2, wherein the gas supply nozzles are arranged in a line which extends along the vertical centre line of the relevant combustion chamber wall and which is vertical with respect to the combustion chamber floor.

4. Method according to claim 2 or 3, wherein the gas supply nozzle arrangement extends substantially along the burner waist height of the combustion chamber.

5. Method according to claim 2, wherein the combustion chamber is divided by means of a central wall, and the gas supply nozzles which are arranged in the source region of the combustion chamber wall flow being provided in the intermediate wall.

6. Method according to claim 1, wherein the introduction of the insulating gas is carried out via a gas supply slot which is provided on at least one combustion chamber wall and which extends in a substantially continuous manner along the burner waist height, and which is vertical with respect to the combustion chamber floor.

7. Method according to any one of the preceding claims, wherein air which is supplied from the combustion gas supply of the combustion chamber is used as an insulating gas.

8. Method according to claim 7, wherein the volume proportion of the air used as an insulating gas relative to the total quantity of air required to convert the fuel is a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%.

9. Method according to any one of the preceding claims, wherein an oxidising gas is used as an insulating gas.

10. Method according to any one of the preceding claims, wherein an inert gas is used as an insulating gas.

11. Method according to any one of the preceding claims, wherein the insulating gas stream is produced independently in individual boiler wall sectors.

12. Method according to any one of the preceding claims, further involving the steps of:

- establishing volume proportions of flue gas components in the gas atmosphere adjacent to at least one boiler wall; and

- adjusting the flow of insulating gas in accordance with the established volume proportions of flue gas components.

13. Method according to claim 12, wherein the establishment of volume proportions of the flue gas components and/or the adjustment of the flow of insulating gas is/are carried out independently of each other in individual boiler wall sectors.

14. Method according to claim 13, wherein the establishment of volume proportions of the flue gas components and/or the adjustment of the flow of insulating gas is/are carried out repeatedly in a plurality of measuring cycles.

15. Method according to any one of claims 12 to 14, wherein the flue gas components comprise oxygen (O₂) and carbon monoxide (CO).

16. Method according to any one of claims 12 to 15, wherein the flue gas components further comprise HCl and/or H₂S.

17. Vapour generator, having

. a combustion chamber (100) which is defined by boiler walls (101-104)

. a plurality of burners (105, 106) for firing the combustion chamber (100) by means of fuel combustion, with a stream of flue gas (107) being formed; and

. a gas supply device for introducing an insulating gas; the gas supply device being arranged in the source region of a horizontal combustion chamber flow at the wall on at least one boiler wall (103, 104) in such a manner that, by means of horizontal expansion of the insulating gas introduced by means of the combustion chamber stream at the wall, a layer of insulating gas can be produced which insulates the respective boiler wall (103, 104) from the stream of flue gas (107).

18. Vapour generator according to claim 17, wherein the gas supply device has a gas supply nozzle arrangement which is provided on at least one combustion chamber wall and which has in each case, in a plurality of mutually adjacent planes which are horizontal with respect to the combustion chamber floor, precisely one gas supply zone which is arranged in the source region of the associated horizontal component of the combustion chamber wall flow associated with this plane.

19. Vapour generator according to claim 18, wherein the gas supply nozzles are arranged in a line which extends along the vertical centre line of the relevant combustion chamber wall and which is vertical with respect to the combustion chamber floor.

20. Vapour generator according to claim 18 or 19, wherein the gas supply nozzle arrangement extends at least along the burner waist height of the combustion chamber.

21. Vapour generator according to claim 18, wherein the combustion chamber is divided by means of a central wall, and the gas supply nozzles which are arranged in the source region of the combustion chamber stream at the wall are provided in the intermediate wall.

22. Vapour generator according to claim 17, wherein the gas supply device has a gas supply slot which is provided on at least one combustion chamber wall and which extends substantially continuously along the burner waist height, and which is vertical with respect to the combustion chamber floor.

23. Vapour generator according to any one of claims 17 to 22, wherein the gas supply device has, in each boiler wall sector, a gas supply unit (109-114) for introducing insulating gas onto the boiler wall surface in the combustion chamber (100).

24. Vapour generator according to claim 23, wherein the gas supply units (109-111; 112-114) which are associated with a boiler wall (103; 104) are each connected to a main line (121, 122) which is separately coupled to the combustion gas supply (123).

25. Vapour generator according to claim 24, wherein each main line (121, 122) has an adjustment member (125) for adjusting the throughflow of gas.

26. Vapour generator according to claim 24 or 25, wherein each gas supply unit (109-114) can be selectively coupled to the associated main line (121, 122) by means of a blocking member (124).

27. Vapour generator according to claim 25 or 26, wherein the adjustment member (125) and/or the blocking member (124) is/are controlled in accordance with the established volume proportions of flue gas components in the gas atmosphere adjacent to the boiler wall.

28. Vapour generator according to any one of claims 17 to 27, wherein the burners (105, 106) are arranged so as to provide linear firing of the combustion chamber (100).

29. Vapour generator according to any one of claims 17 to 27, wherein the burners are arranged so as to provide tangential firing of the combustion chamber.

Revendications

1. Procédé de fonctionnement d'un générateur de vapeur, dans lequel un foyer (100), délimité par des parois de chaudière (101 à 104), est chauffé par combustion de combustible en formant un courant de gaz de fumée (107) avec une pluralité de brûleurs (105, 106), le procédé présentant les étapes suivantes :

• la détermination de la caractéristique de vitesse d'écoulement d'un courant de base du foyer qui est horizontal par rapport au fond du foyer ;

• l'établissement d'une zone source du courant de paroi du foyer horizontal sur au moins une paroi de chaudière (103, 104) ; et

• l'injection d'un gaz isolant dans la zone source du courant de paroi du foyer horizontal de manière à générer, par dispersion horizontale du gaz isolant au moyen du courant de base du foyer, une couche de gaz isolant qui isole la paroi de chaudière respective (103, 104) du courant de gaz de fumée (107).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'injection du gaz isolant se fait par le biais d'un aménagement de tuyères d'alimentation en gaz qui est prévu sur au moins une paroi du foyer et qui présente, dans une pluralité de plans mutuellement adjacents et horizontaux par rapport au fond du foyer, respectivement juste une zone d'alimentation en gaz, qui est aménagée dans la zone source du composant horizontal correspondant, affecté à ce plan, du courant de paroi de foyer.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les tuyères d'alimentation en gaz sont aménagées sur une ligne verticale par rapport au fond du foyer et s'étendant le long de la bissectrice verticale de la paroi de foyer concernée.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'aménagement de tuyères d'alimentation en gaz s'étend sensiblement sur la hauteur de la ceinture de brûleurs du foyer.

5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le foyer est divisé par une paroi centrale et dans lequel les tuyères d'alimentation en gaz, aménagées dans la zone source du courant de paroi du foyer, sont prévues dans la paroi intermédiaire.

6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'injection du gaz isolant s'effectue par le biais d'une fente d'alimentation en gaz verticale par rapport au fond du foyer, prévue sur au moins une paroi du foyer et s'étendant sensiblement en continu sur la hauteur de la ceinture de brûleurs.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on utilise comme gaz isolant de l'air qui est acheminé de l'alimentation en gaz de combustion du foyer.

8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la fraction volumique de l'air utilisé comme gaz isolant, est, par rapport à la quantité d'air total nécessaire pour la conversion du combustible, au maximum de 10 %, de préférence au maximum de 5 %.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on utilise un gaz oxydant comme gaz isolant.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on utilise un gaz inerte comme gaz isolant.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le courant de gaz isolant est généré indépendamment dans des secteurs individuels de la paroi du foyer.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre les étapes suivantes :

- la détermination de fractions volumiques de composants de gaz de fumée dans l'atmosphère gazeuse, qui est adjacente à au moins une paroi du foyer ; et

- le réglage du courant de gaz isolant en fonction des fractions volumiques déterminées des composants de gaz de fumée.

13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on réalise la détermination de fractions volumiques des composants de gaz et/ou le réglage du courant de gaz isolant dans des secteurs individuels de la paroi de foyer de manière mutuellement indépendante.

14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel on réalise de manière récurrente la détermination de fractions volumiques des composants de gaz de fumée et/ou le réglage du courant de gaz isolant dans une pluralité de cycles de mesure.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel les composants de gaz de fumée comprennent l'oxygène (O₂) et le monoxyde de carbone (CO).

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel les composants de gaz de fumée comprennent en outre HCl et/ou H₂S.

17. Générateur de vapeur, comprenant

• un foyer (100) délimité par des parois de chaudière (101 à 104),

• une pluralité de brûleurs (105, 106) pour le chauffage du foyer (100) par combustion de combustible, tout en formant un courant de gaz de fumée (107) ; et

• un dispositif d'alimentation en gaz pour l'injection d'un gaz isolant; dans lequel le dispositif d'alimentation en gaz est aménagé dans la zone source d'un courant de paroi de foyer horizontal sur au moins une paroi de foyer (103, 104) de manière à pouvoir générer, par dispersion horizontale du gaz isolant injecté au moyen du courant de paroi du foyer, une couche de gaz isolant qui isole la paroi de chaudière respective (103, 104) du courant de gaz de fumée (107).

18. Générateur de vapeur selon la revendication 17, dans lequel le dispositif d'alimentation en gaz présente un aménagement de tuyères d'alimentation en gaz qui est prévu sur au moins une paroi du foyer et qui présente, dans une pluralité de plans mutuellement adjacents et horizontaux par rapport au fond du foyer, respectivement juste une zone d'alimentation en gaz, qui est aménagée dans la zone source du composant horizontal correspondant, affecté à ce plan, du courant de paroi du foyer.

19. Générateur de vapeur selon la revendication 18, dans lequel les tuyères d'alimentation en gaz sont aménagées sur une ligne verticale par rapport au fond du foyer et s'étendant le long de la bissectrice verticale de la paroi du foyer concernée.

20. Générateur de vapeur selon la revendication 18 ou 19, dans lequel l'aménagement de tuyères d'alimentation en gaz s'étend au moins sur la hauteur de la ceinture de brûleurs du foyer.

21. Générateur de vapeur selon la revendication 18, dans lequel le foyer est divisé par une paroi centrale et dans lequel les tuyères d'alimentation en gaz, aménagées dans la zone source de l'écoulement de paroi de foyer, sont prévues dans la paroi intermédiaire.

22. Générateur de vapeur selon la revendication 17, dans lequel le dispositif d'alimentation en gaz présente une fente d'alimentation en gaz verticale par rapport au fond de foyer, prévue sur au moins une paroi de foyer et s'étendant sensiblement en continu sur la hauteur de la ceinture de brûleurs.

23. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 17 à 22, dans lequel le dispositif d'alimentation en gaz présente, dans chaque secteur de paroi de chaudière, une unité d'alimentation en gaz (109 à 114) destinée à l'introduction de gaz isolant sur la surface de paroi de chaudière dans le foyer (100).

24. Générateur de vapeur selon la revendication 23, dans lequel les unités d'alimentation en gaz (109 à 111 ; 112 à 114) affectées à une paroi de chaudière (103; 104) sont respectivement raccordées à une conduite principale (121, 122), qui est couplée séparément à l'alimentation en gaz de combustion (123).

25. Générateur de vapeur selon la revendication 24, dans lequel chaque conduite principale (121,122) présente un organe de réglage (125) destiné au réglage du débit de gaz.

26. Générateur de vapeur selon la revendication 24 ou 25, dans lequel chaque unité d'alimentation en gaz (109 à 114) peut être couplée sélectivement à la conduite principale affectée (121, 122) par le biais d'un organe d'obturation (124).

27. Générateur de vapeur selon la revendication 25 ou 26, dans lequel l'organe de réglage (125) et/ou l'organe d'obturation (124) est/sont commandés en fonction des fractions volumiques déterminées des composants de gaz de fumée dans l'atmosphère gazeuse qui est adjacente à la paroi de chaudière.

28. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 17 à 27, dans lequel les brûleurs (105, 106) sont aménagés pour un chauffage linéaire du foyer (100).

29. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 17 à 27, dans lequel les brûleurs sont aménagés pour un chauffage tangentiel du foyer.

Zeichnung