[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugeranlage mit einer Kesselbrennkammer zur Verbrennung
staubförmiger Festbrennstoffe, einem unterhalb der Kesselbrennkammer angeordneten
Kesseltrichter und einer über den Kesseltrichter in fluidem Kontakt mit der Kesselbrennkammer
stehenden Nachbrennkammer zur Verbrennung von partikelförmigen Rückständen aus der
Kesselbrennkammer.
[0002] Dampferzeugeranlagen der vorgenannten Art sind in unterschiedlichen Ausführungen
bekannt und werden regelmäßig durch Verbrennung von fossilen Brennstoffen, wie etwa
Braunkohle, Steinkohle oder Torf, beheizt. Dazu ist dann meist eine Staubfeuerungsanlage
mit Staubbrennern vorgesehen, über die der Brennstoff in fein gemahlener Form, man
spricht auch von Staub, insbesondere von Kohlenstaub, in eine Kesselbrennkammer eingeblasen
wird. Über die mit den Staubbrennern eingeblasene primäre und ggf. weitere sekundäre
Luft wird in der Kesselbrennkammer eine Gasströmung erzeugt, mittels derer die Brennstoffpartikel
in der Schwebe gehalten und verbrannt werden. Die bei der Verbrennung gebildeten Aschepartikel,
die noch Reste organischer Anteile enthalten können, sinken in der Kesselbrennkammer
nach unten und gelangen in einen unterhalb der Kesselbrennkammer angeordneten Kesseltrichter.
[0003] Aus dem unteren Ende des Kesseltrichters gelangen die Aschepartikel gesammelt in
eine darunter vorgesehene Nachbrennkammer. Die Nachbrennkammer weist eine Rostfeuerung
mit einem Nachbrennrost auf, der die Aschepartikel durch die Nachbrennkammer transportiert,
um eine möglichst vollständige Verbrennung der eingesetzten Brennstoffe zu erreichen.
[0004] Während des Betriebs der Dampferzeugeranlage kann es zu Anbackungen an den Wänden
der Kesselbrennkammer kommen, welche mit der Zeit anwachsen und sog. Wächten bilden.
Die Anbackungen bzw. Wächten bestehen insbesondere aus Schlacke und platzen, wenn
sie zu einer gewissen Größe angewachsen sind, von den Wänden der Kesselbrennkammer
ab. Die dabei entstehenden Schlackebrocken fallen sodann über den Kesseltrichter in
die Nachbrennkammer, wo sie auf den Nachbrennrost prallen. Dabei wird eine nicht unerhebliche
Menge an kinetischer Energie frei, die zu Beschädigungen der beweglichen Nachbrennroste
führen kann. Diese Beschädigungen erhöhen den Wartungsaufwand der Dampferzeugeranlage
und verringern zudem deren Verfügbarkeit nennenswert.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die eingangs genannte
und zuvor näher beschriebene Dampferzeugeranlage derart auszugestalten und weiterzubilden,
dass der für den Betrieb der Dampferzeugeranlage erforderliche Wartungsaufwand verringert,
sowie die Verfügbarkeit der Dampferzeugeranlage verbessert werden kann.
[0006] Diese Aufgabe ist bei einer Dampferzeugeranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 dadurch gelöst, dass zwischen dem Kesseltrichter und der Nachbrennkammer eine Leiteinrichtung
für den Transport der partikelförmigen Rückstände zur Nachbrennkammer vorgesehen ist,
wobei die Leitungseinrichtung derart geformt ist, dass ein geradliniger Durchtritt
von partikelförmigen Rückständen durch die Strömungseinrichtung in Schwerkraftrichtung
ausgeschlossen wird.
[0007] Die Erfindung hat erkannt, dass Beschädigungen am Nachbrennrost vermieden werden
können, wenn zwischen dem Kesseltrichter und der Nachbrennkammer eine Leiteinrichtung
vorgesehen ist, über welche partikelförmige Rückstände, etwa in Form von Schlackebrocken,
der Nachbrennkammer gezielt zugeleitet werden. Da die Leiteinrichtung einen geradlinigen
Durchtritt von Partikeln in Schwerkraftrichtung verhindert, können die partikelförmigen
Rückstände, insbesondere die schwereren Schlackebrocken, nicht ungehindert aus dem
Kesseltrichter durch die Leiteinrichtung auf den darunter angeordneten Nachbrennrost
der Nachbrennkammer fallen. Es erfolgt vielmehr eine Umlenkung der Partikel in der
Leiteinrichtung unter Verringerung der kinetischen Energie und letztlich der Geschwindigkeit
der Partikel. Zu diesem Zweck kommen unterschiedlich ausgebildete Leiteinrichtungen
in Betracht.
[0008] Da die Leiteinrichtung zwischen dem Kesseltrichter und der Nachbrennkammer eine,
wenn auch geringe, vertikale Ausdehnung aufweist, kann zudem eine Bündelung der in
die Nachbrennkammer gelangenden Partikel erreicht werden. Die Streuung dieser Partikel
wird folglich verringert, so dass die Rückstände in einem enger begrenzten Bereich
auf den Nachbrennrost aufgegeben werden. Die noch brennbare Bestandteile enthaltenden
Rückstände können also im Schnitt weiter vorne auf den Nachbrennrost aufgebracht werden,
so dass sich die Verweilzeit der Rückstände in der Nachbrennkammer vergrößert.
[0009] Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Dampferzeugeranlage kann ein geradliniger,
unbeeinflusster Durchtritt von Feststoffpartikeln durch die Leiteinrichtung in Richtung
der Schwerkraft dadurch verhindert werden, dass die Eintrittsöffnung der Leiteinrichtung
und wenigstens ein horizontaler Querschnitt der Leiteinrichtung in einer Projektion
in Schwerkraftrichtung auf eine gemeinsame Ebene derart zueinander angeordnet sind,
dass die Eintrittsöffnung und der horizontale Querschnitt einander nicht überlappen.
Die durch die Eintrittsöffnung vertikal eintretenden partikelförmigen Rückstände können
den entsprechenden horizontalen Querschnitt der Leiteinrichtung folglich nicht ungehindert
passieren, ohne mit der Leiteinrichtung zu kollidieren. Die Rückstände werden durch
den Kontakt mit der Leiteinrichtung abgelenkt und durch den horizontalen Querschnitt
geleitet. Diese Ablenkung führt zu einer Verringerung der Fallgeschwindigkeit der
senkrecht in die Leiteinrichtung eintretenden Partikel. In welcher Weise die Leiteinrichtung
zwischen der Eintrittsöffnung und dem beschriebenen horizontalen Querschnitt ausgebildet
ist, ist in weiten Bereichen frei wählbar. Die Leiteinrichtung sollte jedoch grundsätzlich
so ausgebildet sein, dass eine übermäßige Ansammlung von Rückständen in der Leiteinrichtung
verhindert wird.
[0010] Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Leiteinrichtung kann erreicht werden,
wenn die Eintrittsöffnung der Leiteinrichtung und die Austrittsöffnung der Leiteinrichtung
in einer Projektion in Schwerkraftrichtung in eine gemeinsame Ebene nicht überlappend
zueinander angeordnet sind. Je nachdem, ob die Leiteinrichtung direkt mit der Nachbrennkammer
verbunden ist oder nicht, kann alternativ oder zusätzlich auch die Eintrittsöffnung
der Leiteinrichtung und die Eintrittsöffnung der Nachbrennkammer in einer Projektion
in Schwerkraftrichtung nicht überlappend zueinander angeordnet sein.
[0011] Eine besonders einfache und daher konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung der Leiteinrichtung
besteht darin, dass die Leiteinrichtung zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung
wenigstens einfach s-förmig gekrümmt ist. Die Leiteinrichtung kann mit anderen Worten
in Form eines sog. Schwanenhalses ausgebildet sein. Dadurch können die in die Leiteinrichtung
eintretenden Rückstände leicht unter Abgabe von kinetischer Energie abgelenkt werden,
ohne dass die Gefahr einer Ansammlung von partikelförmigen Rückständen in der Leiteinrichtung
besteht. Die Leiteinrichtung kann im Falle der Krümmung leicht an jeder Stelle eine
ausreichende Neigung aufweisen, die ein Abrutschen der Feststoffpartikel in Richtung
der Nachbrennkammer garantiert.
[0012] Besonders bevorzugt kann es in diesem Zusammenhang sein, wenn die s-förmige Krümmung
der Leiteinrichtung in einer Projektion in Schwerkraftrichtung überlappend zur Eintrittsöffnung
der Leiteinrichtung angeordnet ist. Die s-förmige Krümmung ist dann so stark, dass
wenigstens ein horizontaler Querschnitt der Leiteinrichtung in einer Projektion in
Richtung der Vertikalen nicht überlappend mit der entsprechenden Projektion der Eintrittsöffnung
in die Leiteinrichtung angeordnet ist. Die s-förmige Krümmung kann dann gleichzeitig
eine geeignete Ableitung der in die Leiteinrichtung eintretenden partikelförmigen
Rückstände übernehmen und das ungehinderte Hindurchfallen von partikelförmigen Rückständen
durch die Leiteinrichtung in Schwerkraftrichtung verhindern.
[0013] Alternativ oder zusätzlich kann die Austrittsöffnung der Leiteinrichtung dem vorderen
Ende der Nachbrennkammer bzw. dem vorderen Ende eines in der Nachbrennkammer vorgesehenen
Nachbrennrosts zugeordnet sein. Auf diese Weise können die von der Leiteinrichtung
in die Nachbrennkammer geleiteten partikelförmigen Rückstände vorne in Bezug auf den
Nachbrennrost der Nachbrennkammer zugeführt werden, um eine hohe Verweilzeit der Rückstände
in der Nachbrennkammer zu erreichen. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang,
wenn die Austrittsöffnung der Leiteinrichtung direkt über dem Anfang des Nachbrennrosts
angeordnet ist.
[0014] Alternativ oder zusätzlich kann die Leiteinrichtung vor der Austrittsöffnung einen
gegen die Transportrichtung des Nachbrennrosts gerichteten Schuss aufweisen. Die diesen
Schuss entlang rutschenden Partikel erhalten so eine Bewegungskomponente entgegen
der Transportrichtung des Nachbrennrostes. Während der Fallstrecke zwischen der Austrittsöffnung
der Leiteinrichtung und dem Nachbrennrost bewegen sich die partikelförmigen Rückstände
folglich in Richtung des Anfangs des Nachbrennrosts. Somit kann selbst dann eine hohe
Verweilzeit der partikelförmigen Rückstände in der Nachbrennkammer erreicht werden,
wenn die Austrittsöffnung der Leiteinrichtung aus baulichen Gründen nicht am eigentlichen
Anfang der Nachbrennkammer positioniert werden kann.
[0015] In einigen Fällen kann vor der Austrittsöffnung der Leiteinrichtung ein, vorzugsweise
in Transportrichtung oder gegen die Transportrichtung, geneigter Schuss vorgesehen
sein, dem ein im Wesentlichen vertikaler Schuss folgt, der in die Austrittsöffnung
der Leiteinrichtung übergeht. Die Partikel können so im Wesentlichen vertikal von
oben auf den Nachbrennrost, vorzugweise den Anfang des Nachbrennrosts aufgebracht
werden.
[0016] Ganz grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn der Nachbrennrost ein Schubrost, ein Wanderrost
oder ein Kipprost ist. Diese Arten der Rostfeuerung sind bereits hinlänglich bekannt
und bedürfen daher keiner weiteren Beschreibung. Die entsprechenden Rostfeuerungen
sind jedoch besonders geeignet, um den vollständigen Ausbrand der noch organische
Bestandteile enthaltenden partikelförmigen Rückstände zu gewährleisten.
[0017] Hinsichtlich der Kesselbrennkammer ist es grundsätzlich bevorzugt, wenn dieser eine
sog. Staubfeuerung zugeordnet ist. Mittels entsprechender Staubfeuerungen können bereits
in der Kesselbrennkammer sehr hohe Umsätze der organischen Bestandteile des Brennstoffs
erreicht werden. Außerdem können über definierte Prozessbedingungen die Ablagerungen
an den Wänden der Kesselbrennkammer reduziert werden, was weiter zu einer Verminderung
der Belastung des Nachbrennrosts der Nachbrennkammer führt.
[0018] Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Staubfeuerung für gemahlene
und fossile Brennstoffe ausgebildet ist. Bei diesen Brennstoffen ist ein vollständiger
Ausbrand besonders bevorzugt und daher die einen Nachbrennrost aufweisende Nachbrennkammer
in besonderem Maße notwendig.
[0019] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher erläutert.
[0020] In der Zeichnung zeigt
- Fig. 1
- ein Detail einer Dampferzeugeranlage nach dem Stand der Technik und
- Fig. 2
- ein Detail einer erfindungsgemäßen Dampferzeugeranlage schematisch in einem vertikalen
Schnitt.
[0021] In der Fig. 1 ist ein Teil einer aus dem Stand der Technik bekannten Dampferzeugeranlage
D in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. In dem oberen Bereich der Fig.
1 ist ein Teil der Kesselbrennkammer K dargestellt, an deren Wänden einzelne, aus
Schlacke gebildete Wächten W angebacken sind. Platzen diese ab, können die dabei entstehenden
Schlackebrocken B ungehindert durch die Austrittsöffnung A eines unter der Kesselbrennkammer
K angeordneten Kesseltrichters T auf den in der unterhalb dessen vorgesehenen Nachbrennkammer
N befindlichen Nachbrennrost R fallen. Alternativ prallen die Schlackebrocken B zunächst
gegen die Seitenwände S des Kesseltrichters T, wobei die kinetische Energie der Schlackebrocken
B etwas verringert wird. Je nachdem, wo die Schlackebrocken B auf die Seitenwände
S des Kesseltrichters T auftreffen, werden sie zu unterschiedlichen Stellen des Nachbrennrosts
R geleitet, so dass dieser an verschiedenen Stellen Beschädigungen erleiden kann.
[0022] In der Fig. 2 ist in einer vertikalen Schnittansicht das untere Ende einer Kesselbrennkammer
1 einer Dampferzeugeranlage 2 dargestellt. Dem unteren Ende der Kesselbrennkammer
1 schließt sich ein Kesseltrichter 3 mit entsprechend geneigten Seitenwänden 4 an.
Aufgrund der geneigten Seitenwände 4 verjüngt sich der Querschnitt des Kesseltrichters
3 bis zu einer Eintrittsöffnung 5 einer Leiteinrichtung 6, welche den Innenraum des
Kesseltrichters 3 mit der Nachbrennkammer 7 der Dampferzeugeranlage 2 verbindet. Die
Leiteinrichtung 6 weist in der Schnittansicht eine im Wesentlichen schwanenhalsförmige
Krümmung 8 auf. Durch diese Krümmung 8 sind die Eintrittsöffnung 5 der Leiteinrichtung
6 und die Austrittsöffnung 9 der Leiteinrichtung 6 in horizontaler Richtung gesehen
derart gegeneinander versetzt, dass die Eintrittsöffnung 5 und die Austrittsöffnung
9 einander von oben betrachtet nicht überlappen. Für in die Eintrittsöffnung 5 der
Leiteinrichtung 6 eintretenden, partikelförmigen Rückstände 10 ist es daher nicht
möglich, in vertikaler Richtung durch die Leiteinrichtung 6 hindurchzutreten, ohne
dabei gegen die Wandung der Leiteinrichtung 6 zu stoßen.
[0023] Die Krümmung 8 der dargestellten und insoweit bevorzugten Leiteinrichtung 6 ist ferner
so vorgesehen, dass sie in einem unteren Ende in einem im Wesentlichen vertikalen
Schuss 11 der Leiteinrichtung 6 endet, an dem sich oben ein gegenüber der Vertikalen
geneigter Schuss 12 anschließt. Die entsprechende Austrittsöffnung 9 der Leiteinrichtung
6 ist bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Dampferzeugeranlage 2 oberhalb
des vorderen Endes des Nachbrennerrosts 13 der Nachbrennkammer 7 angeordnet.
[0024] Von den Wandungen der Kesselbrennkammer 1 abplatzende Schlackebrocken und bedarfsweise
weitere partikelförmige Rückstände 10, wie etwa Aschepartikel, fallen in der Kesselbrennkammer
1 nach unten und mit einer hohen Wahrscheinlichkeit gegen eine der schrägen Seitenwände
4 des Kesseltrichters 3. Die Partikel werden sodann entlang der Kesselwände 4 der
unteren Öffnung des Kesseltrichters 3 zugeführt. Die untere Öffnung des Kesseltrichters
3 geht in die Eintrittsöffnung 5 der Leiteinrichtung 6 über. Durch die Krümmung 8
der dargestellten und insoweit bevorzugten Leiteinrichtung 6 werden die von beiden
Seiten entlang der geneigten Seitenwände 4 des Kesseltrichters 3 zugeführten Partikel
an einer Seitenwand der Leiteinrichtung 6 konzentriert.
[0025] Im Knickbereich 15 der Leiteinrichtung 6 werden die Partikel über den geneigten Schuss
12 zur gegenüberliegenden Wandung eines im Wesentlichen vertikalen Schusses 11 der
Leiteinrichtung 6 transportiert. Die Partikel schlagen folglich gegen diese Wandung
und geben einen kinetischen Impuls an die Wandung der Leiteinrichtung 6 ab. Sodann
fallen die Partikel vornehmlich vertikal nach unten und auf den Anfang des Nachbrennrosts
13 in der Nachbrennkammer 7. Anschließend werden die Partikel mittels des Nachbrennrosts
13 durch die Nachbrennkammer 7 transportiert, während die in den Partikeln verbliebenen
organischen Bestandteile vollständig verbrannt werden. Nach Durchtritt durch die Nachbrennkammer
7 werden die vorzugsweise völlig ausgebrannten Partikel von dem Nachbrennrost 13 in
einen Auffangbereich 16 abgeworfen.
[0026] Bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Dampferzeugeranlage 2 geht eine der
Seitenwände 4 des Kesseltrichters 3 mit im Wesentlichen konstanter Neigung in die
sich anschließende Seitenwand der Leiteinrichtung 6 über. Dies dient einem möglichst
ungestörten Abtransport der partikelförmigen Rückstände 10 und der Vermeidung weiterer
Anbackungen. Zwingend ist diese Ausgestaltung der Leiteinrichtung 6 jedoch nicht.
[0027] Darüber hinaus ist bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Dampferzeugeranlage
2 die Kesselbrennkammer 1, der Kesseltrichter 3, die Leiteinrichtung 6 und die Nachbrennkammer
7 jeweils mit rechteckigen Querschnitten ausgebildet. Es kann aber bedarfsweise auch
eine Ausgestaltung der Dampferzeugeranlage gewählt werden, bei der die Kesselbrennkammer,
der Kesseltrichter und/oder die Leiteinrichtung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist/aufweisen.
Insbesondere kommt eine rohrförmige Ausgestaltung der Leiteinrichtung zur Einsparungen
von Investitionskosten in Betracht.
1. Dampferzeugeranlage (2) mit einer Kesselbrennkammer (1) zur Verbrennung staubförmiger
Festbrennstoffe, einem unterhalb der Kesselbrennkammer (1) angeordneten Kesseltrichter
(3) und einer über den Kesseltrichter (3) in fluidem Kontakt mit der Kesselbrennkammer
(1) stehenden Nachbrennkammer (7) zur Verbrennung von partikelförmigen Rückständen
(10) aus der Kesselbrennkammer (1),
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kesseltrichter (3) und der Nachbrennkammer (7) eine Leiteinrichtung
(6) für den Transport der partikelförmigen Rückstände (10) zur Nachbrennkammer (7)
vorgesehen ist und dass die Leitungseinrichtung (6) derart geformt ist, dass ein geradliniger
Durchtritt von partikelförmigen Rückständen (10) durch die Leiteinrichtung (6) in
Schwerkraftrichtung ausgeschlossen wird.
2. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (5) der Leiteinrichtung (6) und wenigstens ein horizontaler
Querschnitt der Leiteinrichtung (6) in einer Projektion in Schwerkraftrichtung nicht
überlappend zueinander angeordnet sind.
3. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (5) der Leiteinrichtung (6) und die Austrittsöffnung (9) der
Leiteinrichtung (6) und/oder die Eintrittsöffnung der Nachbrennkammer (7) für die
Rückstände (10) in einer Projektion in Schwerkraftrichtung nicht überlappend zueinander
angeordnet sind.
4. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (6) zwischen der Eintrittsöffnung (5) und der Austrittsöffnung
(9) wenigstens einfach schwanenhals- und/oder s-förmig gekrümmt ist.
5. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung (8) der Leiteinrichtung (6) in einer Projektion in Schwerkaftrichtung
die Eintrittsöffnung (5) der Leiteinrichtung (6) überlappend angeordnet ist.
6. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (9) der Leiteinrichtung (6) dem vorderen Ende der Nachbrennkammer
(7) und/oder dem vorderen Ende eines in der Nachbrennkammer (7) vorgesehenen Nachbrennrosts
(13) zugeordnet ist.
7. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (6) der Austrittsöffnung (9) zugeordnet einen, vorzugsweise entgegen
der Transportrichtung des Nachbrennrosts (13) gerichteten, zur Vertikalen geneigten
Schuss (12) aufweist, um den Rückständen (10) eine Bewegungskomponente in Richtung
des Schusses (12), vorzugsweise entgegen der Transportrichtung des Nachbrennrosts
(13) aufzuprägen.
8. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zur Vertikalen geneigten Schuss (12) und der Austrittsöffnung (9) der
Leiteinrichtung (6) ein im Wensentlichen vertikaler Schuss (11) vorgesehen ist.
9. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachbrennrost (13) ein Schubrost, ein Wanderrost oder ein Kipprost ist.
10. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kesselbrennkammer (1) eine Staubfeuerung zugeordnet ist.
11. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kesselbrennkammer (1) eine Staubfeuerung für gemahlene, fossile Brennstoffe zugeordnet
ist.
12. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesselbrennkammer(1) eine Wirbelschicht aus Brennstoffpartikeln aufweist.