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Staubkohlenfeuerung für ortsfeste Dampfkessel.
Die mit Staubkohlenfeuerungen bei Zementöfen und metallurgischen Anlagen erreichte Vorteile haben zu vielen Versuchen geführt, Staubkohlenfeuerungen zur Beheizung ortsfester Kessel zu benutzen, doch hatten diese Bestrebungen bisher praktisch keinen Erfolg. Die Ursachen der Fehlschläge der bisherigen diesbezüglichen Bestrebungen liegen in der fehlenden Erkenntnis, dass es notwendig ist, die Feuerung in bezug auf die Geschwindigkeit des Durchzugs der heissen Gase durch die Feuerung zu bemessen und diese Durchzuggeschwindigkeit der Heizgase bei einer, einer wirtschaftlichen Belastung des Kessels und einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes entsprechenden Regelung der Zufuhrmengen von Brennstoff und Luft, eine gewisse Grösse nicht übersteigen zu lassen.
Die in der Feuerung während des Verbrennens der Staubkohle entstehende hohe Temperatur bringt die feuerfeste Ausfütterung in einen mehr oder weniger weichen Zustand, bei welchem die hohe Geschwindigkeit der Heizgase eine Abscheuerung hervorruft, die zu einer baldigen Zerstörung führt.
Um eine gute Wirkung der Staubkohlenfeuerung zu erzielen und die Gefahr der Zerstörung der feuerfesten Auskleidung zu'vermeiden, soll die Zugsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase durch die Anlage zu den Wärme aufnehmenden Flächen des Kessels 2 m pro Sekunde nicht übersteigen.
Das Wesen der angemeldeten Erfindung besteht darin, in einer Staubkohlenfeuerong für ortsfeste Dampfkessel den Feuerraum hinsichtlich der von den Flammen durchlaufenen Heizwege insbesondere an den Stellen, wo die Höchsttemperatur herrscht, so zu bemessen, dass bei einer, einer wirtschaftlichen Belastung des Kessels und einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes entsprechenden Regelung der Zufubrmengen von Brennstoff und Luft. die Geschwindigkeit der durchziehenden Heizgase 2 M pro Sekunde nicht übersteigt.
Die Stelle der höchsten Temperatur ist von mehreren Umständen abhängig, insbesondere von der Natur des verbrannten Brennstoffes ; sie liegt aber immer etwas vor den Wasserrohren oder den andern wärmeaufnehmenden Flächen, da, bevor die Gase die Rohre erreichen, sie bereits einen beträchtlichen Teil ihrer Wärme abgegeben und sich zusammengezogen haben.
Eine geringe Geschwindigkeit der Verbrennungsgase ist auch hinsichtlich der Asche vorteilhaft. Beim Betrieb wird Asche auf den Ofenwandungen abgelagert und bildet eine Schutzschicht für das feuerfeste Material. Da diese an Dicke zunimmt, brechen Teile oder Brocken aus und fallen in den Aschenkasten, worauf sich wieder neue Ablagerungen bilden. Wenn die Geschwindigkeit der Gase eine grosse wäre, würde die abgelagerte Asche und das Material der Ausfütterung durch die rasch streichenden Gase ausgescheuert werden. Weiters lässt die langsame Bewegung der Gase ein Abfallen der Ascheteilchen und ihre'Sammlung im Aschenkasten zu und schafft auch eine längere Verbrennungszeit für den Brennstoff im Ofen, so dass die Verbrennung vor Erreichen der Wasserrohre vollständig beendet sein wird.
Für letzteren Zweck ist, wie an sich bekannt, die Bahn der heissen Gase vorzugsweise um sich selbst zurückgebogen, so dass für den verbrennenden Brennstoff ein im Verhältnis zur Ofengrösse längerer Weg geschaffen ist und der entflammte Brennstoff oder die heissen Verbrennungsgase zur Zündung des eingeführten Brennstoffes herangezogen werden.
Das Wesen der Erfindung soll durch ein Beispiel noch näher erläutert werden und für dieses sollen praktische Verhältnisse gewählt werden. Angenommen, ein Kessel soll 900 Pferdekräfte leisten. Um eine Pferdekraft zu erzeugen, müssen 15-5 leg Wasser pro Stunde verdampft werden und daher müssen zur Erzeugung von 900 Pferdekräften 13.950 leg Wasser pro Stunde verdampft werden. Wenn angenommen wird, dass der Heizwert der Kohle bei Verwendung in trockenem pulverisierten Zustande 3400 Kalorien beträgt und ein Wirkungs-
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244 Kalorien beträgt, 1 leg Kohle 10-71 leg Wasser verdampfen.
Um daher die für die Erzeugung von 900 Pferdekräften notwendigen 13.950 kg'Wasser zu verdampfen, wäre es notwendig, rund 1300 7y Kohle pro Stunde zu verbrennen ; dies ergibt 21'6 kg Kohle pro Minute und, 5"/j, Asche in der Kohle angenommen, wäre der pro Minute zu verfeuernde Brennstoff 22'6 leg.
Zur Verbrennung von l/ Kohle sind ungefähr 9-1 M/s zugesetzter Luft notwendig, um die erforderliche Sauerstoffmenge zu liefern. Es ist jedoch allgemein gebräuchlich, mit dem
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200/, iger Luftüberschuss über die theoretisch für die vollständige Verbrennung des Kohlenstosses erforderliche Menge wird gewöhnlich benutzt, um eine verhältnismässig grosse Menge an Kohlendioxyd, etwa z. B. 170/, zu erhalten.
Ein 200/oiger Überschuss angenommen, der eine Luftmenge von etwa 11 für jedes Kilogramm Brennstoff ergibt, würde die theoretische Temperatur im Ofen weit über 1700 C sein, jedoch entsteht ein beträchtlicher Verlust infolge Strahlung u. dgl. und dies berück- sichtigt, würde die Temperatur im Ofen ungefähr 1450 C sein. Bei einer solchen Tem- peratur im Ofen ist es möglich, das Volumen zu berechnen, auf welches sich die in den Ofen zugeführte Luft bei dieser Temperaturerhöhung ausdehnt.
Da sich die Gase im direkten Verhältnis zu den Änderungen ihrer absoluten Temperatur ausdehnen, wird sich die bei etwa 10 0 C eintretende Luft bei ihrer Erwärmung auf 14500 C auf das Sechsfache ihres ursprünglichen Volumens ausdehnen. Da die im Ausmasse von 11 ZD four jedes der 22#6 kg Brenn- stoff eingeführte Luft sich auf das Sechsfache ihres Volumens ausdehnt, entstehen 1490 ma heisser Gase, die pro Minute durch den Ofen hindurchgehen bzw. 24#8 m3 pro Sekunde.
Damit diese heissen Gase mit keiner grösseren Geschwindigkeit als 2 m pro Sekunde durch den Ofen streichen, muss dieser so gebaut sein, dass er an der Stelle, wo die höchste Temperatur erreicht wird. einen Querschnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Gase von mindestens 12#4 m2 Fläche besitzt;
quadratischen Querschnitt angenommen, gibt dies eine Seitenlänge von 3'5/It. Vorzugsweise wird aber die Geschwindigkeit der heissen Gase etwas unter 2 1/1 pro Sekunde vermindert. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 1'6 tir pro Sekunde erzielt man vorzügliche Ergebnisse und bei vorerwähntem Beispiel würde eine Querschnitts- fläche von etwa 15 m2 oder eine Seitenlänge von 3'8 m bei quadratischem Querschnitt erforderlich sein.
Als Richtlinie für den Bau von Kohlenstaubfeuerungen für stationäre Kessel kann als Regel gelten, dass der Ofen für etwa 2'5 w Luft für jedes pro Minute zu verbrennende Kilogramm Brennstoff gebaut sein soll. Diese Regel für das vorerwähnte Beispiel angewendet, müsste der Ofen ein Volumen von 5 6'5 M s haben, so dass, wenn er ein vollständiger Würfel wäre. eine Seitenlänge von etwa 3'9} M erforderlich wäre, und er sodann eine Durchzugsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase von etwa 1-6"pro Sekunde liefern würde.
Diese Regel unterliegt natürlich Schwankungen, da die Ofenausführung von einer vollständigen Würfelform abweicht, und die Querschnittsfläche senkrecht zum Weg der Verbrennungsgase von grösserer Bedeutung als der kubische Inhalt des Ofens ist.
Die Abmessungen der Feuerkammer hängen natürlich von der jeweiligen Kesselkonstruktion ab ; sie sind jedoch erfindungsgemäss hinsichtlich der zugeführten Luft-und Brennstoffmenge für die Erzeugung der gewünschten Kesselpferdekräfte stets derart bemessen, dass die Strömungsgeschwindigkeit der heissen Gase an der Stelle der höchsten Temperatur unterhalb zwei Meter pro Sekunde ist. Dabei ist der Querschnitt des von der eigentlichen Feuerkammer zu den wärmeaufnehmenden Flächen führenden Kanals nicht notwendigerweise jener, welcher die Maximalgeschwindigkeit der heissen Gase bestimmt, da die Temperatur der Gase in diesem Kanal beträchtlich geringer sein kann, als jene unterhalb dieses Kanals bzw. in der Feuerung selbst.
Dies rührt davon her, dass die Gase im Kanal sich nahe der wärmeaufnehmenden Flächen befinden und das Wasser in den diese Flächen bildenden Rohren bereits einen beträchtlichen Teil der Wärme aus den Gasen aufnimmt, bevor diese tatsächlich mit den Rohren in Berührung treten oder den Raum zwischen den Rohren erreichen, und da die Gase im Kanal ihre Wärme an das Wasser in den Rohren abgeben. entsteht eine beträchtliche Verminderung ihres Volumens, die die Wirkung des kleineren Querschnittes des Kanals auf die Strömungs- geschwindigkeit der Gase ausgleicht.
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Coal firing for stationary steam boilers.
The advantages achieved with pulverized coal furnaces in cement kilns and metallurgical plants have led to many attempts to use pulverized coal furnaces to heat stationary boilers, but these efforts have so far been practically unsuccessful. The causes of the failure of the previous efforts in this regard lie in the lack of knowledge that it is necessary to measure the furnace in relation to the speed of the passage of hot gases through the furnace and this passage speed of the heating gases with an economic load on the boiler and a complete combustion of the fuel corresponding regulation of the supply quantities of fuel and air, not to exceed a certain size.
The high temperature that arises in the furnace during the burning of the pulverized coal brings the refractory lining into a more or less soft state, in which the high speed of the heating gases causes abrasion, which leads to rapid destruction.
In order to achieve a good effect of the pulverized coal firing and to avoid the risk of destruction of the refractory lining, the speed of the combustion gases through the system to the heat-absorbing surfaces of the boiler should not exceed 2 m per second.
The essence of the pending invention consists in dimensioning the combustion chamber in a pulverized coal fire for stationary steam boilers with regard to the heating paths traversed by the flames, especially at the points where the maximum temperature prevails, so that with an economic load on the boiler and complete combustion of the fuel corresponding regulation of the amount of fuel and air supplied. the speed of the hot gases passing through does not exceed 2 M per second.
The location of the highest temperature depends on several circumstances, in particular on the nature of the fuel burned; but it is always a little in front of the water pipes or the other heat-absorbing surfaces, since before the gases reach the pipes they have already given off a considerable part of their heat and have contracted.
A low velocity of the combustion gases is also advantageous with regard to the ash. During operation, ash is deposited on the furnace walls and forms a protective layer for the refractory material. As this increases in thickness, pieces or chunks break out and fall into the ash pan, whereupon new deposits form again. If the speed of the gases were great, the deposited ashes and the material of the lining would be scrubbed off by the rapidly moving gases. Furthermore, the slow movement of the gases allows the ash particles to fall off and collect them in the ash pan and also create a longer combustion time for the fuel in the stove, so that the combustion will be complete before it reaches the water pipes.
For the latter purpose, as is known per se, the path of the hot gases is preferably bent back around itself, so that a longer path is created for the burning fuel in relation to the furnace size and the ignited fuel or the hot combustion gases are used to ignite the fuel introduced will.
The essence of the invention is to be explained in more detail by means of an example and practical conditions are to be selected for this. Assume that a boiler should provide 900 horse power. To generate horse power, 15-5 leg of water must be evaporated per hour and therefore 13,950 leg of water must be evaporated per hour to generate 900 horse power. If it is assumed that the calorific value of the coal when used in its dry powdered state is 3400 calories and an effective
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244 calories, 1 leg of coal evaporates 10-71 legs of water.
In order to evaporate the 13,950 kg of water required to generate 900 horse power, it would be necessary to burn around 1300 7y coal per hour; this results in 21,6 kg of coal per minute and, assuming 5 "/ yr, ashes in the coal, the fuel to be burned per minute would be 22,6 legs.
To burn l / coal, approximately 9-1 M / s of added air are necessary to deliver the required amount of oxygen. However, it is common to use the
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200 /, iger excess air over the amount theoretically required for the complete combustion of the carbon is usually used to remove a relatively large amount of carbon dioxide, e.g. B. 170 /.
Assuming a 200% excess, which results in an amount of air of about 11 for every kilogram of fuel, the theoretical temperature in the furnace would be well above 1700 C, but there is a considerable loss due to radiation and the like. and taking this into account, the temperature in the furnace would be around 1450C. At such a temperature in the furnace, it is possible to calculate the volume to which the air fed into the furnace expands with this temperature increase.
Since the gases expand in direct proportion to the changes in their absolute temperature, the air entering at around 10 ° C. will expand six times its original volume when heated to 14500 ° C. Since the air introduced to the extent of 11 ZD four of each of the 22 # 6 kg of fuel expands to six times its volume, 1490 ma of hot gases are produced that pass through the furnace per minute or 24 # 8 m3 per second.
To ensure that these hot gases do not sweep through the furnace at a speed greater than 2 m per second, it must be built in such a way that it reaches the point where the highest temperature is reached. has a cross-section perpendicular to the direction of movement of the gases of at least 12 # 4 m2 in area;
Assuming a square cross-section, this gives a side length of 3'5 / It. Preferably, however, the speed of the hot gases is reduced to slightly below 2 1/1 per second. Excellent results are obtained at a speed of about 16 tir per second and in the example mentioned above, a cross-sectional area of about 15 m2 or a side length of 3'8 m with a square cross-section would be required.
As a guideline for the construction of pulverized coal furnaces for stationary boilers, the rule can be that the furnace should be built for about 2'5 w air for every kilogram of fuel to be burned per minute. Applying this rule to the above example, the furnace would have to have a volume of 5 6'5 M s, so that if it were a complete cube. a side of about 3'9} M would be required and it would then provide a flue gas flow rate of about 1-6 "per second.
This rule is of course subject to fluctuations, since the furnace design deviates from a complete cube shape, and the cross-sectional area perpendicular to the path of the combustion gases is of greater importance than the cubic content of the furnace.
The dimensions of the firebox naturally depend on the particular boiler construction; However, according to the invention, with regard to the amount of air and fuel supplied for generating the desired boiler horse forces, they are always dimensioned such that the flow speed of the hot gases at the point of highest temperature is below two meters per second. The cross-section of the channel leading from the actual fire chamber to the heat-absorbing surfaces is not necessarily that which determines the maximum velocity of the hot gases, since the temperature of the gases in this channel can be considerably lower than that below this channel or in the furnace even.
This is due to the fact that the gases in the channel are close to the heat-absorbing surfaces and the water in the pipes forming these surfaces already absorbs a considerable part of the heat from the gases before they actually come into contact with the pipes or the space between them Reach pipes, and since the gases in the channel give off their heat to the water in the pipes. there is a considerable reduction in their volume, which offsets the effect of the smaller cross-section of the channel on the flow velocity of the gases.
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