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Kohleustaubfeuerung, insbesondere für Lokomotiven.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kohlenstaubfeuerung, insbesondere für Lokomotiven, die grosse Mengen von Kohlenstaub in vollkommener Weise auf kurzem Wege zu verbrennen ermöglicht.
Um bei Kohlenstaubfeuerungen den restlosen Ausbrand aller brennbaren Teile zu gewährleisten, muss die Flamme so geführt werden, dass der Verbrennungsvorgang beendet ist, ehe die Flamme mit den kälteren Kesselteilen in innige Berührung kommt. Andernfalls werden die noch nicht verbrannten Teile des Brennstoffes als Koks ausgeschieden. Bei ortsfesten Anlagen wird diese Forderung dadurch erfüllt, dass unterhalb der Kessel grosse und tiefe Feuerräume vorgesehen werden, in denen die Flamme einen langen gewundenen. meist U-förmigen Weg zurücklegen kann.
Derartige lange Wege für die Feuergase lassen sich jedoch in Lokomotivfeuerbuchsen nicht vorteilhaft ausbilden, und der Grund für die bisherigen ungünstigen Resultate der Kohlenstaubfeuerung in Lokomotiven ist darin zu erblicken, dass man die Verhältnisse der ortsfesten Anlagen auf Lokomotiven zu übertragen versuchte, ohne nach neuen Auswegen zu suchen.
Uin auch in der Feuerbuchse von Lokomotiven einen ähnlichen langen Weg für die Feuergase zu erhalten wie bei stationären Dampfkessel, hat man komplizierte Einbauten in die Lokomotivfeuerbuchse vorgenommen, durch welche der Flamme ein langer hin und her gehender Weg aufgezwungen wurde. Diese künstliche Verlängerung des Flammenweges hat zwar den Vorteil, dass die Kohlenstaubteilchen genügend Zeit finden. um in der Feuerbuchse vollkommen zu verbrennen, und dass auch den Schlacketeilchen hinreichend Gelegenheit gegeben wird, sich aus den Heizgasen auszuscheiden, bevor diese durch die Rohrwand hindurchtreten.
Eine derartige Feuerung besitzt aber den Nachteil. dass die Einbauten durch den Angriff der heissen Kohlenstaubflammen leicht zerstört werden und dass ein grosser Teil der wertvollsten Heizfläche, die durch die Feuerbuchse selbst dargestellt wird, verlorengeht. Der wesentlichste Nachteil der mit Einbauten versehenen Feuerung besteht jedoch darin, dass sie nur die Verfeuerung verhältnismässig kleiner Brennstoffmengen zulässt, weil der Flamme nur ein beschränkter Querschnitt zufolge der mehrmaligen Umlenkung in der Feuerbuchse zur Verfügung steht ; es sind infolgedessen nur ziemlich kleine Feuerleistungen erzielbar.
Die geschilderten Nachteile sucht die vorliegende Erfindung zu vermeiden. Ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die erstrebte Wirkung insbesondere durch eine Erhöhung der Zündgeschwindigkeit erzielbar ist.
Zu diesem Zwecke wird vorgeschlagen, das Gemisch aus Staub und Förderluft auf annähernd der ganzen Länge zweier gegenüberliegender Seiten der Feuerbuchse aus Brennrohren mit zahlreichen nebeneinanderliegenden senkrechten Austrittsöffnungen quer zur Achse dieser Rohre in die freie Feuerbuchse einzublasen, so dass eine breite aufsteigende Flamme entsteht. Hiedurch wird erreicht, dass bald nach Verlassen des Brenners jedes Kohlenstaub- teilchen mit der erforderlichen Luft sich verbinden kann.
Diese Wirkung wird noch dadurch begünstigt. dass die gegeneinandergeführten Kohlenstaubströme aufeinanderprallen und Wirbel
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bilden und dass Verbrennungsluft quer zu den aufsteigenden Flammen oberhalb der Düsenrohre den Flammenwirbeln zugeführt wird.
Die auf diese Weise erzielte grosse Zündgeschwindigkeit bewirkt einen Flammenansatz unmittelbar am Düsenaustritt. Hiedurch ergibt sich die weitere Aufgabe, eine intensivere Düsenkühlung zu schaffen als sie bisher üblich war.
Zu diesem Zweck wird in Weiterausbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, das Düsenrohr mit Kühlrippen zwischen den Austrittsschlitzen zu versehen. Zweckmässig werden die Kühlrippen an einem oder zwei von Wasser oder Dampf als Kühlmittel durchströmten Kühlkörpern angeordnet.
Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Fig. 1-10, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert werden.
In Fig. 1 ist ein Teil des Lokomotivkessels 1 mit der Feuerbuchse 2 und des mit der Lokomotive gekuppelten Tenders mit dem Brennstaubbehälter 3 und dem Wasserbehälter 4 zu sehen. Der Brennstaub wird durch eine Schnecke 5 und die durch das Gebläse ss erzeugte Druckluft als Kohlenstaubluftgemisch durch Rohre 9 den Düsenrohren 7 zugeführt. Das Gebläse 6 wird zweckmässig durch eine kleine Maschine, z. B. Dampfturbine, in Umdrehung versetzt, während nach der Zeichnung eine kleine Kolbendampfmaschine 8 die Förderschnecken antreibt.
Das Brennstaubluf1gemisch gelangt aus den Düsenrohren durch eine grosse Anzahl feiner Schlitze 15 (Fig. 2) in die Feuerbuchse 2, wo es zur Verbrennung gelangt. Die unter der Feuerbuchse 2 in den Aschenkasten eingebauten Düsenrohre 7 besitzen zu diesem Zweck über ihre ganze Länge und quer zu dieser gerichtete senkrechte Schlitze 15 (Fig. 2-7). Die Düsenrohre 7 ziehen sich zweckmässig an den beiden Längsseiten der Feuerbuchse hin (Fig. 8), sie können aber auch an den andern Wänden der Buchse angeordnet sein oder auch, wie Fig. 10 schematisch zeigt, zu einem einzigen rahmenförmigen Düsenrohr 7 a vereinigt werden.
Wesentlich ist, dass stets gleichgerichtete Flammen in der Mitte aufeinanderprallen, weil hiedurch Stichflammenbildung vermieden und durch die erneute starke Wirbelung die Verbrennung beschleunigt wird. Über und unter den Düsenrohren 7 liegt Mauerwerk 11, welches zugleich als Wärmespeicher dient und die Entzündung des Staubes während des Betriebes unterstützt.
Bei Verwendung der langen Düsenrohre würden bei gleichbleibendem Querschnitt grosse Unterschiede in der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Rohre und infolgedessen auch in der Austrittsgeschwindigkeit der Brennstaubstrahlen auftreten ; es ist daher zweckmässig, die Düsenrohre in ihrer Längsrichtung entsprechend den vorgesehenen Ausströmschlitzen verjüngt auszuführen (Fig. 3 und 5). Um auch bei nur mässiger Luftgeschwindigkeit, entsprechend geringer Kesselleistung, ein Zurückschlagen der Flammen in die Düsenrohre mit Sicherheit zu vermeiden, werden die Austrittsschlitze besonders gekühlt.
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, wird das Düsenrohr 7 nach der Feuerseite hin durch den Kühlkörper 12 abgedeckt, der gleichfalls mit quergerichteten, den Schlitzen 15 des Rohres 7 entsprechenden Schlitzen 16 versehen ist, durch welche das Brennstaubluftgemisch in den Feuerraum tritt. Das Kühlmittel tritt bei 13 in den Kühlkörper 12 ein, umströmt sämtliche Schlitze 16 und verlässt den Kühlkörper bei 14.
Fig. 4-6 zeigen eine andere Kühlungsart. Der Kühlkörper besteht hier aus zwei mit Rippen 17 versehenen Rohren 12a und 12b. Die Rippen. 27 sind so angeordnet, dass zwischen ihnen Schlitze 16 entstehen, welche den Schlitzen 15 der Düsen 7 nach dem Feuerraum hin vorgelagert sind. Diese Rippen 17 leiten ihrerseits die Warme an das in den Rohren 1, 2 Cl und 12b fliessende Kühlmittel ab.
Um den gleichmässigen Eintritt des Brennstaubluftgemisches in die quer zur Bewegungrichtung des Gemisches gerichteten Schlitze zu erleichtern, sind die die Schlitze 15 voneinander trennenden Wände des Düsenrohres 7 als Leitschaufeln 20 ausgebildet, welche den Gemischstrom in die Schlitze 16 lenken. Die Kanten dieser Schaufeln nach dem Feuerraum hin sind scharf, und der von ihnen gebildete Schlitz 15 ist enger als der vorgelagerte Schlitz lC. Infolgedessen tritt das Kohlenstaubluftgemisch unter starker Wirbelbildung kurz vor der Zündung in den Schlitz 16 und den Feuerraum ein.
Nach den Fig. 4.-6 sind die Rippen 17 durch eine Trennfuge 18 unterteilt, damit sich die beiden Kühlkörper 12a und 12b infolge der Wärmespannungen frei bewegen können. Die beiden Kühlkörper werden in der Weise vom Wasser durchströmt, dass das Kühlmittel durch das Rohr 13 in den Kühlkörper 12b eintritt, durch ein Verbindungsstück 19 nach dem Kühlkörper 12a geleitet wird, den es gleichfalls durchströmt und bei 14 verlässt. Die Kühlkörper 12a und 12b besitzen einen spitzwinkligen, z. B. dreieckigen Querschnitt (Fig. 6) und sind derart in der Ausmauerung angeordnet, dass die vom Feuer bestrahlte Projektion der Kühlflächen möglichst gering ist. Die Leitschaufeln 20 (Fig. 2), welche zweckmässig aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B.
Kupfer, hergestellt sind, liegen zwischen den Kühlkörpern 12 a, 12 b und dem Zuführungsrohr 7 und werden mit Hilfe des letzteren durch Schrauben 21 fest auf die zu ihrer Aufnahme an den Kühlkörpern vorgesehenen Flächen gepresst.
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Wie bereits erwähnt, kann als Kiihlmittel für die Kühlkörper Dampf oder Wasser verwendet werden, welches z. B. aus dem Kessel entnommen wird. Die Fig. 7,8 und 9 zeigen Einrichtungen zur Zu-und Abführung des durch die Kühlkörper 12a und 12b fliessenden Kesselwassers.
Das Kesselwasser fliesst beispielsweise von einer vorhandenen Reinigungsluke 22 (Fig. 7) durch ein oder mehrere Rohre 13 zum Düsenkörper 7, durchströmt denselben und steigt darauf durch ein oder mehrere in gewissem Abstande von der Rohrwand 23 des Kessels parallel zu dieser innerhalb der Feuerbuchse 2 hochgeführte Rohre 24 an und kehrt bei 25 oder 26 in den Kessel 1 zurück. Die Steigrohr 24 sind oberhalb der Rauchrohre 27 entweder bei 25 in die Rohrwand 23 eingewalzt und können von der Domöffnung des Kessels her gegebenenfalls nachgewalzt und gereinigt werden ; oder sie sind gerade hoch bei 26 in die Feuerbuchsdecke 28 eingewalzt und durch oben angeordnete Luken zugänglich. Der Abstand der Steigrohre von der Rohrwand 23 ist so bemessen, dass die Rauch. und Heizrohre 27 im Bedarfsfalle nachgewalzt werden können.
Ausserdem wird durch diese Anordnung der Steigrohr 24 ein Schutz der empfindlichen Rohrwand vor allzugrosser Feuerbestrahlung erreicht.
Ferner scheiden die Steigrohr 24 einen grossen Teil der lästigen flüssigen Schlacke vor Eintritt in die Rauch- bzw. Heizrohre 27 granuliert aus und mindern dadurch die Gefahr des Verstopfens derselben. Eine andere Anordnung zeigt die Fig. 9. Hier fliesst das Kesselwasser ebenfalls von einer vorhandenen Reinigungsluke 22 durch ein oder mehrere Rohre 13 zu dem Düsenkörper 7, durchströmt diesen und steigt darauf durch ein oder mehrere quer durch den Feuerraum 2 zum oberen Teil der Türwand 29 führende Rohre 30 an und kehrt bei 31 in den Kessel zurück. Diese Rohre 30 dienen gleichzeitig in an sich bekannter Weise als Tragbzw. Kühlrohre für den Feuerschirm 32.
Durch die quer durch den Feuerraum 2 führenden Rohre 30 und auch die Rohre 24 nach Fig. 7 und 8 wird eine lebhafte Zirkulation des Kesselwassers durch die Düsen hindurch erreicht.
Wesentlich für die gute und restlose Verbrennung der Brennstaubteilchen ist die zweckmässige Zuführung von Zusatzluft in den Brennraum. Ist in diesem ein Feuerschirm 32 vorhanden, so wird man die Zusatzluft unterhalb des Schirmes 32 in die Feuerbuchse 2 einführen. Die Fig. 1, 7, 9 zeigen eine solche Zuführung der Zusatzluft unter den Feuerschirm 32. Zu
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selben ein Kanal 43 mit einer in der Fahrtrichtung offenen regulierbaren Klappe 44 angeordnet, durch welchen die Zusatzluft infolge des Fahrtwindes und des Unterdruckes im Feuerraum 2 in diesen einströmt.
Die Zusatzluft steigt in dem weiter oben von der vorderen Feuerkistenwand 45 und der Feuerbuchsausmauerung 11 begrenzten Kanal 43 aufwärts und tritt unterhalb des Feuerschirmes 32 durch eine über die ganze Breite des Feuerraumes 2 reichende Öffnung 46 in der Ausmauerung 11 in den Feuerraum 2 ein. Nach dem Eintritt der Znsatzluft in den Feuerraum 2 strömt dieselbe am Feuerschirm 32 entlang. Hiebei wird einerseits der Feuerschirm abgekühlt, anderseits die eintretende kalte Luft an den heissen Feuerschirmsteinen erwärmt ; diese dehnt sich dabei um mehrfaches ihres Volumens aus.
Da nach oben die Zusatzluft durch den festen Feuerschirm 32 begrenzt ist. dehnt sie sich nach unten bzw. nach hinten aus und dringt so unter erneuter Wirbelung in das durch die tiefer liegenden, vielfach unterteilten Düsen 15 erzeugte Flammenmeer, mischt sich gut mit den Feuergasen bzw. glühenden Kohlenstaubteilchen und begünstigt so die vollkommene Verbrennung derselben. Mittels der an der Aschenkastenvorderwand 41 angeordneten Klappe 44 kann die Menge der durch den Kanal 43 in den Feuerraum 2 eintretenden Zusatzluft nach Bedarf geregelt werden.
Zur Unterhaltung eines gleichbleibenden Dampfzustandes im Kessel bei abgestellten Düsenbrennern und behufs sicherer Zündung derselben wird neben den oberhalb des Aschenkastens angeordneten Hauptbrennern, die im wesentlichen horizontal oder nach aufwärts den Brennstaub in die Feuerung blasen, ein Hilfsbrenner im Aschenkasten unterhalb der Hauptbrenner vorgesehen, der zweckmässig ein kleiner Kohlenstaubbrenner sein kann. Diesem Brenner wird der Brennstaub durch die Rohrleitungen 50 zugeführt. Er ist fernerhin von einem Zündgewölbe 60 überdeckt, wodurch eine einwandfreie Zündung des Staubes an den glühenden Steinen gewähr- leistet wird.
Die Brennstaubfeuerung, welche im vorstehenden hauptsächlich für eine Lokomotivfeuerung beschrieben und dargestellt ist und sich bei praktischen Versuchen gut bewährt hat, kann in ganz analoger Weise auch für andere Feuerungen Anwendung finden, ohne dass hiedurch an dem Wesen der Erfindung etwas geändert wird.
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