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Vorrichtung zur kombinierten Heizung mittels elektrischer Lichtbögen und eines
Brennstoff- Luftgemisches.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Verbrennungsflammen mit längs der Flammenrichtung verlaufenden elektrischen Lichtbögen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Elektrodenpaar mit ihren Lichtbogenspitzen vor der eine Flamme ausstossenden Düse anzuordnen, um die Lichtbogenspitzen quer zu dem Flammenstrom auseinander zu ziehen und den Lichtbogen durch Blasen U-förmig zu verlängern ; ferner ist die Verwendung von vereinigter Elektrode und Düse zur Bildung von in Richtung des Flammenstromes verlaufenden Lichtbögen vorgeschlagen worden. Hiebei war die Anordnung so getroffen, dass die Lichtbogen von der Düse selbst oder von einem ihr so nahe liegenden Punkt ausgingen, dass der Lichtbogen zurückschlagen konnte.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Bildung von in Richtung der Flammenstrome verlaufenden Lichtbogen, zum Unterschied von den quer zu jenen gerichteten, in solchem Abstand vor der
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Elektroden sind daher so angeordnet, dass die Lichtbogenenden von den Düsen abstehen. Die Elektrodenspitzen liegen in den Verbrennungsflammen oder dicht daneben, die Elektroden können durch die Düse hindurchtreten oder ausserhalb derselben liegen und treten schräg in die Verbrennungsflammen ein oder an dicht neben ihnen liegenden Punkten. Die Luft wird aus den Düsen mit einer Geschwindigkeit ausgestossen, welche das Zurückschlagen der Lichtbögen auf die Düsen verhindert. Hiedurch wird
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aus der elektrischen Energie ermöglicht.
Die Verbrennungsflammen können reduzierend, neutral oder oxydierend sein und die Stromquellen Gleichstrom oder Wechselstrom, aber gewöhnlich von verhältnismässig hoher Spannung.
In der Zeichnung stellen dar : Fig. 1 einen Längsschnitt der Düsenelektrode und Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 ; Fig. 3 zeigt im Grundriss die Anordnung der Düsenelektroden in einer gemeinsamen Kammer.
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und in die Verbrennungsflamme 12 gestossen werden. Jede Düse besteht aus Metall und besitzt doppelte Wandungen zur Bildung eines geschlossenen Mantels 13, durch welchen Kühlwasser umlaufen kann.
Brennstoff und Luft können getrennt dem Austrittsende der Düse, wo die Durchmischung erfolgt, zugeführt werden ; einfacher ist es aber, wenn man Brennstoff und Luft zusammen am hinteren Ende der
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eines Blasrohres, welches mit Brennstoff durch Rohr 15 gespeist wird, welch letzteres mit einer Isolier- hülse- ? 7 versehen ist. Das Rohr 15 wird von einem Hauptrohr von entsprechend grossem Durchmesser mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff gespeist. Für staubförmigen Brennstoff wird das Hauptrohr mit einer Fördervorrichtung, z. B. einer Schnecke, versehen, um den Brennstoff schnell zum Einlass 14n zu bringen. Luft oder ein anderes oxydierendes Gas wird dem Blasrohr 14 mittels eines Rohres M, das mit einer Isolierhülse 21 versehen ist, zugeführt.
Eine Stromkll :'mme 23 und ein Leitungsdraht schliessen die Düse an eine elektrische Kraftquelle an.
In der Bohrung 14 einer jeden Düse 11 befindet sich als Elektrode ?'3 ein fester Kohlen-oder
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Metallrohr mit einer ersetzbaren Lichtbogenspitze. Wenn die festen Stäbe oder gefüllten Rohre mit Gewindeenden 26 versehen werden, dann können neue Teile an die äusseren Enden der aufgebrachten Elektrode angesetzt und die Stumpfe bis zum vollständigen Verbrauch vorgestossen werden. Um guten elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und der Düse zu sichern und eine unbeabsichtigte Bewegung der Elektrode zu verhindern, ist die Elektrode mit einer dicht umschliessenden Gleithülse 27 versehen. Wenn die Vorrichtung in einem Ofen verwendet wird, der unter einem höheren als Atmosphärendruck arbeitet, wird das äussere Ende der Gleithülse mit einer Stopfbuchse 28 abgedichtet.
Die Gleithülse wird zweckmässig bis über die Düse 11 hinaus durch einen feuerfesten Teil 29 verlängert, der die Elektrode gegen übermässige Oxydation durch die Flamme 12 schützt. Der Düse 11 wird das Kühlwasser in unterbrochenem Strome zugeführt und von ihr abgeführt, u. zw. so, dass keine elektrische Verbindung zwischen Düse und Wasserzuführung 36 sowie-Abführung 37 besteht.
Im Ofen wird jede Düse durch eine Isolierhülse 43 gelagert. Diese besteht aus feuerbeständigem Material, das unmittelbar in das Mauerwerk des Ofens eingebaut werden kann. Die Bohrungen der Isolatoren sind durch Kanäle 44 gerillt, die durch Leisten 44a unterbrochen werden ; die Leisten bilden Auflagen für die Düsenelektroden. Die Isolatoren reichen in den Ofen hinein bis zu den Düsenenden, um diese vor Überhitzung durch Wärmeausstrahlung aus dem Ofeninneren zu schützen und gleichzeitig durch Vergrösserung der Oberfläche die elektrische Isolierung zu verbessern.
Die äusseren Enden der Düsenelektroden sind durch einen Windkasten 45 abgeschlossen (Fig. 3), der mit Luft aus einem Gebläse gespeist wird. Aus dem Windkasten 45 gelangt die Luft in den Ofen durch Kanäle 44 als Sekundärluft, um die vollständige Verbrennung des durch die Düse mit der Primärluit gestossenen Brennstoffes zu sichern und die in dem Ofen entwickelten unoxydierten Gase zu verbrennen. Diese Sekundärluft kühlt die Düsen. Der die Stromleitungen umhüllende Windkasten 45 bildet einen Schutz für die Arbeiter. Ein Sehauglas 46 ist in der angelenkten Tür 47 des Windkasten vorgesehen.
Wenn flüssiger Brennstoff verwendet wird, dann wird die Düse 11 an ihrem inneren Ende eingezogen zur Bildung eines verengten MundstÜckes 49, welches nicht nötig ist, wenn gas-oder staubförmiger Brennstoff benutzt wird. Das verengte MundstÜck 49 wird zweckmässig durch eine Muffe 50 gebildet, welche über die Gleithülse 27 dort, wo sie an den feuerfesten Ansatz 29 stösst, gezogen ist und
Gleithülse sowie Ansatz verbindet. Die Muffe 50 wird in der Brennstoffdüse 11 durch schmale niedrige Leisten 51 zentriert, Flüssiger Brennstoff, z. B. Öl, tritt an dem Y-förmigen Einlass 14a aus dem Rohr 15 ein, wird in der Düsenbohrung J ! 4 mit der Primärluft fortgerissen sowie gemischt und beim Austritt aus dem engen Mundstück 49 zerstäubt und in die Verbrennungsflamme versprüht.
Bei Verwendung der Dusenelektroden in einem Schmelzofen brauchen die elektrischen Lichtbögen 57 nicht die Ofenbesehiekung zu erreichen, sondern können sich vereinigen und in dem Raum oberhalb des Bades spielen. Bei dreiphasigem Wechselstrom wird eine Gruppe von drei Düsenelektroden verwendet ; jede Abzweigung des Speisestromkreises ist an eine besondere Düse angeschlossen. Da keine neutrale Verbindung notwendig ist, so kann sie, falls sie verwendet werden soll, in üblicher Weise an das Bad gelegt werden. Es können auch zwei Düsenelektroden verwendet werden, ebenso verschieden- artige Anordnungen für Einphasen-oder Mehrphasenstromkreise oder Stromkreise mit Teilspannungen.
Der Lichtbogen kann durch Auseinanderziehen gebildet werden oder die Bogengabel kann auf eine Fläche, wie die Ofenbesehiekung, aufstossen und diese kann an den neutralen oder einen Dreileitergleiehstrom- oder Wechselstromkreis angeschlossen werden.
Um die Vorrichtung in Betrieb zu setzen, werden die Elektrodenspitzen so eingesetzt, dass sie etwas über die Düsenenden hinausragen, und Brennstoff und Luft den Düsenbohrungen zugeführt ; die
Verbrennungsflamme wird dann irgendwie entzündet und der Zutritt von Brennstoff und Luft so ein- gestellt, dass eine ziemlich steife Gebläseflamme um die Elektrodenspitzen herum und über sie hinaus brennt. Beim Schliessen des Hauptschalters werden. die elektrischen Lichtbogen von dem einen Ende jeder Elektrode in und längs der jeweiligen Verbrennungsflamme bis zu ihrer Verbindungsstelle oder zu der gemeinsamen Fläche, auf welche sie auftreffen, spielen.
Die Geschwindigkeit, mit welcher die
Brennstoffmischung ausgestossen wird, wird so geregelt, dass die Lichtbögen nicht längs der Flammen zurückschlagen und mit den Bauteilen der Anlage in Berührung kommen können. Die Bogenbildung ist für jeden Fall ausreichend, ob die Verbrennungsflamme eine reduzierende, neutrale oder oxydierende ist ; bei einer oxydierenden Flamme sind die Elektroden aus Metallröhren, die mit kohlenstoffhaltiger
Masse gefüllt sind, den einfachen Kohlen-oder Graphitstäben überlegen, weil sie der Oxydation besser widerstehen. Wenn die Elektroden durch die Lichtbogenbildung abbrennen, wird die Regulierung der
Stromstärke vorgenommen, indem man die Stäbe entweder mit der Hand oder durch eine elektro- magnetische Einrichtung vorschiebt.
Gewöhnlich wird der grössere Teil der Wärme vom Brennstoff bestritten und vom elektrischen
Strom nur ein so kleiner Teil, als die gewünschte Steigerung der gemeinsamen Temperatur durch die äusserst hohe Temperatur des Lichtbogens erfordert. Die Erfindung gestattet die Verwendung eines jeden Verhältnisses von elektrischer Energie zur Brennstoffenergie in einem vollkommen stetigen Betrieb.
Beim Beheizen von Öfen, welche so grosse Beschickungen enthalten, dass ein bedeutender Vorrat an hoher
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Wärmeintensität zum Verbrauch kommt, kann Elektrizität nur intermittierend verwendet werden, vorteilhaft während der Tageszeiten, in denen die Elektrizität billig berechnet wird ; ebenso wenn eine hohe Durchschnittstemperatur und ein hoher Durchsatz durch intermittierende Steigerung an intensiver Überhitzung aufrecht erhalten werden sollen.
Vorteilhaft werden Brenner für Gas, Öl oder staubförmige Brennstoffe verwendet, wie sie gewöhnlieh unter Dampfkessel benutzt werden, um höhere Temperaturen zu erreichen, besonders in stetigem Betriebe, wo minderwertiger oder brüchigen Brennstoff verwendet wird. Die Elektroden brauchen nicht immer durch die Düsen hindurchzutreten, sondern können auch schräg durch die Verbrennungsflamme bis über das Ende der Düse hinaus hindurchtreten. Bei einer einzigen Brennstoffdüse und Flamme werden zwei Elektroden in der Flamme verwendet, von denen die eine der Düse näher liegt, und die andere weiter von ihr ab.
Stoffe, welche der intensiven Hitze der Flammenbogen unterworfen werden sollen, können durch die Düsen in gasförmiger, flüssiger oder granulierter Form eingeführt oder den Elektroden zugesetzt werden.
Bei hoher Spannung werden Gleichströme verwendet, wobei sich Vorteile aus den elektrolytischen Wirkungen in den Lichtbögen ergeben. Die Einführung von Dämpfen gewisser Stoffe in die Flamme vermehrt das elektrische Leitungsvermögen und verbessert die stetige Bogenwirkung der Flamme. Körnige Stoffe, welche Feuchtigkeit oder Gase in unbeständigem Zustande enthalten, werden in einen viel feineren Zustand zerlegt, wenn sie in die Flammen eingeführt werden. Z. B. wird ein fein gepulverter ungelöschter Kalk erhalten, wenn körniger Kalkstein durch die Düse und in die Verbrennungsflamme geführt wird.
Die Düsen können auch aus nichtmetallischem feuerfesten Material hergestellt werden. Ein flüssiges Kühlmittel für die Düse ist nicht notwendig, wenn flüssiger Brennstoff verwendet wird. Die
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vorgesehen werden. Eine einzige Hülse kann mit mehreren Kanälen versehen werden, um die verschiedenen Düsen einer einzigen Gruppe aufzunehmen.
Anstatt den Lichtbogen innerhalb und längs der Flamme zu bilden, kann er längs der Flamme und dicht neben ihr durch eingeblasene Luft oder anderes Gas gebildet werden. Anderseits kann eine besonders innige Berührung zwischen den Verbrennungsflammen und den Elektroden erreicht werden, wenn anstatt eines einzigen Stabes ein Bündel von kleinen Stäben für die Elektroden verwendet wird ; die Verbrennungsgase der Flamme werden dann teilweise durch die Zwischenräume zwischen den Stäben und teilweise durch den Zwischenraum zwischen dem Bündel und der Düsenbohrung hindurch geschleudert.
Gewünschtenfalls kann eine oder mehrere der Düsenelektroden einer Gmppe drehbar befestigt werden, um den Neigungswinkel zwischen den Elektroden zu verändern.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur kombinierten Heizung mittels elektrischer Lichtbögen und eines BrennstoffLuftgemisches, das mit den Elektroden durch eine gemeinsame Düse eingeführt wird, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Enden der durch die Düsen austretenden starren Elektroden in solchem Abstand von der Düsenöffnung angeordnet sind, dass bei entsprechend grosser Geschwindigkeit des Brennstoffluft- stromes das Zurückschlagen des Lichtbogens auf die Düsenöffnungen verhindert wird.