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Heizanlage.
Vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an Dampferzeugern, Speisewasserheizern, überhaupt an Heizvorrichtungeu für Flüssigkeiten, bei denen die aus der Verbrennung von Gasen resultierende Hitze verwendet wird.
Die wesentlichen Merkmale bestehen in der Ausnutzung einer möglichst grossen Menge der verfügbaren, erzeugten Hitze und gleichzeitig in der Übertragung eines grossen Teiles der Hitze pro Heizflächeneinheit.
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bzw. eine Vorderansicht einer Heizvorrichtung für einen Kessel mit zehn Heizröhren.
Zur Ausführung der Erfindung können Kohlengas, Koksofengas, Generatorgas, Hoch- ofengas, natürliches Gas oder andere brennbare Gase oder Gasmischungen, die sich für ein derartiges Verfahren eignen, verwendet werden.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Mischung von brennbarem Gas und Luft. wesentlich in dem Verhältnis, welches theoretisch zur vollständigen Verbrennung erforderlich ist. oder mit ainem geringen Überschuss an Luft, die ,,Gasmischung" genannt werden soll, in eine Schieb ! von feuerfestem, körnigem Material geleitet, welches sich in Röhren oder Kanälen oder dgl. befindet, welche die zu erhitzende Flüssigkeit durchqueren oder in deren unmittelbaren Nähe angeordnet sind.
Hiebei wird ein Druck angewendet, der hinreichend ist, um den Widerstand, welchem der Gasstom durch die Körner ausgesetzt ist, zu überwinden, während ausserdem eine derartige Geschwindigkeit angewendet wird, dass eine Rückzündung der Mischung nicht statt- finden kann.
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werden, wie beispielsweise Generatorgas, darf der Dampfgehalt nicht so gross sein. dass eine Störung der Verbrenung in der körnigen Schicht eintritt.
Zunächst soll die Erfindung in ihrer Anwendung an einem kleinen Dampferzeuger ge- schildert werden, der aus einem zylindrischen Mantel mit einem einzigen von körnigen Bestandteilen geladenen Rohr besteht (Fig. l und 2).
In dem Kesselmantel A befindet sich das Rohr B, dessen eines Ende durch einen Stopfen C
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ein grobes Gewebe D1 oder dgl. zurückgehalten. An dem Eintrittsende kann sich eine Schicht von gröberen Brocken befinden, um eine Verstopfung der Gaszufuhr in das Rohr zu verhüten.
Der Durchmesser der Öffnung D des Stopfens C'darf nicht so gross sein, dass eine Rück- zündung der Gasnu.ischung stattfindet und diese in ihr verbrennt. Ein Durchmesser von 15'9 him hat sich für diesen Zweck als geeignet erwiesen, wenn eine Mischung von Kohlengas und Luft in dem Verhältnis von ungefähr 2"8 m3 Kohlengas pro Stunde mit der nötigen Luft zugelassen wird. Die Gasmischung wird der mittleren Öffnung D mittels eines Rohres E zugeführt, wobei eine dichte Verbindung in irgend einer üblichen oder zweckentsprechenden Weise erreicht ist.
Luft und brennbares Gas werden beide unter Druck in das Rohr E von einem Kniestück Ei oder dgl. geleitet, wobei beide Zulässe durch geeignete Ventile geregelt werden können. Jedes Rohr ist vorzugsweise nut einem Rückschlagventil ausgerüstet. Gas und Luft treffen sich in dem Kniestück und werden vollkommen bei ihrem Durchtritt durch das Rohr E und die Öffnung D gemischt.
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vorausgesetzt, dass die Gesamtlänge ihres Weges nicht zu kurz ist. Eine Weglänge von ungefähr 305 mm hat sich als hinreichend erwiesen.
1m allgemeinen wird beim Anlassen dieses Dampferzeugers zunächst ein Bestandteil der Gasmischung zugelassen, darauf eine Flamme dem Austrittsende des Rohres B genähert und hierauf der andere Bestandteil langsam eingeführt, bis die entstehende Flamme rückwärts durch die körnige Schicht streicht und eine Verbrennung in der Nähe der Eintrittsstelle stattfindet, so dass die Körner in der Verbrennungszone weissglühend werden. Die Gas-und Luftzufuhr wird am besten derart geregelt, dass sich ein geringer Überschuss an Sauerstoff in den Produkten befindet, um eine vollständige Verbrennung des brennbaren Gases zu erzielen.
Wenn der Durchmesser des Rohres B zu gross ist, kann die an der heissesten Stelle entwickelte Hitze nicht genügend rasch entweichen, so dass das körnige Material weich wird.
Bei der Benutzung von Kohlengas hat es sich gezeigt, dass bei einem Innendurchmesser von 3 Zoll eine Sel-Licht aus feuerfestem Ton verwendet werden kann, ohne dass das Material wesentlich weich wird, während bei einem Innendurchmesser von 4 Zoll die Körner des feuerfesten Tones, welche an der heissesten Stelle liegen, weich werden. In diesem Falle muss das feuerfeste Material an der heissesten Stelle aus Karborund oder einem anderen sehr feuerfesten Material bestehen. Wenn dagegen das brennbare Gas geringe Heizkraft besitzt, wie beispielsweise Hochofengas, ist eine derartige Fürsorge nicht notwendig.
Um den Wärmestrom gleichmässiger längs des Rohres zu verteilen, ist es manchmal wünschenswert, das Rohr mit feuerfestem Material auf einem Teil seiner Länge in der Nähe der heissesten Stelle auszufüttern, um die gewünschte Verteilung zu gewährleisten.
Fig. 1 a zeigt ein Rohr, in das eine Muffe aus feuerfestem Ton an dem Ende eingesetzt ist, an welchem die Gasmischung eintritt. Die Muffe kann konisch gemacht sein, und zwar derart, dass die dickste Wandung sich in der Nähe der heissesten Stelle befindet. Da diese teilweise Ver- hütung der Wärmeausstrahlung eine stärkere Erhitzung des körnigen Materials verursacht, muss an dieser Stelle Karborund oder ein anderer äquivalenter Stoff verwendet werden.
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sonst üblichen sind.
Es hat sich z. B. als zweckmässig erwiesen bei der Verbrennung von Kohlengas oder Koksofengas das Rohr oder die Rohre ungefähr l m. lang zu machen und eine innere Bohrung von ungefähr 760 mm anzuwenden, wenn ungefähr 2'8 pro Stunde und Rohr verwendet werden.
Gas und Luft werden unter Druck durch irgend ci'i geeignetes Gebläse oder dgl. so lange eingeführt. wie die Pressung eine derartige ist, dass die Rohre mit der Gasmischung unter einer
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arbeitet worden.
Um einen Anhalt von der hohen durch die Erfindung erreichbaren Wärmeübertragung zu geben, mögen die folgenden Daten dienen, welche sich auf einen wagerechten Kessel mit einem
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Stopfen von feuerfestem Ton beziehen, der ungefähr 100 mm in das eine Ende des Rohres hinein- ragt. während der übrige Teil des Rohres mit feuerfesten Ziegel brocken von einer derartigen Grösse, geladen ist.
dass sie durch ein Sieb von ungefähr 1 Masche pro 25 mm, jedoch nicht durch ein solches von ungefähr 2 Maschen pro 25 mm hindurchgehen, Wenn in dem derart ausgefüllten Rohr eine Gasmischung von Kohlengas und Luft verbrennt, so da, ss nur eine Spur von Sauerstoff in den Verbrennungsprodukten vorhanden ist, und ein Gasverbrauch von ungefähr 2*8 m3 pro Stunde stattfindet (reine Heizkraft der Kohlengases ungefähr 560 B. Th.
U. pro Kubikfuss, was ungefähr 376 Kalorien entspricht) hat es sich gezeigt, dass die Verbrennungsprodukte aus der Rohrmündung mit folgenden von der Temperatur des umgebenden Wassers abhängigen Temperaturen austraten :
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<tb>
<tb> Wassertemperatur <SEP> : <SEP> Dampfdruck <SEP> : <SEP> Temperatur <SEP> der <SEP> Verbrennungsprodukte <SEP> :
<tb> 100 <SEP> C <SEP> 0 <SEP> Atm. <SEP> 219 <SEP> C
<tb> aso <SEP> c <SEP> 3. <SEP> 3 <SEP> " <SEP> 2510 <SEP> C
<tb> 170 <SEP> C <SEP> 6-66 <SEP> 266 <SEP> C
<tb>
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strom beispielsweise durch Ablagerung von Kesselstein gehindert wird und auch kein Zerfressen der Rohre eintritt.
In einigen Fällen ist beim Anlassen eine Schwierigkeit aufgetreten, weil die Flamme beim Rückwärtsstreichen durch die körnige Schicht das Bestreben hat, durch die öffnung in den Stupfen aus feuerfestem Ton durchzutreten. Die Vorrichtung der Fig. 3 hat sich als zweckmässig erwiesen, um die Gefahr einer solchen Rückzündung wesentlich zu verringern. Zu diesem Zweck ist eine Kammer F durch ein Gehäuse F1 gebildet, dem ein Gehäuse/ vorgelagert ist, welches eine andere Kammer 11 bildet und aus der ein Rohr mit enger Bohrung zu dem Stopfen C in die Öffnung D führt. Die Kammer H wird mit Gas von einem geeigneten Rohr, beispielsweise einem
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allein gespeist wird. Die Kammern H und F müssen so klein wie möglich sein.
Bei der Verwendung eines einzigen Rohres, kann die Kammer fortfallen, in welchem Falle das Rohr H3 mit dem H2 aus einem Stück besteht.
Beim Anheizen wird zunächst Luft allein in die Kammer F geleitet, welche durch den Stopfen C und das Rohr B hindurchtritt. Hierauf wird brennbares Gas oder Kammer Il zugeführt. welches von hier in das Rohr B übertritt, worauf eine Flamme dem Austrittsende dieses Rohres
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Fall erfordert, gesteigert, bis die Flamme rückwärtsstreicht und eine Verbrennung in der körnigen Schicht stattfindet. Nach einigen Minuten, wenn die Körner in der Nähe des Stopfens C weiss- glühend geworden sind. wird die Zufuhr des brennbaren Gasgemisches zur Kammer H abgestellt und brennbares Gas in die Kammer F geleitet, welches sich mit der Luft mischt, die ebenfalls in diese Kammer geführt wird.
Wenn das verwendete Gas geringe Heizkraft besitzt, wie beispielsweise Hochofengas, und die an dem austretenden Ende des Rohres oder der Rohre erzeugte Flamme nicht rückwärts durch die körnige Schicht streichen kann, wird der Genet.,tor zunächst mit Kohlengas, mit Luft gemischtem Petroleumdampf oder anderem Gas oder Dampf, die sich für das letzte Verfahren
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gelassen, um sich mit der in die Kammer F eingeführten Luft zu vermischen.
Das oben geschilderte Prinzip für Dampferzeugerkonstruktionen mit einem einzigen Rohr
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Röhren, vorgesehen werden müssen, um dieses Bestreben zu verhindern.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei Schnitte eines Kessels gemäss der Erfindung mit zehn Röhren. der sich für Kohlen- oder Koksofengas eignet. Die Rohre B sind an ihrem Eintrittsende durch
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drei Abteile unterteilt, wobei jedes Abteil seine eigenen Zuführrohre besitzt.
Es ist aus Fig. 5 ersichtlich. dass die Rohre in Gruppen angeordnet sind, und zwar in zwei Gruppen zu je vier und in einer Gruppe zu zwei Röhren. Hiebei ist es zweckmässig, die Zuleitungs-
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Zufuhr zu erzielen. irgend welches Wasser, welches von den Verbrennungsprodukten kondensiert, bevor das körnige Material vollkommen erhitzt ist, muss abgeführt werden.
Die Verwendung eines Generators mit in Gruppen unterteilten Röhren bietet gewisse Vorteile insofern, dass eine oder mehrere Gruppen von Röhren benutzt werden können, wenn weniger Dampf oder Kraft erforderlich ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 können beispielsweise zwei, vier. sechs, acht t) der zehn Rohre, je nach Bedarf, in Betrieb gesetzt werden.
Die Kammern, in welche die Gasmischung zugeleitet wird, können mit Explosionstmen, beispielsweise solchen (, versehen sein, die in irgend einer beliebigen Weise ausgebildet werden können. Berspielsweise können Hängetüren verwendet werden, die gegen ihren Sitz mittels derart
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einstimmung mit der geeigneten Verteilung der Gasmischung auf die Röhren. Dies ist besonders der Fall, wenn reiche Gase mit verhältnismässig hohem Zündungsvermögen, wie beispielsweise Kohlengas, verwender werden, tritt jedoch in geringerem Masse ein, wenn arme Gase. beispielsweise HOchofengase, benutzt werden.
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Es ist ermöglicht worden, bei der Heizung der zehn Rohre des Dampferzeugers der Fig. 4 und 5 mit Kohlengas nur eine einzige Speisekammer gemäss der Fig. 8 und 9 zu verwenden, indem
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über die Endplatte des Kessels hinaus in die Speisekammer hineinragen.
Es hat sich gezeigt, dass ein Druck von 508 mm Wassersäule genügt, bei dem die Luft zugeführt wird, wenn Kohlengas zur Mischung mit dieser eingelassen wird, nachdem die Körner anfänglich durch die oben beschriebene Anheizvorrichtung erhitzt wurden. *
Beim Überschreiten dieser Abmessungen wird es sich wahrscheinlich herausstellen, dass : ; in höherer Druck erforderlich ist, um eine Rückzündung zu verhindern. Die Mischung tritt in die Kammer F unmittelbar oberhalb einer perforierten Scheidewand P oder dgl. ein. durch welche die Mischung zu den Röhren strömt. Um eine vollkommen gleichmässige Verteilung beim Einströmen zu erzielen, ist es zweckmässig, die gesamte Fläche der Perforationen in der Scheidewand geringer zu halten, als die Querschnittsfläche des Zufuhrrohres.
Anstatt des körnigen Materials können auch Kugeln aus feuerfestem Ton oder dgl. verwendet werden.
Die unbenutzten Verbrennungsprodukte können ausgenutzt werden, indem sie durch Rohre
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Wenn die Rohre für die Schicht aus feuerfestem Material senkrecht angeordnet sind. können sie gleichmässig durch blosses Hineinschütten der Körner geladen werden, während dieses Verfahren bei einer wagerechten Lage der Rohre, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, nicht angewendet werden kann. Um in diesem Falle die Rohre gleichmässig mit der feuerfesten Schicht zu laden, wird ein besonderes Werkzeug (Fig. 6 und 7) benutzt. Dieses besteht aus einer Scheibe L mit Fingern oder Vorsprüngen LI in der Nähe ihres Unifanges, während ein Handgriff zu seiner
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dieses durch die Scheibe verteilt, indem ihr Verdrehungen gegeben werden.
Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis das Rohr angefüllt ist. Die Erfindung ist nur in ihrer Anwendung zum Heizen von Dampfkesseln beschrieben. Sie kann jedoch augenscheinlich ebenfalls für Speisewasserheizvorrichtungen. überhaupt für Heizvorrichtungen von Flüssigkeiten verwendet werden. Alle derartigen Verwendungsarten fallen unter den allgemeinen Erfinduns- gedanken.
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in ihnen verbrennt.