Verfahren zum Verbrennen von Brennstaub-Zuftgemisehen in Staubmotoren, Brennstaubfeuerungen und dergl. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Verbrennen von Brennstaub- Luftgemischen in Staubmotoren, Brennstaub- feuerungen und dergl.
Bekanntlich arbeiten die bisher im Be trieb befindlichen Staubmotoren sehr unwirt schaftlich, da der grösste Teil des in den Zylinder eingebrachten Staubes nicht ver brennt, sondern sich mit dem Schmieröl ver mischt. Der nicht verbrannte Staub ist selbstverständlich für eine weitere Verwen dung verloren. Auch der Schmierölverbrauch ist infolge einer starken Verunreinigung äusserst gross und macht den Betrieb unwirt schaftlich. In technischer Hinsicht sind gleich falls ausserordentliche Schwierigkeiten vor handen, die die Entwicklung hemmen. So macht die Beseitigung der uriverbrannten Staubteilchen und Verbrennungsrückstände umständliche Massnahmen erforderlich.
Die uriverbrannten Staubteilchen und Verbren-, nungsrückstände wirken wie ein Schleif- mittel auf Zylinderlaufbahn, Kolben und Kolbenringe und führen zu einem frühzeitigen Verschleiss. Die am Kolbenboden sich ab setzenden uriverbrannten Staubteilchen und Verbrennungsrückstände sind ebenfalls sehr unerwünscht.
Diese Nachteile und Unzuläng lichkeiten erklären sich aus der bisher übli chen Verwendung von Brennstaub der Mahl feinheit von 3ä--100 fit. Dieser Brennstaub ist vollständig ungleichmässig in der Korngrösse und nur wenige Teile sind feiner als 35 ss. Die in dem Staubluftgemisch nur in sehr kleinem Verhältnis enthaltenen Feinststaub- teilchen haben einen erheblich niedriger lie genden Zündpunkt, als die etwas grösseren oder gar grossen Staubteile, welche zudem noch frei werdende Wärme zur Ausgasung benötigen und diese dem Verbrennungsprozess entziehen.
Man beherrscht daher auch nicht den Zündzeitpunkt, da man die Kornfeinheit und den Anteil der kleinsten Teilchen nicht von vornherein kennt. Weil die gröberen Staubteile bei der Zündung noch nicht ge nügend durchgewärmt sind, kann eine auch nur annähernd vollständige Verbrennung im Zündzeitpunkt nicht erfolgen. Nach den bis herigen Erfahrungen verbrennen infolgedessen nur ungefähr 40 0% des Staubes.
Es wurde nun gefunden, dass sich alle Nachteile vermeiden lassen durch die Ver wendung von Brennstaub der Mahlfeinheit von et -a 4,a und darunter. Der Erfindung liegt folgende neue Erkenntnis zugrunde In jedem Staubteilchen, insbesondere in jedem Kohlestaubteilchen, sind Luft, Harz, Paraffin Teer und andere schnell vergasende Teilchen eingeschlossen. Durch schlagartige Erhitzung der kalten Staubteilchen auf sehr hohe Tem peratur wird die eingeschlossene Luft ganz plötzlich auf hohen Druck gebracht und die angegebenen Einschlüsse wie Harz usw. wer den plötzlich unter Entwicklung hoben Druckes vergast.
Bei Staubkörnchen der Mahlgrösse von etwa 4,u und darunter wird durch diese explosionsartig wirkenden Drücke jedes Staub teilchen zersprengt und zerfällt zu Teilchen der Grössenordnung von etwa '%5o-'/iooss und kleiner.
Demgemäss besteht das Verfahren nach der Erfindung darin, dass die Verbren nungsluft im Brennraum auf Tetnperatureni die der Verbrennungstemperatur des Staubes entsprechen, und darüber hinaus erhitzt wird und dass in die erhitzte Luftladung ein Gemisch aus Luft und Staubteilchen der mechanischen Mahlgrösse von etwa 4,a und darunter in mög lichst kaltem Zustand eingeblasen wird,
so dass jedes einzelne Staubteilchen beim Ein tritt in den Brennraum durch schlagartige Erwärmung der in ihm eingeschlossenen Luft- und Gasteilehen bezw. der Gasträger explo sionsartig zu feinsten Partikelchen von etwa 1/3o bis '/ioo ss und kleiner zersprengt wird und die ganze Ladung restlos verbrennt. Die kleinen Sprengteilchen benötigen ab solut keine Neuerwärmung von aussen, denn sie stellen praktisch nur noch Oberfläche ohne Inhalt dar.
Sie verbrennen in der sie umgebenden heissen Luft nicht nur restlos, sondern auch ausserordentlich schnell und unter denkbar günstigster Abgabe ihres ge samten Wärmeinhaltes. Es wird also auch bei sehr schnell laufenden Motoren - z. B. bei einem Zweitaktmotor von 750 Umdre hungen und einem Zündzeitraum von 1/14o Sekunde - eine vollständige Verbrennung des eingeführten Staubes erzielt.
Bei dem bisher verwendeten Brennstaub der Durchschnittsmahlfeinheit von 35-100 ;a trat eine Zersprengung der Staubteilchen durch die eingeschlossenen Luft- und verga senden Bestandteile aus mehreren Gründen nicht ein. Die Oberflächenfestigkeit dieser grösseren Staubteilchen ist im Verhältnis zu den eingeschlossenen, etwa vorhandenen oder sich entwickelnden Gasen zu gross, um die Sprengwirkung eintreten zu lassen. Die grösseren Staubteilchen können in den kurzen für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Zeiten von höchstens '/ioo Sekunde von aussen nicht so schnell und so weit durchgewärmt werden, dass sich die Gaseinschlüsse schlag artig ausdehnen und dadurch die Spreng wirkung hervorrufen können.
Ausserdem hat man bisher die Kompressionsendtemperatur nur bis an die Zündtemperatur herangebracht, da der Staub bisher niemals eingeblasen, sondern im Saugtakt angesaugt wurde. Er war daher schon während der ganzen Kom pressionsperiode den Wärmeeinwirkungen der Maschine ausgesetzt. Da der Zündpunkt, der bekanntlich annähernd im Kompressionstot punkt liegt, mit der höchsten Kompressions stufe zusammenfällt, durfte die Kompressions- endtemperatur, um Frühzündungen zu ver meiden, nicht zu hoch gebracht werden. Die Sprengwirkung ist aber nur von einer ge wissen Grösse der eingeführten Staubteilchen und der Temperatur der Ladeluft weg und bei einer bestimmten Festigkeit der Staubkorn oberfläche möglich.
Die Erfindung bietet im einzelnen noch folgende Vorteile Die durch die Sprengwirkung erzielten feinsten Staubteilchen ermöglichen es, den Zündzeitpunkt für die Verbrennung wegen ihrer gleichmässigen Grösse und Beschaffenheit genau zu bestimmen. Die Gefahr von Früh- und Spätzündungen ist also vermieden. Der Staub wird infolge seiner gleichmässigen und ausserordentlich geringen Korngrösse sowie der gleichmässigen Verteilung in der Verbren nungsluft fast ohne Zündverschleppung beim Einblasen vollständig gezündet. Es lässt sich bei dem nach dem erfindungsgemässen Ver fahren arbeitenden Staubmotor ein ebenso fein regelbarer Betrieb durchführen, wie bei den bekannten Öldieselmotoren und Benzin motoren.
Durch die rückstandfreie Verbren nung wird verhütet, dass sich an den Zylin derwänden, am Kolben, an den Kolbenringen, am Kolbenbolzen usw. Staub absetzt und mit dem Schmieröl verbindet. Die bisher hier durch auftretenden Störungen sind also ver mieden. Die Grösse der einzelnen zersprengten Staubteilchen liegt noch unter der Grösse der allerfeinsten bekannten Schleifmittel, so dass jede Verschleisswirkung im Motor durch die Bewegung dieser Kleinstteilchen vermieden ist. Eine Verunreinigung des Schmieröls ist infolge der restlosen Verbrennung der Staub teilchen nicht mehr möglich.
Die Herstellung des erfindungsgemäss zu verwendenden Staubes in der Mahlgrösse von 4 ss und darunter erfolgt zweckmässig auf bekannten Mühlen, bei denen ein unendlich oft wiederholtes Aneinanderreihen der Staub teilchen zu ihrer Zerkleinerung führt. Bei diesen bekannten Mühlen wird gleichzeitig auch ein gleichmässig grosses Korn der ein zelnen Staubteilchen erzielt.
In der Zeichnung ist in starker Vergrö sserung ein Staubteilchen a von der Mahl grösse von etwa 1,u, also '/logo mm, darge stellt. Es sind die Lufteinschlüsse b ange deutet, die bei plötzlicher Erwärmung das Staubteilchen auseinandersprengen, so dass Partikelchen c von der Korngrösse von etwa '/ioo ss entstehen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung wird etwa folgendermassen durchgeführt Den eigentlichen Brennstoff bildet nicht der Staub, sondern ein Gemisch von Luft und Staub der Mahlgrösse von etwa 1 bis 4 ss, wobei das Mischungsverhältnis nach Gewichtsteilen z. B. ungefähr 1: 6 bis 1: 8 beträgt. Dieses Gemisch wird mit Hilfe be sonderer Vorrichtungen über Düsennadeln oder ähnliche Einrichtungen z. B. in einen Dieselmotor eingeblasen, dessen Luftladung auf eine Temperatur von etwa<B>500'</B> oder darüber komprimiert ist. Da das Gemisch beim Einblasen noch kalt ist, wird es beim Eintritt in die komprimierte Luftladung des Motors schlagartig um etwa<B>5000</B> erhitzt.
Hierbei werden die Staubteilchen zersprengt zu Partikelchen von etwa 1/5o bis 1/ioo ,u Grösse, die in der Ladeluft restlos und ohne Hinterlassung von Rückständen verbrennen.
Das in bezug auf die Verbrennung bei Brennstaub beschriebene Verfahren eignet sich auch ausgezeichnet zum Betriebe von Staubfeuerungen, indem Staub von der me chanischen Mahlgrösse von etwa 4 ,u und darunter in möglichst kaltem Zustand an die Brennstelle geführt wird. Es wird hierbei eine äusserst günstige und schnelle Verbren nung erreicht, so dass auch bei Staubfeue rungen ein wesentlicher Fortschritt gegenüber bekannten Verfahren erzielt wird. Der Staub verbrennt restlos und ohne Hinterlassung von Rückständen.
Method for burning fuel dust Zuftgemisehen in dust motors, fuel dust firing systems and the like. The invention relates to a method for burning fuel dust / air mixtures in dust motors, fuel dust firing systems and the like.
It is well known that the dust motors currently in operation are very uneconomical, since most of the dust introduced into the cylinder does not burn ver but mixes with the lubricating oil. The unburned dust is of course lost for further use. The consumption of lubricating oil is also extremely high as a result of severe contamination and makes operation uneconomical. From a technical point of view, there are also extraordinary difficulties that hamper development. The removal of the urine-burned dust particles and combustion residues makes cumbersome measures necessary.
The urine burnt dust particles and combustion residues act like an abrasive on the cylinder liner, pistons and piston rings and lead to premature wear. The urine-burnt dust particles and combustion residues that settle on the piston crown are also very undesirable.
These disadvantages and inadequacies can be explained by the hitherto usual use of fuel dust with a fineness of 3 - 100 fit. This fuel dust is completely irregular in grain size and only a few parts are finer than 35 ss. The fine dust particles contained in the dust air mixture only in a very small ratio have a considerably lower ignition point than the somewhat larger or even large dust particles, which also need released heat for outgassing and withdraw this from the combustion process.
The ignition point is therefore not in control, as the grain fineness and the proportion of the smallest particles are not known in advance. Because the coarser dust particles are not yet warmed through enough when igniting, even an even approximately complete combustion cannot take place at the point of ignition. According to previous experience, only about 40% of the dust burns as a result.
It has now been found that all disadvantages can be avoided by using pulverized fuel with a fineness of grinding of et -a 4, a and below. The invention is based on the following new knowledge. In every dust particle, in particular in every coal dust particle, air, resin, paraffin, tar and other rapidly gasifying particles are enclosed. By suddenly heating the cold dust particles to a very high temperature, the trapped air is suddenly brought to high pressure and the specified inclusions such as resin, etc. who suddenly gasified under pressure.
In the case of dust grains with a grind size of about 4 u and below, each dust particle is shattered by these explosive pressures and disintegrates into particles of the order of magnitude of about '% 50 -' / iooss and smaller.
Accordingly, the method according to the invention consists in that the combustion air in the combustion chamber is heated to Tetnperatureni which correspond to the combustion temperature of the dust, and that in the heated air charge a mixture of air and dust particles of the mechanical grinding size of about 4, a and below it is blown in as cold as possible,
so that each individual dust particle when entering the combustion chamber by sudden heating of the air and gas parts enclosed in it respectively. the gas carrier is exploded into very fine particles of about 1/3 o to 1/100 ss and smaller and the whole charge burns off completely. The small explosive particles absolutely do not need to be re-heated from the outside, because they practically only represent a surface without content.
In the hot air that surrounds them, they not only burn completely, but also extremely quickly and with the most economical release of their entire heat content. It is also used with very fast running engines - e.g. B. with a two-stroke engine of 750 revolutions and an ignition period of 1 / 14o second - a complete combustion of the introduced dust is achieved.
With the fuel dust previously used, with an average fineness of 35-100; a, the dust particles did not break up due to the trapped air and forgotten components for several reasons. The surface strength of these larger dust particles is too great in relation to the enclosed, possibly existing or developing gases to allow the explosive effect to occur. The larger dust particles cannot be heated so quickly and so far from the outside in the short times available for combustion of a maximum of 1/100 of a second that the gas inclusions expand suddenly and thus cause the explosive effect.
In addition, the final compression temperature has so far only been brought up to the ignition temperature, since the dust has never been blown in, but sucked in in the suction cycle. He was therefore exposed to the heat effects of the machine during the entire compression period. Since the ignition point, which is known to be close to the compression dead point, coincides with the highest compression level, the final compression temperature could not be set too high in order to avoid pre-ignition. The explosive effect is only possible from a certain size of the introduced dust particles and the temperature of the charge air and with a certain strength of the dust particle surface.
The invention also offers the following advantages in detail: The finest dust particles achieved by the explosive effect make it possible to precisely determine the ignition point for the combustion because of their uniform size and nature. The danger of early and late ignitions is thus avoided. Due to its uniform and extremely small grain size and the even distribution in the combustion air, the dust is completely ignited with almost no ignition delay when blown in. With the dust engine operating according to the inventive method, an operation that can be precisely regulated can be carried out, as with the known oil diesel engines and gasoline engines.
The residue-free combustion prevents dust from settling on the cylinder walls, on the piston, on the piston rings, on the piston pin, etc. and from bonding with the lubricating oil. The disturbances that have occurred here so far are therefore avoided. The size of the individual scattered dust particles is still below the size of the finest known abrasives, so that any wear and tear in the motor caused by the movement of these tiny particles is avoided. Contamination of the lubricating oil is no longer possible due to the complete combustion of the dust particles.
The production of the dust to be used according to the invention in the grinding size of 4 sec and below is expediently carried out in known mills in which an infinitely often repeated stringing of the dust particles leads to their comminution. In these known mills, a uniformly large grain of the individual dust particles is achieved at the same time.
In the drawing, a large enlargement of a dust particle a with the size of about 1, u, i.e. '/ logo mm, is shown. The air inclusions b are indicated, which burst the dust particle apart when suddenly heated, so that particles c with a grain size of about 1/100 ss arise.
The method according to the invention is carried out approximately as follows. The actual fuel is not formed by the dust, but a mixture of air and dust with a grinding size of about 1 to 4 ss, the mixing ratio according to parts by weight, e.g. B. is about 1: 6 to 1: 8. This mixture is z with the help of special devices via nozzle needles or similar devices. B. blown into a diesel engine whose air charge is compressed to a temperature of about <B> 500 '</B> or above. Since the mixture is still cold when it is blown in, it is suddenly heated by around <B> 5000 </B> when it enters the compressed air charge of the engine.
In this process, the dust particles are broken up into particles of about 1/50 to 1/100 u in size, which burn in the charge air completely and without leaving any residue.
The method described in relation to the combustion of fuel dust is also ideal for operating dust firing systems, in that dust from the mechanical grind size of about 4 u and below is fed to the combustion point in the coldest possible state. An extremely cheap and rapid combustion is achieved, so that even with dust fires a significant advance over known methods is achieved. The dust burns completely and leaves no residue.