Verfahren zur Verbrennung von festem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bei der Wärmeerzeugung durch Verbren nung von Koks oder eines andern festen koh- lenatoffbaltigen Brennstoffes in Öfen und dergleichen wird die zur Verbrennung des Brennstoffes benötigte Luft durch Einlassöff- nungen eingeführt, die sieh mit dem Brenn stoff in Berührung befinden,
beispielsweise dureb öffnun -en iin Rost des Brennstoffbet tes oder in den Seitenwänden. Die auf diese Weise eingeführte Luft wird PrimäAuft ge nannt.
Bei dessen Dureligang durch den Brenn- stofflierd reagiert die Luft mit dem Brenn stoff unter Bildung eines (;asgemisehes, des seil Zusammensetzung von einer ini folgenden als I?nisetzungsgrad bezeichneten Grösse ab hängt, die ihrerseits für die Zusammensetzung kennzeichnend ist.
Dieser Umsetzungsgrad hängt bei vorausgesetzter gleichmässiger Be schickung in der Hauptsache von der Länge des zurückgelegten Weges des durch den Brennstoff strömenden Gases, in Durchmes sern der Brennstoffteilchen gemessen, ab, so dass, allgemein gesprochen, ein bestimmter Umsetzungsgrad erreicht ist, nachdem das Gas eine Strecke aus einer gegebenen Anzahl Teil chendurchmesser zurückgelegt hat. Der I_-in- setzungsgrad hängt ferner in geringem Aus mass von der Temperatur der in das Brenn stoffbett eintretenden Luft und von der Re aktionsfähigkeit des Brennstoffes ab.
Die bei steigendem Umsetzungsgrad erfolgende Ande- rung in der prozentmässigen Volumenzusam mensetzung des Gasgemisches ist. in der gra- phisehen Darstellung in Fig.l der beiliegen den Zeichnung dargestellt, und zwar für den Fall von Brennstoffen, deren brennbare Be standteile praktisch --anz aus Kohlenstoff be stehen.
Die Änderung kann zweckmässig durch Annahme von zwei Stufen, als Beispiele, ei,- klärt -erden. Die erste Stufe ist bei einciii verhältnismässig geringen Umsetzungsgrad, der durch die strichpunktierte Gerade A-B bezeichnet wird, erreicht, wenn das Gas- gemiscli eine grosse Menge Kohlendioxvd zu sammen mit.
einer kleinen Menge Kohlen- monoxvd und gerade genügend unverbrauell- tein Sauerstoff enthält, dass das Kohlen monoxyd verbrennen könnte, sofern das Gas- greiniseh in diesem Stadium entfernt iuld die Gasreaktion zu Ende --eführt werden könnte.
In diesem Fall würde eine vollständige Um wandlung des Sauerstoffes in Kolilendioxv(1 erfolgen, so dass ein praktisch ?l. olo Kohlen- dioxvd enthaltendes Feuergas entstünde und auf diese Weise eine maximale Hitzeentwick- lungerzielt würde. Steigt der Umsetzungsgrad über diese erste Stufe hinaus, so wird die zweite Stufe dann erreicht, wenn der Sauer stoff vollständig aufgebraucht. ist, was durch die Gerade C-D angedeutet ist.
Könnte das Gasgemiseh in diesem Stadium entfernt. wer den, so wäre dessen Gehalt an Kohlendioxyd etwa 14 bis 16% und dessen Gehalt an Koh- lenmonoxyd etwa 8 bis 120/0. Von dieser zwei ten Stufe an fällt der Gehalt an Kohlendioxyd und steigt der Gehalt an Kohlenmonoxyd.
Es ist leicht einzusehen, dass im Fall von Heizmaterialien, die ausser Kohlenstoff noch andere Brennstoffe, beispielsweise Wasser stoff und Schwefel, enthalten, die Prozent gehalte an Kohlendioxyd und Kohlenmonoxyd für einen gegebenen Umsetzungsgrad herab gesetzt werden, teilweise infolge des Verbrau ches einer gewissen Menge des verfügbaren Sauerstoffes für die Verbrennung der andern Brennstoffe und teilweise infolge des Abdestil- lierens von flüchtigen Brennstoffen aus dem Heizmaterial.
Demgemäss besteht für solche Heizmaterialien am Ende der ersten Stufe ein Umsetzungsgrad, welcher der Geraden A-B entspricht, welche eine Gaszusammensetzung wiedergibt, die ausser Kohlendioxyd und an dern vollständig verbrannten Verbrennungs produkten gerade noch genügend Sauerstoff enthält, um das Kohlenmonoxyd und andere brennbare Produkte verbrennen zu können.
'Mit dem üblichen Verbrennungsverfahren wäre es jedoch nicht möglich, aus dem Brenn stoff Gasgemische mit den durch die Geraden A B und C <B>-D</B> bezeichneten Zusammenset- zungen zu erhalten, da die dazu erforderlichen Brennstoffbetten derart flach sein müssten, dass übermässige Unregelmässigkeiten im Strö men des Gases und eine Überhitzung der mit dem Brennstoff in Berührung befindlichen Metallteile eintreten würden.
Daher weisen die einem Brennstoffbett von normaler Tiefe ent- steigenden Gasgemische, die einem durch die Gerade E-P bezeichneten Umsetzungsgrad entsprechen, beispielsweise immer einen be trächtlichen Gehalt an brennbaren Produkten, in der Hauptsache an Kohlenmonoxyd, auf.
Um diese brennbaren Produkte zu verbren nen, ist es infolgedessen üblich, über dem Rost, entweder direkt oder durch Öffnungen rund um den Rost, Sekundärluft einzufüh ren.
Das normale Verbrennungsverfahren un terteilt sich also in drei Verbrennungsvor gänge, wobei die beiden ersten Vorgänge im Brennstoffbett erfolgen und auf der Erzeu- gung überwiegender Mengen Kohlendioxyd und der dar auffolgenden Reduktion des Koh lendioxyds zu Kohlenmonoxyd beruhen, und der dritte Vorgang in der Verbrennung von Kohlenmonoxyd zu Kohlendioxyd mittels Se kundärlift ausserhalb des Brennstoffbettes besteht. Überdies muss die Sekundärluft in einem beträchtlichen Überschuss über die theo retische Menge hinaus verwendet werden, da' eine wirksame Vermischung der Sekundärluft mit den Gasen schwer zu erzielen ist.
Aus die sen Gründen ist es selten möglich, unter Be dingungen zu arbeiten, die zur Bildung von mehr als etwa 14% Kohlendioxyd im endgül- tigen Gasgemisch führen, und da infolge die ser Verdünnung die Temperatur der Feuer gase sinkt, hält es schwer, über 14000 C lie gende Temperaturen zu erreichen.
Selbst in Fällen, in welchen die Feuergase keine sehr hohe Temperatur zu erreichen brauchen, wie in der Praxis der Dampferzeugung, ist der Wirkungsgrad vermindert., da ein Teil der durch den Luftüberschuss absorbierten, be- träehtliehen Wärmemenge in den Schornstein abgeführt wird und dadurch verlorengeht, wobei die Wärmeübertragung umgünstig be einflusst wird.
Ausserdem muss ausserhalb des Brennstoffbettes ein verhältnismässig grosser Verbrennungsraum verwendet werden, um die grosse Menge an vorhandenem Kohlenmonoxyd zu verbrennen.
Infolge Störungen, die sieh aus Brenn stoffbeschickung, Ausseheidimgen, Zusam menbacken, Schlackenbildung und andern. Faktoren ergeben, ist es schwierig und tat sächlich oft ummöglich, mit den normalen Feuerimgsverfahren einen gewünschten Um setzungsgrad aufrechtzuerhalten, selbst dann, wenn zu diesem Zweck an der Tiefe des Brenn stoffbettes Änderungen vorgenommen werden.
Versucht man ausserdem, im Brennstoffbett derart hohe Temperaturen zu erzeugen, dass dabei die Asche zum Schmelzen gebracht wird, so besteht die Gefahr, dass die Einlassöff- nungen für die Luft mit Schlacke verstopft werden.
Es ist ein Ofen vorgeschlagen worden, in welchem die für die Verbrennung von festem Brennstoff benötigte Luft. mittels Sangzug durch eine oder mehrere Rohröffnungen in der Decke einer den Brennstoff enthaltenden Kammer derart. zugeführt wird, dass sie mit grosser Geschwindigkeit durch die dein Brenn stoff entsteigenden Verbrennun-s--ase -egen eine gegenüberliegende Brennstoffoberfläche gerichtet wird.
Dem Brennstoff entsteigende Destillationsrrodukte und andere brennbare Produkte mischen sieh auf diese Weise mit der Luft und werden zusammen mit dein Brennstoff verbrannt. Die Luft wird durch den im Schornstein bewirkten Zug oder durch eine mechanische, einen Zu- erzeugende Vor- riehtun g gezwungen, durch die Rohröffnun gen in der Decke einzuströmen.
Infolgedessen hängt die das Ausmass der Wärmeentwicklung bestimmende Menge der zugeführten Luft und die Geschwindigkeit der Luft, von der Grösse des entwickelten Zuges ab, und es war nicht möglich, den Umsetzungsgrad sowohl unab hängig vom als auch gleichzeitig mit dein Ausmass der Wärmeentwicklung zu regulieren.
Das Verfahren -einäss vorliegender Erfin dung gestattet nun, die Zusammensetzung der Feueraase und folglich den Umsetzungsgrad unabhängig vom und gleielizeitig mit dem Ausmass der Wärmeentwicklung zti regulie ren, indem die Menge an zugeführtem gas förmigem Kauerstoffmedium für die Verbren nung reguliert und dieses lIedium in Form eines Strahls -e-en eine freie Oberfläche eines stabilen Brennstoffbettes der weiter unten definierten Art gerichtet wird, welch letzteres derart angeordnet.
und gestützt ist, dass das Entweichen von Feuergasen aus dieser freien Oberfläche ermöglicht wird und indem der mittlere Grad des Eindringens des Strahls in das Brennstoffbett derart eingestellt wird, dass mit der eingestellten Zufuhrinenge an Sauerstoffmedium die gewünschte Zu.sainmen- setzung der Feuergase an oder in der Nähe der Brennstoffoberfläche erhalten wird, wo bei die erwähnte Zufuhrmenge das Mass der Wärmeentwicklung für die gewünschte Zu sammensetzung der Feuergase bestimmt.
Der Ausdruck stabiles Brennstoffbett wird hier verwendet, um ein Brennstoffbett zu bezeichnen, in welchem praktisch keine Bewegung der Brennstoffpartikel unterein ander in der Verbrennungszone stattfindet, mit Ausnahme einer solchen geringen relati ven Bewe--un--, die in dieser Zone als Folge des Verbrennungsvorganges oder der Zufuhr von frischen Brennstoffpartikeln auftritt.
Mittels dieses Betriebsverfahrens ist es mö;-licli, das Eindringen zum Beispiel eines Luftstrahls in das Brennstoffbett so zu regu lieren, dass mit einer bestimmten Luftzufuhr menge die Feuergase an oder in. der Nähe der Brennstoffoberfläelie Sauerstoff und brenn bare Produkte in Mengenverhältnissen ent halten, die für die praktisch vollständige Um- wandlung dieser brennbaren Produkte in voll ständig oxydierte Verbrennungsprodukte er forderlich sind.
Eine derartige Zusammenset- zung der Feuergase ist also von der Art, die dein durch die Gerade A-B in Fig.l dar- -estellten Umsetzungsgrad entspricht, und steht mit einer maximalen Wärmeentwicklung für die eingestellte Luftzufuhrmenge in Ver- bindung, sofern die Reaktion ausserhalb der Brennstoffoberfläche zu Ende geführt wird, so dass ein endgültiges Gemisch von Feuer gasen gebildet wird,
welches einen Gehalt an Kohlendioxyd und andern vollständig ver brannten Produkten aufweist, der sieh dem für den zur Verbrennung verwendeten Brennstoff geltenden theoretischen Maximum nähert. Auf diese Weise können Tempera turen von über 14000 C und bis zu 18000 C ohne Vorheizen der Luft. erreicht. werden.
Zwecks noch weiterer Erhöhung der Tem peratur kann mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauerstoff selbst verwendet werden. Der in dieser Beschreibung verwendete Aus druck Sauerstoffmedium schliesst also so wohl Sauerstoff als solchen als auch gewöhn liche sowie mit Sauerstoff angereicherte Luft ein.
Es kann auch zweckmässig sein, z. B. die Luft vorzuheizen, bevor sie eingeführt wird. Durch dieses Vorheizen können sogar höhere Temperaturen als die oben angegebenen er halten werden. Während bei den normalen Verbrennungsverfahren das Vorheizen in den dem Brennstoffbett entsteigenden Gasen zii einer Bildung von mehr Kohlenmonoli d führt, kann beim neuen Verfahren der ge wünschte hohe Gehalt an vollständig ver brannten Produkten, umgeachtet des Vorhei- zens durch geeignete Regulierung des Umset- z@ingsgrades, aufrechterhalten werden.
Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens beruht. darin, dass das Vorheizen bei viel höherer Temperatur erfolgen kann als bei nur 2000 C, welches die höchstzulässige Temperatur ist, wenn die Luft unterhalb des Rostes des Brenn stoffbettes eingeführt wird und sofern Schwie rigkeiten bei der Verbrennung Lind ein teurer Unterhalt des Rostes vermieden werden sollen.
Obzwar das neue Verfahren zur Erzielung hoher Temperaturen von besonderem Wert ist, wobei die Zusammensetzung des Gemi sches der Feuergase in der oben beschriebe nen Weise reguliert wird, ist es auch möglich, z. B. für eine bestimmte Luftzufuhrmenge den Eindringungsgrad so einzustellen, dass das Gemisch der Feuergase brennbare Produkte und eine bezüglich der für eine praktisch vollständige Umwandlung der brennbaren Produkte in vollständig verbrannte Produkte erforderlichen Sauerstoffmenge überschüssige Menge Sauerstoff enthält oder dass das Ge misch der Feuergase brennbare Produkte und Sauerstoff in solchen Mengen enthält,
dass diese Produkte durch den Sauerstoff nicht vollständig in völlig verbrannte Produkte übergeführt werden können. Eine Zusammen- setz-Ling der Feuergase mit einem Überschuss an Sauerstoff gemäss den im ersteren Fall gemachten Angaben ist von der Art, die einem Umsetnui.gsgrad entspricht, welcher durch eine links von der Geraden A -B in Fig.1 liegende Gerade gekennzeichnet ist, Lind eine Zusammensetzung des Gemisches, wel- ehes eine den im letzteren Fall gemachten Angaben entsprechende Menge brennbare Produkte enthält, ist von der Art,
die einem durch eine rechts von der Geraden A -B lie gende Gerade gekennzeichneten Umsetzungs- gräd entspricht. Es ist leicht einzusehen, dass zum Beispiel der Luftstrahl als Ganzes nicht gleichmässig in das Brennstoffbett eindringt, so dass ge- wisse Teile der Luft weiter eindringen als andere Teile, und es kann tatsächlich der Fall eintreten, dass ein gewisser Teil der Luft überhaupt nicht in das Brennstoffbett ein dringt, in welchem Fall der Eindringungs- grad gleich null ist.
Der Ausdruck Eindrin- gungsgrad bedeutet hier mittlerer Eindrin- gungsgrad , der aus dein Durchschnitt aller dieser Eindringuingsgrade resultiert. Die Aus drucksweise Zusammensetzung der Feuergase an oder in der Nähe der Brennstoffoberfläche bedeutet die Gesamtzusammensetzung des in folge des genannten mittleren Eindringungs- grades gebildeten Gases, welches völlig ver brannte Produkte brennbarer Verbrennungs- produkte und freien Sauerstoff enthalten kann.
Durch Bestimmung der Zusammenset zung der Feuergase kann leicht festgestellt werden, ob der richtige Wert des mittleren Eindringungsgrades erreicht ist.
Die Einstellung des mittleren Eindrin- gungsgrades kann ohne Änderung zum Bei spiel der Luftzufuhrmenge durch Regulie rung der Geschwindigkeit des eingeführten Luftstrahls oder des Winkels, unter welchem der Strahl auf die Brennstoffoberfläche auf trifft, erfolgen, wobei eine Erhöhung des mittleren Eindringungsgrades durch Steige rung der Geschwindigkeit oder durch Vergrö sserung des spitzen Winkels zwischen Strahl und Brennstoffoberfläche zum Beispiel bis auf 900 erhalten wird.
Diese Einstellung kann natürlich durch Regulierung beider Grössen, der Geschwindigkeit Lind des Winkels, durch geführt werden.
Die Geschwindigkeit und/oder der Winkel können also derart reguliert werden, dass ein mittlerer Eindringungsgrad erhalten wird, welcher die Bildung von Feuergasen bewirkt, die brennbare Produkte und den für deren praktisch vollständige Verbrennung erforder lichen Sauerstoff enthalten, wie dies oben an gegeben wurde.
Eine gerinzere Geschwindig keit und/oder ein kleinerer Winkel (das heisst ein vom rechten Winkel zur Brennstoffober- fläche abweichender bzw. mehr abweichender Winkel) ergeben einen geringeren mittleren Eindringungsgrad, was zur Folge hat, dass die Feuergase einen fiberschuss an Sauerstoff ent halten. Solche Bedingungen können angewen det werden, wenn man CTase mit oxydierenden Eigenschaften zu erhalten wünscht.
Ander seits bewirken eine höhere Geschwindigkeit und/oder ein -rösserer Winkel eine Erhöhung des mittleren Eindringungsgrades, so dass die Feuergase brennbare Produkte in solcher Menge enthalten, dass diese letzteren nicht. vollständig in völlig verbrannte Produkte übergeführt werden können. Solche Bedin gungen können angewendet werden, wenn man Gase mit reduzierenden Eigenschaften zu erhalten wünscht.
Mit diesem neuen Verfahren ist es niög- licli, die Zusammensetzung der Feuergase während der Verbrennung nach Belieben zu regulieren, und zwar mit ähnlicher Leichtig keit wie bei einem Gasbrenner, beispielsweise einem Bunsenbrenner, der getrennte Luft- und Gasventile zur Regulierung des zu ver brennenden Luft-Gas-Geinisches aufweist.
So ist es beispielsweise für jeden gegebenen Win kel von 90 bis etwa 150 zwischen Luftstrahl und Brennstoffoberfläelie möglich, durch Re gulierung der Luftgeseliwindigkeit über einen weiten Bereich jede gewünschte Zusammen setzung der Feuergase zii erhalten, und zwar für eine beliebige, vorbestimmte Luftzufuhr menge zwischen dem Maximum und einem Zehntel des -Maximums. In ähnlicher Weise kann für jede gegebene Geschwindigkeit zwi schen 9,14 und 30,
84 m/sec. die Zusammen setzung der Feuergase über den gleichen Be reich der Mengen an zugeführter Luft durch Verstellung des Winkels zwischen 90 und etwa 1511 verändert werden.
Das neue Verfahren kann in Verbindun mit jedem festen, kohlenstoffhaltigen Brenn material, beispielsweise metallurgischem Koks und Gaskoks, Anthraeit, nichtbackender oder backender bituminöser Kohle, Torf oder Holz kohle angewendet werden.
Das Verfahren ist im allgemeinen in allen Typen von Öfen und andern Vorrichtungen, in welchen fester, kohlenstoffhaltiger Brenn stoff verbrannt wird, durchführbar, beispiels weise in Muffel- oder Tiegelöfen, Siemens Martin-Öfen, Wärmeöfen, Wärmebehand- lungsöfen, Brennöfen, Öfen zum Heizen von Kesseln, einschliesslich Wasserrolirkesseln, Feuerrohrkesseln, Heisswasserversorgungs-und Zentralheizungskesseln, offenen Hausfeuer- lierden und geschlossenen Hausöfen.
Die Erfindung umfasst auch eine Verbren- nungsvorrichtung, die zwecks Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens konstruiert ist und sich kennzeichnet durch die Kombi nation von Tragmitteln für den Brennstoff, die dazu bestimmt sind, ein eine freie Ober fläche aufweisendes, beständiges Brennstoff bett gemäss obiger Definition ziz bilden und zu stützen, finit Einlassmitteln für das Sauer stoffmedium, welche in einer Weise angeord net und angebracht sind, die es erlaubt,
das für die Verbrennung benötigte Sauerstoff medium in Form eines Strahls gegen die ge nannte freie Oberfläche zu richten und die Zufuhrmenge dieses Mediums und den Grad des Eindringens des Strahls in das Brenn stoffbett unabhängig voneinander und gleich zeitig zu regulieren, wobei diese Kombination derart beschaffen ist, dass die Feuergase aus der genannten freien Oberfläche entweichen können.
Zu diesem letzteren Zweck können die den Brennstoff tragenden Mittel derart aus geführt sein, dass die Gase entweder durch den vom Brennstoff selbst infolge des relativ grossen Volumens des Brennstoffbettes ent gegengesetzten -Widerstand oder infolge der Gasdichtheit der Abgrenzung der Brennstoff- tragvorrichtung dazu gezwungen werden, aus der genannten freien Oberfläche zui entwei chen.
Wird die Brennstofftragvorrichtung der art konstruiert, dass das darin aufgenommene Brennstoffbett ein passendes Volumen auf weist, so kann eine Berührung der Abgren zungen der Brennstofftragvorriehtüng, bei spielsweise der Wände, des Bodens und des Rostes, sofern vorhanden, mit der Verbren nungszone vermieden werden, wobei diese letztere von einer Zone unverbrannten Brennstoffes umgeben wird, so dass die ge nannten Abgrenzungen geschützt bleiben.
Da zum Beispiel die Luft in Form 'eines Strahls auf die Brennstoffoberfläehe gerich tet wird, ist der Lufteinlass normalerweise derart angeordnet, dass er den Brennstoff Luid dessen nicht brennbare Rückstände nicht be rührt.
Infolgedessen besteht eine beträchtliche Freiheit sowohl in der Wahl der Materialien für die Konstruktion des Lufteinlasses als auch bei der Einrichtung von Vorrichtungen für die Ableitung der Asche, welche in Form von Klinker oder in flüssiger Form abgelas sen werden kann. Ausserdem kann der von der Asche eingeschlagene Weg von demjeni gen des Gases verschieden sein, so dass man den letzteren beim Planen der Vorrichtung für die Ableitung der Asche nicht zu berVicli:- sichtigen braucht.
Ist beispielsweise eine An ordnung für die Ableitung der Asche in flüs siger Form erwünscht, so können die Trag mittel derart ausgebildet werden, dass ein Brennstoffbett gebildet wird, welches eine ge neigte, freie Böschungsoberfläche aufweist. Die Tragvorrichtung kann eine solche Boden- aLisdehnung aufweisen, dass die flüssige Asche, während sie sich gleichzeitig mit dem heissen Gas in Berührung befindet, vom Boden des Brennstoffbettes zur Abflussstelle abfliessen kann, wobei die Asche in flüssigem Zustand verbleibt, bis sie abgelassen wird.
Um zum Beispiel für eine bestimmte Luft- zafuhrmenge die gewünschte Zusammenset zung der Feuergase zu erhalten, kann die Lufteinlassvorrichtung derart ausgebildet wer den, dass der Eindringungsgrad, ohne Verän derung des Masses der Luftzufuhr, durch VeränderLUig der Geschwindigkeit des Luft strahls und/oder des Winkels, mit welchem der Luftstrahl auf die Brennstoffoberfläche auftrifft, regiliert werden kann.
Zwecks Re- gtlierung der Geschwindigkeit kann die Luft einlassvorrichtung eine Vorrichtung zur Ver- änderLmg des wirksamen Querschnittes der Einlassöffnumg, beispielsweise einen Schieber, zur teilweisen Verstopfung des Einlasses ein schliessen. Für die Winkeleinstellung kann die Lufteinlassvorrichtung aus einem Einlass bestehen, welcher winklig verstellbar ist, mit dem Zweck, den Winkel, den die Achse der Öffnung mit der Brennstoffoberfläche bildet, zu verändern.
Zu diesem Zweck kann der Ein lass in Form eines drehbaren Bestandteils aus gebildet werden, in welchem die Achse der Öffnung in einem Winkel zur Drehachse ver läuft. Eine solche Regulierung der Geschwin digkeit und/oder des Winkels kann während der Verbrennung durchgeführt. werden, um etwaige Bedingungsänderungen, die zu einer Veränderung der Zusammensetzung der Feuergase führen könnten, auszugleichen.
Es wurde bekanntlich schon vorgeschla gen, in einem Drehtrommelofen die Luft für die Verbrennung in Form eines Strahls aus einer winklig verstellbaren Düse gegen eine sieh fortwährend längs der innern Oberfläche der geneigten, sich drehenden Trommel bewe gende Masse von körnigem oder würfligem Brennmaterial zu richten. Die Rotation der Trommel bewirkt jedoch eine bezüglich der Trommelachse transversale, fortgesetzte Be wegung der Brennstoffpartikel gegeneinan der. Unter diesen Bedingungen wäre es nicht. möglich, den Umsetzungsgrad in der Ver brennungszone nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu regulieren. Für das erfindungs gemässe Verfahren ist. ein stabiles Brennstoff bett gemäss obiger Definition erforderlich.
Es ist leicht einzusehen, dass zwei oder mehr Lufteinlässe angebracht werden können, von denen die einzelnen die Luft gegen ver schiedene Teile der gleichen Brennstoffober fläche oder gegen getrennte, an verschiedenen Stellen der Vorrichtung angeordnete Brenn stoffoberflächen richten. Die Öffnungen des Lufteinlasses oder der Lufteinlässe können eine beliebige gewünschte Gestalt, beispiels weise eine runde Form oder die Form eines Schlitzes, aufweisen. Es ergibt sich daraus, dass der in der vorliegenden Beschreibung angewandte Ausdruck Strahl einen Luft strahl von der Form eines dünnen Bandes, wie ein solches beispielsweise durch eine schlitzförmige Einlassöffnung erzeugt wird, einschliesst.
Die Breimst.offtragmittel können einen Körper bilden, welcher durch Seitenwände und einen horizontalen oder geneigten Boden zum Tragen des Brennstoffes begrenzt ist. und eine seitlielie Öffnung aufweist, durch welche eine abgemessene -Menge des Brenn stoffes auf die Bodenfläche austreten und so unter dein Einfluss der Schwere ein stabiles Brennstoffbett bilden kann, welches eine ge neigte, freie Böscllungsoberfläclle aufweist.
Der Lufteinlass kann in einer den Verbren nungsrahm nach oben abgrenzenden Wand, ausserhalb der freien Oberflüche des Brenn stoffes angeordnet. werden, wobei die 3elise der Einlassöffnung abwärts gegen die freie Oberfläche gerichtet. wird. Zwecks fortlaufen der Erneuerung des Brennstoffbettes während der Verbrennung kann die Brennstofftrag- vorrichtung aus einem Trichter mechanisch oder durch Einwirkenlassen der Schwere finit Brennstoff gespeist werden.
In einem Ofen kann ein zu erhitzender Gegenstand, beispielsweise ein Tiegel oder eine Muffel, ini Verbrennungsraum ausser halb der Brennstoffoberfläche eine beliebige, passende Lage einnehmen. Die Gase haben das natürliche Bestreben, sich bei ihrem Durch gang durch das Brennstoffbett.
von der Stelle ihres Eintretens bis zu der Stelle ihres -Aus- tretens auszubreiten, und dieses Bestreben kann zu materiellen Unterschieden in der Zu sammensetzung der aus verschiedenen Teilen der Breiliistoffobei-fläche austretenden und durch verschiedene Zonen des Verbren , nungsraumes streichenden Gase führen.
Diese Schichtung der Gase kann zweckmässig dazu verwendet werden, in einem ausgewählten Teil des Verbrennungsraumes eine begrenzte Zone hoher Temperatur zu erzeugen, bei spielsweise durch Anbringen einer Ablenk- vorrichtung an geeigneter Stelle, um das Ver mischen der Gase zu fördern.
Wenn anderseits ein derartiges verspätetes Vermischen der Gase nicht erwünscht. ist, so kann ein Hilfs mittel verwendet werden, uni dein natürlichen Bestreben der Seliielitenbildung> entge < ,renzu- wirken, beispielsweise eine Ablenkvorrielitung, die zwecks Störung des natürlichen CTasstro- ines innerhalb oder in der Begrenzung des Brennstoffbettes angeordnet wird.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird ini nachfolgenden an Hand der in Fig. 2 bis 7 der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der erfin- dungsgemässen Vorrichtung beispielsweise er läutert. Es zeigt:
Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch einen mit. einem Paar winklig verstellbarer Luftdüsen ausgestatteten, mit Koks gefeuer ten Tiegelofen, Fig.3 einen vertikalen, durch die Linie 3-3 der Fi-. 2 gelegten Schnitt, Fig. 1 einen horizontalen, durch die Linie 4--4 der Fig. 2 < gelegten Schnitt, Fig. 5 einen vertikalen,
durch die Linie a-5 in Fig. 6 gelegten Querschnitt durch einen mit einem selilitzförmigen Lufteinlass von veränderlicher Weite versehenen, mit Koks befeuerten lluffelofen, Fig. 6 einen horizontalen, durch die Linie 6--6 der Fing. 5 gelegten Schnitt und Fig.7 einen vertikalen, durch die Linie 7-7 der Fig-. 6 gelegten Schnitt darstellt.
In einem Tiegelofen der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Bauart wird der (nicht gezeigte) Tiegel auf einen zentralen Träger 10 im In nern des Verbrennungsraumes 1.1 gestellt, durch welchen die Verbrennungsgase aufwärts durch den in der Decke 13 des Ofens befind lichen Gasabzug 12 streichen. Zu beiden Sei ten des zentralen Verbrennungsraumes sind gasdichte Brennstofftrichter 1-1 und 15 ange bracht, durch welche die zugehörigen Brenn stoffherde 1.8 und 19 mit Koks gespeist wer den, welcher infolge Scliwerewirkung durch die Schächte 16 und 17 nach unten wandert.
Der Sehacht 16 ist seitlich durch die Ab- sehlusswand 20, die Seitenwände 21 und 22 und die Innenwand 23, und nach unten durch den Boden 21 begrenzt. Eine seitliche Öff nung, die oben durch die untere Kante 23a der Innenwand 23 und unten durch den Bo den 21 begrenzt ist, lässt eine beschränkte Menge Koks aus dem Schacht.
16 auf den die genannte Öffnung unten begrenzenden Boden 2-I austreten, so dass infolge '-,ehwere@virkung das Brennstoffbett 18 entsteht, welches eine geneigte, freie Böschungsoberfläche 25 auf weist.
In ähnlicher Weise ist der Schacht 17 durch die Abschlusswand 26, die Seitenwände 27 Lind 28, die Innenwand 29 und den Boden 30 begrenzt und weist zwischen der untern Kante 29a und dem Boden 30 eine seitliche Öffnung auf, damit das Brenüstoffbett 19 mit der freien Böschungsoberfläche 31 entstehen kann. Im untern Teil der Wände 20 und 26 befinden sich Öffnungen 20a bzw. 26a für die Ableitung der Asche. Diese Öffnungen sind normalerweise verschlossen.
Nahe der Basis der Innenwand 23 befindet sich ein horizontaler zylindrischer Hohlraum 32, der sich von der Aussenseite des Ofens in einer Länge von etwa einem Drittel der Breite des Ofens nach innen erstreckt und mit einer sich erweiternden Öffnung 33 verbunden ist, die über der Oberfläche des Brennstoffbettes auf der einen Seite desselben, das heisst auf der linken Seite, bezogen auf Fig. 3 (in wel cher der Hohlraum 32 allerdings nicht gezeigt ist), in den Verbrennungsraum einmündet.
Der Hohlraum 32 nimmt eine drehbare Düse 34 auf (siehe Fig. 4), die eine zu der an ihrem innern Ende befindlichen Düsenöffnung 36 führende, axiale Luftzuleitung 35 aufweist. Die Achse der Düsenöffnung 36 verläuft quer zur Achse der Düse in einem Winkel von etwa 450. Die Düsenöffnung 36 richtet die aus ihr durch die sich gegen das Brennstoffbett hin erweiternde Öffnung 33 ausströmende Luft auf die Brennstoffoberfläche 25, wobei der Winkel, in welchem die Luft auf die Brenn stoffoberfläche auftrifft, durch Drehung der Düse 34 verändert werden kann.
Nahe der Basis der andern Innenwand 29 befindet sich ein ähnlicher Hohlraum 37, welcher eine dreh bare Düse 38 ähnlicher Konstruktion auf nimmt. Der Hohlraum 37 befindet sich auf der entgegengesetzten Seite des Ofens, das heisst auf der rechten Seite, mit Bezug auf Fig. 3.
Wie man sieht, richten die Düsenöff nungen die Luft für die Verbrennung abwärts auf die entsprechenden freien Oberflächen der Brennstoffbetten, und zwar mit einer tangen- tialen Komponente in bezug auf den zentralen Verbrennungsraum 11, so dass die aus den freien Brennstoffoberflächen entwichenen Verbrennungsgase in schraubenförmiger Bahn durch den genannten Raum aufsteigen und den auf dem Träger 10 befindlichen Tiegel umspülen.
Nährend des Betriebes des oben beschrie benen Tiegelofens wird die Zusammensetzling des Gemisches der Feuergase dureh Verstel lung des Winkels, den die Achsen der Düsen öffnungen mit den freien Oberflächen der Brennstoffbetten bilden, geregelt. Die Luft zufuhrmenge wird derart reguliert, dass sieh für die gewählte Zusammensetzung des Ge misches der Feuergase das gewünschte Mass an Wärmeentwicklung ergibt.
Obwohl der mittlere Grad des Eindringens des Luftstrahls von der Geschwindigkeit desselben und von dessen Winkel bezüglich der Brennstoffober fläche abhängt, wird der mittlere Grad des Eindringens so durch Verstellen des Winkels reguliert, dass eine Änderung der Geschwin digkeit, welche eine Veränderung der Luft zufuhrmenge ergibt, nicht eine Veränderung des mittleren Grades des Eindringens verur sacht. Für ein zufriedenstellendes Funktionie ren ist im allgemeinen eine minimale Ge schwindigkeit von etwa 22,9 m/sec. erforder lich.
Der in den Fig. 5 bis 7 dargestellte Muffel- ofen weist einen in einen senkrechten Schacht 51 führenden, gasdichten Brennstofftrichter 50, einen Abzugsraum 52, einen sich in rech tem -N\'inkel zum Abzugsraum 52 erstrecken den Heizraum 54 und eine innerhalb des Heiz raumes 54 angeordnete, geneigte, röhrenför mige Muffel 55 auf. An seinem untern Ende ist der Schacht 51 durch Seitenwände 56 und 57, eine Abschlusswand 57a, eine Innenwand 58 und einen Boden 59 begrenzt.
Eine seit liche Öffnung, die oben dureh die untere Kante 58a der Wand 58 und unten durch den Boden 59 begrenzt ist, ermöglicht es dem Brennstoff, das Brennstoffbett 53 zu bilden, welches eine freie Böschungsoberfläche 60 auf weist, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 bis 4 beschrieben wurde. Der Lufteinlass be steht aus einem länglichen Gehäuse 61, das oben mit einem Luftzuleitungsrohr 62 verbun den ist und am Boden eine schlitzförmige Öffnung 63 aufweist. Das Gehäuse 61 ist in einer Öffnung der Ofendecke 64 eingelassen, und das Gehäuse und dessen Schlitz 63 sind in rechten Winkeln zur Achse des Abzugs raumes 52 angeordnet.
Die Achse des Schlit zes ist. in einem Winkel von etwa 45 gegen die Vertikale geneigt, und die wirksame Breite der Schlitzöffnung kann in nicht näher ge zeigter Weise mittels eines vertikal verstell baren Schiebers 65 verändert werden. Die Luft wird abwärts auf die freie Oberfläche 60 des Brennstoffbettes 59 gerichtet, und die Zu sammensetzung der Feuergase wird für eine vorbestimmte einstellbare Luftzufuhrmenge durch Regulierung der Luftgeschwindigkeit mittels des Organes 65 geregelt. Wenn bei einer bestimmten Einstellung der wirksamen Breite der Schlitzöffnung eine Veränderung der Luftzufuhrmenge eintreten möchte, so kann dies dadurch vermieden werden, dass der Luftdruck im Luftzuleitungsrohr in bekann ter Reise konstant gehalten wird.
Es sind im übrigen Massnahmen getroffen, damit das Mass der Hitzeentwicklung, also die Luftzufuhr menge, und die Zusammensetzung der Feuer gase sowohl unabhängig voneinander als auch gleichzeitig miteinander reguliert werden kön nen. Dasselbe soll, auch für das erstbeschrie bene Beispiel der Fall sein.
Die aus der freien Oberfläche 60 austre- tenden Feuergase durchlaufen in Richtung der in den Fig. 5 und 6 angegebenen Pfeile den Abzugsraum 52 und den Heizraum 54, welch letzterer sich in rechten Winkeln zum Abzugsraum erstreckt. Infolge der Verteilung der Gase bei ihrem Durchgang durch das Brennstoffbett unterscheiden sieh die in der Nähe des untern Endes der Brennstoffober fläche 60 austretenden Gase in ihrer Zusam mensetzung von denjenigen. die in der Nähe des obern Endes der genannten Oberfläche austreten, wie dies oben erklärt wurde.
So sind die durch den Abzugsraum 52 strömenden Gase in Schichten aufgeteilt, und zwar in obere, überschüssigen freien Sauerstoff ent haltende Schichten und in untere, übersehüs- siges Kohlenmonoxyd enthaltende Schichten. An der Verbindungsstelle zwischen dem Ab zugsraum 52 und dem Heizraum 54 wird die Bahn der Gase nm 900 abgelenkt, wobei die Vermischung der Gasschichten wesentlich be- günsti---t wird, was zur Folge hat, dass die Verbrennung im Heizraum 54 beträchtlich ge steigert und in diesem Heizraum in der Nähe der Verbindungsstelle mit dem Abzugsraum 52 eine Zone hoher Temperatur gebildet wird.
Die Gase strömen schliesslich aus dem Heiz raum 54 in ein Flammrohr 66 mit. Zug regler 67.
Die zu erhitzenden Gegenstände werden fortlaufend durch die geneigte, röhrenförmige Muffel 55, vom obern zum untern Ende der selben, durchgeleitet. j@Tegen der sehr hohen Temperatur, die mit dem oben beschriebenen Muffelofen erzielt werden kann, eignet. sich dieser besonders für die Fabrikation von Ba riumkarbid nach einem Verfahren, gemäss welchem Brikette, die aus einem Gemisch von Bariumcarbonat und Kohle bestehen, zusam men mit einem Wasserstoffstrom, welcher durch das Abzweigrohr 68 eingeführt wird, abwärts durch die Muffel geleitet werden.
Die Muffel besteht zweckmässig aus einem Kohlerohr 69, welches von einem äussern Schutzmantel 70 aus feuerfestem Material umgeben ist.
Die Asche fliesst in flüssiger Form aus dem Brennstoffbett längs der im Boden 59 befind lichen Rinne 77 in einen Abfluss 72 für das Ablassen der Asche. Zufolge der Berührung mit den heissen Gasen im Abzugsraum 52 ver bleibt die Asche während ihres Abfliessens zum Abfluss 72 im flüssigen Zustand. Um die zerfressende Wirkung der flüssigen Asche auf die Kanten des Abflusses 72 zu vermindern, wird rund um diese Kanten ein Kühlrohr 73 angebracht.