Verfahren zum Umwandeln der Energie von Verbrennungsgasen <B>-</B> und Anlage zur Durchführung dieses Verfahreng. Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zum Umwandeln der Ener gie von Verbrennunggsgasen eines unter dem Drucke von wenigstem zwei Atmosphären be- triebeilen Gleichdriiek-Verbreiin-uin,-,Sprozesses.
In der Industrie gibt es zahlreiche Wärnieprozesse, in denen die "#N,7ärme von Feuergasen unmittelbar auf das züi behan- eIelnde Gut oder vermittels Erhitzer auf einen zweiten Wärmeträger<B>-</B> Luft, Gas, Dampf<B>-</B> oder auf Strahlungsflächen übertragen wird. In der Regel kann bei diesen Prozessen die Temperatur der Feuergase von etwa 14000<B>C</B> nur innerhalb eines bestimml 'en Temperatur- intervalles ausgenutzt werden.
Die Grenzen werden nach oben durch das Baumaterial der Apparatur oder das zu behandelnde Produkt bestimmt und nach unten durch die für die Wärmeübertragung notwendige Temperatur differenz zwischen dem wärmetragenden Gas und dem wärmeaufnehmenden Körper.
Die notwendige Senkung der Feuergas- temperatur auf die in den Wärmeprozessen anwendbare Temperatur sowie die Aus nutzung der in dein Prozess nicht verwert baren Wärme der untern Temperaturstufe wird in den bestehenden Anlagen auf eine unwirtschaftliche Art durehgeführt, das zei gen folgende praktische Beispiele: In geschlossenen Wärmekraftanlagen, die mit verdichteter Luft als Betriebsmittel ar beiten, wird die Luft in einem Kreisiauf durch einen Verdichter und Lufterhitzer mit angeschlossener Arbeitsturbine geleitet.
Die Betriebsluft arbeitet in den Temperatur grenzen von etwa<B>350-6500 C;</B> sie tritt näm lich mit einer Temperatur von etwa ö50c <B>C</B> in den Erhitzer und verlMt denselben mit einer Temperatur von etwa 650(1 <B>C.</B> Der Luft erhitzer wird von Feuergasen bespült, deren Temperatur von 14000<B>C,</B> dadurch dass man ihnen einen Teil der Abgase zusetzt und somit diesen mit einem entsprechenden Kraftauf wand umwälzt, auf die zulässige. Metalltempe ratur des Erhitzers, also z. B.<B>8000 C,</B> gesenkt wird.
Die aus dem Erhitzer abströmenden Feuergase haben eine Temperatur,<B>die um</B> etwa<B>1000</B> C'Viber der eintretenden Luft liegt, also eine Temperatur von 450"<B>C.</B> Diese rest liche Feuergaswärme geht entweder verloren oder wird auf eine unwirtschaftliche Weise ausgenutzt, nämlich zur Vorwärm-Ling der Verbrennungsluft; das bewirkt eine weitere Steigerung der Feuergastemperatur, und diese erfordert eine Vergrösserung der umzuwäl zenden Gasmenge, also einen zusätzlichen Energieaufwand.
In Brennöfen der Zementindustrie verlas sen die Feuergase die Brenntrommel mit einer Temperatur von etwa<B>6000 C.</B> Die restliche Gaswärme wird zur Dampferzeugung in einem Abhitzekessel mit angeschlossener Dampfmasehine für die Krafterzeugung aus genutzt, also mit dem schlechten Wirkunäs- grad einer Dam.pikraftanlage. Als drittes Beispiel sei noch eine Trocken anlage für ein wasserreiches Gut angeführt. In diesem Falldbhaben die Abgase, selbst wenn sie eine verhältnismässig niedrige Tempera tur von z.
B. 2000<B>C</B> haben, infolge des in dem Verdampfungsprozess aufgenommenen Wasser dampfes, einen, zusätzlichen Wärmeinhalt. Be- müliungen, diese Wärme mittels Wärme- austauschapparate in einem praktisch bedeu tungsvollen Masse auszunutzen, sei es für die Krafterzeugung, sei es für sonstige Zweeke, würden aber an der notwendigen Grösse der Wärmeübertragungsflächen scheitern.
Die Ausnutzung der Verdampfungswärme ver mittels WärmeaustausehkÖrper seheitert über dies schon daran, dass das abströmende Gas- Dampf-Gemiseh in fast allen Fällen Staub aus dem Prozess mitführt, der sich bei einer Senkung der Temperatur unter die Konden sationsgrenze des Dampfes an den nassen Wärmeaustausehflächen absetzen und den Wärmeübergang unterbinden würde, und dass schon bei über<B>1000</B> C kondensierenden Ver bindungen, z.
B. Sehwefelverbindungen, Kor rosionen hervorgerufen würden.
Es ist ein Ziel der Erfindung, die in den Verbrennungsgasen vorhandene Energie für die Krafterzeugung auszunutzen und die Temperaturangleichung der Feuergase an die in den vorgenannten Prozessen anwend baren Temperaturen auf eine wirtschaff- lichere Art für die Krafterzeugang durchzu führen.
Gemäss der Erfindung wird das dadurch erreicht, dass die Verbrennungsgase naebein- ander durch zwei Vorrichtungen geleitet. wer den, wobei in jeder derselben ein Teil ihrer Energie ausgenutzt wird, -Lind die Umwand lung in kinetisehe Energie in einer dieser Vorrichtungen unter Ausnutzung des grösse ren Teils des zur Verfügung stehenden Druck gefälles und eines Teils des zur Verfügung stehenden Temperaturgefälles der Verbren nungsgase erfolgt.
Die Erfindung bezieht, sieh ferner auf eine Anlage zur Durchführung dieses Ver fahrens. Erfinclungsgemäss ist sie gekenn zeichnet durch eine unter dem Druck von wenigstens zwei Atmosphären betriebbare Verbrennungskammer, die einen Abzug für die Verbrennungsgase besitzt, der mit einer Vorrichtun verbunden ist, in der die Gase unter Expä nsion bis auf einen Druek, der mindestens annähernd bei Atmosphärendruek liegt, einen Teil ihrer Energie in Bewegungs energie einer Flüssigkeit umwandeln,
wobei für die Verbrennungsgase in Reihe mit der genannten Vorriehtung eine weitere Vorrieh- tung zur Übertragung eines Teils der W, ärme der Verbrennungsgase auf ein anderes Me dium angeordnet ist.
An Hand der beiliegenden Zeiehnung werden zwei Ausführungsbeispiele des Ver fahrens nach der Erfindung näher erläutert: Fig. <B>1</B> zeigt eine Anlage zur Ausübung des Verfahrens gemäss der Erfindung für die Ausnutzung des obern Temperaturintervalles der Verbrennun-,-sgase, wobei eine za der An lage gehörende Vorriehtung im Längssehnitt, die übrigen lediglieh sehematiseh in Ansieht dargestellt sind.
Fig. 2 zeigt die in Fig. <B>1</B> im Sehnitt dar gestellte VorriehtLin- in einem Längssehnitt nach Linie 11-II.
Fig. <B>3</B> zeigt eine Anlage zur Aasübung des Verfahrens gemäss der Erfindung für die Ausnutzung des untern Temperaturintervalles.
Bei der Anlage nach Fig. <B>1</B> Lind 2 wird Kohlenstaub aus einem Kohlenstaubbunker <B>1</B> unter einem Druck von<B>13</B> kg/eM2 dureh ein Rohr 2 in Riehtunz des Pfeils A in eine Ver brennungskammer<B>3</B> gebraeht. Die Verbren nung erfolgt also unter einem Druck von <B>13</B> kg/eM2. Die Verbrennungskammer<B>3</B> kann in bekannter Weise so ausgebildet sein, dass die A.sehe sehmelzflüssi,- "eniaelit,
in einem Behälter 4 mittels Wasser granuliert und ab gezogen wird. Die Verbrennungsgase werden, nachdem sie gegebenenfalls mittels Prall- stücken, Gitter oder dergleiehen von Flug- asehe gereinigt worden sind, durch einen<B>Ab-</B> zug<B>5</B> und ein Zuleitungsrohr<B>6</B> mit einem Driiek, der dem erwähnten Driieh von <B>13</B> kg/em.2 gleicht, und einer Temperatur von etwa 14000 C einer Vorriehtung zugeführt,
die ans drei nebeneinanderstehenden Kam- inern <B>7</B> besteht. Es ist zweckmässig, noch mehr solcher Kammern, z. B. vier oder sechs Kammern, vorzusehen. Die Zuleitung und Verteilung der Verbrennungsgase auf die einzelnen Kammern<B>7</B> erfolgt über ein Ventil <B>8,</B> das durch Wasser gekühlt wird. Das Küeken <B>9</B> des Ventils<B>8</B> besitzt für jede der Kammern<B>7</B> eine Bohrung<B>10,</B> durch die die Kammer<B>7</B> entweder m.it dem Zuleitungsrohr <B>6</B> oder mit einem Ableitungsrohr<B>11</B> verbun den werden kann. In einer dritten Steilung schliesst das Ventil<B>8</B> die Kammer<B>7</B> ab.
Die den einzelnen Kammern<B>7</B> zugehörigen Boh rungen sind gegeneinander derart versetzt, dass infolge Überschneidens der Ströme stets gleich grosse Gasmengen kontinuierlich zu strömen und abströmen. Das Ventil<B>8</B> ist gleiehzeitig als Deckel der Kammern<B>7</B> aus gebildet. Die Wand der Kammern<B>7</B> ist mit einer feinporigen Masse ausgekleidet. Es eignen sich dazu feuerfeste, poröse kera- misehe Stoffe. Eine Haube 12 aus einem gleichen oder ähnlichen Stoff trennt eine Wassersäule 14, die die Kammer<B>7</B> zu Beginn cleh, Arbeitsprozesses füllt, von den einströ- inenden Verbrennungsgasen.
Die Haube 12 kann aLs, Schwimmer ausgebildet oder mit einer Kolbenstange<B>15</B> verbunden sein, die in einer Führung<B>16</B> geführt ist. Zwischen Haube 12 und Wand der Kammer<B>7</B> besteht ein Spalt von etwa einem Millimeter.
Das untere Ende jeder Kammer<B>7</B> ist mit eineni aus Metall gebildeten Ausflussteil <B>17</B> für das W asser versehen. Die Ausflussteile <B>17</B> aller Kammern<B>7</B> sind mit einem gemeinsa men Auslassventil <B>13</B> verbunden. Das Ventil <B>13</B> hat<B>f</B> Cir jede Kammer<B>7</B> eine Öffnung, die ,je nach Stellung des Ventils entweder mit einem parallel zur Reihe der Kammern<B>7</B> lie genden zentralen Rohr<B>18</B> oder mit einem dieses Rohr<B>1-8</B> koaxial umgebenden Rohr<B>19</B> oder einer Leitung<B>33</B> verbunden werden kann.
Mit dem Rohr<B>18</B> ist ein Druck- ausgleiehsgefäss 34 verbunden.
Das zentrale Rohr<B>18</B> ist an einem Ende mit, einer Düse 20 versehen. Diese Düse 20 mündet zentral in eine Düse 21, in welche das Rohr<B>19</B> endet. In der Düse 21 wird der aus der Düse 20 unter konstantem Druck und mit hoher Geschwindigkeit austretende Flüssigkeitsstrom mit dem aus dem Rohr<B>19</B> bei entsprechend der Gasexpansion veränder lichem Druck austretenden Flüssigkeitsstrom vereinigt. Der axis der Düse 21 mit einer m.itt- leren Geschwindigkeit austretende Flüssig keitsstrom wird äber die Leitung 22 der Wasserturbine<B>23</B> zugeleitet, deren Auslauf seite mit dem Rohr<B>33</B> verbunden ist.
Das Ableitungsrohr<B>11</B> mündet in einen Wärmeaustauseber 24. Die Ausgangsseite des Wärmeaustauschers 24 inündet in einen Schornstein<B>25.</B>
Nach der Anordnung verläuft der Prozess folgendermassen: Von dem Verdichter <B>29</B> strömt ein Teil der Verbrennungsluft unter einem Druck von<B>13</B> kg/em2 in den Kohlen- staubbunker <B>1</B> und drückt durch das Rohr 2 Kohlenstaub in den Verbrennungsraum<B>3.</B> Gleichzeitig strömt der Hauptteil der ver dichteten Verbrennungsluft durch das Rohr <B>30</B> in den Verbrennungsraum<B>3.</B>
Im Verbrennungsraum erreichen die Ver brennungsgase eine Temperatur von etwa 14001><B>C</B> bei einem gleichbleibenden Druck von etwa<B>13</B> kg/cm2. Diese Gase strömen unter Aufreehterhaltung dieses Druckes und dieser Temperatur in eine der Kammern<B>7</B> entspre- ehend der Stellung des Ventils<B>8</B> und drücken das Wasser durch den Raum<B>18</B> und die Düse 20 in die Leitung 22.
Nachdem die Haube 12 einen bestimmten Weg durchlaufen hat, wird das Ventil<B>8</B> derart umgeschaltet, dass das obere Ende der Kammer<B>7</B> geschlossen ist und eine andere Kammer<B>7</B> für die durch die Leitung<B>6</B> einströmenden Gase geöffnet -vn-rd. In der zunächst betrachteten Kammer<B>7</B> expandieren jetzt die darin abgeschlossenen Heizgase unter Abnahm.e ihres Druckes auf etwa<B>1,5</B> kg/em2 und Abnahme ihrer Tempe ratur auf etwa<B>700-8000 C.</B> Während dieses Vorganges wird das Ventil<B>13</B> so umgestellt, dass das Wasser aus der Kammer<B>7</B> in den Raum<B>19</B> und von dort über die Düse 21 in die Leitung 22 strömt.
Vorzugsweise sind die Ventile<B>8</B> und<B>13</B> miteinander gekuppelt. Nachdem die Expansion in genanntem Um:- fange erfolgt, ist, wird das Ventil<B>8</B> derart verstellt, dass der Innenraum der Kammer<B>7</B> mit der Leitung<B>11</B> in Verbindung kommt. Gleichzeitig wird das Ventil<B>13</B> so verstellt, dass die Ausflussseite der Kammer<B>7</B> init der Leitun--- <B>33</B> verbunden ist.
Die in der Kammer <B>7</B> befindliehen Verbreimungsgase, die eine Temperatur von<B>700-8000 C</B> und noch einen Druck von etwa<B>1,5</B> kg/cm2 besitzen, strömen jetzt durch das Rohr<B>11</B> in den Wärme- austauscher 24 und dann in den Sehornstein <B>25.</B> Gleichzeitig füllt sieh die Kammer<B>7</B> über das Ventil<B>13</B> und die Leitung a'ä iiiit dein Abwasser der Turbine<B>23.</B> Nachdem die Haube 12 ihre obere Stellung erreicht hat, wird das Ventil<B>8</B> und dementsprechend auch das Ventil<B>13</B> wieder umgeschaltet,
so dass sich der ganze Vorgang wiederholt.
Es wird also hier einer in der Industrie üblichen Art der Ausnutzun- der Wärme #on Verbrennungsgasen eine Vorrichtung vorgesehaltet, mit der die für den Prozess notwendige Senkung der Temperatur der 21 Verbrenn-ungsgase auf etwa 700-8001' <B>C</B> durch eine Expansion der Gase dureligeführt, ZM wird.
Filg. <B>3</B> zeigt ein Beispiel, bei dem das untere Teniperaturintervall der Verbren nungsgase ausgenutzt wird, Lind zwar in der Weise, dass die Energie der Abgase einer Trockenanlage, die bisher zur Erzeugung ki netischer Energie gar nicht oder mit sehr ge ringem Wirkungsgrad ausgenutzt werden konnten, mit besserem Wirkungsgrad in ki- netisehe Ener-ie um--ewandelt werden.
Nach der Anordnung Fig. <B>3</B> wird Kohlen staub aus einem Kohlenstaubbunker <B>35</B> durch eine Leitung<B>36</B> unter einem Druck von 12 k_"Y/eni2 über einen Brenner<B>37</B> der Ver brennungskammer<B>38</B> zugleführt. Der Haupt teil der Verbrennungsluft wird ebenfalls unter einem Druck von 12 kg/ein2 durch die Leitung<B>58</B> in den Verbrennungsraum gelei tet. Der Druck der in den Kohlenstaubbunker <B>35</B> Lind in den Brenner<B>37</B> geleiteten Luft wird durch einen in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Verdiehter <B>.957</B> er zeugt.
Die Verbrennungsgase ziehen eiltsnr-,-- chend dem Pfeil B in die Troekenvorriehtung <B>39.</B> Als Trockenvorriehtun ist hier ein an sieh bekannter Ringselleibentroekner darge stellt.
'Derselbe besteht im wesentlichen aus einem drehbar an--eordneten Rin- vsteni 40 <B><I>b</I></B> n82 init einer ---rössereii Zahl übereinander an,-e- ordneten durehbroehenen Ringseheiben 41, über die das züi trocknende Gut von oben nach unten durch den Troekner geleitet wird. Die Troekenvorrielitiiii-- <B>39</B> ist mit einer Füll öffnung 44 und mit einer Auslassöffnung 45 versehen.
Beide Öffnun-en sind we-en des in der Troekenvorriehtung <B>39</B> bestehenden Druckes von etwa<B>12</B> kg/eni2 iiiit entsprechen den Schleusen versehen, die in der Zeieh- nun- nicht dargestellt sind.
Iiii Zentrum des Rings L, ystems 40 sitzen auf einer drehbar an- geordneten Achse 43 mehrere übereinander angeordnete Gebläse 42.
Die aus dem Ver- brennun'-Sraum <B>38</B> durch mehrere öffnungen 46, 47, 48 der Zviinderwand (ler Vorriehtung <B>39</B> in diese eindrin-enden Verbrennungsgase werden durch die Gebläse 42 in eine krei sende Bewe-ung -ebraelit so dass sie wieder holt mit dein zu troeknenden Gut in Berüh rung kommen.
Die Verbrennungsgase nehmen dabei den aus dem züi trocknenden Gut ent wickelten Wasserdampf auf und kühlein sich dabei auf eine wesentlich niedrigere Tempe ratur ab. Beim Trocknen von Torf oder Braunkohle liegt diese Temperatur bei etwa 20011 <B>C.</B> Dieselbe kann je nach der Trocken- vorriehtung und dein zu behandelnden Mate rial auch höher liegen, beispielsweise bei <B>5000 C,</B> wenn die, Troeknerleistung bei den gleichen Abmessungen der Apparatur gestei gert werden soll.
Diese auf etwa<B>500</B> bis 20011 <B>C</B> abgekühlten und mit Wasserdampr beladenen Gase werden durch eine Leitung 49 in den Staubabseheider <B>50</B> und von dort in den Ener ieumformer entsprechend Fig. <B>1</B> und 2 geleitet.
Die Gase werden also zunächst unter Auf- reehterhaltuno, des im Verbrennun-sraum herrschenden Druckes von mehreren Atmo sphären durch den Wäriiieprozess geleitet, geben dort die in dem Prozess benötigte Wärme ohne Ausnutzung eines 11)itiekgefälles ab, so dass der Druck ini wüsentlichen auf- reehterhalten wird. Dann strömen sie unter diesem Druck in den Energieumformer.
Die Herabsetzung der Temperatur kann hier daher besonders weitgehend sein, wobei gün stigste Druekverhältnisse, z. B. ein optimales Druckverhältnis von<B>1:10,</B> gewählt werden können. Falls die Gase Dampf in dem Wärme- prozess aufgenommen haben, kann dabei ein Teil der Verdampfungswärine des Dampfes <B>z</B> ausgenutzt werden.
<B>c</B> Uni eine unmittelbare Berührung der heissen Gase mit der Flüssigkeit und eine da durch bedingte Wasserverdampfung zu ver hindern, wird wie beschrieben der Spiegel der Flüssigkeit durch eine schirmende Haube von den, Gas getrennt. Es genügt ein feiner Spalt zwischen der Haube und der Gefässwandung für die Übertragung des Gasdruckes auf die Flüssigkeit, so dass der unmittelbare Wärme übergang an die, Flüssigkeit auf ein prak- tiseh unbedeutendes Mass beschränkt wird.
Wenn diese Haube sowie die Wandung des Gefässes aus einer keramischen Masse be steht, die leine Poren besitzt, füllen sich diese mit der Flüssigkeit. Diese Porenfeuchtigkeit verhindert einen Wärmeabfluss durch die Wandung, da diese nur eine dem Gasdruck entsprechende Wasser- bzw. Dampftempera tur annehmen kann. Die Verdainpfung der Porenfeuehtigkeit erstreckt sieh erfahrungs gemäss trotz der auftretenden hohen Tempe ratur über eine längere Zeit, so dass in der kurzen Zeit, in der die Gase während eines Hubes mit der Wandung des Gefässes in Be rührung kommen, nur ein geringer Teil der Porenfeuelitigkeit verdampft wird.
Die Konstruktion eines solchen Energie- uinformers ist unempfindlich gegen Staub der Betriebsgase.