DE1401765A1

DE1401765A1 - Process for the combustion of liquid or gaseous fuels and boiler firing for practicing the process

Info

Publication number: DE1401765A1
Application number: DE1962B0068888
Authority: DE
Inventors: Berger Ing Otto
Original assignee: BERGER ING OTTO
Current assignee: BERGER ING OTTO
Priority date: 1961-09-29
Filing date: 1962-09-18
Publication date: 1968-10-17
Also published as: AT225330B; ES281092A1; CH404056A; GB1015428A

Description

FATE NTANWXLTEFATE NTANWXLTE

DR. ING. E. LIEBAU AU'-sburg-Göggingen, den 11.7· 1968 DR. ING. E. LIEBAU AU'-sburg-Göggingen, July 11th 1968

DIPL. ING. G. LIEBAU 1401765DIPL. ING. G. LIEBAU 1401765

INZ AUGSBURG-GÖGGINGF.NINZ AUGSBURG-GÖGGINGF.N

ν. HCHCHOOaM-BTi. η - m.33#4»ν. HCHCHOOaM-BTi. η - m.33 # 4 »

Dr.Lb/R Az B 4675Dr Lb/R Az B 4675

Ing. Otto Berger in WienIng.Otto Berger in Vienna

Verfahren zur Verfeuerung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe und Kesselfeuerung zur Ausübung des VerfahrensProcess for the combustion of liquid or gaseous Fuels and boiler firing to carry out the procedure

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verfeuerung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe und eine Kesselfeuerung zur Ausübung des Verfahrens. Eine wirkungsvolle Kesselfeuerung soll vor allem vier Forderungen erfüllen, nämlich eine möglichst vollkommene Verbrennung erzielen, die frei werdende Wärme mit größtem Effekt über die Heizflächen an das Wasser oder Heizmedien übertragen, eine schwingungsfreie und damit betriebssichere Flammenführung aufrecht erhalten und einen wahlweisen Betrieb mit flüssigen und gasförmigen oder festen Brennstoffen ohne große Umbauten ermöglichen.The invention relates to a method for burning liquid or gaseous fuels and a boiler to carry out the process. Effective boiler firing should above all meet four requirements, namely as perfect as possible Achieve combustion, the released heat with the greatest effect via the heating surfaces to the water or heating media transmitted, a vibration-free and thus operationally safe flame guidance upright and an optional Enable operation with liquid, gaseous or solid fuels without major modifications.

Es ist bekannt, daß zur Erzielung einer vollkommenen Verbrennung eine gute Durchwirbelung des Brennstoff-Luft-Gemisches notwendig ist und dafl eine teilweise It is known that to achieve a perfect combustion, a good turbulence of the fuel-air mixture is necessary and a partially DAFL

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Rückführung der Rauchgase zum Flammenkern den Effekt verbessert, da hierbei etwa noch unverbrannte Partikelchen nochmals oder mehrmals Gelegenheit haben, bei höherer Temperatur sich mit dem Luftsauerstoff zu verbinden.Returning the flue gases to the flame core improves the effect, as there are still some unburned particles have more or more opportunities to combine with the oxygen in the air at a higher temperature.

Bezüglich der Wärmeübertragung der Verbrennungswärme an die Heizflächen sind aus den allgemein gültigen Formeln für den spezifischen Wärmeübergang hauptsächlich zwei Komponenten von Bedeutung: die Wärmestrahlung, abhängig von der Temperatur und Schichtstärke der Heizgase und die Konvektion, abhängig von der Geschwindigkeit der an den Heizflächen vorbeiströmenden Gase.Regarding the heat transfer of the combustion heat to the heating surfaces are from the generally applicable Formulas for the specific heat transfer mainly two components of importance: the heat radiation, dependent on the temperature and layer thickness of the heating gases and the convection, depending on the speed of the Gases flowing past the heating surfaces.

Es ist durch die österr. Patentschrift Nr. 218.16ο ein Verfahren zur Verfeuerung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe in einem vorzugsweise von einem Wassermantel umgebenen, zylindrischen, bis auf"die" Rauchabzugsöffnung allseits geschlossenen Feuerungsraum bekannt geworden, bei dem durch eine exzentrische und vorzugsweise achsparallele Einführung des BrennstoffStrahles in den Feuerungsraum an dessen hinterem Ende eine Umlenkung der Heizgase bewirkt und zufolge eines verhältnismäßig engen Austrittsquerschnittes des sich in Brennernähe befindlichen Rauchabzuges in unmittelbarer Nähe der Rauchabzugseinmündung für die umgelenkten Rauchgase eine Stauzone geschaffen wird, so daß ein Teil der Rauchgase zwangsläufig an den Flammkern herangeführt wird, wobei noch unverbrannte Gasteilchen zur restlosen Verbrennung gelangen.It is through the Austrian patent no. 218.16ο a process for the combustion of liquid or gaseous Fuels in a cylindrical, preferably surrounded by a water jacket, except for "the" Smoke outlet opening closed on all sides became known, in which by an eccentric and preferably axially parallel introduction of the fuel jet into the combustion chamber at its rear end a deflection the heating gases caused and due to a relatively narrow exit cross-section of the one located in the vicinity of the burner Smoke vent in the immediate vicinity of the smoke vent junction for the deflected smoke gases, a stagnation zone is created, so that some of the flue gases are inevitably brought to the flame core, with still unburned Gas particles reach complete combustion.

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Hc- wurde auch bereits vorgeschlagen, die Flamme in Form eines Ovals durch den Feuerungsraum zu führen und .Ι·-:r an: Anfang ihres Weges zwecks Herbeiführung eines guten Brennstoff genas ehe ε Sekundärluft zuzuführen, .wobei die a'öe unbehinderten Abzug finden.Hc- has also already been proposed to the flame in the form of an oval through the furnace and .Ι · -: r an: the beginning of their way to bring about a good one Fuel recovered before ε to supply secondary air, where the a'öe find unhindered withdrawal.

Bei einer anderen Ausführungsform eines •i^izungskessels sind die Einströmdüsen gegen den Boden ces Feuerungsraumes gerichtet, um im Feuerungsraum eine wilde 'Zirbel ung zu erzielen. Eine verhältnismäßig große Anzahl von an der Decke des Feuerungsraumes vorgesehenen Abzugsrohren ermöglichen den ungehinderten Abzug der Rauchaase aus dem Feuerungsraum.In another embodiment, a • i ^ izungskessels directed the inlet nozzles against the floor ces firebox to produce clothes in the combustion chamber a wild 'pineal gland. A relatively large number of flue pipes provided on the ceiling of the combustion chamber enable the smoke gases to be extracted unhindered from the combustion chamber.

Durch die österr. Patentschrift Nr. lol.458 ist eine Verbrennungskammer für Staubfeuerung mit Flammenumkehr bekannt geworden, bei welcher innerhalb der. Verbrennungskammer eine exzentrisch gelagerte Walze derart angeordnet ist, daß das durch die Düse einströmende Brennstoff-Luft-Gemisch die Walze zwangsläufig umspülen muß, damit sich die groben Ascheteilchen an der Walze niederschlagen bzw, verflüssigen und in den Schlackenabstich hinunterfließen. Dabei gelangt die Flamme, sobald sie etwa drei Viertel des Walzenumfanges umspült hat, in einen vergrößerten Verbrennungsraum und erst von dort durch Kanäle mit verhältnismäßig großem Austrittsquerschnitt zu der Verbrauchsstelle. ,By the Austrian patent specification no. Lol.458 is a combustion chamber for dust combustion with flame reversal became known in which within the. Combustion chamber an eccentrically mounted roller like this it is arranged that the fuel-air mixture flowing in through the nozzle must inevitably wash around the roller, so that the coarse ash particles precipitate on the roller or liquefy and enter the slag tap flow down. The flame arrives as soon as it has washed around three quarters of the roller circumference, in an enlarged combustion chamber and only from there through channels with a relatively large outlet cross-section to the consumption point. ,

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:. Aus der US-Patentschrift Nr. 961.672 ist es bekannt geworden, das Brennstoff-Luft-Gemisch in einen allseits geschlossenen, langgestreckten,: im Querschnitt vierkantigen Feuerungsraum stirnseitig, exzentrisch und achsparallel entlang der oberen Decke des Feuerungsraumes einzublasen. Die Decke ist dabei als Zündgewölbe ausgebildet und grenzt einen parallel zum Feuerungsraum liegenden Zug ab, den die Heizgase nach einmaliger Durchströmung des Feuerungsraumes durchströmen.:. From U.S. Patent No. 961,672 it is became known, the fuel-air mixture in one elongated, closed on all sides: combustion chamber with a square cross-section at the front, eccentric and axially parallel along the upper ceiling of the combustion chamber to blow in. The ceiling is designed as an ignition vault and borders a parallel to the combustion chamber Train, which the heating gases flow through after flowing through the combustion chamber once.

Die Erfindung bezweckt die Erfüllung der eingangs erwähnten vier Forderungen unter Beseitigung der Nachteile bisher bekannter Verfahren. Die Erfindung geht dabei aus von einem Verfahren zur Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe in einem von einem Wassermantel umgebenen, bis auf die Rauchabzugsöffnung allseits geschlossenen, langgestreckten, im Querschnitt vierkantigen Feuerungsraum bei einer stirnseitigen exzentrischen und vorzugsweise achsparallelen Einblasung des Brennstoff-Luft-Gemisches entlang der oberen Decke des Feuerungsraumes. Das wesentliche Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Strömung an den ebenen Flächen des Feuerungsraumes in wiederholtem Umlauf zyklonbildend geführt wird, wobei sich der Zyklon in einem breiten Band von verhältnismäßig geringer Dicke an die vier in der Strömungsrichtung·gelegenen Feuerungswände, anschmiegt, und die verbrannten Heizgase zunächst in denThe invention aims to meet the four requirements mentioned at the outset while eliminating the Disadvantages of previously known methods. The invention is based on a method for the combustion of liquids or gaseous fuels in one surrounded by a water jacket, except for the smoke outlet opening on all sides closed, elongated combustion chamber with a square cross-section with an eccentric end face and preferably axially parallel injection of the fuel-air mixture along the upper ceiling of the combustion chamber. The essential feature of the invention The method consists in that the flow on the flat surfaces of the furnace in repeated circulation is performed cyclone-forming, the cyclone in a wide band of relatively small thickness to the four furnace walls in the direction of flow, and the burned gas first in the

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Kernraum des Zyklons abgedrängt werden, von wo sie stauungsfrei, das Einblasrohr für das Brennstoff-Luft-Gemisch in an sich bekannter Weise etwa senkrecht kreuzend, durch oberhalb des Feuerungsraumes liegende Rauchrohre abgeführt werden.The core space of the cyclone is pushed away from where the injection pipe for the fuel-air mixture is free of congestion in a manner known per se, crossing approximately vertically, through smoke pipes located above the combustion chamber be discharged.

Die Heizgase werden dadurch veranlaßt, mit hoher Geschwindigkeit wiederholt am Flammenkern vorbeizustreichen und am ursprünglichen Verbrennungsvorgang teilzunehmen, bis sie letzten Endes ausgebrannt aus dem ovalen Flammenring abströmen.The heating gases are thereby caused to repeatedly sweep past the flame kernel at high speed and participate in the original incineration process until they are ultimately burned out of the the oval flame ring.

An und für sich sind Zyklonfeuerungen längst bekannt, doch handelt es sich stets um solche mit kreisrunder Flammenführung. Diese hat jedoch den Nachteil, daß in dem Bereich, wo die Flamme eingeblasen wird, ehe feuerfeste Auskleidung vorgesehen werden muß, da die Flamme die Kesselwandungen berührt und beschädigen würde; außerdem würden sich Krusten ansetzen oder es müssen bei erforderlicher größerer Leistung große Feuerraumabmessungen gewählt werden. Das Neuartige an der vorliegenden Erfindung ist der langgestreckte ovale Zyklon, begrenzt durch ebene Flächen.Cyclone firing systems have long been known in and of themselves, but they are always circular ones Flame guide. However, this has the disadvantage that in the area where the flame is injected before refractory lining must be provided as the flame would touch the boiler walls and damage it; in addition, crusts would build up or large combustion chamber dimensions would have to be required if greater output is required to get voted. The novelty of the present invention is the elongated oval cyclone, delimited by flat surfaces.

Es ergeben sich aus dem erfindungsgemäßen Verbrennungsverfahren folgende Vorteile: der langgestreckte, quaderförmige Feuerungsraum gestattet eine hohe Feuerraumbelastung mit freier Flammenentfaltung in der Längs-It results from the combustion method according to the invention the following advantages: the elongated, cuboid combustion chamber allows a high combustion chamber load with free flame development in the longitudinal

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richtung und ergibt günstige '//ärmestrahlungsaustauschverhältnisse. Die Durchmischung der Feuergase mit dem Luftsauerstoff ist eine innige, so daß etwa unverbrannte Partikelchen wiederholt im geschlossenen Kreislauf an den Flammenkern herangebracht werden, wodurch die Verbrennung einen hohen Grad an Vollkommenheit erreicht. Die Verbrennungsgase füllen infolge der Umlaufströmung den Feuerraum gut aus, so daß die Verweilzeit der Verbrennunqsteilchen im Feuerraum ein Vielfaches gegenüber einer Feuerung mit einfacher Flammenumkehrung beträgt. Dieser Umstand ermöglicht jedem Gaselement eine längere Ausstrahlungsdauer, wodurch die spezifische Wärmeabgabe düth Strahlung erhöht wird. Das Abströmen der Heizgase aus dem Flammenring an jenen Begrenzungsflächen des Feuerraumes, die von der Strömung des Flammenringes nicht bestrichen werden, bewirkt eine stabile Strömung ohne Bildung von unregelmäßigen Stauzonen, so daß die Verbrennung ohne Schwingungen in gleichmäßigem Fluß erfolgen kann. Durch die allseitige und gleichmäßig intensive Wärmebeaufschlagung aller Flächen des Feuerraumes werden Wärmestauungen bzw. Überhitzungen an den Wandungen vermieden, so daß jede Schamottierung im Feuerraum unterbleiben kann.direction and results in favorable heat radiation exchange conditions. The mixing of the fire gases with the oxygen in the air is intimate, so that approximately unburned particles are repeatedly brought to the flame core in a closed circuit, causing the combustion achieved a high degree of perfection. The combustion gases fill the combustion chamber as a result of the circulation flow good, so that the dwell time of the combustion particles in the furnace is many times that of a Firing with simple flame inversion is. This fact allows each gas element a longer broadcast duration, whereby the specific heat emission is increased by radiation. The outflow of the heating gases from the flame ring on those boundary surfaces of the combustion chamber that are not affected by the flow of the flame ring be painted, causes a stable flow without the formation of irregular storage zones, so that the combustion can take place in a steady flow without vibrations. Due to the all-round and evenly intensive application of heat All surfaces of the combustion chamber prevent heat build-up or overheating on the walls, so that there is no need for any fireclay in the firebox.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer Kesselfeuerung zu dessen Ausübung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, welcheFurther details of the method according to the invention and a boiler for its exercise are explained in more detail with reference to the drawings, which

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ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch veranschaulichen. Ks zeiqt:illustrate an embodiment of the invention schematically. Ks shows:

Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Warmwasserkessel mit der erfindungsgemäßen Feuerung und
Fig. 2 einen Teilschnitt nach II-II der Fig. 1.Fig. 1 is a vertical section through a hot water boiler with the furnace according to the invention and
FIG. 2 shows a partial section according to II-II of FIG. 1.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Feuerungsraum 1 eine langgestreckte, von ebenen .Vänden begrenzte Form. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird in diesem Feuerungsraum 1 durch ein Einblasrohr an der oberen Decke eingeführt. Die Heizgase strömen etwa im Sinne der eingezeichneten Pfeile entlang der oberen Decke des Feuerungsraumes nach rückwärts an der Rückwand abwärts und im unteren Teil des Feuerungsraumes 1 wieder vorwärts und aufwärts, wo sie von den neu zuströmenden Heizgasen mitgenommen werden.In the illustrated embodiment, the combustion chamber 1 has an elongated, of flat walls with a limited shape. The fuel-air mixture is introduced into this furnace 1 through an injection pipe on the upper ceiling. The heating gases flow about in the sense of the arrows drawn along the upper ceiling of the combustion chamber backwards on the rear wall downwards and in the lower part of the combustion chamber 1 again forwards and upwards, where they are separated from the newly inflowing Heating gases are taken along.

Das Einblasrohr 2 ist in den Feuerungsraum so weit über die Ebene der Rohrwand 16 hineingeführt, daß es von den umlaufenden und den abströmenden Heizgasen bestrichen und damit erwärmt wird. Dadurch wird einerseits vermieden, daß sich an dem Einblasrohr 2 unverbrannte Teilchen festsetzen, anderseits wird eine ruhige Strömung der Heizgase ohne Störung durch die abziehenden Heizgase erreicht. ,.-.-.The injection pipe 2 is led into the furnace chamber so far above the plane of the pipe wall 16 that that it is coated by the circulating and the outflowing heating gases and thus heated. This will on the one hand prevents unburned particles from sticking to the injection pipe 2, on the other hand a steady flow is achieved of the heating gases is achieved without interference from the withdrawing heating gases. ,.-.-.

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Die Strömung der Heizgase hat die Form eines langgestreckten Zyklons, der sich als breites Band von verhältnismäßig geringer Dicke an die vier in der Strömungsrichtung gelegenen Feuerungswände anschmiegt. Durch den mehrfachen Umlauf ergibt sich die weiter oben bereits erwähnte Verbesserung der Verbrennung. Die Abführung der verbrannten Heizgase aus dem Inneren des Zyklons erfolgt in oberhalb des Feuerungsraumes angeordnete Rauchrohre 3 und einen mit einer Regelklappe versehenen Rauchabzug 4 in den Kamin. Zur Abführung der Heizgase ist eine den Feuerungsraum abschließende Feuertüre 5 mit einer entr sprechend ausgenommenen Auskleidung 6 versehen» :The flow of the hot gases has the shape of an elongated cyclone, which appears as a wide band of relatively small thickness to the four in the direction of flow located combustion walls. The multiple circulation already results above mentioned improvement of the combustion. The burnt heating gases are discharged from inside the cyclone in smoke tubes 3 arranged above the combustion chamber and a smoke outlet 4 provided with a control flap in the chimney. A fire door 5 with an entr appropriately provided with the excepted lining 6 »:

Der Kessel 7 besitzt einen Wasserraum 8, der sich an der Oberseite, an der Rückseite und links und rechts des Feuerungsraumes 1 erstreckt. Im unteren Teil des Feuerungsraumes 1 sind in dessen Längsrichtung Wasserrohre 9 angeordnet, die von den Heizgasen bestrichen werden und so die Heizfläche vergrößern. Diese Wasserrohre sind außerdem in Form eines Rostes angeordnet und ergeben die Möglichkeit, die Kesselfeuerung von Öl- oder Gasbetrieb auf einen Notbetrieb mit festen Brennstoffen umzustellen. Die Brennstoffe können hierbei entweder durch dieFeuertüre 5 oder durch einen besonderen Einfüllschacht auf den Rost gebracht werden. Die erforderliche Verbrennungsluft wird durch eine Öffnung 'unterhalb des Rostes durchThe boiler 7 has a water space 8, which is at the top, at the back and left and extends to the right of the combustion chamber 1. In the lower part of the furnace 1 are water pipes in the longitudinal direction 9 arranged, which are swept by the heating gases and thus increase the heating surface. These water pipes are also arranged in the form of a grate and allow the boiler to fire oil or To convert gas operation to emergency operation with solid fuels. The fuels can either go through the fire door 5 or through a special filling shaft on the grate. The required combustion air is through an opening 'underneath the grate

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den Kaminzug eingesaugt oder durch ein Unterwindgebläse eingeblasen.sucked in the chimney draft or blown in by an under-wind blower.

Die Feuertüre 5 nimmt das Einblasrohr 2 auf. Die feuerfeste Auskleidung 6 oder deren Außeneinfassung liegt ohne eine isolierende Schicht oder Dichtung unmittelbar an Wandungen des Kessels 7 an, welche den »Vasserraum 8 nach außen hin begrenzen und daher entsprechend gekühlt sind. Dadurch wird die von der feuerfesten Auskleidung der Feuertüre 5 aufgenommene Wärme laufend an das Kesselwasser abgeleitet. Dadurch wird einerseits die Auskleidung 6 geschont und ihre Haltbarkeit vergrößert. Anderseits wird die außerhalb der Türe liegende Dichtung Io vor zu starker Erhitzung geschützt. Die Türe ist mit Scharnieren an dem Kessel gelagert und sie wird durch Schrauben 13 an den Kessel angedrückt, um eine innige Berührung zwischen Auskleidung und Kessel aufrecht zu erhalten. Gleichzeitig wird eine Dichtungsschnur Io zusammengepreßt, die an den äußeren Seitenwänden der Feuertüre 5 in einer durch Profileisen 11 gebildeten Nut angeordnet ist. Der Kessel besitzt anderseits einen der Türe entsprechenden Steg 12, der bei Anziehen der Handhaben 13 (Fig. 2) die Dichtungsschnur Io zusammenpreßt und so eine sichere Abdichtung herbeiführt. The fire door 5 receives the injection pipe 2. The refractory lining 6 or its outer surround is without an insulating layer or seal directly on walls of the boiler 7, which the »Limit the water space 8 to the outside and are therefore appropriately cooled. This will make the refractory Lining the fire door 5 absorbed heat is continuously diverted to the boiler water. This will on the one hand, the lining 6 is spared and its durability is increased. On the other hand, the one outside the door lying seal Io protected from excessive heating. The door is hinged to the boiler and it is pressed against the boiler by screws 13 to ensure intimate contact between the lining and the boiler to maintain. At the same time, a sealing cord Io is pressed together, which is attached to the outer side walls the fire door 5 is arranged in a groove formed by profile iron 11. The kettle has on the other hand one of the door corresponding web 12, which when the handle 13 (Fig. 2) is tightened the sealing cord Io compresses and thus creates a secure seal.

Bei 15 ist noch der Vorlauf und bei 14 der Rücklauf aus bzw. in den Wasserraum des Kessels angedeutet. At 15 the flow and at 14 the return from or into the water space of the boiler is indicated.

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Claims

- Io - claims:

1. Method of burning liquid or gaseous fuels in one of a water jacket Surrounded, except for the smoke vent, closed on all sides, elongated, square in cross-section Combustion chamber with an eccentric and preferably axially parallel injection of the fuel-air mixture at the end along the upper ceiling of the furnace, characterized in that the flow to the flat surfaces of the combustion chamber is guided in repeated circulation to form cyclones, the cyclone being in a wide band of relatively small thickness on the four furnace walls located in the direction of flow hugs, and the burned heating gases are initially pushed into the core of the cyclone, from where they are jam-free, the injection pipe for the fuel-air mixture in a manner known per se approximately vertically crossing, are discharged through smoke pipes above the combustion chamber.

2. Boiler for the exercise of the method according to claim 1, using a surrounded by a water jacket, except for the smoke exhaust openings closed on all sides, elongated, square in cross-section combustion chamber with an end eccentric and preferably axially parallel arrangement of the

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et» Untertagen «Art 7 11 Ab·. 2 Nr. l Satz 3 des Änderungen·* ν. 4.9.1967)et »Underground« Art 7 11 Ab ·. 2 No. 1 sentence 3 of the amendment · * ν. 4.9.1967)

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Fuel-air-Geinisch injection device, characterized in that that the cross-section of the smoke tubes arranged above the combustion chamber is selected to be relatively large, so iaß a congestion-free discharge of the heating gases takes place, with the injection pipe on the upper ceiling of the combustion chamber is introduced into this over the level of the pipe wall that it is coated by the circulating heating gases and is heated, but the inflowing heating gases are shielded from the outflowing ones.

3. Boiler according to claim 2, with an injection pipe inserted into a furnace door, thereby characterized in that the lining of the furnace door is designed as a guide for the derived heating gases.

4. Boiler according to claim 3, characterized in that the lining of the furnace door is in direct contact with the water-cooled boiler wall.

5. Boiler according to claims 2 to 4, characterized in that in the lower part of the furnace, in the longitudinal direction of which water pipes are arranged, which are swept by the heating gases and Form a grate for solid fuels.

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