DE1451373A1 - Einrichtung zur Erzeugung von Heissgasen aus fluessigen oder gasfoermigen Brennstoffen - Google Patents

Description

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Herrn Dipi.-Ing.
Heinz Gerbert

5 Biberach to der Riß
lummernstr. 38

Einrichtung zur Erzeugung von Heißgasen aua flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Heißgasen aus flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen und bezieht sich insbesondere auf die Ausbildung der Heißgaserzeugungskammer, aus der die erzeugten Heißgase einem Verbrauohsaggregat, wie Wärmetauscher, Trockner ο. dgl. augeführt werden.

Heißgaserzeuger bekannter Bauart sind mit zylindrischen Brennkammern ausgestattet, die zum Schutz ihrer Wandungen und asur Unterstützung der Verbrennung mit hochfeuerfesten Materialien ausgemauert oder ausgestampft sind. Eine solche L Ausmauerung hat jedoch insbesondere bei Erzeugung von Hoch-

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temperaturgas eine Lebensdauer von etwa nur sechs Monaten, so daß derartige Heißgaserzeuger den Nachteil häufiger Betriebsunterbrechungen zur !Feuerstellung der Ausmauerung aufweisen, was mit entsprechend hohen Reperaturkosten verbunden ist.

Davon abgesehen haben ausgemauerte Brennkammern die nachteilige Eigenschaft, daß sie beim Anfahren zunächst kalt sind und demgemäß die Flammbildung nicht unterstützen können, was insbesondere bei Verwendung νο,η schweren Heizölen zur Ruß- und Ölkoksbildung führt, die für verschiedene Verfahren nicht tragbar und zulässig ist· Weiterhin ist es mit den bekannten Heißgaserzeugern mit ausgemauerter Brennkammer nicht möglich, absolut rußfreie, blaue Ölflammbildung zu erzielen, die bei industriellen Wärme- und Trockenprozessen mehr und mehr gefordert wird.

Schließlich haben die bekannten Heißgaserzeuger relativ große Bauabmessungen, die einen entsprechenden Platzbedarf erfordern. Ferner führt in nachteiliger Weise die große Ausmauerungsmasse zu einem trägen Verhalten des ganzen Erzeugers, da dieser schnellen Temperaturänderungen nicht angenähert schnell folgen kann.

Im Hinblick auf diese nachteiligen Gegebenheiten an bekannten Heißgaserzeugern resultiert die vorliegende Erfindung aus der Aufgabenstellung einen Heißgaserzeuger zu schaffen, mit dem

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eine bei allen Betriebszuständen - einschl. des Anfahrzustandes - absolut rußfreie Verbrennung bei kleinstmöglichen Luftüberschuß gewährleistet ist, was unter Weglassung einer Ausmauerung überhaupt und der damit möglichen Verminderung der Außenabmessungen anzuabreben ist.

Mit dieser Aufgabenstellung sind die weiteren Forderungen verbunden, die Heißgaserzeugung auf möglichst kleinen Raum wegen der damit verbundenen Wärmekonzentration zu konzentrieren, gleichzeitig aber auch für eine möglichst große Ausbrandstrecke Sorge zu tragen und ggf. anschließend eine Beeinflussung des gewünschten Temperaturprofiles der aus der Erzeugerkammer abströmenden Heißgase zu ermöglichen«

Diese Aufgabenstellung ist mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Heißgasen aus flüssigen,oder gasförmigen Brennstoffen bestehend aus Brennkammer und stirnseitig an dieser angeordnetem Brenner gelöst, die im wesentlichen dadurch gegenüber bekannten Einrichtungen dieser Art gekennzeichnet ist, daß der an seiner Öffnung mit an sich bekannten Drallelementen versehene Brenner in eine Heißgaserzeugungskammer mündet, die im wesentlichen kugelförmige Gestalt und eine Ausströmöffnung gegenüber der Brennermündung hat, deren Durchmesser maximal dem halben Durchmesser der kugelförmigen Kammer entspricht und daß ferner die Wandung der Kammer als Doppelmantel ausgebildet ist, dessen Innenraum mit einem Heiz- bzw. Kühlkreislauf in Verbindung steht. Weitere zweck-

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mäßige Ausbildungsmögliclikeiten dieser erfindungsgemäß grundsätzlichen Ausbildungsform ¹
Schreibung näher erläutert.

sätzlichen Ausbildungsform werden in der nachfolgenden Be-

Durch die erfindungsgemäß angenäherte Kugelform der Ürzeugerkammer, bei der ein maximales Volumen bei minimaler Oberfläche der Kammerwandung gegeben ist, wird bei extrem hohen Feuerraumbelastungen trotz relativ langer, vermittels Eotation erzielter Brennstrecke eine kurze Flamme bei optimaler Verbrennung erreicht. Die kugelförmige Brennkammer, die als lioppelmantelkammer ausgebildet ist, wira vor dem Anfahren mit einem Heizmedium, wie Heißwasser, Diphyl oder Hochtemperaturöl vorgewärmt, so daß auch das Anfahren des Brenners absolut rußfrei erfolgt. Nach dem Anfahren wird die Doppelmantelerzeugerkammer von dem Heizmedium "gekühlt", d.h. der Innenmantel wird auf einer für den Werkstoff noch zulässigen, für die Verbrennung förderlichen Temperatur gehalten. Die von der Erzeugerkammer an das "Kühlmedium" abgegebene Wärme wird in einem Wärmetauscher auf einen Sekundärprozeß übertragen.

Mit einer solchen Einrichtung lassen sich beispielsweise Heißgase mit Temperaturen von 3>~ 1 200 C erzeugen, wie sie vielfach in der stahlverarbeitenden und keramischen Industrie benötigt werden. Sollen die aus der Erzeugerkammer austretenden Heißgase mit Luft oder Rezirkulationsgasen gemischt und beispielsweise für einen Trockenprozeß herabgekühlt werden, so bietet der erfindungsgemäße Heißgaserzeuger die Möglichkeit der Vorschaltung einer Mischkammer, deren Zufuhrkanal

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den ganzen Heißgaaerzeuger umhüllen kann. Von einem Gebläse gefördert wird beispielsweise luft oder Kühlgas bei allseitiger Umströmung der Erzeugerkammer hinter dieser durch im Querschnitt veränderliche öffnungen dem ausströmenden Hochtemperaturgas in solcher Menge beigemischt, daß hinter der Mischgaskammer die gewünschte Mischgastemperatur mit einem geraden Temperaturprofil zur Verfügung steht und an die Verbrauoherstelle weitergeleitet werden kann.

Es hat sich gezeigt,, daß der Heißgaserzeugungsprozeß in der erfindungsgemäßen Erzeugerkammer noch in günstiger Weise durch Verwendung eines besonders gestalteten Brenners beeinflußt werden kann, indem man nämlich schon diesen Brenner gewissermaßen in ähnlicher Bauart zur Kammer ausgebildet. So ist diesem Brenner ein Aufbereitungsbecher vorgeschaltet, der ebenfalls doppelwandig ist, wobei außen an dieser Doppelwand die Sekundärluft vorbeigeführt wird. Infolge einer Wärmeisolierung der Außenwand des Bechers wird die Innenfläche nioht durch die Sekundärluft gekühlt und gibt die für die Vergasung bzw· Verbrennung erforderliche Wärme an das Öl-Luftgemi8oh ab, so daß dieses infolge der Flammenrückstrahlwärne verdampft und gasartig im Verbrennungsraum, im vorliegenden Fall in der Heißgaserzeugerkammer, verbrennt· Auch kann sioh bereits an dieser Stelle durch die hohe Temperatur der Innenwand des Bechers kein Ruß oder keine Ölkohle bilden und absetzen· Bei einem derartig ausgebildeten Becher kann der Zwischenraum des Bechers mit Luft oder einem anderen

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geeigneten wärmeisolierenden Material gefüllt sein, das · möglichst eine geringe Masse hat, damit der Brenner momentan seine Betriebstemperatur erreicht und nach dem Abstellen des Brenners nicht nachglüht. Damit die Rückstrahlung voll zur Wirkung kommt und auch normale, handelsübliche Düsen verwendet werden können, muß das Verhältnis des Durchmessers zur Länge des Aufbereitungsbechers des Brenners je nach Größe* zwischen zwei und drei liegen. Zwischen diesem Becher und der äußeren Hülle für die Sekundärluftführung sind an sich bekannte Drallelemente eingesetzt, die den ganzen Gas- und Plammenstrom mit schraubenlinienförmiger Tendenz in die G-aserzeugerkammer eintreten lassen.

Anhand einer zeichnerischen Darstellung werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung

von Heißgas nachfolgend näher erläutert» j

In dieser Darstellung zeigt schematisiert die

Pig. 1 einen Längsschnitt durch einen wassergekühlten Heißgaserzeuger j

Pig. 2 einen Längsschnitt durch einen mediumgekühlten Heiß-

gaserzeuger;

Pig. 3 einen Längsschnitt durch einen wassergekühlten Heißgaserzeuger;

Pig· 4 einen Längsschnitt durch einen mediumgekühlten Heiß-

gaserzeuger; _{9 0} 9 8 0 7 / 0 2 8 3 _ _, . >-*"■ -^

Pig· 5 einen Schnitt durch einen besonders geeigneten Brennerkopf für den Heißgaserzeuger.

Wie die Pig. 1 und 3 zeigen, ist die Erzeugerkammer 21 angenähert kugelförmig ausgebildet und mit einem stirnseitig angeordneten Brenner 22 ausgestattet. Diese Kammer 21 ist allseitig mit einem flüssigkeitsdurchflossenen Doppelmantel 23 umgeben, der gegenüber der Brennermündung eine Abzugsöffnung 24 aufweist, die in bezug auf den größten Kammerdurchmesser mindeetens um die Hälfte mit ihrem Durchmesser reduziert ist. Diese Brennkammerform gewährlelabet insbesondere in Verbindung mit der zu Pig. 5 noch zu beschreibenden Misch- und Brenneinrichtung die Erzielung kurzer vollkommen ausbrennender Flammen, die bei entsprechender Einstellung der Primärluft am Brenner gasartig blau brennen.

Aus der Öffnung 24 strömen die ausgebrannten Heißgase zum Wärmeverbraucher oder zunächst in eine Mischkammer 25, (Pig· 3, 4) in der sie mit anderen Gasen oder Luft zum Zwecke einer Temperatursenkung gemischt werden können. Tor dem Zünden des Brenners 22 wird über den Wärmeaustauscher 26 und die Umwälzpumpe 27 beispielsweise Heißwasser durch den die Erzeugerkammer 21 umgebenden Doppelmantel 23 gedrückt und damit die Kammer 21 vorgewärmt. Der Brenner kann nun bei Zündung in einer bereits warmen Brennkammer brennen, wodurch eine absolute Rußfreiheit auch während des Anfahrens sichergestellt ist· Sobald die in dem die Brennkammer umgebenden Doppelmantel fües-

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sende flüssigkeit Wärme aufnimmt, führt der Sekundärkreislauf diese ab, so daß die Brennkammerwandung 28 immer auf

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einer für den Werkstoff zulässigen Temperatur gehalten wird. -

Soll der Heißgaserzeuger kein Heißgas höchstmöglicher Temperatur sondern beispielsweise für Trockenprozesse ein Mischgas erzeugen, so wird die flüssigkeitsgekühlte Erzeugerkammer 21 von einem weiteren Mantel 29» Pig-*- 3, umgeben. In dem sich zwischen Brennkammeraußenmantel 30 und Außenmantel 29 bildenden Hingraum wird in bekannter Weise kälteres Gas oder Luft eingeführt und über die durch einen Drehschieber 31 querschnitbsregulierbaren Öffnungen 32 im Querstrom mit den aus der Erzeugerkammer 21 austretenden Heißgasen intensiv gemischt, so daß nach Austritt der Gase aus der Mischkammer 25 ein angenähert gerades Temperaturprofil über den Querschnitt vorliegt. Zum Zwecke deipleichteren Montierbarke it an der Verwendungsstelle ist diese ganze Heißgaserzeupieinrichtung auf einen Grundrahmen 33 montiert.

Sie Fig. 2 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Heißgaserzeugern, die im Gegensatz zu den in Pig. 1 und 3 dargestellten nicht mit Heißwasser, sondern mit einem Hochtemperaturöl oder Diphyl beschickt werden, damit der Brennkamme rkühlmant el bei Temperaturen der durchströmenden Flüssigkeit von ca. 300 ⁰C noch drucklos bleibt.

Manche derartige Flüssigkeiten zeigen örotz lokaler hoher Temperaturen ein träges Verhalten und strömen nicht weiter,

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bo daß lokale Überhitzungen auftreten können. Diesem Umstand wird Im vorliegendem Fall in einfacher Weise dadurch Rechnung getragen, daß man einen Zwangsdurchfluß für alle Bereiche schafft, indem man Führungselemente 34» wie schraubenlinienförmig im Doppelmantel verlaufende Leitbleche anordnet, so daß ein fortlaufender Strömungskanal entsteht, in dem kein Flüssigkeitsteil in Ruhe verharren kann»

Der bereits als besonders vorteilhaft für die Erzeugereinrichtung eingangs erwähnte Brenner ist gemäß Fig. 5» wie folgt ausgebildett

Der luftgekühlte Außenmantel 1 begrenzt den Brenner nach außen. Zwischen ihm und dem Zerstäubungs- und Aufbereitungsbecher 2 sind Leitbleche 3 zur Führung der Sekundärluft 4 angeordnet. Sie können je naoh gewünschter Flammenform ausgebildet v/orlcn und vorzugsweise unter einem bestimmten Winkel zur Achse angeordnet sein. Der Zeratäubungs- und Aufbereitsungsbecher 2 besteht im einzelnen aus dem zylindrischen Innenmantel 5, dem zylindrischen Isolierraum 6, dem zylindrischen Außenmantel 7, der aus Gründen der guten Aufbereitung zur Düse hin geneigten, kegeligen Becherrückwand 8, dem ringförmigen Isolierraum 9 und der hinteren ringförmigen Begrenaungewand 10 mit Einströmöffnungen 16 für die Primärluft. Im Zentrum der Becherrückwand 8_f 10 befindet eioh eine kreisförmige öffnung 11 mit anschließender Schutzhülse 12, in der die Brennstoffdüse 13, Zündelektroden 14 und Flammenüberwachungssonde 15 gemeinsam untergebracht sind. Die gemeinsame Anordnung in der Schutzhülse

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12 stellt bei hohen Gebläsedrücken genügend Lichteinfall für die Flammenüberwachungssonde 15 und eine einwandfreie Zündung sicher und ermöglicht den Brenner ausschwenkbar zu gestalten, was für die Wartung von großem Vorteil ist. In der Becherrückwand 8, 10 sind die Primärluftschlitze 16 angeordnet, deren Querschnitte mit dem Drehschieber 17 je nach Feuerraumbedingungen eingestellt werden können. Der Drehschieber 17 wird mittels Feststellschrauben 18 in der eingestellten Lage gehalten. Die Primärluft gelangt aus dem Raum 19 in Richtung der Pfeile A,A durch die Primärluftschlitze 16, 16' in den Aufbereitungsraum des Bechers 2, wobei die im Drehschieber 17 befindlichen Profilschlitze die Größe der freien Durchströmöffnung für die Primärluft bestimmen. Die Sekundärluft strömt in Richtung der Pfeile 4 an der Außenwand des Bechers entlang zur vorderen Becheröffnung.

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Claims (1)

1. Ansprüche

   Einrichtung zur Erzeugung von Heißgaaen aua flüssigen oder gacförmi^en Brennstoffen, bestehend aus Brennkammer und fotirnseititi an dieser angeordneten Brenner, durch den die Brennstoffe und die Verbrennungsluft zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet» daS der an seiner öffnung mit an sich bekannten Leit- und Absehirmelementen versehene Brenner (22) in eine HeiSgaserzeugungs-' kamiaer (21) mündet, die ira wesentlichen kugelförmige Gestalt und. eine Ausströmöffnung (24) gegenüber der Brennermündung hat, deren Jurchmeaser maximal dem halben Durehmesser der kugelförmigen Kammer (21) entspricht und daß ferner die Wandung der Kammer (21) als Doppelmantel (23) ausgebildet ist, dessen Innenraum mit einem Heiz- bzw« Kühlkreislauf in Verbindung steht.

   2, Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Brenner (22) in an sich bekannter ^eiae mit regelbaren Zuströmöffnungen für Primär- und Sekundärluft versehen ist, wobei im Bereich d«r Sekundär luft ausströmöffnung Leitelemente (3) angeordnet Bind*

   3· Einrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Doppelmantel (23) ströBungsführende und zwangsdurchlauffördernde Elemente (34) angeordnet sind.

   4· Einrichtung nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitige Wand, die

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   den Brenner aufnimmt, eine Brenneröffnung aufweist, deren Umfangerand aur utrahlun_t;Dabschriraung dicht an die Brenner-

   g (1) hcraja/jeführft iot»

   5. Einrichtung nach Aneprüchen 1-4-, dadurch gekennzeichnet , daß vor der Öffnung (24) der HeiBgaserEeugun^ekammfcr (21) eine Miechkammer (25) eur Zuführung und Zuidocauni; von Miechgas zum aueetrömenden Heißgao angeordnet iöt.

   6. Einrichtung nach Anspruch ö, dadurch g β k e η η ze.lc h net, daß die Mischkammer (25) über im Querecroixüt VferiinderlicJie Offnungen ('5P) mit einem Misehgaszufuhzkanal (29) in Verbindung steht, der die ganze Heißgeserzeußungökammer (21) umgibt»

   7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelelemente (31) für die Öffnungen (32) mit bteuerelementen in Verbindung stehen» die ihre Steuerimpulse von der Mischgastemperatur erhalten·

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