DE1962839B2

DE1962839B2 - Vorrichtung zur Verbrennung von Abgas

Info

Publication number: DE1962839B2
Application number: DE19691962839
Authority: DE
Inventors: William Luke Bloomer Wis. Hable; Leslie Claire Norwalk Conn. Hardison
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1969-12-15
Filing date: 1969-12-15
Publication date: 1973-09-20
Also published as: DE1962839C3; DE1962839A1

Description

Da der Sauerstoff für die Verbrennung vollständig a'.is dem Abgas entnommen wird, ist keine Regelungseinrichtung wie beispielsweise bei der Vorrichtung nach der USA.-Patentschrift 3 221 796 erforderlich.

Die Erfindung ist in zweckmäßiger Weise ferner dadurch ausgestaltet, daß die Abgaszuführung aus einem um den Kegelstumpfmantel ausgebildeten Ringraum und einem diesem vorgeschalteten, die Brennkammer ringförmig umgebenden, schraubenlinienförmige Leiteinrichtungen aufweisenden Vogasrekuperator besteht. Aus der USA.-Patentschrift 3 311 456 ist zwar eine ähnliche Abgasrekuperatoreinrichtung vorgesehen, die dort erreichte Vermischung und der Wirkungsgrad der Verbrennung sind nicht annähernd so gut wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zum einen wird zusätzliche Luft bei der bekannten Vorrichtung zum Unterhalten der Verbrennung zugeführt, wodurch sich die oben beschriebenen Nachteile der Regelung uud Raumaufwendigkeit ergeben, und zum anderen ist die Flamrngasleiteinrichtung als Zylinder ausgebildet, an dessen abstromseitigen Ende zudem auch kein ringförmiger Durchlaß vorgesehen ist.

Durch die letztgenannte erfindungsgemäße Ausführung wird die Wärme der Verbrennung durch indirekten Wärmeaustausch an den Abgasstrom abgegeben und der Wirkungsgrad der Anlage weiter verbessert.

Nachstehend werden an Hand der Zeichnungen die Betriebsweise und der Aufbau der erfindungsgemäßen Abgasverbrennungsvorrichtung beschrieben. wobei das Abgas sämtlichen Sauerstoff für die Verbrennung enthält.

F i g. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Längsansicht einer AbgLsverbrennungsvorrichtung mit einem drallbehafteten Fluß des Abgases zu der Flamnigab-'eiteinrichtung;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Flammgasleiteinrichtung und ihre Mischzone nach Linie 2-2 der Fig. 1:

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung, bei der ein drallbehafteier oder Spiralfluß des Abgasstromes in der Flammgasleiteinrichtung und in dem ringförmigen Durchlaß sowie ein spiralförmiger Gegenstrom in einem Wärmeaustauscherabschnitt vorhanden ist. der die Brennkammer ringförmig umgibt.

Gemäß den F i g. 1 und 2 umgibt eine schneckenförmige Abgas/uführung 1 einen sich in Strömungsrichtung erweiternden, Einlaßöffnungen 10 tür das Abgaⁱ aufweisenden Kegelstumpfmantel als Flammgaslciteinrichtung 2. Diese steht adr-gleich mit einer Hilfsbrennstoffleitung4 in Verbindung. Die Flammpssleiteinrichtung 2 umgibt die Mischzone 3 unmittelbar abstromseitig von der Brennerdüse. An die Wand der Abgaszuführung 1 ist abstromseitig vom Ende der kegelstumpfförmigen Flammgasleiteinrichtung ein langgestrecktes Gehäuse 5 angeschlossen, das die innere Brennkammer 6 ergibt und zu einer Auslaßöffnung? für das verbrannte Gas führt. Die Innenwand des Gehäuses 5 ist mit einer Wärmeisolieruni·. versehen, so daß die Brennkammer 6 durch die hohen Temperaturen, die in der Regel mehr als 425 bis Sl 5 C oder mehr betragen, nicht beschädigt wird. Um das Abströmende des die Flammgasleiteinrichtung 2 bildenden Kegelstumpfmantels herum und innerhalb der Innenfläche der Wärmeisolierung 8 an der Aufstromseite befindet sicn ein Durchlaß 9. Auf diese Weise kann sich des in die schneckenförmig ausgebildete rungl eintretenden Abgasstromes, der nicht Miscnzone3 der Flammgasleiu-innchtung;2 eu mit der entstehenden Flamme und den he^en brennungsgasen vermischen, die aus der Mischzone 3

^DlfEinlaßöffnungen 10 für das *£·»*£ ίο Wand der kegelstumpffönmgen nammgasl^umg2

sind über die ganze Wand dieses Kegelstumptaantels im Abstand verteilt angeordnet, so daß mehrere Wei nere Abgasströme in die Mischzone eintreten können und sich mit dem aus der HiKsbrennstofftetungJ austretenden Brennstoff vermischen. Es solle*igenu send Einlaßöffnungen 10 vorgesehen sem dburnt^em Sauerstoffüberschuß für die MischzoneJ zur Vernu schung mit dem Brennstoffstrom f^^ ™™ und eine hochwirksame vollständige Verbrennung des gesamten, der Verbrennungsvorrichtung zugeführten Brennstoffes unterhalten wird. Die: Brenn Stoffeinführung ist selbstverständlich so eingestellt, daß sich eine genügende Wärmeabgabe zurE^ vollständiger Oxydation der Rauchgas- und sons.ng η Bestandteile ergibt, die von dem in die Aögaszufuhrungl eintretenden Abgasstrom als einzige Verbrennungsgasquelle mitgeführt werden Durch den Emtri« der Abgase durch die Einlaßöffnungen 10 kann sich beispielsweise ein Druckgefälle vonι 50 bs 80 mm Wassersäule ergeben. Zur Zündung de Verbrennung von Abgas und Brennstoff ist neben der Hilfsbrennstoffleitung 4 >^ηη^βΛ*\_ν ^α"^'^ zone 3 eine Zündkerze 11 angebracht. Wahrend des no malen oder kontinuierlichen Verbrennungsbetrlebes braucnt die Zündkerze It nicht erregt zu sein.

,n.

Nachdem die Zündung zwischen dem durch die HilfsbrennstoffK uing4 eingeführten Brennstoff und einem Teil des durch die Einlaßöffnung 10 eingeführten Abgases eingetreten ist. wird ein'; leuchtende Flamme von hoher Temperatur mit heißen Verbrennungsgasen unterhalten, die am Abströmende der Mischzone 3 in die Brennkammer 6 hinein ausgetragen werden. Der den K^gelstumpfmantel umgebende ringförmige Durchlaß 9 führt auch den Hauptteil des Abgases zur spiralförmigen Vermischung mit heißen Verbrennungsflammgasen aus der Mischzone 3 und läßt diese kontinuierlich /um entfernten Auslaß 3 der Brennkammer 6 fließen.

50 Obwohl die Flamme mit der Abgaszuführung normalerweise wegen des Abgasüberschusses mager ist, ist dennoch eine hohe Einstellbarkeit in der Anlage beispielsweise dadurch vorhanden, daß man die Flamme so weit herunterschraubt, daß sie gerade

55 noch /u sehen ist.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung, bei der ebenfalls das Abgas sämtlichen Sauerstoff für die Verbrennung enthält In dem äußeren Gehäuse 12 befindet sich ein

60 innerer schneckenförmiger Ringraum 13 am Einlaßende der Hilfshrennstoftleitung 14. Innerhalb des Ringraumes 13 befindet sich vorzugsweise eine Leitwand, die im Querschnitt nach Art einer Schnecke oder Spirale abnimmt und einen Spiralfluß für den

65 alleinigen, dem System zugeführten Abgasstrom vorsieht. Es ist also ein ähnlicher Abschnitt wie in F i g. 2 vorgesehen, wodurch das Abgas zum Teil durch mehrere Einlaßöffnungen 15 in der als Kegel-

Ί 962 839

Stumpfmantel ausgeführten Flammgasleiteinrichtung Die Verbrennung mit der Vorrichtung nach der

16 gedrückt wird, so daß das Abgas in der Misch- Ausführungsform der Fig. 3 ist thermisch sehr wirkzone 17 Sauerstoff liefert, durch den die Verbren- sam, da der Abgasstrom wieder spiralförmig durch nung des durch die Hilfsbrennstoffleitung 14 geführ- den ringförmigen Durchlaß 24 in die Brennkammer ten Brennstoffes unterhalten wird. Der restliche Teil 5 19 eintritt und s^;ch mit den heißen Flammgasen aus des Abgasstromes verläuft in einem Spiralfluß außen dem Gemisch aus Brennstoff und Abgas und der aban der Flammgasleiteinrichtung 16 vorbei. Die Ab- stromseitig aus der Mischzone 17 austretenden gasführung ist hier ähnlich wie bei der Ausfüh- Flamme vermischt. Die entstehenden Verbrennungsrungsform nach F i g, 2. Der Unterschied besteht nur produkte und der behandelte Abgasstrom werden andarin, daß der Einlaß des Abgases in die Verbren- io schließend am Abströmende aus der Verbrennungsnungsvorrichtung an deren Abströmende durch eine vorrichtung durch die Auslaßöffnung 21 ausgetragen. Einlaßöffnung 18 erfolgt, so daß der ganze Abgas- Durch den spiralförmigen Wärmeaustauschweg in strom wie bei einem Abgasrekuperator in Wärmeaus- der Spiraldurchgangszone 23 wird die Wärme in der tausch mit der konzentrisch angeordneten Biciin- Verbrennungsvorrichtung bei nur sehr geringem kammer 19 gelangen kann, die von einer inneren Zy- 15 Druckgefälle im Gasfluß bewahrt, und im Inneren linderwand 20 umgrenzt ist. werden feuerfeste Einbauten an der Innenwand der

Der Wirkungsgrad der Abgasverbrennungsvorrich- Brennkammer vermieden. Es hat sich gezeigt, daß in tung wird zweckmäßig dadurch verbessert, daß der "Cr Regel eine übliche niedrige Temperatur für den eintretende Abgasstrom in Wärmeaustausch mit der eintretenden Abgasstrom ausreicht, um die Kühlung Brennkammer und dem. heißen Gas geleitet wird, 20 der Zylinderwand 20 aufrechtzuerhalten, so daß welches aus der Vorrichtung durch eine Auslaßöff- eine Innenisolierung darin überflüssig ist.
nung 21 ausgetragen wird. Somit ergibt sich eine Obwohl verschiedene Arten von Flammgasleitein-

Vorheizung der Abgase und eine Verminderung des richtungen im Zentrum des Ringraumes 13 verwen-Brennstoffbedarfes. Bei der Ausführungsform der det werden können, ist die in F i g. 3 gezeigte Aus-Verbrennungsvorrichtung nach F i g. 3 sind schrau- 25 führungsform mit dem Kegelstumpfmantel zweckmäbenlinienförmige Leiteinrichtungen 22 vorgesehen, ßig und reicht aus, um eine gute Verteilung und Verdie zwischen der Zylinderwand 20 und der Gehäuse- mischung für die Verbrennung des Brennstoffes zu wand 12 liegen und ringförmig die Brennkammer 19 liefern und einen hohen Wirkungsgrad der Verbrenumgeben. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche nung mit Abgas zu ergeben, so daß der Brennstoffbe-Spiraldurchgangszone 23 gebildet, die sich von der 30 darf für die Vorrichtung stark vermindert ist. Unmit-Einlaßöffnung 18 zum Abgasringraum 13 erstreckt. telbar in Verbindung mit der Abgaseinlaßöffnung Der Spiraldurchgang ist für die Verlängerung des oder den schraubenlinienförmigen Leiteinrichtungen Wärmeaustauschweges vorteilhaft. Hierbei kann die können geeignete Gebläse eingebaut sein, um eine Brennkammer 19 relativ kurz ausgeführt sein, und angemessene Geschwindigkeit für den Abgasstrom das Abgas kann wieder schneckenförmig der Flamm- 35 sicherzustellen. In der Regel wird ein Luftgebläse abgasleiteinrichtung 16 zugeführt werden. Hierdurch stromseitig von der Verbrennungsvorrichtung geordergibt sich ein kontinuierlicher Spiralfluß in die net und ist deshalb bei keiner der gezeigten Ausfüh-Mischzone 17 durch die Einlaßöffnungen 15 zusam- rungsformen dargestellt.

men mit einem Spiralfluß unmittelbar in die Brenn- Bei einer großen Anlage können auch mehrere

kammer 19 über den ringförmigen Durchlaß 24. In 40 Brennstoffeinlässe mit einer entsprechenden schnekder Mischzone 17 ist wieder eine Zündkerze 25 in kenförmigen Flammgasleiteinrichtung im Kombinader Nähe der Hilfsbrennstoffleitung 14 angedeutet, tion mit dem jeweiligen Einlaß vorgesehen sein, um so daß bei Einschaltung der Vorrichtung eine ausrei- eine größere Strömungsmenge Abgas zu handhaben chende Brennstoff-Abgaszündung vorhanden ist. Die und mit Hilfsbrennstoff zu vermischen. Bei einer sol-Zündeinnchtung braucht in der Regel nicht «anger 45 chen Ausführungsform kann jede Bicnncranofunung betrieben zu werden, nachdem die Verbrennung ein- in eine gemeinsame Brennkammer mit einem einzigesetzt hat. gen Auslaß für das verbrannte Abgas austragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ϊ 962 839 ν> 1 2 tung erweiternder, Einlaßöffnungen für das Abgas mentansprucne: aufweisender Kegelstumpfmantel ausgebildet und das

1. Vorrichtung zur Verbrennung von Abgas stromab befindliche Ende des Kegelstumpfmantels mit einem langgestreckten, eine Abgaszufuhrung von einem ringförmigen Durchlaß für das Abgas um- und eine Brennkammer einschließenden Ge- 5 geben ist.

häuse, an dessen einer Stirnwand eine Flammgas- Aus der USA.-Patentschrift 3 221796 ist zwar leiteinrichtung angeordnet ist, welche achsgleich ebenfalls eine Flammgasleiteinrichtung bekannt, die mit einer Hilfsbrennstoffleitung in Verbindung als sich in Strömungsrichtung erweiternder Kegelsteht und welcher das Abgas draUbehaftet von stumpfmantel ausgebildet tst, wobei in der Wand Einaußen über die Abgaszuführung zugeleitet wird, io laßöffnungen für die eintretende Luft vorgesehen dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver- sind. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch ein wendung eines Abgases, das sämtlichen Sauer- gesonderter zusätzlicher Difteinlaß koaxial zur Hilfsstoff für die Verbrennung enthält, die Flammgas- brennstoffleitung vorgesehen. Es wird dort durch ein leiteinrichtung (2,16) als sich in Strömungsrich- Meßgerät, welches die Brennstoffzufuhr abtastet, ein rung erweiternder, Einlaßöffnungeu (10, 15) für 15 Ventil gesteuert, welches die zusätzliche Eingabe von das Gas aufweisender Kegeistumpfmantel ausge- Verbrennungsluft bei höheren Brennstoffmengen bildet und das stromab befindliche Ende des Ke- steigert. Gegenüber dieser bekannten Steuereinrichgelstumpfmantels von einem ringförmigen Durch- tung stellt die erfindungsgemäße Lösung eine erheblaß (9,24) für das Abgas umgeben ist. liehe Vereinfachung dar, ohne daß in überraschender

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 Weise die Verbrennung der Abgase dadurch unvollkennzeichnet, daß die Abgaszuführung (1) den ständiger würde. Außerdem wird durch die Auftei-K egelstumpf mantel schneckenförmig umgibt und lun? mit dem Ringraum einerseits in die Einlaßöffdic Brennkammer (6) mit einer Wärmeisolierung nungen im Kegelstumpfmantel und andererseits in (8) versehen ist. den ringförmigen Durchlaß am abstromseitigen Um-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch ge- 35 fang des Kegelstumpf mantels eine bessere Verteilung kennzeichnet, daß die Abgaszuführung aus einem und damit auch Vermischung des zu verbrennenden um den Kegelstumpfmantel ausgebildeten Ring- Abgases erreicht. Ein so kompakter Aufbau wie geraum (13) und einem diesem vorgeschalteten, die maß der Erfindung und eine gute Vennischung und Brennkammer (19) ringförmig umgebenden, damit Verbrennung der Abgase mit dem Brennstoff schraubenlinienförmige Leiteinrichtungen (22) 30 wird auch nicht durch die Vorrichtung nach der aufweisenden Abgasrekuperator besteht. USA.-Patentschrift 2 952 307 erreicht, weil dort die

Flammgasleiteinrichtung ohne Einlaßöffnungen ver-

sehen und rein zyünderförmig ausgebildet ist. Eine

schmale Ringkammer umgibt zwar diesen Zylinder

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ver- 35 für die zusätzliche Zufuhr von Luft, wenn die zuge-

brennung von Abgas mit einem langgestreckten, eine führte Brennstoffmenge gesteigert wird. Die erfin-

Abgaszuführung und eine Brennkammer einschlie- dungsgemäß zu lösende Aufgabe kann durch den be-

ßenden Gehäuse, an dessen einer Stirnwand eine kannten Brenner ebenso wenig gelöst werden, wie

Flammgasleiteinrichtung angeordnet ist. welche achs- durch diesen Brenner Anregungen für die Erfindung

gleich mit einer Hilfsbrennstoffleitung in Verbindung 40 gegeben werden.

steht und welcher das Abgas draUbehaftet von außer. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist

über die Abgaszuführung zugeleitet wird. dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaszuführung

Aus der USA.-Patentschrift 3 090 675 ist eine Ab- den Kegelstumpfmantel schneckenförmig umgibt und gasverbrennungsvorrichtung der vorstehenden Art die Brennkammer mit einer Wärmeisolierung versebekannt. Bei dieser Vorrichtung wird aber an der 45 hen ist. Ersichtlich wird die Vermischung durch die Hilfsbrennstoffleitung zusätzlich noch Luft dem vorgenannten Maßnahmen noch verbessert, weil Brenner zugeführt. Dieser Luftstrom muß schließlich auch der aus dem ringförmigen Durchlaß austretende dem Abgas- und Rauchgasstrom zugesetzt werden Abgasstrom draUbehaftet wird. Die Wärmeisolierung Die sich ergebende Mischung tritt aus der Brenn- stellt ferner sicher, daß das Gehäuse auch durch hökammer bei Verbrennungstemperatur aus. Infolge- 50 here Betriebstemperaturen nicht beschädigt wird,
dessen muß der bekannten Vorrichtung in beträchtii- Bei einer Abgasverbrennungsvorrichtung mit den ehern Maß Wärme in Form von Zusatzbrennstoff zu- erfindungsgemäßen Merkmalen werden also drei \vcgeführt werden, um diese zusätzliche Luft zu emit- sentliche Vorteile erreicht:

zen. Dadurch wiederum wird die Verbrennungsvor- 1. Es ist kein Verbrennungsluftgebläse erforderrichtung größer und voluminöser, weil die gesamte 55 lieh, um den zusätzlichen Luftstrom unter Vermischung und Erwärmung für eine vollständige Druck an einer Stelle vor den Brennstoffdüsen-Verbrennung der Abgase ausreichend vollständig auslaß einzuführen, damit eine Vermischung der sein muß. Luft mit dem Brennstoff gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde. 2. ist der sich ergebende Verbrennungsgrad viel eine Verbrennungsvorrichtung für Abgase der ein- 60 größer als bei Brenneranordnung mit Vormigangs genannten Art so zu verbessern, daß auf en- schung, insbesondere weil die bei diesem begem Raum die Verbrennung eines Abgases, welches nutzte gesamte zusätzliche Luft auf die endgülsämllichen Sauerstoff für die Verbrennung enth?»'!. tige Verbrennungstemperatur zu erhitzen ist und zu ermöglichen. daher ein großer Teil des eingeführten Brenn-

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch 65 Stoffs für die Erhitzung dieser zusätzlichen Vergelöst, daß bei Verwendung eines Abgases, das särnt brennungsluft bereitgestellt werden muß,
liehen Sauerstoff für die Verbrennung enthält, die 3. kann die Regelung der Brennervorrichtung ver-Fiammgasleiteinrichtung als sich in Strömungsrich- . einfacht weiden.