DE2120022B2 - Verbrennungseinrichtung mit einer behandlungszone zur thermischen behandlung von gegenstaenden - Google Patents

Description

vermieden wird. Ein Verbrennungsofen dieser Art soll es ermöglichen, die in einem Trockenofen oder in einer ähnlichen Behandlungszone zum thermischen Behandeln von Gegenständen, beispielsweise zum Trocknen des Überzuges auf einem die Behandlungszone durchlaufenden Draht, entstehenden brennbaren Bestandteile einer die Gegenstände aufheizenden Gasströmung aus dieser wieder zu entfernen bevor sie als Abgas in die Atmosphäre wieder abgeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Anordnungen dadurch gelöst, daß am Eingang der Verbrennungszone ein Brenner und an deren Ausgang der Eingang der in der Wännetauscherzone vorgewärmten Frischluft angeordnet ist, und daß am Ausgang der Verbrennungszone der Eingang einer von der letzteren getrennten Behandlungszone angeschlossen ist, der vorgewärmte Frischluft und ein dritter Teilstrom der Abgase zuführbar ist und deren Ausgang unter Zwischenschalten eines Gebläses mit dem Eingang der Verbrennungszone verbunden ist.

Vorteilhafterweise ist dabei das andere Ende der Verbrennungszone über einen Nebenschlußkanal zur Wiederzuführung eines Teiles der Gasströmung zu der Behandlungszone unmittelbar mit dieser verbunden.

Es ist günstig, wenn der Rückführkanal und die Verbrennungszone und gegebenenfalls der Nebenschlußkanal und der Rückführkanal miteinander in Wärmeaustauschverbindung stehen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an dem einen Ende der Verbrennungszone ein Wärmetauscher angeordnet, der einerseits mit einem Frischlufteinlaß und andererseits zum Zumischen von erwärmter Frischluft zu der Gasströmung mit der Behandlungszone verbunden ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Rückführkanal und gegebenenfalls der Nebenschlußkanal — im Querschnitt gesehen — ringförmig um die Verbrennungszor.e bzw. um den Rückführkanal angeordnet.

Die erfindungsgemäße Konstruktion ist im besonderen dazu geeignet, einen Gasstrom mit hohem Heizwert ohne übermäßigen Temperaturanstieg in der Verbrennungszone zu entzünden. Wegen des erforderlichen Metallgehäuses der Verbrennungszone kann es beispielsweise unerwünscht sein, eine Temperatur von mehr als 730 bis 760° C zu erreichen. Die vorliegende Konstruktion ergibt eine Rezirkulation der heißen Abgase von dem Auslaß der Verbrennungszone in deren Einlaß, wo sie sich mit der eingeführten Gasströmung vermischen. Da die Gasströmung eine verhältnismäßig niedrige Temperatur von ungefähr 260 ' C aufweist, ist ein Brenner vorgesehen, um diese anzuwärmen. Sofern nicht sehr viel Brennstoff aufgewendet wird, ist es schwierig, die Verbrennung anlaufen zu lassen. Auch wenn eine Vorwärmung durchgeführt wird, um eine Oxydation zu erzielen, ergibt sich am Auslaß der Einheit eine Temperaturerhöhung auf ungefähr 730° C. Durch Zumischen eines Teiles der wiederumlaufendcn Gasströmung von einer Temperatur von ungefähr 730° C zu der Gasströmung von ungefähr 260° C ergibt sich dann eine Mischung von ungefähr 570° C. die eine Entzündung der brennbaren Bestandteile der Gasströmung ermöglicht. Innerhalb der Verbrennungszone besteht dann eine geringe Temperaturdifferenz, wodurch ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die der Gasströmung zugemischten wiederumlaufenden heißen Abgase durch einen ringförmigen Kanal zurückgeführt, der mit der Außenwand der Verbrennungszone in indirekter Wärmeaustauschbeziehung steht, so daß in dem System eine maximale Wärmemenge zurückgehalten wird. Vorteilhafterweise ist stromabwärts von der Verbrennungszone ein Wärmetauscher vorgesehen, der

ίο Frischluft durch indirekten Wärmeaustausch mit den die Verbrennungszone verlassenden heißen Abgasen erwärmt. Die erwärmte Frischluft zusammen mit einem Teil der Abgase und gegebenenfalls einem Teil der unverbrannten Gasströmung wird dann der Behandlungszone zugeführt, aus der die Gasströmung abgezogen worden ist.

In einfachster Ausführung kann ein einzelnes Gebläse verwendet werden, um die Gasströmung aus der Behandlungszone abzuziehen und in die Ver-

ao brennungszone einzuführen sowie eine Strömung durch den Rückführkanal zu erzeugen. Gegebenenfalls können zusätzliche Gebläse verwendet werden, um die Strömungsgeschwindigkeiten in den einzelnen Kanälen zu beeinflussen.

as Gemäß einer Weiterentwicklung kann ein Nebenschlußkanal vorgesehen sein, der gegebenenfalls um den Rückführkanal herum verläuft und mit diesem in Wärmeaustauschbeziehung steht derart, daß zum Ofen oder zur Behandlungszone ein Teil der Gasströmung zurückgeführt wird. Dieser Nebenschluß gestattet die Einführung eines vorbestimmten Teiles der Gasströmung in die Verbrennungszone, um dort für eine ungefähr 80prozentige Umwandlung eine Verweilzeit von etwa 0,1 bis 0,2 Sekunden zu bewirken. Eine Verlängerung des Kanales von der Verbrennungszone gestattet eine größere Verweilzeit von ungefähr 0,5 bis 0,6 Sekunden und somit eine etwa 90prozentige Umwandlung.

Der Wiederumlauf der heißen Abgase aus der Verbrennungszone hat die Wirkung, daß die Einlaßtemperatur bei im wesentlichen konstanter Auslaßtemperatur erhöht und hierdurch der Brennstoffverbrauch des Brenners am Einlaß der Verhierdurch ein zu starker Temperaturanstieg der Gasbrennungszone reduziert wird. Weiterhin wird strömung in der Verbrennungszone vermieden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und im Zusammenhang mit der Zeichnung, erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung,

F i g. 3 einen schematischen Teilschnitt durch ein System zur Einführung von heißen Umlaufgasen in den Verbrennungsteil.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine thermische Verbrennungsanlage dargestellt, die eine \ L rbrennungszone 1 hat, die von einem Außengehäuse 2 umgeben ist. Dieses Außengehäuse hat eine Einlaßöffnung 3, die in einer Prallplatte 4 gebileine Wärmetauscherzone 8 geschaffen, um einen über einen Frischlufteinlaß 9 eingeführten Frischdet ist, und ein Auslaßteil 5, der mit einem Abgasschacht 6 verbunden ist. Durch Gasröhren 7 wird luftstrom zu erwärmen. Der Frischlufteinlaß 9 hat eine Ventilklappe 10, um den Frischluftstrom in das

System zu steuern. Vor der Einlaßöffnung 3 ist ein Mischteil 11 als Eingang in Kommunikation mit einem Gebläse 12 vorgesehen, dem eine Gasströmung aus einem Leitungsrohr 13 und Frischluft über ein Leitungsrohr 14 zugeführt wird. Durch eine Ventilklappe 15 wird die in das System an dieser Stelle eingeführte Frischluftmenge gesteuert.

In Fig. 1 ist ferner schematisch ein kleiner Trockenofen als Behandlungszone 16 dargestellt, die durch ein Anbaugehäuse 17 umgeben ist, welches beschichtete Drähte oder andere ummantelte Gegenstände aufnehmen kann, die durch die Behandlungszone hindurchbewegt werden. Durch einen Auslaß 18 fließt die Gasströmung zu einem Leitungsrohr 13 und von dort über das Gebläse 12 in den Mischteil 11 und um einen Brenner 19 herum in den thermischen Verbrennungsteil der Baueinheit, d. h. in der Verbrennungszone 1. Der Brenner 19 wird über eine Leitung 20 und ein Steuerventil 21 mit Brennstoff versorgt.

Am Stromabwärtsende der Verbrennungszone 1 ist in der Seitenwand eine Heißgasöffnung als Ausgang 22 vorgesehen, die mit einem Rückführkanal 23 und ferner mit einem Umlaufkanal 24 verbunden ist, der in die Behandlungszone 16 einmündet. Der Umlaufkanal 24 ist in offener Kommunikation mit der Wärmetauscherzone 8, so daß nun ein Gasstromgemisch aus Verbrennungsprodukten und vorgewärmter Luft in die Behandlungszone eingeführt wird.

Mit der Verbrennungszone 1 bzw. mit dem Mischteil 11 ist ein Nebenschlußkanal 25 verbunden, so daß ein Teil der Gasströmung vom Gebläse 12 die Verbrennungszone umgehen und unmittelbar zurück zur Behandlungszone 16 unter Zumischung von vorgewärmter Frischluft und heißen, aus dem Auslaß 18 kommenden Verbrennungsgasen strömen kann. Der Nebenschlußkanal 25 gestattet eine gesteuerte Verbrennung, wobei nur ein vorbestimmter Teil der gesamten Gasströmung als Reststrom durch einen Abgasschacht 6 abgegeben wird.

Ferner kann der Temperaturanstieg in der Verbrennungszone gesteuert werden, wobei sich ein Abgleich der verschiedenen Gasströme, insbesondere in bezug auf Menge und Temperatur für die Wiedereinführung in die Behandlungszone ergibt. Eine Ventilklappe 25' kann dabei zur Steuerung der Ströme verwendet werden.

F i g. 2 zeigt eine weitee Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage, bei der die Rückführ- und Nebenschlußkanäle um eine innere Verbrennungszone herum vorgesehen sind. Eine innere Verbrennungszone 26 ist durch ein Innengehäuse 27 definiert, das eine Gaseinlaßöffnung 28 und einen offenen, in eine Gasrohranordnung 29 und einen mit dem Abgasschacht 31 verbundenen Auslaßteil 30 einmündenden Auslaß hat. Ferner ist eine Abgasleitung 32 mit einem Gebläse 33 verbunden, die in einen Einlaßteil 34 und eine Mischzone 35 als Eingang zu der Verbrennungszone 26 führenden Gaseinlaßöffnung 28 mündet. Innerhalb der Mischzone 35 ist ein Brenner 36 vorgesehen, welcher eine gesteuerte Erwärmung für die Gasströmung bewirkt, die in die Verbrennungszone 26 einmündet, wodurch eine Entzündung der Gasströmung sichergestellt wird. Der Brenner 36 erhält über eine Leitung 37 und ein Ventil 38 Brennstoff.

Konzentrisch um das Innengehäuse 27 ist zur Bildung eines Rückführkanals 40 ein Zwischengehäuse 39 vorgesehen. Vom Auslaßende der Verbrennungszone 26 kommende Heißgase fließen durch eine regulierbare Zone 41 am Ausgang in den Rückführkanal 40 und werden von dem letzteren der Mischzone 35 und der Gaseinlaßöffnung 28 unter entsprechender Ablenkung zugeführt, wodurch die vom Gebläse 33 kommende, mit brennbaren Bestandteilen versehene Gasströmung mit Abgasen vermischt wird. Durch den Wiederumlauf von Heißgasen ergibt sich ein Gasstromgemisch von höherer Temperatur, so daß dementsprechend der Temperaturanstieg aufder ganzen Länge der Verbrennungszone 26 reduziert wird. Wenn beispielsweise die Temperatur der Gasströmung 260° C ist, also unterhalb der Entzündungstemperatur liegt, ergibt die Zumischung von ausströmenden Heißgasen mit der Gasströmung eine Temperatur von ungefähr 570° C, so daß nun eine Entzündung eintreten kann und der Temperaturanstieg in der Verbrennungszonc lediglich 160° C ist und eine maximale Verbrennungszonentemperatur von ungefähr 730° C entsteht.

In das Stromabwärtsende der thermischen Verbrennungsanlage, d. h. der Verbrennungszone 26, ist eine Wärmetauscherzone 44 eingebaut. Über eine Einlaßleitung 42 und eine Ventilklappe 43 tritt Frischluft in diese ein. Es ergibt sich ein indirekter Wärmeaustausch zwischen Frischluft und Verbrennungsgas in der Gasrohranordnung 29. Damit kann ein vorgewärmter Frischluftstrom dem Heißgasstrom zugemischt werden, der in den Umlaufkanal 45 einmündet, wobei dann das Gasgemisch über den Auslaß 46 einer nicht dargestellten Behandlungszone und weiter über die Leitung 32 der Verbrennungszone 26 zugeführt wird.

Um das Innengehäuse 27 und das Zwischengehäuse 39 herum ist zur Bildung eines Nebcnschlußkanals 48 ein Außengehäuse 47 angeordnet.

Eine Einlaßöffnung 49 kommuniziert mit dem Gebläseeinlaßteil 34 und über den Nebcnschlußkanal 48 mit einem stromabwärts gelegenen Teil, und zwar in offener Kommunikation mit dem Umlaufkanal 45. so daß nur ein Teil der Gasströmung die Verbrennungszone 26 vollständig umgehen kann und in die Behandlungszone unter Zumischung mit mindesten', einem Teil der sich ergebenden Verbrennungsgas ■ und gesteuerten Mengen von vorgewärmter Luft wieder in Umlauf gebracht wird.

Es können verschiedene Arten von Steuermittcln oder Ventilen verwendet werden. In der Zeichnung sind in der Zone 41 am Ausgang bewegliche Ventilklappen 50 angebracht, durch welche die Heißgasmenge reguliert wird, die in den Rückführkanal 40 eingeleitet oder aus dem Verbrennungsteil in die Behandlungszone eingeleitet wird. Eine Ventilklappc 51 steuert die Gasmenge, die über den Nebenschlußkanal 48 unmittelbar zu der Behandlungszone ir Umlauf gebracht wird. Es kann erwünscht sein lediglich einen kleinen Teil der Gasströmung in die Verbrennungszone 26 einzuführen und ferner einer verhältnismäßig kleinen Teil der sich ergebender heißen Verbrennungsgase dem Abgasschacht 31 zuzuführen.

Die Anordnung nach F i g. 2 bewirkt ähnlich wie diejenige nach Fig. 1 eine verlängerte Verweilzei in der Verbrennungszone. Von der Verbrennungszone 26 kommende Heißgase strömen durch eine

7 8

Rohranordnung 29 zum Auslaßteil 30, der mit dem der Anlage begrenzt wird. Veränderungen können Abgasschacht verbunden ist, so daß für die ther- ferner in dem Wärmetauscherteil oder in der Posimische Umwandlung von mitgeführten Bestandteilen tionierung von bestimmten Gaskanälen gemacht zur Reduzierung der Luftverschmutzung eine aus- werden, da die Zeichnung lediglich die Erfindung reichende Zeit vorgesehen ist. In der Anordnung 5 schematisch darstellt. In einer bevorzugten Ausfühnach Fig. 2 können innerhalb des Auslaßteils 30 rungsform wird jedoch zwischen dem Rückführkanal oder vor der Gasrohranordnung 29 weiterhin andere 40 und der Verbrennungszone 26 und ferner zwi-Steuerventilmittel eingebaut sein, um so den Gas- sehen dem Rückführkanal 40 und dem Nebenstrom in engeren Grenzen zu steuern. schlußkanal 48 ein Wärmeaustausch durchgeführt.

Die vorliegende thermische Verbrennungsanlage io Fig. 2 und 3 zeigen eine Abwandlung der Ausist nicht auf irgendwelche vorbestimmte Gasstrom- führungsform. der Verbrennungszone innerhalb des mengen in den verschiedenen Kanälen und im zen- Gehäuses. Das Innengehäuse 27 hat eine Vielzahl tralen Verbrennungsteil beschränkt. Der volume- von im Abstand angeordneten, im Winkel vorgetrische Gasstrom durch die Verbrennungszone kann sehenen Gaseinlässen 52, durch die kleine Anteile des im wesentlichen gleich dem Strom durch den 15 vom Rückführkanal 40 kommenden Gasstromes an Nebenschlußkanal 48 sein oder auch größer oder im Abstand angeordneten Punkten der Verbrengeringer. In allen Fällen ist es günstig, eine beträcht- nungszone 26 zugeführt werden. Hierdurch wird der liehe Menge von heißen-, von der Verbrennungszone Temperaturanstieg in der Verbrennungszone redu-26 kommenden Verbrennungsgasen über den Rück- ziert. Die Gaseinlässe 52 sind nur schematisch darführkanal 40 dem Verbrennungseinlaß wieder zuzu- ao gestellt und können in bezug auf ihre Anzahl und führen, um so eine höhere Einlaßtemperatur in die- ihre Winkelanordnung zur Wand der Verbrennungsser Zone zu erzeugen, wodurch die Verbrennung zone den Verhältnissen entsprechend abgewandelt aufrechterhalten wird und der Temperaturanstieg in werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 sehen — ringförmig um die Verbrennungszone Patentansprüche: (26) angeordnet ist. 10. Verbrennungseinrichtung nach An-

1. Verbrennungseinrichtung mit einer Behänd- spruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Nelungszone zur thermischen Behandlung von Ge- 5 benschlußkanal (48) — im Querschnitt gesehen genständen, in der dabei brennbare Stoffe ent- — ringförmig um den Rückführkanal (40) angestehen und mit einer nachgeschalteten Verbren- ordnet ist.

nungszone, deren Eingang brennbare Stoffe tind 11. Verbrennungseinrichtung nach An-

durch einen ersten Teilstrom der Abgase in spruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß

einem Wärmetauscher vorgewärmte Frischluft io in dem Nebenschlußkanal (48) Strömungs-Ein-

zuführbar ist, und mit einer Nebenschlußleitung, Stellglieder (51) vorgesehen sind, mit denen die

mit deren Hilfe ein zweiter Teilstrom der Ab- Strömung zu der Verbrennungszone (26) bzw. zu

gase dem Eingang der Verbrennungskammer zu- dem Nebenschlußkanal (48) einstellbar ist.

führbar ist, dadurch gekennzeichnet, 12. Verbrennungseinrichtung nach einem der

daß am Eingang (11, 35) der Verbrennungs- 15 Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

zone (1, 26) ein Brenner (19 36) und an deren daß der Gasströmung vor der Zuführung zu der

Ausgang (22, 41) der Eingang der in der Wärme- Verbrennungszone (1, 26) eine vorbestimmte

tauscherzone (8, 44) vorgewärmten Frischluft Menge an Frischluft zumischbar ist.
angeordnet ist und daß am Ausgang (22, 41) der
Verbrennungszone (1, 26) der Eingang einer von 20

der letzteren getrennten Behandlungszone (16,

46) angeschlossen ist, der vorgewärmte Frischluft

und ein dritter Teilstrom der Abgase zuführbar

ist und deren Ausgang unter Zwischenschalten Die Erfindung betrifft eine Verbrennungseinrich-

eines Gebläses (12, 33) mit dem Eingang (11, 35) 25 tung mit einer Behandlungszone zur thermischen

der Verbrennungszone (1, 26) verbunden ist. Behandlung von Gegenständen, in der dabei brenn-

2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, bare Stoffe entstehen und mit einer nachgeschalteten dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungs- Verbrennungszone, deren Eingang brennbare Stoffe zone (16) ein Trockenofen ist. und durch einen ersten Teilstrom der Abgase in

3. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1 30 einem Wärmetauscher vorgewärmte Frischluft zu- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bren- führbar ist und mit einer Nebenschlußleitung, mit ner (19, 36) ungefähr zentrisch zu der Verbren- deren Hilfe ein zweiter Teilstrom der Abgase dem nungszone (1, 26) angeordnet und in diese hin- Eingang der Verbrennungskammer zuführbar ist.
ein gerichtet ist. Es ist ein Verfahren zur Verwertung der Verbren-

4. Verbrennungseinrichtung nach einem der 35 nungswärme bekannt, das sich mit der Wärmever-Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wertung durch im Arbeitsraum untergebrachte Kader Rückführkanal (23, 40) und die Verbren- talysatoren befaßt, so daß also die brennbaren nungszone (1, 26) in Wärmeaustauscnverbindung Dämpie und Gase in ihrem Entstehungsort gleich stehen. verbrannt werden (deutsche Offenlegungsschrift

5. Verbrennungseinrichtung nach einem der 40 1814 012). Bei diesem bekannten Verfahren kann Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch, das den Arbeitsraum verläßt, teilder Eingang (11, 34) der Verbrennungszone (1, weise oder völlig in den Arbeitsraum zurückgeführt 26) über einen Nebenschlußkanal (25, 48) zur werden, um so die Wärmeverwertung weiter zu verWiedereinführung eines Teils der Gasströmung bessern.

zu der Behandlungszone (16) unmittelbar mit 45 Im Gegensatz zu dieser bekannten Anordnung ist

dieser verbunden ist. beim Gegenstand der Erfindung die Behandlungs-

6. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5. zone von der Verbrennungszone getrennt. Allein dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenschluß- schon hierdurch ergeben sich erhebliche Unterkanal (25, 48) und der Rückführkanal (23, 40) schiede und eine solche Anordnung ist gegenüber in Wärmeaustauschverbindung stehen. 50 dem Bekannten von Vorteil, denn diese letztere ist

7. Verbrennungseinrichtung nach einem der für viele Anwendungen gar nicht brauchbar.
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Ferner ist es bekannt, daß ein Teilstrom der Aban dem einen Ende (22, 41) der Verbrennungs- gase wieder dem Eingang eines Venturi-Rohres und zone (1, 26) ein Wärmetauscher (8, 44) ange- damit einem Mischrohr zugeführt wird, während ein ordnet ist, der einerseits mit einem Frischluft- 55 anderer Teilstrom der Abgase die Vorwärmung der einlaß(9, 42) und andererseits zum Zumischen Frischluft übernimmt (britische Patentschrift von erwärmter Frischluft zu der Gasströmung 765 966). Abgesehen von der Rückführung des Teilmit der Behandlungszone (16) verbunden ist. stromes enthält diese Druckschrift nur noch die Er-

8. Verbrennungseinrichtung nach einem der wärmung von Luft im Gegenstromprinzip, eine AnAnsprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, 60 Ordnung, die selbstverständlich seit langem bekannt daß an dem einen Ende (22, 41) der Verbren- ist.

nungszone (1, 26) Strömungs-Einstellglieder (25', Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,

50) vorgesehen sind, mit denen die Strömung in einen Verbrennungsofen der eingangs genannten Art

dem Rückführkanal (23, 40) bzw. zu der Be- zu schaffen, bei welchem in einfacher Weise und mit handlungszone (16) einstellbar ist. 65 minimalem Brennstoffaufwand die Temperatur der

9. Verbrennungseinrichtung nach einem der eingeführten Gasströmung erhöht, eine Rezirkula-Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß tion der Gasströmung ermöglicht und zugleich das der Rückführkanal (40) — im Querschnitt ge- Auftreten von unzulässigen Temperaturerhöhungen