DE2356849A1 - ARTICULATED BOILER FOR THE FLAMELESS COMBUSTION OF GAS-FORM FUELS - Google Patents
ARTICULATED BOILER FOR THE FLAMELESS COMBUSTION OF GAS-FORM FUELSInfo
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Description
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r. tir. ti
233-21.69$P(2l.69.7K> ' · 14. 11. 1973233-21.69 $ P (2l.69.7K> 11/14/1973
Hutni druhovyroba, generalni reditelstvi, PRAG 2, CSSRHutni druhovyroba, generalni reditelstvi, PRAGUE 2, CSSR
Gliederkessel zur flammenlosen Verbrennung gasförmiger BrennstoffeArticulated boiler for flameless combustion gaseous fuels
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gliederkessel zur Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen im Wege einer flammenlosen Verbrennung, bei der die Wärmeübertragung durch Strahlung wirkungsvoll ausgenutzt und eine vollkommene Verbrennung des gasförmigen Brennstoffes bei sehr geringem Luftüberschuß erzielt wird und bei der das Verbrennen dieses Brennstoffes im wirksamsten Teil des Kessels an der Oberfläche eines gegliederten keramischen Körpers unter hohen Temperaturen abläuft.The invention relates to a sectional boiler for the combustion of gaseous fuels in the way a flameless combustion, in which the heat transfer by radiation is used effectively and a complete combustion of the gaseous fuel is achieved with very little excess air and in which the Burning this fuel in the most effective part of the boiler on the surface of an articulated ceramic Body under high temperatures.
Nach dem Stefän-Boltzmann1schen-Gesetz wird an die Heizfläche des Kessels eine verhältnismäßig große Wärmemenge abgegeben, und zwar nach der folgenden Beziehung: After Stefän-Boltzmann's law 1 a relatively large amount of heat is released to the heating surface of the boiler, after the following relationship:
233-(S8lO8)-HdE233- (S8108) -HdE
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= C= C
100100
kcal/m hkcal / m h
Es bedeuten:It means:
Q = Wärmemenge,Q = amount of heat,
C = Strahlungskoeffizient,C = radiation coefficient,
T1 = absolute Temperatur der keramischen füllung, und.T 1 = absolute temperature of the ceramic filling, and.
T2 = absolute Temperatur der Kesselwand.T 2 = absolute temperature of the boiler wall.
Es sind Kesselkonstruktionen bekannt, die nach dem Prinzip verschiedener flammenloser Brennverfahren arbeiten. Kessel, in denen der gasförmige Brennstoff durch Oberflächenverbrennung in einer Schicht von körnigem, feuerfestem Werkstoff verbrannt wird, erreichen zwar hohe spezifische Leistungen und auch einen hohen Wirkungsgrad, sind jedoch für einen Dauerbetrieb unvorteilhaft, da die Reaktionsgeschwindigkeit bei ihnen zu hoch ist, unverhältnismäßig hohe Temperaturen erreicht werden und das verwendete körnige feuerfeste Material, gewöhnlich Schamotte, einzuschmelzen.und zu sintern beginnt, was die Außerbetriebsetzung dieser Kessel zur Folge hat.There are boiler designs known which work on the principle of various flameless combustion processes. Boilers in which the gaseous fuel is produced by surface combustion Is burned in a layer of granular, refractory material, achieve high specific outputs and also high efficiency, but are disadvantageous for continuous operation because of the speed of reaction when they are too high, disproportionately high temperatures are reached and the granular refractory used Material, usually fireclay, melts down. And begins to sinter, causing the putting out of this The boiler.
Einen großen Einfluß auf die Reaktionsgeschwindigkeit und dadurch auf die Höhe der Verbrennungstemperatur hat die Zusammensetzung des verwendeten gasförmigen Brennstoffes. So z.B. verursacht Wasserstoff im Gas eine sehr schnelleThe has a great influence on the reaction rate and thus on the level of the combustion temperature Composition of the gaseous fuel used. For example, hydrogen in the gas causes a very rapid
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und schwer beherrsehbare Brennreaktion an der Oberfläche des verwendeten keramischen Werkstoffes. Unter Einfluß der hohen Temperaturen kommt es dann zum unerwünschten Einschmelzen des verwendeten keramischen Werkstoffes. Außerdem ist es bisher nicht gelungenÄ ein Verfahren zur automatischen Steuerung des Betriebes solcher Kessel zu schaffen. and difficult to control firing reaction on the surface of the ceramic material used. Under the influence of the high temperatures, the ceramic material used then melts down undesirably. Moreover, it is not yet succeeded Ä a method for automatically controlling the operation of creating such boilers.
Weitere Kesselkonstruktionen arbeiten in der Weise, daß ein Gas-Luft-Gemiseh durch eine Schicht eines körnigen keramischen Werkstoffes hindurchtritt und in der Schicht brennt, wobei die Brennprodukte ihre-Wärme durch Konvektion auf das Rohrsystem des Kessels übertragen. Diese Kessel arbeiten gleichfalls mit einem hohen Wirkungsgrad, weisen jedoch große Abmessungen aufs da bei ihnen die Strahlung des festen Werkstoffes wenig genutzt wird und bei ihnen größtenteils Wärmeübertragung durch Konvektion in Betracht kommt. . Other boiler constructions work in such a way that a gas-air mixture passes through a layer of a granular ceramic material and burns in the layer, the combustion products transferring their heat to the boiler's pipe system by convection. These boilers also work with a high efficiency, but have large dimensions s because in them the radiation of the solid material is underused and mostly heat transfer occurs by convection into consideration in them. .
Ferner sind Kesselkonstruktionen für flammenlose Verbrennung in keramischen Kanälen, in Düsen feuerfester Blöcke oder in porösen feuerfesten Scheidewänden bekannt.There are also boiler designs for flameless combustion known in ceramic channels, in nozzles of refractory blocks or in porous refractory partitions.
Einen gemeinsamen: Nachteil dieser sowie der früher erwähnten Kesel bildet der Umstand, daß trotz des vollkommenen Brennvorganges und des hohen. Wirkungsgrades ihre Konvektionsflächen sowie ihr Verbrennungsraum große Abmessungen aufweisen, weshalb diese Kesselkonstruktionen einen großen Raum einnehmen, schwer sind, ihre Herstellung und ihr Betrieb sich unwirtschaftlich gestalten, außerdemOne thing they have in common: Disadvantage of this as well as that of the past mentioned Kesel forms the fact that in spite of the perfect Burning process and the high. Efficiency your Convection surfaces as well as their combustion chamber large dimensions have, which is why these boiler structures take up a large amount of space, are difficult to manufacture and their operations turn out to be uneconomical, too
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eine manuelle Bedienung voraussetzen und einen gegebenenfalls ständigen, ununterbrochenen Betrieb erfordern, da ihre Inbetriebsetzung höchst instabil ist.require manual operation and, if necessary, constant, uninterrupted operation, as their commissioning is highly unstable.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die erwähnten Nachteile weitgehend zu beseitigen.It is therefore the object of the invention to largely eliminate the disadvantages mentioned.
Ein Gliederkessel zur flammenlosen Verbrennung gasförmiger Brennstoffe, mit einem Mantel und einer vorgeschalteten Gas-Luft-Mischvorrichtung, mit einem aus mindestens, zwei. Hohlgliedern bestehenden Wasserraum und zwischen den Gliedern gebildeten Reaktionskammern, die mit einer keramischen Füllung ausgefüllt sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an die Gas-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung im Eintrittsteil des Gliederkessels eine in einem Verteiler angeordnete poröse feuerfeste Scheidewand angeschlossen ist, hinter der ein Verbrennungsraum mit einer Funkenstrecke zur Zündung des Gas-Luft-Gemisches vorgesehen ist, und daß sich hinter dem Verbrennungsraum ein feuerfester Block befindet, der in die Reaktionskammern, mündende öffnungen hat.A sectional boiler for the flameless combustion of gaseous fuels, with a jacket and an upstream one Gas-air mixing device, with one of at least two. Hollow limbs existing water space and between the limbs formed reaction chambers with a ceramic Filling are filled, is characterized according to the invention that to the gas-air mixture supply line in the inlet part of the sectional boiler one arranged in a distributor porous refractory partition is connected, behind which a combustion chamber with a spark gap to Ignition of the gas-air mixture is provided, and that there is a refractory block behind the combustion chamber, which has openings opening into the reaction chambers.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Wasserraum des Kessels durch äußere Glieder, gegebenenfalls durch mittlere Glieder, gebildet, deren Innenflächen eine kammartige Gestalt aufweisen.According to a further embodiment of the invention, the water space of the boiler is optionally provided by external members by middle links, the inner surfaces of which have a comb-like shape.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, daß das Verhältnis der Entfernung der gegenüberliegenden, zu den Trennebenen zwischen den Gliedern parallelen Innenwände der Glieder zur Höhe der Reaktionskammern 1 : 5 bisA further development of the invention also consists in the fact that the ratio of the distance between the opposite, to the planes of separation between the members parallel inner walls of the members to the height of the reaction chambers 1: 5 to
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ί : 8 beträgt. ' " ! ί: 8. '" !
Der erfindungsgemäße Gliederkessel ermöglicht einen .sicheren Dauerbetrieb auch bei der Verbrennung von in Ver-. brauchernetzen üblichen Gasen. Im Hinblick darauf, daß in dem erfindungsgemäßen Kessel gleichzeitig drei verschiedene Arten der flammenlosen Verbrennung ablaufen, und zwar im Verbrennungsraum an der Austrittsoberfläche der porösen feuerfesten Scheidewand, in dem feuerfesten Block und in der keramischen Füllung der Reaktionskammern der Kesselglieder, werden Bedingungen zur Verringerung der "maximalen Brenntemperatur und zur Vermeidung des Sinterns oder Durchschmelzens der keramischen Füllung der Reaktionskammern in den Kesselgliedern geschaffen.The articulated boiler according to the invention enables one .safe continuous operation even when burning in ver. common gases. In view of the fact that in the boiler according to the invention run three different types of flameless combustion at the same time, namely in the combustion chamber on the exit surface of the porous refractory partition, in the refractory block and in the ceramic filling of the reaction chambers of the boiler sections, are conditions to reduce the "maximum Firing temperature and to avoid sintering or melting through created the ceramic filling of the reaction chambers in the boiler sections.
Das Verhältnis der Entfernung der gegenüberliegenden, zu den Trennebenen zwischen den Gliedern parallelen inneren Gliederwände zur Hohe der Reaktionskammer, das sich vorzugsweise zwischen 1 : 5 bis ι : 8 bewegt, 'ermöglicht eine wirksame Verbrennung gasförmigen Brennstoffe.s jeder Art und Zusammensetzung. - ■ : .The ratio of the distance of the opposite, to the planes of separation between the members parallel inner member walls to the height of the reaction chamber, which is preferably between 1: 5 to ι: 8 moves, 'enables effective Combustion of gaseous fuels of any type and composition. - ■:.
Die erfindungsgemäße Kesselkonstruktion gestattet eine automatische Inbetriebsetzung und Steuerung des Betriebs.The boiler construction according to the invention allows one automatic commissioning and control of operations.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gliederkessels ist in der beigefügten Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the articulated boiler according to the invention is shown schematically in the accompanying drawing. Show it:
Fig. i einen Längsschnitt durch den Kessel, undFig. I is a longitudinal section through the boiler, and
Pig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A aus Fig. 1.Pig. 2 shows a section along the line A-A from FIG.
Ein stehender gußeiserner Gliederkessel ist mit einem Mantel, einer vorgeschalteten Luftleitung 1, einer vorgeschalteten Gasleitung 2 und mit einer Mischvorrichtung 3 versehen, an die eine Gas-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung 21 angeschlossen ist. An die Gas-Luft-Gemisch-Zufuhrleitung 21 ist im Eintrittsteil des Kessels eine in einem Verteiler 4 angebrachte poröse feuerfeste Scheidewand 5 aus keramischem Werkstoff angeschlossen, hinter der sich ein Verbrennungsraum 6 mit einer Funkenstrecke 20 zum Zünden des Gas-Luft-Gemisches befindet. .A standing cast iron articulated boiler is with a jacket, an upstream air line 1, an upstream Gas line 2 and provided with a mixing device 3 to which a gas-air mixture feed line 21 connected. To the gas-air mixture feed line 21 is in the inlet part of the boiler a mounted in a distributor 4 porous refractory partition 5 made of ceramic Connected material, behind which there is a combustion chamber 6 with a spark gap 20 for igniting the gas-air mixture is located. .
Hinter dem Verbrennungsraum 6 ist ein feuerfester Block 7 aus keramischem Material angebracht, der mit öffnungen 8 versehen ist, die in Reaktionskammern 10, gebildet von hohlen äußeren Gliedern 17 und einem mittleren Glied 18, münden, wobei die Glieder einen Wasserraum 19 des Kessels bilden. Die Reaktionskammern 10 weisen einen annähernd sechseckigen Querschnitt auf und sind mit einer gasdurchlässigen keramischen Füllung 9 mit verhältnismäßig großer und rauher Oberfläche ihrer Poren ausgefüllt.Behind the combustion chamber 6, a refractory block 7 made of ceramic material is attached, which with openings 8 is provided, which in reaction chambers 10, formed by hollow outer members 17 and a central member 18, open out, the members of a water space 19 of the boiler. The reaction chambers 10 have an approximately hexagonal cross section and are with a gas-permeable ceramic filling 9 filled with a relatively large and rough surface of their pores.
Die Innenflächen der äußeren Glieder 17 und des mittleren Gliedes 18 weisen eine kammartige Gestalt auf, wobei die Längsachsen der einzelnen Kämme vertikal sind. Der Kessel gemäß dem Ausführungsbeispiel ist zur Verbrennung von Koksofengas eingerichtet und deshalb wird zwischen der Entfernung der gegenüberliegenden inneren Gliederwände 15 und 16, die zu den Trennebenen zwischen denThe inner surfaces of the outer links 17 and the middle link 18 have a comb-like shape, the longitudinal axes of the individual ridges being vertical. The boiler according to the embodiment is for combustion set up by coke oven gas and therefore between the distance of the opposite inner Section walls 15 and 16, which lead to the dividing lines between the
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Gliedern 17 und 18 parallel sind, und der Höhe der Reaktionskammern IO ein Verhältnis von 1 : 6 gewählt. Die Glieder 17, 18 sind gegeneinander mittels Dichtungen abgedichtet, die in Dichtungsnuten 13 eingelegt sind, und durch Aufpressen von Schrumpfverbindungselementen in Naben "IM verbunden. Der Kessel ist hinter den Reaktionskammern 10 durch einen Sammler 11 der Brennprodukte verschlossen, der in einen Rauchkanal mündet. ' -Members 17 and 18 are parallel, and the height of the reaction chambers IO a ratio of 1: 6 is chosen. The links 17, 18 are sealed against each other by means of seals which are inserted into sealing grooves 13, and by pressing on Shrink fasteners connected in hubs "IM. The The boiler is behind the reaction chambers 10 through a collector 11 of the fired products are sealed in a smoke channel flows out. '-
In das Gliedersystem des Kessels kann man ein weiteres mittleres Glied 18 einschalten, so daß die Anzahl der Reaktionskammern 10 verdoppelt wird. Alle Reaktionskammern weisen dieselbe Nennleistung auf, so daß die Gesamtleistung des Kessels ein Produkt der Nennleistung einer einzigen Reaktioriskammer ,10 und der Anzahl dieser Kammern 10 darstellt. Dabei kann je nach den Fertigungsmöglichkeiten oder Forderungen an den Kesselbetrieb die Querschnittform der Reaktionskammern 10 anders als sechseckig gewählt werden. Als keramische Füllung 9 kann keramischer Splitt einer bestimmten-Stückgröße verwendet werden.In the link system of the boiler you can turn on another middle link 18, so that the number of Reaction chambers 10 is doubled. All reaction chambers have the same nominal output, so that the total output of the boiler is a product of the nominal output of a single reactor chamber , 10 and the number of these chambers 10 represents. Included the cross-sectional shape of the reaction chambers can vary depending on the manufacturing possibilities or the requirements of the boiler operation 10 other than hexagonal can be chosen. As ceramic Filling 9 can be made of ceramic chippings of a certain size be used.
Druckluft wird durch die Luftleitung 1 in die Mischvorrichtung 3 geführt, in welche sie das Gas aus der Gasleitung 2 ansaugt. Das Gas-Luft-Gemisch wird durch die Zufuhrleitung 21 in die poröse feuerfeste, im Verteiler 4 angeordnete Scheidewand 5und von dort in den Verbrennungsraum 6 geführt. Hier wird das Gemisch durch die Funkenstrecke 20 gezündet, und ' an der Austrittsoberfläche der porösen feuerfesten Scheidewand 5 läuft dann die primäre flammenlose Verbrennung des Gases ab und im Verbrennungsraum 6 brennt das Gas teilweise ab. Ein geringer Anteil der Wärme aus dem Verbrennungsraum 6 wird an das Heizwasser im Wasserraum 19 abgegeben.Compressed air is fed through the air line 1 into the mixing device 3 out into which it sucks the gas from the gas line 2. The gas-air mixture is fed through the supply line 21 into the porous refractory partition arranged in the distributor 4 5 and from there into the combustion chamber 6. here the mixture is ignited through the spark gap 20, and 'on the exit surface of the porous refractory septum 5 then runs the primary flameless combustion of the Gas from and in the combustion chamber 6 burns the gas partially away. A small proportion of the heat from the combustion chamber 6 is given off to the heating water in the water chamber 19.
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Durch das System der Öffnungen 8 in dem vor den Eintrittsstirnflächen der Reaktionskammern 10 angebrachten feuerfesten Block 7 wird der Verbrennungsraum 6 vergrößert. An der Oberfläche des feuerfesten Blocks 7 läuft eine flammenlose Oberflächenverbrennung des Gas-Luft-Gemisches ab. Im Bereich dieses Blocks 7 wird an das Heizwasser ein weiterer Wärmeanteil abgegeben. Obwohl der feuerfeste Block 7 eine verhältnismäßig kleine Oberfläche aufweist, verläuft der Brennvorgang an seiner Oberfläche so intensiv, daß es zu einem hohen Grad .der Wärmeübertragung durch Strahlung kommt.Through the system of openings 8 in the front of the entry end faces The refractory block 7 attached to the reaction chambers 10, the combustion space 6 is enlarged. At Flameless surface combustion of the gas-air mixture takes place on the surface of the refractory block 7. In the area this block 7 is given a further proportion of heat to the heating water. Although the refractory block 7 is a has a relatively small surface area, the burning process is so intense on its surface that it closes a high degree of heat transfer by radiation.
Die verhältnismäßig robusten Wände des feuerfesten Blockes 7 verhindern ein Verwerfen oder Sintern des keramischen Werkstoffes, aus dem der feuerfeste Block 7 besteht. Das brennende Gas-Luft-Gemisch tritt weiter in die keramische Füllung 9 der Reaktionskammern 10 ein, wo es zu einer sehr ' intensiven flammenlosen Verbrennung an der Oberfläche dieser Füllung 9 kommt. Dies trifft zu, wenn die keramische Füllung 9 durch eine gasdurchlässige keramische Masse oder auch keramischen Splitt gebildet ist. Es erfolgt hier gleichfalls ein sehr intensiver Wärmeaustausch durch Strahlung neben einem gleichzeitigen .Wärmeaustausch durch Leitung sowie Konvektion. Der Wärmeaustauschprozess verläuft durch die Wände der Reaktionskammern 10 in den Wasserraum 19 des Kessels. Die Brennprodukte übertragen bei ihrer Weiterbewegung zum Sammler 11 ihre Wärme durch Konvektion an das Heizwasser und an weitere Schichten der keramischen Füllung 9» die gleichzeitig die Wärme an das Heizwasser durch StrahlungThe relatively robust walls of the refractory block 7 prevent the ceramic material from which the refractory block 7 is made from being warped or sintered. The burning gas-air mixture enters the ceramic filling 9 of the reaction chambers 10, where a very intense flameless combustion occurs on the surface of this filling 9. This applies when the ceramic filling 9 is formed by a gas-permeable ceramic mass or also ceramic chippings. There is also a very intensive heat exchange by radiation in addition to a simultaneous heat exchange by conduction and convection. The heat exchange process runs through the walls of the reaction chambers 10 into the water space 19 of the boiler. As they move on to the collector 11, the combustion products transfer their heat by convection to the heating water and to further layers of the ceramic filling 9, which at the same time transfer the heat to the heating water by radiation
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niedrigerer Intensität und Leitung abgibt. Die Brennprodukte werden in der keramischen Füllung 9 ausreichend abgekühlt und aus den einzelnen Reaktionskammern 10 durch den Sammler 11 und den Rauchkanal 12 in einen Schornstein abgeführt.emits lower intensity and conduction. The firing products are sufficiently cooled in the ceramic filling 9 and from the individual reaction chambers 10 through the collector 11 and the smoke channel 12 is discharged into a chimney.
Der er findungs gemäße Gliederkessel kann für zentrale Warmwasserbeheizung, Erwärmung von Nützwasser über einen Austauscher und zu ähnlichen Zwecken Verwendung finden. In Verbindung mit einem über dem Kessel angeordneten Trommelverdampfer kann er auch für Dampfheizung verwendet werden. Der erzeugte Dampf oder das Heizwasser kann jedoch nicht für technologische Zwecke verwendet und der Kessel fließend mit Frischwasser nachgefüllt werden, da die Reinigung des Kessels von Kesselstein Schwierigkeiten bereitet.The articulated boiler according to the invention can be used for central hot water heating, Heating of useful water via an exchanger and for similar purposes are used. In Connection to a drum evaporator arranged above the boiler it can also be used for steam heating. However, the generated steam or heating water cannot used for technological purposes and the kettle fluid must be topped up with fresh water, as it is difficult to clean the boiler from scale.
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Claims (3)
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (3)
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| DE2356849B2 (en) | 1976-08-05 |
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| JPS52161B2 (en) | 1977-01-06 |
| CS174980B1 (en) | 1977-04-29 |
| JPS5052401A (en) | 1975-05-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |