DE2356849B2

DE2356849B2 - SECTIONAL BOILER FOR THE FLAMELESS COMBUSTION OF GAS FUELS

Info

Publication number: DE2356849B2
Application number: DE19732356849
Authority: DE
Inventors: Edvin Dipl.-Ing. Caslavska; Katolicky Jaroslav Dipl.-Ing. Detmarovice; Kuba Jaroslav Dipl.-Ing. Skrecen; Dvorok Edmund Mirova; Sittek (Tschechoslowakei)
Original assignee: Hutni Druhovyroba, Generalni Reditelstvi, Prag
Priority date: 1972-11-15
Filing date: 1973-11-14
Publication date: 1976-08-05
Also published as: SE383563B; FR2206484B1; DE2356849A1; US3842807A; FR2206484A1; JPS52161B2; CS174980B1; JPS5052401A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Gtiederheizkes- »el zur flammenlosen Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen, mit einem Mantel, einer vorgeschalteten Gas-Luft-Mischvorrichtung, einem aus mindestens zwei hohlen Gliedern gebildeten Flüssigkeitsraum und zwischen den Gliedern gebildeten, mit einem keramischen Material gefüllten Reaktionskammern sowie einer Zündeinrichtung.The invention relates to a low-temperature boiler for the flameless combustion of gaseous Fuels, with a jacket, an upstream gas-air mixing device, one of at least two hollow limbs formed fluid space and formed between the limbs, with a ceramic Material-filled reaction chambers and an ignition device.

Nach dem Stefan-Boltzmannschen-Gesetz wird an die Heizfläche des Kessels eine verhältnismäßig große Wärmemenge abgegeben, und zwar nach der folgenden Beziehung:According to Stefan-Boltzmann's law, the boiler heating surface is relatively large Amount of heat given off according to the following relationship:

[kcal/m²h][kcal / m ² h]

Es bedeutetIt means

Q = Wärmemenge, Q = amount of heat,

C = Strahlungskoeffizient,C = radiation coefficient,

Γι = absolute Temperatur der keramischen FüllungΓι = absolute temperature of the ceramic filling

und
T2 = absolute Temperatur der Kesselwand.and
T2 = absolute temperature of the boiler wall.

Es sind Kessel bekannt, die nach dem Prinzip verschiedener flammenloser Brennverfahren arbeiten. Kessel, in denen der gasförmige Brennstoff durch Oberflächenverbrennung in einer Schicht von körni- eem. feuerfestem Material 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 Temperatuerreicht werden und das verwendete körnige feuerfeste Material gewöhnlich Schamotte, einzuschmelzen und zu sintern beginnt, was die Außerbetriebsetzung dieser Kessel zur Folge hatThere are known boilers which work on the principle of various flameless combustion processes. Boilers in which the gaseous fuel is produced by surface combustion in a layer of körni- eem. Refractory material is burned, although they achieve high specific outputs and a high degree of efficiency, but are disadvantageous for continuous operation, since the reaction speed is too high with them, disproportionately high temperatures are reached and the granular refractory material used usually starts to melt and sinter fireclay resulting in the decommissioning of these boilers

Einen großen Einfluß auf die Reaktionsgeschwindig- ο keit und dadurch auf die Höhe der Verbrennungstemperatur hat die Zusammensetzung des verwendeten gasförmigen Brennstoffes. Zum Beispiel verursacht Wasserstoff im Gas eine sehr schnelle und schwer beherrschbare Brennreaktion an der Oberfläche des verwendeten keramischen Materials. Unter Einfluß der hohen Temperaturen kommt es dann zum unerwünschten Einschmelzen des verwendeten keramischen Materials. Außerdem ist es bisher nicht gelungen, ein Verfahren zur automatischen Steuerung des Betriebes solcher Kessel zu schaffen.A great influence on the ο Reaktionsgeschwindig- resistance and thereby the height of the combustion temperature, the composition of the gaseous fuel used. For example, hydrogen in the gas causes a very fast and difficult to control combustion reaction on the surface of the ceramic material used. Under the influence of the high temperatures, the ceramic material used then melts down undesirably. In addition, it has so far not been possible to create a method for automatically controlling the operation of such boilers.

Weitere Kessel arbeiten in der Weise, daß ein Gas-Luft-Gemisch durch eine Schicht eines körnigen keramischen Materials 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 auf, da bei ihnen die Strahlung des festen Materials wenig genutzt wird und bei ihnen größtenteils Wärmeübertragung durch Konvektion in Betracht kommt.Other boilers work in such a way that a gas-air mixture through a layer of granular ceramic material passes through and burns in the layer, whereby the firing products get their heat through Transferring convection to the boiler's pipe system. These boilers also work with a high Efficiency, however, have large dimensions, since they have little radiation from the solid material is used and with them, for the most part, heat transfer by convection comes into consideration.

Ferner sind Kessel für flammenlose Verbrennung in keramischen Kanälen, in Düsen feuerfester Blöcke oder in einem feuerfesten Diaphragma bekannt.There are also boilers for flameless combustion in ceramic ducts, in nozzles of refractory blocks or known in a refractory diaphragm.

Es ist auch ein Gliederheizkessel bekannt (FR-PS 20 59 193), bei dem am Austritt aus der Gas-Luft-Mischvorrichtung, die durch eine Platte gebildet wird, ein üblicher, klassischer Brennvorgang abläuft Es findet hier keine Verbrennung an einem Diaphragma statt. In dem anschließenden Katalysator verläuft dann die Verbrennung katalytisch zur Erreichung einer vollkommenen Verbrennung und einer hohen Temperatur. Es fehlt aber eine weitere Zone mit einer flammenlosen Verbrennung im körnigen, keramischen Material einer Reaktionskammer. Darunter leidet der Wirkungsgrad dieses Kessels ganz besonders.A sectional boiler is also known (FR-PS 20 59 193), in which at the outlet from the gas-air mixing device, which is formed by a plate, a common, classic burning process takes place It takes place here no combustion takes place at a diaphragm. The then runs in the subsequent catalyst Catalytic combustion to achieve perfect combustion and a high temperature. It but there is no further zone with a flameless combustion in the granular, ceramic material of a Reaction chamber. The efficiency of this boiler suffers particularly from this.

Einen gemeinsamen Nachteil dieses sowie der früher erwähnten Kessel bildet der Umstand, daß trotz des vollkommenen Brennvorgangs und des hohen Wirkungsgrades ihre Konvektionsfiächen sowie ihre Verbrennungskammer große Abmessungen aufweisen, weshalb diese Kessel einen großen Raum einnehmen, schwer sind, ihre Herstellung und ihr Betrieb sich unwirtschaftlich gestalten, außerdem eine manuelle Bedienung voraussetzen und einen gegebenenfalls ständigen, ununterbrochenen Betrieb erfordern, da ihre Inbetriebsetzung höchst instabil ist.A common disadvantage of this and the previously mentioned boilers is the fact that despite the perfect combustion process and the high efficiency their convection surfaces as well as their combustion chamber have large dimensions, which is why these boilers occupy a large space, are heavy, their manufacture and their operation Make it uneconomical, also require manual operation and one if necessary require constant, uninterrupted operation as their commissioning is highly unstable.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gliederheizkessel zu schaffen, der bei kleinstem Raumbedarf ein Optimum an Wirtschaftlichkeit bietet und eine optimale Verbrennung mit nicht zu hohen Temperaturen ermöglicht.It is therefore the object of the invention to create a sectional boiler that takes up very little space offers optimum economic efficiency and optimum combustion with temperatures that are not too high enables.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der Zufuhrleitung für das Gas-Luft-Gemisch ein in einem Verteiler angeordnetes poröses Diaphragma, dahinter eine Verbrennungskammer und hinter derselben ein hitzebeständiger Block angeordnet sind, der mit in die Reaktionskammern mündenden Öffnungen versehen ist.This object is achieved according to the invention in that on the supply line for the gas-air mixture a porous diaphragm arranged in a distributor, behind a combustion chamber and behind the same a heat-resistant block are arranged, which opens into the reaction chambers Openings is provided.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen festgelegt Advantageous further developments are specified in the subclaims

Der erfindungsgemäße Gliederheizkeysel ermöglicht einen sicheren Dauerbetrieb auch bei der Verbrennung von in Versorgungsnetzen üblichen Gasen. Im Hinblick darauf, daß in dem erfindungsgemäßen Kessel gleichzeitig drei verschiedene Arten der flammenlosen Verbrennung ablaufen, und zwar in der Verbrennungskammer an der Austrittsoberfläche des feuerfesten Diaphragmas, in dem hitzebeständigen 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 sectional heating key according to the invention enables safe continuous operation even when the gases commonly used in supply networks are burned. In view of the fact that three different types of flameless combustion take place simultaneously in the boiler according to the invention, namely in the combustion chamber on the exit surface of the refractory diaphragm, in the heat-resistant block and in the ceramic filling of the reaction chambers of the boiler sections, conditions for reducing the maximum Firing temperature and created to avoid sintering or melting through of the ceramic filling of the reaction chambers in the boiler sections.

Das Abstands-Verhältnis zwischen den gegenüberlie genden, zu den Trennebenen parallelen Innenwänden der Glieder und der Höhe der Reaktionskammer, das vorzugsweise 1 :5 bis 1:8 beträgt, ermöglicht eine wirksame Verbrennung gasförmigen Brennstoffes jeder Art und Zusammensetzung.The distance ratio between the opposite, parallel to the parting planes inner walls of the members and the height of the reaction chamber, which is preferably 1: 5 to 1: 8, enables effective combustion of gaseous fuel of any type and composition.

Der erfindungsgemäße Kessel gestattet eine automatische Inbetriebsetzung und Steuerung des Betriebs.The boiler according to the invention allows an automatic start-up and control of the operation.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail using an exemplary embodiment

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Kessel,F i g. 1 a longitudinal section through the boiler,

F i g. 2 einen Schnitt A-A nach F i g. II.F i g. 2 shows a section AA according to FIG. II.

Ein stehender gußeiserner Gliederheizkessel ist mit einem Mantel, einer vorgeschalteten Luftleitung 1, einer vorgeschalteten Gasleitung 2 und mit einer Gas-Luft-Mischvorrichtung 3 versehen, an die eine Zufuhrleitung 21 für Gas-Luft-Gemisch angeschlossen ist. An die Zufuhrleitung 21 ist im Eintrittsteil des Kessels ein in einem Verteiler 4 angebrachtes feuerfestes Diaphragma 5 aus keramischem Material angeschlossen, hinter dem sich eine Verbrennungskammer 6 mit einer Zündeinrichtung 20 zum Zünden des Gas-Luft-Gemisches befindet.A standing cast iron boilers with a jacket, an upstream air line 1, a upstream gas line 2 and provided with a gas-air mixing device 3 to which a supply line 21 for gas-air mixture is connected. To the supply line 21 is an in in the inlet part of the boiler a distributor 4 attached refractory diaphragm 5 made of ceramic material connected, behind the a combustion chamber 6 with an ignition device 20 for igniting the gas-air mixture is located.

Hinter der Verbrennungskammer 6 ist ein hitzebeständiger 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 Flüssigkeitsraum 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 is a heat-resistant block 7 made of ceramic material, which is provided with openings 8 in the reaction chambers 10, formed by hollow outer Links 17 and a middle link 18 open, the links a liquid space 19 of the boiler form. The reaction chambers 10 have an approximately hexagonal cross section and are with a gas-permeable ceramic filling 9 with a relatively large and rough surface of their Pores filled.

Die Innenwände 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 das Abstands-Verhältnis zwischen den gegenüberliegenden, zu den Trennebenen parallelen Innenwänden 15 und 16 der Glieder 17 und 18 und der Höhe der Reaktionskammern 10 gleich 1 :5 gewählt. Die Glieder 17, 18 sind gegeneinander mittels Dichtungen abgedichtet, die in Dichtungsnuten 13 eingelegt sind, und durch Aufpressen von Schrumpfverbindungselementen in Naben 14 verbunden. Der Kessel ist hinter den Reaktionskammern 10 durch einen Sammler 11 der Abgase verschlossen, der in einen Abgaskanal 12 mündet.The inner walls of the outer links 17 and the middle link 18 have a comb-like shape with the longitudinal axes of the individual ridges being vertical. The boiler according to the embodiment is set up to burn coke oven gas, and therefore the distance ratio between the opposite, parallel to the parting planes inner walls 15 and 16 of the members 17 and 18 and the The height of the reaction chambers 10 was chosen to be 1: 5. The members 17, 18 are mutually means Seals sealed, which are inserted into sealing grooves 13, and by pressing on shrink-fit connection elements connected in hubs 14. The boiler is behind the reaction chambers 10 by a Collector 11 of the exhaust gases closed, which opens into an exhaust duct 12.

In das Gliedersystem des Kessels kann ein weiteres mittleres Glied 18 eingeschaltet werden, so daß die Anzahl der Reaktionskammern 10 verdoppelt wird. Alle Reaktionskammern 10 weisen dieselbe Nennleistung auf, so daß die Gesamtleistung des Kessels ein Produkt der Nennleistung einer einzigen Reaktionskammer 10 ur.d der Anzahl der Reaktionskammern 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. A further middle element 18 can be switched into the sectional system of the boiler, so that the number of reaction chambers 10 is doubled. All reaction chambers 10 have the same nominal output, so that the total output of the boiler is a product of the nominal output of a single reaction chamber 10 and the number of reaction chambers 10 to get voted. Ceramic chippings of a certain size can be used as the ceramic filling 9.

Druckluft wird durch die Luftleitung 1 in die Mischvorrichtung geführt, in welche sie das Gas aus der Gasleitung 2 ansaugt Das Gas-Luft-Gemisch wird durch die Zufuhrleitung 21 in das poröse feuerfeste, im Verteiler 4 angeordnete Diaphragma 5 und von dort in die Verbrennungskammer 6 geführt Hier wird das Gemisch durch die Zündeinrichtung 20 gezündet, und an der Austrittsoberfläche des feuerfesten Diaphragmas 5 läuft dann die primäre flammenlose Verbrennung des Gases ab, und in der Verbrennungskammer 6 brennt das Gas teilweise ab. Ein geringer Anteil der Wärme aus der Verbrennungskammer 6 wird an das Heizwasser im Flüssigkeitsraum 19 abgegeben. Compressed air is fed through the air line 1 into the mixing device, into which it sucks the gas from the gas line 2. The gas-air mixture is fed through the feed line 21 into the porous refractory diaphragm 5 arranged in the distributor 4 and from there into the combustion chamber 6 here out the mixture is ignited by the ignition device 20, and then the primary flameless combustion occurs at the exit surface of the refractory diaphragm 5 from the gas, and in the combustion chamber 6 from the gas blowing part. A small proportion of the heat from the combustion chamber 6 is given off to the heating water in the liquid space 19.

Durch das System der öffnungen 8 in dem vor den Eintrittsstirnflächen der Reaktionskammern 10 angebrachten hitzebeständigen Block 7 wird die Verbrennungskammer 6 vergrößert. An der Oberfläche des hitzebeständigen Blocks 7 läuft eine P.ammenlose Oberflächenverbrennung des Gemisches ab. Im Bereich dieses Blocks 7 wird an das Heizwasser ein weiterer Wärmeanteil abgegeben. Obwohl der hitzebeständige 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 area in front of the entry end faces of the reaction chambers 10 Heat-resistant block 7, the combustion chamber 6 is enlarged. On the surface of the Heat-resistant block 7, a pameless surface combustion of the mixture takes place. In the area this block 7 is given a further proportion of heat to the heating water. Although the heat-resistant Block 7 has a relatively small surface, the burning process takes place on its surface so intense that there is a high degree of heat transfer by radiation.

Die verhältnismäßig robusten Wände des hitzebeständigen Blockes 7 verhindern ein Verwerfen oder Sintern des keramischen Materials, aus dem der hitzebeständige 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, wennn 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 Flüssigkeitsraum 19 des Kessels. Die Abgase 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 Strahlung niedrigerer Intensität und Leitung abgibt. Die Abgase werden in der keramischen Füllung 9 ausreichend abgekühlt und aus den einzelnen Reaktionskanimem 10 durch den Sammler 11 und den Abgaskanal 12 in einen Schornstein abgeführt.The relatively robust walls of the heat-resistant block 7 prevent warping or Sintering the ceramic material of which the refractory block 7 is made. The burning one The gas-air mixture continues into the ceramic filling 9 of the reaction chambers 10, where it becomes a very intense flameless combustion occurs on the surface of this filling 9. This is true if the ceramic filling 9 by a gas-permeable ceramic mass or ceramic chippings is formed. Here, too, there is a very intensive heat exchange due to radiation in addition to a simultaneous one Heat exchange through conduction and convection. The heat exchange process runs through the Walls of the reaction chambers 10 in the liquid space 19 of the boiler. The exhaust gases transfer at their Moving on to the collector 11 their heat by convection to the heating water and to others Layers of the ceramic filling 9, which at the same time lower the heat to the heating water through radiation Gives intensity and direction. The exhaust gases are sufficiently cooled in the ceramic filling 9 and out the individual reaction ducts 10 through the collector 11 and the exhaust gas duct 12 into a chimney discharged.

Der erfindungsgemäße Gliederheizkessel kann für zentrale Warmwasserbeheizung, Erwärmung von Brauchwasser über einen Wärmetauscher und zu ähnlichen Zwecken Verwendung finden. In Verbindung mit einem über dem Kessel angeordneten Trommelverdampfer kann er auch für Dampfheizung verwendet werden.The sectional boiler according to the invention can be used for central hot water heating, heating of Find service water through a heat exchanger and for similar purposes. In connection with a drum evaporator arranged above the boiler, it can also be used for steam heating will.

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Claims

Patent claims:

1. Articulated boiler for flameless combustion of gaseous fuels, with a Jacket, an upstream gas-air mixing device, one of at least two hollow Limbs formed fluid space and formed between the limbs, with a ceramic Material-filled reaction chambers and an ignition device, characterized in that that on the supply line (21) for the gas-air mixture in a distributor (4) arranged porous diaphragm (5), behind a combustion chamber (6) and behind the same one heat-resistant block (7) are arranged with openings opening into the reaction chambers (10) (8) is provided

2. sectional boiler according to claim 1, characterized in that the ignition device (20) is arranged between the porous diaphragm (5) and the refractory block (7).

3. sectional boiler according to claim 1, characterized in that the liquid space (19) through outer links (17), optionally middle links (18), is formed, the inner walls (15, 16) of which are provided in a comb shape.

4. sectional boiler according to claim 1 to 3, characterized in that the distance ratio between the opposite inner walls (15, 16) of the parallel to the parting planes Members (17,18) and the height of the reaction chamber (10) is 1: 5 to 1: 8