DE2559070A1

DE2559070A1 - Verfahren und ofen zum verbrennen von kohlenstoffhaltigen brennstoffen

Info

Publication number: DE2559070A1
Application number: DE19752559070
Authority: DE
Inventors: William C Pfefferle
Original assignee: Engelhard Minerals and Chemicals Corp
Current assignee: Engelhard Minerals and Chemicals Corp
Priority date: 1975-01-02
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1976-07-08
Also published as: AU8797275A; JPS5193436A; BR7508735A; FR2296812B1; FR2296812A1; IT1052647B; MX143430A; GB1535330A; BE837261A; CH611000A5; AU503980B2; ES443965A1; SE7514721L; SE424361B; CA1036010A

Description

,' Patentanwälte: Dr. Ing. Waiter Abitz Dr. Dieter F. .\:orf Dr. Kana-A. Brauns _{30# Dezember lg75}

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ENGELHARD MINERALS & CHEMICALS CORPORATION Murray Hill, New Jersey 07974, V.St.A.

Verfahren und Ofen zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Ofen zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zwecks Erzeugung von Energie in Form von Wärme.

Eines der wichtigsten Probleme, die beim Bau und Betrieb von Öfen auftreten, besteht darin, die Mengen an Oxiden des Stickstoffs in den Ofenabgasen unter Kontrolle zu halten, da Oxide des Stickstoffs ein sehr ernstes Luftverschmutzungsproblem darstellen. Wenn Brennstoff mit mindestens der stöchiometrischen Menge Luft bei Temperaturen über etwa 1815° C verbrannt wird, bilden sich unweigerlich wesentliche Mengen an Oxiden des Stickstoffs. Unter "Luft" sind hier alle Gase oder Kombinationen von Gasen zu verstehen, die für Verbrennungsreaktionen verfügbaren Sauerstoff enthalten, und unter einer "stöchiometrischen Luftmenge" ist diejenige Menge an Luft zu verstehen, die theoretisch für die vollständige Oxidation aller verbrennbaren Bestandteile in einer gegebenen Brennstoff-

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menge (z.B. zu Kohlendioxid und Wasser) ausreicht. Unter einem "kohlenstoffhaltigen Brennstoff" ist jeder Brennstoff zu verstehen, bei dem ein wesentlicher Teil des Heizwertes in Form von elementarem Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen vorliegt, die Kohlenstoff in verbrennbarer Verbindung mit anderen Elementen, wie Wasserstoff, enthalten.

Eine Möglichkeit, die Menge der Oxide des Stickstoffs, die sich im Ofen bilden, zu verringern, ist die Herabsetzung der Temperatur im Ofen durch Mischen des Brennstoffs mit einem grösseren Volumen an Inertgas, um ein verdünntes Brennstoff-Luftgemisch zu erhalten. Aus Gründen des thermischen Wirkungsgrades wird man fast immer vorzugsweise nicht mehr Luft in dem Ofen verwenden, als für die vollständige Verbrennung des Brennstoffs erforderlich ist (d.h. so nahe wie möglich an der stöchiometrischen Luftmenge). Jede über die stöchiometrische Menge überschiessende Luftmenge muss, im allgemeinen von Raumtemperatur, auf die Ofentemperatur erhitzt und dann wieder in die Atmosphäre ausgetragen werden, wobei sie alle Wärme mit sich führt, die nicht für einen nützlichen Zweck gewonnen werden kann. Die bevorzugte Quelle für Inertgase zum Mischen mit Brennstoff und Luft, um die Verbrennungstemperatur herabzusetzen, sind die gasförmigen Verbrennungsendprodukte oder Rauchgase cies Ofens. Diese Gase sind wärmer als die umgebende Luft, aber wesentlich kühler als die die Verbrennungszone verlassenden Gase. Daher kann ein Teil der gasförmigen Verbrennungsendprodukte des Ofens im Kreislauf geführt werden, um den Brennstoff und die Luft, die dem Ofen zugeführt werden, zu verdünnen, dadurch die Temperatur in dem Ofen herabzusetzen und dazu beizutragen, die Bildung von Oxiden des Stickstoffs unter Kontrolle zu halten.

Eine andere Möglichkeit, die Bildung von Oxiden des Stickstoffs unter Kontrolle zu halten, besteht darin, dass man die Verbrennung des Brennstoffs in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen

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durchführt. In der ersten Stufe wird ein Gemisch aus Brennstoff und einer wesentlich geringeren Menge Luft, als sie zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs erforderlich ist (d.h. ein nicht-stöchiometrisches Gemisch auf der brennstoffreichen Seite) thermisch zu einem gasförmigen Produkt verbrannt, das eine wesentliche Menge Kohlenmonoxid enthält. Dieses Produkt kann ausserdem etwas unverbrannten oder teilweise verbrannten Brennstoff enthalten. Durch die Temperatur dieser Verbrennung (die im Vergleich zu der stöchiometrischen Verbrennungstemperatur niedrig ist) und besonders durch die unzureichende Luftmenge bei dieser ersten thermischen Verbrennungsstufe wird die Bildung von Oxiden des Stickstoffs wesentlich begrenzt. Dem Produkt der ersten Verbrennungsstufe wird Wärme entzogen, und das Produkt wird dann mit weiterer Luft gemischt und in einer oder mehreren anschliessenden thermischen Verbrennungsstufen thermisch verbrannt. Die zusätzliche Luft reicht aus, um den Luftmangel in den der ersten thermischen Verbrennungsstufe zugeführten Gasen auszugleichen, so dass in der nachfolgenden Verbrennungsstufe oder den nachfolgenden Verbrennungsstufen alles in dem Produkt der ersten Stufe enthaltene Kohlenmonoxid vollständig zu Kohlendioxid oxidiert und unverbrannter oder teilweise verbrannter Brennstoff in diesem Verbrennungsprodukt vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert wird. Obwohl die Bedingungen mindestens in der letzten Verbrennungsstufe oxidierend genug sein müssen, um die vollständige Verbrennung des Brennstoffs zu gewährleisten, bilden sich doch weniger Oxide des Stickstoffs als bei einer einstufig durchgeführten Verbrennung.

Durch die oben beschriebenen Verbrennungsmethoden wird zwar die Bildung von Oxiden des Stickstoffs vermindert, aber nicht vollständig verhindert, und diese Verfahren lassen sich schwieriger durchführen und steuern. So ist es bei diesen Methoden z.B. häufig schwieriger, wirksame thermische Verbrennungsreaktionen zu erzielen und die Bildung wesentlicher Men-

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gen von unvollständigen Verbrennungsprodukten, wie Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, ohne Bildung hoher Konzentrationen an Oxiden des Stickstoffs zu vermeiden. Es mag zwar sein, dass infolge dieser unvollständigen Verbrennung nur ein unbedeutender Betrag an Heizwert verlorengeht; die unvollständigen Verbrennungsprodukte stellen aber ein anderes ernstes Luftverschmutzungsproblem dar. Um die vollständige Verbrennung des Brennstoffs zu gewährleisten und den Betrieb allgemein zu erleichtern, werden Öfen daher vielfach mit wesentlich mehr Luft betrieben, als theoretisch für die vollständige Verbrennung des. dem Ofen zugeführten Brennstoffs ausreicht. Die überschüssige Luft setzt aber den thermischen Wirkungsgrad herab. Ferner gibt es praktische Grenzen für das Ausmaß, zu dem die Temperaturen in einem herkömmlichen zweistufigen Verbrennungsofen unter Innehaltung einer stabilen Verbrennung gesenkt werden können. Hierdurch wiederum werden der möglichen Verminderung der Bildung von Oxiden des Stickstoffs Grenzen gesetzt.

Bei den oben beschriebenen Öfen wird dem Verbrennungsendprodukt Energie in Form von Wärme entzogen, um den Ofen zu betreiben (z.B. um Hochdruckdampf zum Antrieb einer Dampfturbine zu erzeugen), bis die Temperatur der Verbrennungsprodukte für die weitere Wärmeübertragung zu diesem Zweck zu niedrig wird. Dann wird weitere Wärme aus dem gasförmigen Produkt durch herkömmlichen Wärmeaustausch zum Vorerhitzen der dem Ofen zugeführten Luft .gewonnen. Häufig steht aber mehr Wärme zur Gewinnung für die Vorerhitzung der Luft zur Verfügung, als verwendet werden kann, ohne die Temperaturen in dem Ofen so stark zu erhöhen, dass sich übermässige Mengen an Oxiden des Stickstoffs bilden. Meist geht dieser Wärmeüberschuss verloren, wenngleich es auch unter Umständen möglich sein mag, einen Teil desselben für andere Zwecke, z.B. zur Erzeugung von Niederdruckdampf, auszunutzen. Ein wichtiger Vorteil der im Sinne der Erfindung gebauten Öfen ist ihre Fähigkeit, praktisch alle zur Verfügung stehende Wärme zur Vorer-

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hitzung der Luft auszunutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Menge der von Öfen, in denen thermische Energie durch Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen erzeugt wird, hervorgebrachten Luftverschmutzung zu vermindern, den thermischen Wirkungsgrad solcher Öfen zu erhöhen und insbesondere dabei nur eine geringe Menge von Oxiden des Stickstoffs zu erzeugen.

In der USA-Patentanmeldung Serial No. 358 411 vom 8. Mai 1973 ist die katalytisch unterstützte thermische Verbrennung beschrieben. Nach dieser Methode lassen sich kohlenstoffhaltige Brennstoffe mit hohem Wirkungsgrad bei Temperaturen von beispielsweise etwa 925 bis 1760° C ohne Bildung wesentlicher Mengen von Kohlenmonoxid und Oxiden des Stickstoffs nach einem Verfahren verbrennen, das als katalytisch unterstützte thermische Verbrennung bezeichnet wird. Kurz zusammengefasst, wird in der USA-Patentanmeldung Serial No. 358 411 folgendes ausgeführt: Bei der herkömmlichen thermischen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen wird ein entflammbares Gemisch aus Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und Inertgas an einer Zündstelle (z.B. durch einen Funken) gezündet. Wenn das Gemisch gezündet worden ist, brennt es ohne weitere Unterstützung durch die Zündstelle weiter. Entflammbare Gemische von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen brennen normalerweise bei verhältnismässig hohen Temperaturen (nämlich normalerweise weit über 1815° C). Wenn bei diesen Temperaturen Stickstoff anwesend ist, was fast immer der Fall ist, wenn der Sauerstoff für die Verbrennungsreaktion in Form von Luft zugeführt wird, bilden sich unweigerlich wesentliche Mengen an Oxiden des Stickstoffs. Gemische aus Brennstoff und Luft oder aus Brennstoff, Luft und Inertgas, die theoretisch bei Temperaturen unter etwa 1815 .C brennen wurden, sind zu brennstoffarm, um eine stabile Flamme zu unterhalten, und lassen sich daher nicht zufriedenstellend nach herkömmlichen thermischen Verbren-

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nungsmethoden verbrennen.

Bei der herkömmlichen katalytischen Verbrennung andererseits wird der Brennstoff bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen (typisch im Bereich von etwas mehr als 100 C bis ungefähr 760° C) verbrannt. Vor der in der USA-Patentanmeldung Serial No. 358 411 beschriebenen Erfindung war man der Ansicht, dass die katalytische Verbrennung für die Gewinnung thermischer Energie nur von geringem Wert sei. Erstens verläuft nämlich die herkömmliche katalytische Verbrennung verhältnismässig langsam, so dass zu grosse Katalysatormengen erforderlich sind, um genügend gasförmige Verbrennungsprodukte zum Antrieb einer Turbine zu erzeugen, oder um die grossen Brennstoffmengen zu verbrauchen, die für die meisten Anwendungszwecke grosser Öfen erforderlich sind. Zweitens sind die Reaktionstemperatüren, die normalerweise bei der katalytischen Verbrennung auftreten, für eine wirksame Wärmeübertragung für viele Zwecke, z.B. für die Wärmeübertragung auf Wasser in einem Dampfkessel, zu niedrig. Die katalytische Verbrennung hat auch gewöhnlich einen verhältnismässig geringen Wirkungsgrad, so dass grosse Mengen an Kohlenmonoxid erzeugt werden oder unverbrannt bleiben, sofern man nicht mit niedrigen Raumströmungsgeschwindigkeiten in dem Katalysator arbeitet.

Katalytische Verbrennungsreaktionen verlaufen nach dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm vom Bereich A bis zum Bereich C. Dieses Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur für einen gegebenen Katalysator und eine gegebene Kombination von Reaktionsbedingungen. Bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen (also im Bereich A der Fig. 1) steigt die katalytische Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell mit der Temperatur. Wenn die Temperatur weiter gesteigert wird, tritt die Reaktionsgeschwindigkeit in eine Übergangszone (Bereich B in Fig. 1) ein, in der die Geschwindigkeit, mit der der Brennstoff und der Sauerstoff zu der ka-

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talytischen Oberfläche transportiert werden, die weitere Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit zu begrenzen beginnt. Wenn die Temperatur noch weiter gesteigert wird, gelangt die Reaktionsgeschwindigkeit in die sogenannte durch Stoffübergang begrenzte Zone (Bereich C in Fig. 1), in der die Reaktionsteilnehmer nicht mehr schnell genug zur katalytischen Oberfläche transportiert werden können, um mit der katalytischen Oberflächenreaktion Schritt zu halten, und'die Reaktionsgeschwindigkeit erreicht ungeachtet weiterer Temperatursteigerungen einen konstanten Wert. In der durch StoffÜbergang begrenzten Zone lässt sich die Reaktionsgeschwindigkeit nicht durch Steigerung der Aktivität des Katalysators erhöhen, weil die katalytische Aktivität nicht der bestimmende Faktor der Reaktionsgeschwindigkeit ist. Vor der in der USA-Patentanmeldung Serial No. 358 411 beschriebenen Erfindung war die einzige Möglichkeit zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit in der durch Stoffübergang begrenzten Zone die Erhöhung der Stoffübergangsgeschwindigkeit (Massentransportgeschwindigkeit). Dies erfordert aber eine Erhöhung des Druckabfalls in dem Katalysator und bedeutet mithin einen wesentlichen Energieverlust. Es kann sogar sein, dass kein so hoher Druckabfall erzielbar ist, wie er erforderlich wäre, um die gewünschte Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen. Ein höherer StoffÜbergang und mithin ein höherer Energiegewinn lässt sich natürlich ,immer durch Vergrösserung der Katalysatoroberfläche erreichen. Für viele Anwendungszwecke führt dies jedoch zu Katalysatorräumen von solcher Grosse und Kompliziertheit, dass die Kosten zu hoch werden und der Katalysatorkörper schwer zu handhaben ist. Im Fall von Gasturbinenmotoren z.B. kann in solchen Fällen der. katalytische Reaktor grosser sein als der Motor selbst.

Wie in der USA-Patentanmeldung Serial No. 358 411 beschrieben ist, wurde gefunden, dass es möglich ist, eine im wesentlichen adiabatische Verbrennung in Gegenwart eines Katalysators bei einer Reaktionsgeschwindigkeit durchzuführen, die die durch

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den Stoffübergang begrenzte Reaktionsgeschwindigkeit um ein Vielfaches übersteigt. Wenn die Arbeitstemperatur des Katalysators nämlich wesentlich bis in die Zone der durch Stoffübergang begrenzten Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird, beginnt die Reaktionsgeschwindigkeit wieder schnell mit der Temperatur anzusteigen (Bereich D in Fig. 1). Dies steht in scheinbarem Widerspruch zu den kinetischen Gesetzen des Stoffübergangs bei katalytischen Reaktionen. Die Erscheinung kann dadurch erklärt werden, dass die Temperatur der Katalysatoroberfläche und der Gasschicht in der Nähe der Katalysatoroberfläche über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des Gemisches aus Brennstoff, Luft und gegebenenfalls Inertgas (d.h. der Temperatur, bei der die Zündungsverzögerung des in den Katalysator einströmenden Gemisches im Verhältnis zur Verweilzeit des der Verbrennung unterliegenden Gemisches in der Verbrennungszone zu vernachlässigen ist) und auf derjenigen Höhe liegt, bei der die thermische Verbrennung mit höherer Geschwindigkeit verläuft als die katalytische Verbrennung. Die Brennstoffmoleküle, die in diese Schicht gelangen, brennen spontan ohne Transport zur.Katalysatoroberflache. Wenn die Verbrennung fortschreitet .und die Temperatur steigt, wird die Schicht, in der die thermische Verbrennung stattfindet, wahrscheinlich tiefer. Schliesslich wird im wesentlichen alles Gas im katalytischen Bereich auf .eine Temperatur erhitzt, bei der eine thermische Verbrennung in dem gesamten Gasstrom und nicht nur in der Nähe der Oberfläche des Katalysators stattfindet. Sobald dieses Stadium in dem Katalysator erreicht ist, läuft die thermische Reaktion offenbar fort, auch wenn das Gas nicht weiter mit dem Katalysator in Berührung steht.

Die obigen Ausführungen dienen nur zur Erklärung, sollen die Erfindung aber in keiner Weise beschränken.

Zu den besonderen Vorteilen der oben beschriebenen Verbrennung in Gegenwart eines Katalysators gehört der Umstand, dass Gemi-

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sehe aus Brennstoff und Luft, die für die gewöhnliche thermische Verbrennung zu brennstoffarm sind, mit gutem Wirkungsgrad verbrannt werden können. Da die Verbrennungstemperatur für einen gegebenen Brennstoff und eine gegebene Kombination von Bedingungen (z.B. Anfangstemperatür und, zu geringerem Ausmaß, Druck) weitgehend von den Anteilen des Brennstoffs, des für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Sauerstoffs und der Inertgase in dem zu verbrennenden Gemisch abhängt, erlangt die Verbrennung von Gemischen, die sich durch viel niedrigere Flammentemperaturen kennzeichnen, praktische Bedeutung. Insbesondere können kohlenstoffhaltige Brennstoffe in sehr wirksamer Weise und bei thermischen Reaktionsgeschwindigkeiten bei Temperaturen im Bereich von etwa 925 bis 1760° C verbrannt werden. Bei diesen Temperaturen bilden sich nur sehr wenig, wenn überhaupt, Oxide des Stickstoffs, und die Reaktion kann sogar so verlaufen, dass die Menge der Oxide des Stickstoffs, die in den der Reaktion zugeführten Gasen enthalten ist, abnimmt. Da ausserdem die Verbrennung, wie oben beschrieben, innerhalb eines weiten Bereichs von Gemischen stabil ist, ist es möglich, die Reaktionstemperatur über einen entsprechend weiten Bereich hinweg auszuwählen oder zu steuern, indem man die relativen Mengenanteile der Gase in dem Gemisch auswählt oder steuert.

Die in der USA-Patentanmeldung Serial No. 358 411 beschriebene Verbrennungsmethode macht von einer im wesentlichen adiabatischen Verbrennung eines Gemisches aus Brennstoff und Luft oder aus Brennstoff, Luft und Inertgas in Gegenwart eines festen Oxidationskatalysators Gebrauch, der bei einer Temperatur wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur arbeitet, die unter den in dem Katalysator herrschenden Bedingungen zur Bildung wesentlicher Mengen von Oxiden des Stickstoffs führen würde. Die momentane Selbstentzündungstemperatur wurde oben definiert. Unter einer im wesentlichen adiabatischen Verbren-

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nung ist in diesem Falle zu verstehen, dass die Arbeitstemperatur des Katalysators infolge von Wärmeverlusten aus dem Katalysator um nicht mehr als etwa 166° C und typisch nicht mehr als etwa 83° C von der adiabatischen Flammentemperatur abweicht.

Im Sinne der Erfindung wird kohlenstoffhaltiger Brennstoff in beliebiger Form in der ersten Stufe eines mehrstufigen Ofens unter Verwendung eines ersten Gemisches aus Brennstoff und Luft thermisch verbrannt, wobei die Luftmenge in diesem ersten Gemisch wesentlich geringer ist als diejenige, die zur vollständigen Verbrennung aller verbrennbaren Bestandteile in dem Brennstoff zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist. Hierbei entsteht ein erstes gasförmiges Verbrennungsprodukt, das eine wesentliche Menge Kohlenmonoxid enthält. Je nach dem verbrannten Brennstoff kann dieses Verbrennungsprodukt auch etwas unverbrannten oder teilweise verbrannten Brennstoff (z.B. etwas unverbrannte oder teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe) enthalten. Der ersten thermischen Verbrennungsstufe wird gewöhnlich Wärme entzogen, mit der der Ofen betrieben wird (z.B. um Dampf für Kesselrohre in dem Ofen zu erzeugen), und dadurch wird das erste Verbrennungsprodukt gekühlt.

Dann wird zusätzliche Luft mit dem ersten gasförmigen Verbrennungsprodukt unter Bildung eines zweiten Gemisches gemischt, und mindestens ein Teil dieses zweiten Gemisches wird durch oder über einen Katalysator geleitet und in dessen Gegenwart mindestens teilweise verbrannt. Die Luftmenge, mit der das erste gasförmige Verbrennungsprodukt unter Bildung des zweiten Gemisches gemischt wird, reicht vorzugsweise gerade aus, um alle noch in dem ersten gasförmigen Verbrennungsprodukt hinterbleibenden verbrennbaren Bestandteile zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen; man kann jedoch auch weniger als diese Luftmenge mit dem ersten gasförmigen Verbrennungsprodukt mischen und den Rest einer Verbrennungszone hinter dem

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Katalysator zuführen. Das zweite Gemisch hat eine solche Temperatur und Zusammensetzung, dass seine adiabatische Flammentemperatur über der momentanen Selbstentzündungstemperatur liegt. Mindestens ein Teil des zweiten Gemisches wird einem festen Oxidationskatalysator zugeführt, wo es bei einer Arbeitstemperatur des Katalysators verbrannt wird, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, die zur Bildung wesentlicher Mengen an Oxiden des Stickstoffs führen würde. Hierbei bildet sich ein zweites Verbrennungsprodukt. In typischer Weise liegt die Arbeitstemperatür des Katalysators im Bereich von etwa 925 bis 1760° C, vorzugsweise von etwa 1095 bis 1650° C.

Dem zweiten Verbrennungsprodukt und jeder Verbrennung, die etwa in diesem Produkt noch stattfindet, wird weitere Wärme für den Betrieb des Ofens (z.B. zur Dampferzeugung) entzogen. Wenn die Verbrennung des zweiten Verbrennungsprodukts unvollständig verläuft, kann dieses Produkt für die weitere Verbrennung mit noch mehr Luft gemischt werden. Mindestens ein Teil dieser Verbrennung kann in Gegenwart von weiterem Katalysator unter ähnlichen Bedingungen, wie oben beschrieben, erfolgen. Wenn die gasförmigen Verbrennungsendprodukte für eine weitere wirksame Wärmeübertragung für den Hauptzweck des Betriebs des Ofens zu kühl sind, kann man weitere Wärme aus ihnen gewinnen, indem man die Gase durch einen oder mehrere Wärmeaustauscher leitet, z.B. um das zu dem Ofen zwecks Überführung in Dampf zurückgeführte Wasser oder die den verschiedenen Verbrennungsstufen zugeführte Luft vorzuerhitzen. Ein Teil der gasförmigen.Verbrennungsendprodukte kann im Kreislauf in den Ofen zurückgeleitet werden, z.B. durch Vermischen mit dem ersten Brennstoff-Luftgemisch oder mit dem zweiten Gemisch, das über den Katalysator geleitet wird, oder mit beiden Gemischen. Die dann noch verbleibenden gasförmigen Verbrennungsendprodukte können an die Atmosphäre abgeleitet werden.

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Die dem ersten Brennstoff-Luftgemisch, zugeführte Luftmenge kann je nach dem zu verbrennenden Brennstoff variieren. Wenn der Brennstoff fest ist, wie Kohle oder Koks, kann die dem ersten Gemisch zugeführte Luft etwa 50 bis 90, vorzugsweise etwa 55 bis 80 % der stöchiometrischen Luftmenge betragen. Wenn der Brennstoff flüssig oder gasförmig ist, muss die dem ersten Gemisch zugeführte Luft mindestens ausreichen, um ein entflammbares Brennstoff-Luftgemisch zu erzeugen. Im Falle von flüssigen und gasförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, die ohne Rußbildung verbrennen (z.B. Kohlenmonoxid, Methanol und dergleichen) , können dem ersten Gemisch etwa 50 bis 90 % der stöchiometrischen Luftmenge zugeführt werden. Im Falle von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen, bei deren Verbrennung es zur Rußbildung kommen kann (z.B. gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen), werden dem ersten Gemisch in typischen Fällen etwa 80 bis 90 %, insbesondere mindestens etwa 85 %, der stöchiometrischen Luftmenge zugeführt. Die Rußbildung in der ersten Verbrennungsstufe soll im allgemeinen vermieden werden, da sie den Betrieb des Ofens (z.B. durch Verschmutzung der Wärmeaustauschflächen in dem Ofen und Verstopfung des Katalysators in einer oder mehreren nachfolgenden Verbrennungsstufen) stören kann." Die Menge an Kohlenmonoxid in dem ersten gasförmigen Verbrennungsprodukt hängt von dem verbrannten Brennstoff und der Menge der für diese Verbrennung zugeführten Luft ab. In typischer Weise enthält das erste gasförmige Verbrennungsprodukt etwa 5 bis 30 Volumprozent Kohlenmonoxid. Die Gesamtmenge der dem zweiten Gemisch und etwaigen weiteren Gemischen zugeführten Luft reicht vorzugsweise gerade aus, um alles Kohlenmonoxid und allen unverbrannten Brennstoff des ersten gasförmigen Verbrennungsprodukts vollständig zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen« Die oben erwähnten Kreislaufgase begünstigen die Temperatursteuerung in dem Ofen und die Erhöhung des Gasvolumens, das durch den Ofen strömt, um die Wärmeübertragung von den verschiedenen Verbrennungsstufen des Ofens durch Konvektion zu verbessern.

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Im Gegensatz zu den herkömmlichen mehrstufigen Verbrennungsöfen ist es für den verbesserten thermischen Wirkungsgrad der erfindungsgemäss gebauten Öfen von grosser Bedeutung, dass die maximale Wärmemenge aus dem Verbrennungsendprodukt für die Vorerhitzung der dem Ofen zugeführten Luft . gewonnen werden kann, ohne die Mengen der entstehenden Oxide des Stickstoffs zu erhöhen.

Im Falle von Öfen, die feste kohlenstoffhaltige Brennstoffe in Form eines kontinuierlich vorrückenden Bettes verbrennen, kann die Luftzufuhr zur ersten Verbrennungszone in bestimmten Bereichen längs des Bettes so geregelt werden, dass an den Stellen, wo die Verbrennung hauptsächlich stattfindet, verhältnismässig mehr reduzierende Bedingungen herrschen, während dort, wo der Brennstoff nur noch wenig verbleibenden oxidierbaren Kohlenstoff enthält, verhältnismässig stärker oxidierende Bedingungen herrschen. Auf diese Weise kann praktisch aller oxidierbarer Kohlenstoff des Brennstoffs ausgenutzt werden, ohne dass in der ersten Verbrennungszone ein hochgradig oxidierender Bereich auftritt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen.

Fig. 1 ist die bereits oben beschriebene graphische Darstellung, die die Reaktionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur bei der Verbrennung in Gegenwart eines festen Oxidationskatalysators erläutert.

Fig. 2 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäss gebauten Ofens zum Verbrennen von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen.

Fig. 3 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Abänderung eines Teils des in Fig. 2 gezeigten Ofens.

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Fig. 4 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer anderen Abänderung eines Teils des in Fig. 2 gezeigten Ofens.

Fig. 5 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer anderen Abänderung eines Teils des in Fig. 2 dargestellten Ofens.

Fig. 6 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäss gebauten Ofens zum Verbrennen von flüssigen und gasförmigen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen.

Die Merkmale der Erfindung sind ohne weiteres auf Öfen anwendbar, in denen Wärme für praktisch jeden beliebigen Zweck erzeugt wird; in der nachstehenden Beschreibung wird jedoch angenommen, dass die Öfen zur Erzeugung von Hochdruckdampf verwendet werden, der z.B. zum Antrieb einer Dampfturbine dient. Zunächst wird die Erfindung in ihrer Anwendung auf Öfen beschrieben, die feste kohlenstoffhaltige Brennstoffe verbrennen. Sodann wird die Erfindung in ihrer Anwendung auf Öfen beschrieben, die flüssige oder gasförmige Brennstoffe verbrennen.

Fig. 2 zeigt einen Ofen 10 zum Verbrennen von festen kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in Form eines kontinuierlichen vorrückenden Bettes, wobei die entstehende Wärme zur Dampferzeugung verwendet wird. Der Ofen 10 weist die Verbrennungsgehäuse 12 und 14 auf. Der Katalysator 34 erstreckt sich quer über die Leitung 32, die die Gehäuse 12 und 14 in der Nähe des Einlasses des letzteren miteinander verbindet. Die Gehäuse 12 und 14 sind für die Übertragung von Wärme aus dem Ofen auf Wasser ausgebildet, das sich in einem System von in dem Ofen befindlichen Kesselrohren befindet (die schematisch durch die gestrichelten Linien 15 dargestellt werden und sämtlich miteinander verbunden sind), um Wasserdampf als Antriebsmittel für beispielsweise eine Dampfturbine zu erzeugen.

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Wie Fig. 2 zeigt, wird fester kohlenstoffhaltiger Brennstoff dem Fülltrichter 16 durch dessen Einlass 20 zugeführt. Aus dem Fülltrichter 16 fällt der feste Brennstoff auf das Förderband 18, das von den Rollen 22 getragen und kontinuierlich in der Richtung des Pfeiles 19 angetrieben wird. Daher fördert das Förderband 18 den Brennstoff durch die Brennstoffeinlassöffnüng 24 in das Verbrennungs gehäuse 12 und wirkt als ständig vorrückendes Bett für den Brennstoff bei dessen thermischer Verbrennung in dem Gehäuse 12. Feste Rückstände dieser thermischen Verbrennung werden auf dem Förderband 18 durch die Auslassöffnung 26 aus dem Gehäuse 12 ausgetragen und zum Abziehen aus dem System durch Leitung 30 in den Sammelbehälter 28 geschüttet.

Man kann sich natürlich auch anderer Methoden zur Verteilung des Brennstoffs bedienen. Zum Beispiel kann der feste Brennstoff fein verteilt und in die thermische Verbrennungszone eingespritzt oder in einem vertikalen Bett verbrannt werden. Jedoch bietet das Verfahren der Verteilung des Brennstoffs auf einem kontinuierlich vorrückenden horizontalen Förderband eine Anzahl von Vorteilen, die sich aus der nachstehenden Beschreibung ergeben.

Der Ofen 10 kann mit den verschiedensten festen Brennstoffen betrieben werden, z.B. mit Kohle (einschliesslich Anthrazit, Steinkohle, Moorkohle, Braunkohle und dergleichen von hohem oder niedrigem Flüchtigkeitsgrad), Koks (der aus verschiedenen Arten von Kohle bei hohen oder niedrigen Temperaturen oder aus Erdöl hergestellt sein kann), Holzkohle und dergleichen. Obwohl der grösste Teil des Energieinhalts dieser Brennstoffe durch Verbrennung des elementaren Kohlenstoffs des Brennstoffs gewonnen wird, enthalten viele geeignete feste kohlenstoffhaltige Brennstoffe auch wesentliche Mengen an Kohlenwasserstoffen, gebundenem Wasserstoff usw.

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Wenn der feste Brennstoff auf dem Förderband 18 durch das Verbrennungsgehäuse 12 gefördert wird, wird er thermisch durch Luft verbrannt, die durch eine oder mehrere Einlassöffnungen oder Düsen zugeführt wird, welche sich in dem Gehäuse 12 unter dem Förderband 18 befinden. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform werden zu diesem Zweck fünf derartige Düsen verwendet, die, beginnend an der Brennstoffeinlassoffnung 24, in aufsteigender Ordnung mit den Bezugszeichen 44, 46, 48, 50 und 52 bezeichnet sind. Die Luftmenge, mit der jede dieser Düsen gespeist wird, wird durch ein Ventil gesteuert, das sich in einer die Düse mit der Luftzuführungsleitung 42 verbindenden Leitung befindet. Die Düse 44 ist mit der Luftzuführungsleitung 42 durch Leitung 54 mit Ventil 56 verbunden. Ebenso sind die Düsen 46, 48, 50 und 52 mit der Luftzuführungsleitung 42 durch die Leitungen 58, 62, 66 bzw. 70 verbunden, die mit den Ventilen 60, 64, 68 bzw. 72 versehen sind. Die Luft, mit der die Düsen 44, 46, 48, 50 und 52 gespeist werden, kann, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird, vorerhitzt sein. Obwohl man gewöhnlich als Quelle für freien Sauerstoff für die Verbrennung in den erfindungsgemäss gebauten Öfen Luft verwenden wird, bezieht sich der Ausdruck "Luft" in der vorliegenden Beschreibung auch auf andere Gasgemische, die für Verbrennungsreaktionen verfügbaren Sauerstoff enthalten .

Die Menge und Zusammensetzung der Luft (die, wie nachstehend beschrieben, auch mit Kreislaufgasen gemischt werden kann) kann zwar örtlich auf der Länge des Förderbandes 18 in dem Gehäuse 12 variieren; die Gesamtmenge der durch die Düsen 44, 46, 48, 50 und 52 dem Gehäuse 12 zugeführten Luft ist aber wesentlich geringer als die zur vollständigen Verbrennung des gesamten, in dem festen Brennstoff enthaltenen Kohlenstoffs zu Kohlendioxid und des Wasserstoffs, der Kohlenwasserstoffe usw. zu Kohlendioxid und Wasser erforderliche Luftmenge. In typischer Weise werden die Düsen 44, 46, 48, 50 und 52 mit etwa 50 bis

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90 %, vorzugsweise etwa 55 bis 80 %, der stöchiometrischen Luftmenge gespeist. Das gasförmige Produkt der in dem Gehäuse 12 stattfindenden Verbrennung (das nachstehend als erstes gasförmiges Produkt bezeichnet wird) enthält daher einen wesentlichen Prozentsatz an Kohlenmonoxid und wirkt dementsprechend verhältnismässig reduzierend. Das erste gasförmige Produkt kann auch etwas unverbrannte oder teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten; die Menge dieser Kohlenwasserstoffe ist jedoch im allgemeinen nur gering.

Die Bedingungen in dem Gehäuse 12 (nämlich die Temperatur und die für die Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmenge) werden sorgfältig so gesteuert, dass die Bildung übermässiger Mengen von Oxiden des Stickstoffs vermieden wird. Der wichtigste Faktor, der die Bildung von Oxiden des Stickstoffs begrenzt, ist die Menge der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Luft. Vorteilhaft wird die dem Gehäuse 12 zugeführte Luft längs des Förderbandes 18 so verteilt, dass praktisch aller oxidierbarer Kohlenstoff, aller Wasserstoff, alle Kohlenwasserstoffe usw. in dem festen Brennstoff ausgenutzt werden, ohne dass sich an irgendeiner Stelle in dem Gehäuse 12 ein hochgradig oxidierendes gasförmiges Produkt bildet, möglicherweise mit Ausnahme eines kleinen Bereichs in der Nähe der Auslassöffnung 26, wo es zweckmässig sein kann, stärker oxidierende Bedingungen innezuhalten, um die verbleibenden Mengen an Kohlenstoff aus dem Brennstoff zu gewinnen. Dort, wo sich die Oxidation des festen Brennstoffs normalerweise zum grossen Teil abspielt (d.h. in der Richtung der Brennst of feinlass Öffnung 24), werden stark reduzierende Bedingungen in dem gasförmigen Produkt innegehalten, indem man die Düse bzw. Düsen, die dem Brennstoffeinlass 24 am nächsten gelegen ist (sind), mit verhältnismässig geringen Mengen Luft speist. In der Nähe der Mitte des Förderbandes 18 können in dem gasförmigen Produkt weniger- stark reduzierende Bedingungen innegehalten werden, indem man die Luftmenge, mit der die Düse

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bzw. Düsen in der Mitte des Gehäuses 12 gespeist wird (werden), entsprechend steuert. Schliesslich können dort, wo nur noch wenig oxidierbarer Kohlenstoff in dem Brennstoff verbleibt (in der Nähe der Auslassöffnung 26), in dem gasförmigen Verbrennungsprodukt stärker oxidierende Bedingungen innegehalten werden, indem man, wie oben erwähnt, die Luftmenge, mit der die der Auslassöffnung 26 am nächsten gelegene(n) Düse(n) gespeist wird (werden), entsprechend steuert.

Die Temperaturen in dem Gehäuse 12 sind für die zweistufige Verbrennung von Kohle, Koks usw. typisch (liegen z.B. im Bereich von etwa 1095 bis 2200° C) und können in dem Brennstoffbett innerhalb weiter Grenzen variieren. Diese Temperaturen werden mindestens teilweise durch Steuerung der Luftmenge gesteuert, die an den verschiedenen Stellen längs des Förderbandes 18 für die Verbrennung zur Verfügung steht. Wie bereits erwähnt, kann man dort, wo die Bedingungen des Produkts der thermischen Verbrennung stärker reduzierend sind, bei höheren Temperaturen arbeiten, weil solche reduzierenden Bedingungen die Bildung von Oxiden des Stickstoffs in sehr wirksamer Weise unterdrücken. Ausser durch Steuerung der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Luftmenge können die Temperaturen in dem Gehäuse 12 auch durch Zumischen von verhältnismässig kühlen, inerten Kreislaufgasen (nämlich dem Verbrennungsendprodukt des Ofens), die aus der Kreislaufgasleitung 124 zugeführt werden, mit der dem Gehäuse 12 zugeführten Luft so gesteuert werden, dass die Flammentemperatur herabgesetzt und die Wärmeabführungsrate von dem Brennstoffbett erhöht wird. Diese Kreislaufgase befinden sich typisch auf einer Temperatur zwischen der mittleren Temperatur des Produkts der thermischen Verbrennung und der Raumtemperatur. Durch die Verwendung der Kreislaufgase wird auch das Volumen der Gase erhöht, die durch den Ofen strömen, und die Wärmeübertragung im gesamten Ofen verbessert. Die Menge an Kreislaufgasen, die der durch die Düse 44 zugeführten Luft beigemischt werden, wird

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durch das Ventil 74 zwischen der Kreislaufgasleitung 124 und der Leitung 54 gesteuert. Ebenso wird die Menge an Kreislaufgasen, die den Düsen 46, 48, 50 und 52 aus der Kreislaufgasleitung 124 zugeführt werden, durch die Ventile 78, 82, 86 bzw. 90 in den Leitungen 76, 80, 84 bzw. 88 gesteuert. Dort, wo sich die Oxidation des festen Brennstoffs normalerweise zum grossen Teil abspielt (also in der Richtung des Brennstoffeinlasses 24), kann das in diesem Bereich durch das Brennstoffbett strömende Gasvolumen verhältnismässig hoch bemessen werden, um die Temperaturen in diesem Bereich niedrig zu halten, indem man der (den) der Einlassöffnung 24 am nächsten gelegenen Düse(n) verhältnismässig grosse Mengen an Kreislaufgas zuführt. Gleichzeitig unterstützen die diesem Teil des Ofens zugeführten Kreislaufgase den Beginn der Verbrennung des zugeführten Brennstoffs. Zu dem letztgenannten Zweck können auch der Brennstoffeinlassöffnung 24 Kreislaufgase zugeführt werden. Gegebenenfalls kann man in das Gehäuse 12 auch Wasserdampf einspritzen, um die darin stattfindende Teiloxidation reiner zu gestalten.

Wenn das erste gasförmige Produkt im Gehäuse 12 aufsteigt, wird ihm Energie in Form von Wärme entzogen, um in den Kesselrohren 15 im Gehäuse 12 Dampf zu erzeugen, wodurch die Temperatur des gasförmigen Produkts herabgesetzt wird. Dem gasförmigen Produkt braucht nur eine verhältnismässig geringe Menge Wärme entzogen zu werden, oder es kann ihm Wärme entzogen werden, bis seine Temperatur so tief gesunken ist, dass die Wärmeenergie sich nicht mehr wirksam für den Zweck übertragen lässt, zu dem der Ofen betrieben wird (d.h. im Falle der Anwendung für Dampfkessel bis zu einer Temperatur des gasförmigen Produkts im Bereich von etwa 540 bis 980° C oder mehr). Wenn dem gasförmigen Produkt die gewünschte Wärmemenge entzogen worden ist, strömt es durch Leitung 32 aus dem Gehäuse 12 aus.

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In Leitung 32 wird das erste gasförmige Produkt mit zusätzlicher Luft, die durch die Düse 122 zugeführt wird, zu einem zweiten Gemisch vermischt, das dann über den festen Oxidations katalysator 34 geleitet wird, der sich an oder nahe dem Einlass zum Gehäuse 14 quer über die Leitung 32 erstreckt. Wie bereits erwähnt, ist die Luftmenge, die der Verbrennungszone in dem Gehäuse 12 durch die Düsen 44, 46, 48, 50 und 52 zugeführt wird, wesentlich geringer, als für die vollständige Verbrennung alles Kohlenstoffs in dem Brennstoff zu Kohlendioxid und alles Wasserstoffs sowie aller Kohlenwasserstoffe usw. in dem Brennstoff zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist. Daher enthält das erste gasförmige Produkt eine wesentliche Menge an Kohlenmonoxid und kann ausserdem auch etwas unverbrannte oder teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten. Die Luftmenge, die dem ersten gasförmigen Produkt durch die Düse 122 zugesetzt wird, ist vorzugsweise mindestens so gross, wie es für die vollständige Verbrennung im wesentlichen des gesamten Kohlenmonoxids und aller Kohlenwasserstoffe in dem Produkt zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist. Diese Luft wird der Düse 122 aus der Luftzuführungsleitung 42 über Leitung 92 mit Ventil 94 zugeführt. Ebenso wie im Falle der anderen Lufteinlassdüsen (z.B. der Düse 44) können der durch die Düse 122 zugeführten Luft Kreislaufgase aus der Kreislaufgasleitung 124 in jeder gewünschten Menge über Leitung mit Ventil 98 zugesetzt werden. Die Bedingungen (z.B. Temperatur, Verweilzeit und Verhältnis von gasförmigem Produkt, Luft und Kreislaufgasen) in Leitung 32 werden typisch derart bemessen, dass in der Leitung 32 vor dem Katalysator 34 kaum eine oder keine Verbrennung bei Temperaturen stattfindet, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen .würden. Zusammensetzung und Temperatur des zweiten Gemisches sind derart, dass seine adiabatische Flammentemperatur über seiner momentanen Selbstentzündungstemperatur liegt.

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In Gegenwart des Katalysators 34 verbrennen mindestens ein Teil des Kohlenmonoxids und alle unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem ersten gasförmigen Produkts zu Kohlendioxid und Wasser, wobei ein entsprechender Teil der Zusatzluft durch die Düse 122 zugeführt wird. Diese Verbrennung erfolgt in Gegenwart des Katalysators 34, der bei einer Temperatur wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dem Katalysator zugeführten Gasgemisches, aber unter derjenigen Temperatur arbeitet, bei der unter den in dem Katalysator herrschenden Bedingungen eine wesentliche Bildung von Oxiden des Stickstoffs stattfinden würde. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung findet die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators, wie oben unter Bezugnahme auf die USA-Patentanmeldung Serial No. 358 411 erwähnt, unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen statt. Wenn die Arbeitstemperatur um nicht mehr als etwa 166° C von der adiabatischen Flammentemperatur des Verbrennungsgemisches abweicht, bleibt diese Verbrennung im wesentlichen adiabatisch, selbst wenn eine geringe Wärmemenge aus dem Katalysator durch Strahlung oder Konvektion verlorengeht. Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann so viel Wärme von dem Katalysator an Teile des Ofens, die den Katalysator umgeben, abgestrahlt oder abgeleitet werden, dass die Verbrennung nicht adiabatisch vor sich geht. Unter diesen Bedingungen kann die adiabatische Flammentemperatur des dem Katalysator zugeführten Brennstoff-Luftgemisches einen Wert von etwa 1760° C überschreiten; dieses ist die höchste Temperatur, bei der sich noch eine wesentliche Bildung von Oxiden des Stickstoffs vermeiden lässt, wenn die Verbrennung adiabatisch durchgeführt wird. Die adiabatische Flammentemperatur kann sogar 2095 C betragen oder noch höher liegen, was von dem Ausmaß der dem Katalysator entzogenen Wärme abhängt. Tn typischer Weise liegt die Arbeitstemperatur des Katalysators im Bereich von etwa 925 bis 1760° C, vorzugsweise von etwa 1095 bis 1650 C. Das Gehäuse 14 muss daher so gebaut sein, dass es

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diese Verbrennungstemperaturen aushält. Durch die Verbrennungsreaktion, die in Gegenwart des Katalysators 34 stattfindet, wird nicht nur die Bildung wesentlicher Mengen zusätzlicher Oxide des Stickstoffs vermieden, sondern in typischen Fällen verläuft die Verbrennungsreaktion sogar derart, dass der Gehalt der dem Katalysator zugeführten Gase an Oxiden des Stickstoffs wesentlich vermindert wird.

Die Arbeitstemperatur des Katalysators bestimmt sich nach der adiabatischen Flammentemperatur des in Gegenwart' des Katalysators verbrannten Gemisches. Wenn die Verbrennung im wesentlichen adiabatisch verläuft, befindet sich die reaktionsfähige Oberfläche des Katalysators gewöhnlich auf oder nahe der adiabatischen Flammentemperatur des Gemisches, und die Verbrennung des zweiten Gemisches findet bei oder nahe der adiabatischen Flammentemperatur statt. Die adiabatische Flammentemperatur des Gemisches ihrerseits ist eine Funktion der Einlasstemperatur und der relativen Mengenanteile von Brennstoff (d.h. Kohlenmonoxid und etwaigen unverbrannten Gasen), Luft und Kreislaufgasen in dem Gemisch. Daher kann die Arbeitstemperatur des Katalysators durch Einregelung des dem Katalysator zugeführten Gemisches, insbesondere des Anteils der inerten Kreislaufgase an dem Gemisch, gesteuert werden. Die Temperatur der aus dem Katalysator 34 austretenden Gase (die hier als zweites Produkt bezeichnet werden) ist eine Funktion der dem Katalysator zugeführten Gase, der Menge an thermischer Energie, die durch die Verbrennungsreaktion in Gegenwart des Katalysators erzeugt wird, und des Volumens und der Wärmekapazität des Gesamtprodukts.

Die Oxidation der aus dem Katalysator 34 abströmenden Gase kann im wesentlichen vollständig sein; jedoch ist es vorteilhaft, wenn die Verbrennung noch über eine gewisse Strecke hinter dem Katalysator in dem Gehäuse 14 hinweg fortgeführt wird.

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Hierdurch wird es möglich, weniger Katalysator zu verwenden und den Druckabfall in dem System zu vermindern. Die Verbrennung hinter dem Katalysator 34 wird durch die Höhe der durch die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators 34 erzeugten Temperaturen ausgelöst und aufrechterhalten. Die Temperatur einer hinter dem Katalysator 34 stattfindenden Verbrennung ist typisch ebenso oder nahezu so hoch wie die Temperatur der Verbrennung in Gegenwart des Katalysators 34. Hierdurch wird die Bildung zusätzlicher Oxide des Stickstoffs in dem Gehäuse 14 im wesentlichen verhindert.

Wenn die Gase in dem Gehäuse 14 aufsteigen, wird ihnen Wärme entzogen, z.B. um mehr Dampf in den Kesselrohren 15 im Gehäuse 14 zu erzeugen. Besonders im oberen Teil des Gehäuses 14 kann es erwünscht sein, dass die Kesselrohre über das ganze Innere des Gehäuses verteilt sind, um den Wärmeentzug aus den Gasen in dem Gehäuse durch Konvektion zu verbessern. Wenn in dem Gehäuse 14 zusätzliche Luft erforderlich ist, kann sie durch die Düse 104 zugeführt werden. Die Düse 104 wird von der Luftzuführungsleitung 42 über die mit Ventil 102 versehene Leitung 100 mit Luft gespeist. Der durch die Düse 104 zugeführten Luft können Kreislaufgase aus Leitung 124 durch die mit Ventil 108 versehene Leitung 106 beigemischt werden. Die Düse 104 ist im Rahmen der Erfindung nicht unbedingt erforderlich.

Wenn den Gasen in dem Gehäuse 14 die gewünschte Wärmemenge entzogen worden ist (wenn die Gase z.B. für die weitere Wärmeübertragung zwecks Dampferzeugung zu kühl sind, z.B. bei einer Temperatur im Bereich von etwa 315 bis 650° C), strömt das . gasförmige Verbrennungsendprodukt aus dem Gehäuse 14 durch die Abzugsleitung 36 aus. Dem Verbrennungsendprodukt kann weitere Wärme entzogen werden, um das durch Leitung 110 zu dem Kessel zurückgeleitete Wasser in dem in der Leitung 36 angeordneten Wärmeaustauscher 112 vorzuerhitzen. Dieses vorerhitzte Wasser

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wird dann dem Kesselrohrsystem 15 durch Leitung 114 zugeführt und strömt nach Umwandlung in Dampf aus dem Kesselrohrsystem durch Leitung 116 aus. Nach dem Durchgang durch den Wärmeaustauscher 112 kann ein Teil des durch Leitung 36 abströmenden Verbrennungsendprodukts durch die Kreislaufgasleitung 124 zwecks Kreislaufführung zum Ofen, wie oben beschrieben, abgezweigt werden. Der Rest des Abgases kann durch den Wärmeaustauscher 38 geleitet werden, wo weitere Wärmeenergie gewonnen wird, um die dem System durch Leitung 40 zugeführte und durch Leitung 42 zum Ofen verteilte Luft vorzuerhitzen. Etwas Kreislaufgas kann auch nach dem Wärmeaustausch mit der Luft abgezweigt werden. In typischer Weise wird die dem Ofensystem zugeführte Luft auf mindestens 205 C, vorzugsweise auf etwa 315 bis 540 C, vorerhitzt. Für andere Zwecke können weitere Wärmeaustauscher verwendet werden, Schliesslich werden die Abgase aus Leitung 36 an die Atmosphäre abgeleitet. Durch Kreislaufführung eines Teils des Verbrennungsendprodukts und Vorerhitzen der dem Ofen zugeführten Luft, wie oben beschrieben, wird Wärme, die andernfalls an die Atmosphäre verlorengehen würde, in dem System zurückgewonnen oder erhalten, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Ofens erhöht wird.

Wenn den durch den Katalysator strömenden Gasen mehr Wärme entzogen werden soll (z.B. um für die anfängliche thermische Verbrennung ein kleineres Gehäuse verwenden und damit Kosten einsparen zu können), kann die Verbrennung des ersten gasförmigen Produkts in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Stufen erfolgen. Das erste gasförmige Produkt kann dann diesen weiteren Verbrennungsstufen bei höheren Temperaturen oder mit höheren Brennwerten (was bedeutet, dass die thermische Verbrennungsstufe stärker reduzierend durchgeführt werden kann) zugeführt werden, ohne dass in irgendeiner der weiteren Verbrennungsstufen Temperaturen auftreten, die so hoch sind, dass sich Oxide des Stickstoffs bilden. Fig. 3 zeigt eine mög-

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liehe Abänderung des in Fig. 2 dargestellten Teils des Ofens oberhalb des Gehäuses 12, der in diesem Falle zwei oder noch mehr weitere Verbrennungsstufen umfasst, von denen jede einen Durchgang für das gasförmige Produkt der vorhergehenden Verbrennungsstufe durch den Katalysator oder an dem Katalysator vorbei aufweist, der unter ähnlichen Bedingungen wie der Katalysator 34 arbeitet. In der ersten dieser Stufen wird das erste gasförmige Produkt der in dem Gehäuse 12 durchgeführten thermischen Verbrennungsstufe mit einer durch die Düse 101 zugeführten Luftmenge gemischt, die nicht ausreicht, um alles Kohlenmonoxid und alle unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem ersten gasförmigen Produkt vollständig zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen. Die Düse 101 kann auch mit inerten Kreislaufgasen in beliebiger Menge gespeist werden. Dieses Gemisch wird dem Katalysator 134 (ähnlich wie dem Katalysator 34 in Fig. 2) zugeführt und in Gegenwart des Katalysators mindestens teilweise unter ähnlichen Bedingungen verbrannt, wie sie für den Katalysator 34 in dem Ofen gemäss Fig. 2 beschrieben wurden. Die von dem Katalysator 134 abströmenden Gase gelangen in das Gehäuse 136. Hinter dem Katalysator 134 kann die Verbrennung in ähnlicher Weise, wie es für die fortgesetzte Verbrennung hinter dem Katalysator 34 der Fig. 2 beschrieben wurde, fortgesetzt werden. Den Gasen wird in dem Gehäuse 136 Wärmeenergie entzogen, z.B. um Wasser in (nicht dargestellten) Kesselrohren in dem Gehäuse 136 zu erhitzen. Die aus dem Gehäuse 136 ausströmenden Gase werden dann mittels der Düse 201 mit weiterer Luft und weiteren Kreislaufgasen gemischt und zur weiteren Verbrennung durch den Katalysator 234 geleitet, der unter ähnlichen Bedingungen arbeitet wie der Katalysator 34 gemäss Fig. 2. Die vom Katalysator 234 abströmenden Gase gelangen in das Gehäuse 236. Wiederum kann die Verbrennung hinter dem Katalysator 234 in ähnlicher Weise fortgesetzt werden, wie es für die Verbrennung hinter den Katalysatoren 34 und 134 beschrieben wurde. Im Gehäuse 236 wird

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weitere Wärmeenergie entzogen, um Wasser in (nicht dargestellten) Kesselrohren zu erhitzen. Weitere ähnliche Verbrennungsstufen können nachgeschaltet sein, bis alles Kohlenmonoxid und alle unverbrannten Kohlenwasserstoffe in dem ersten gasförmigen Produkt vollständig verbrannt worden sind. Wie in dem Ofen gemäss Fig. 2, strömt das Verbrennungsendprodukt durch die Abzugsleitung 36 aus. Beim Arbeiten mit mehreren hintereinandergeschalteten Verbrennungsstufen zur weiteren Verbrennung des ersten gasförmigen Produkts braucht nicht alle für die vollständige Verbrennung dieses Produkts erforderliche Luft auf einmal zugeführt zu werden. Dementsprechend findet auch die Verbrennung des ersten gasförmigen Produkts nicht auf einmal statt, sondern dieses Produkt kann den weiteren Verbrennungsstufen bei höheren Temperaturen oder mit höheren Brennwerten zugeführt werden, ohne dass die Temperatur bei der weiteren Verbrennung so hoch ansteigt, dass sich Oxide des Stickstoffs bilden.

Gemäss einer anderen Ausführungsform der Verbrennung des ersten gasförmigen Produkts in mehreren Stufen lässt man einen Teil des ersten gasförmigen Produkts aus dem Gehäuse 12 die erste weitere Verbrennungsstufe auf dem Wege über Leitung 335 umgehen, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Rest des ersten gasförmigen Produkts wird mit Luft und Kreislaufgasen gemischt, die durch die Düse 301 in der Leitung 332 zugeführt werden, und durch den Katalysator 334 (ähnlich den oben beschriebenen Katalysatoren) zur Verbrennung unter ähnlichen Bedingungen, wie oben beschrieben, geleitet. Die durch die Düse 301 zugeführte Luftmenge reicht vorzugsweise für die vollständige Verbrennung des gesamten ersten gasförmigen Produkts (einschliesslich des durch Leitung 335 umgeleiteten Teils desselben) aus. Daher wird das gesamte, durch Leitung 332 zugeführte erste gasförmige Produkt vollständig in Gegenwart des Katalysators 334 und in dem Gehäuse 336 verbrannt. Im Gehäuse 336 wird den Gasen Wärme entzogen. Dann werden die aus dem Ge-

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häuse 336 ausströmenden Gase mit dem durch Leitung 335 zugeführten unverbrannten Teil des ersten gasförmigen Produkts gemischt, und dieses Gemisch wird durch Leitung 432 dem Katalysator 434 für eine weitere Verbrennungsstufe zugeführt, die sich unter ähnlichen Bedingungen, wie oben beschrieben, abspielt. Da in den aus dem Gehäuse 336 austretenden Gasen genügend Luft für die vollständige Verbrennung des durch Leitung 335 zugeführten Produkts verbleibt, braucht vor dem Katalysator 434 keine weitere Luft zugesetzt zu werden. Das durch Leitung 335 zugeführte erste gasförmige Produkt wird in Gegenwart des Katalysators 434 und- in dem Gehäuse 436 vollständig verbrannt, und den Gasen wird in dem Gehäuse 436 weitere Wärme entzogen. Das Verbrennungsendprodukt wird durch Leitung 36 abgezogen. Den soeben beschriebenen Verbrennungsstufen können zwischen dem Gehäuse 436 und der Abzugsleitung 36 weitere Verbrennungsstufeη nachgeschaltet werden, und ein Teil der durch Leitung 335 geführten Gase kann zu diesen zusätzlichen Stufen umgelenkt werden. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform kann gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform zu bevorzugen sein, weil bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform in beiden Katalysatoren verhältnismässig oxidierende Bedingungen herrschen, wodurch die Bildung und Ansammlung von Ruß auf den reaktionsfähigen Katalysatoroberflächen auf ein Minimum beschränkt wird.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann in dem Ofen gemäss Fig. 2 etwas weniger als die für die vollständige Verbrennung des ersten gasförmigen Produkts benötigte Luftmenge durch die Düse 122 zugeführt werden. Der erforderliche Rest der Luft kann dann durch die Düse 104 hinter dem Katalysator 34 im Gehäuse 14 zugesetzt werden. Alles in den von dem Katalysator abströmenden Gasen noch enthaltene Kohlenmonoxid wird dann mit dieser zusätzlichen Luft im oberen Teil des Gehäuses 14 verbrannt. Die Verbrennung wird durch die Höhe der Temperaturen,

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die bei der Verbrennung in Gegenwart des Katalysators 34 entstehen, ausgelöst und aufrechterhalten. Die Verbrennungstemperatur im Gehäuse 14 liegt typisch auf oder nahe der Temperatur, bei der die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators 34 erfolgt.

Es ist nicht notwendig, dass das gesamte erste gasförmige Produkt aus Leitung 32 in dem Ofen gemäss Fig. 2 durch den Katalysator 34 geleitet wird, wenngleich ein wesentlicher Teil dieses Produkts durch den Katalysator strömen muss. So braucht, wie Fig. 5 zeigt, der Katalysator 34 (der von der gelochten Ringplatte 35 getragen wird) nur einen Teil des Einlasses zum Gehäuse 14 auszufüllen. Infolgedessen strömt nur ein Teil des gasförmigen Gemisches aus Leitung 32 oberhalb der Lufteinlassdüse 122 durch den Katalysator 34 und wird in dessen Gegenwart verbrannt. Der Rest des Gemisches strömt rings um den Katalysator 34 herum durch die durchlochte Platte 35 und wird im Gehäuse 14 über dem Katalysator 34 verbrannt. Die Verbrennung in dem Gehäuse 14 wird durch die Höhe der bei der Verbrennung in Gegenwart des Katalysators 34 entstehenden Temperaturen ausgelöst .und aufrechterhalten. Auf diese Weise wird das Volumen des für die Verbrennung des ersten gasförmigen Produkts benötigten Katalysators bedeutend vermindert. Auch in diesem Fall liegt die Verbrennungstemperatur im Gehäuse 14 typisch auf oder nahe bei der Temperatur, bei der die Verbrennung in Gegenwart des Katalysators 34 stattfindet.

Fig. 6 zeigt, wie ein Ofen 610 im Sirine der Erfindung gebaut sein kann, um flüssige oder gasförmige kohlenstoffhaltige Brennstoffe zu verbrennen. Beispiele für flüssige oder gasförmige kohlenstoffhaltige Brennstoffe, die in öfen von der Art des in Fig. 6 dargestellten Ofens verbrannt werden können, sind normalerweise flüssige, verdampfbare Kohlenwasserstoffe (z.B. Schwerbenzin, Leuchtöl, Dieselöl, Brenn- und Heizöl, gewisse Rückstandsöle und undestillierte Mineralöle

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usw.), Alkanole, wie Methanol, Äthanol, und andere Brennstoffe, die gebundenen Sauerstoff enthalten, wie Kohlenmonoxid, sowie praktisch alle normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffe, wie Methan, Äthan, Propan und andere Kohlenwasserstoffe von niedrigem Molekulargewicht. Der flüssige oder gasförmige Brennstoff wird dem Ofen 610 durch die mit Ventil ausgestattete Leitung 620 zugeführt und in den unteren Teil des Gehäuses 612 durch die Düse 624 eingespritzt. Wenn der Brennstoff in Leitung 620 normalerweise flüssig ist, ist die Düse 624 vorzugsweise so beschaffen, dass sie den Brennstoff beim Einspritzen in das Gehäuse 612 zerstäubt oder verdampft. Man kann aber auch den durch Leitung 620 zugeführten flüssigen Brennstoff mit heissen Kreislaufgasen mischen oder in solche Gase einsprühen, die durch die mit Ventil 678 versehene Leitung 654 zugeführt werden, um den Brennstoff vor dem Einspritzen in das Gehäuse 612 zu verdampfen oder zu zerstäuben.

Im Gehäuse 612 wird der Brennstoffstrahl innig mit vorerhitzter Luft und heissen Kreislaufgasen gemischt, die durch den die Düse 624 umgebenden Luftverteiler 626 zugeführt werden. Das so erhaltene erste Gemisch wird dann thermisch verbrannt. Fig. 6 zeigt zwar nur in ihrer vereinfachten Darstellungsweise eine Brennstoffdüse und einen Luftverteiler; das Gehäuse 612 kann jedoch mit einer beliebigen Anzahl solcher Düsen und zugehöriger Luftverteiler ausgestattet sein. Luft wird dem Luftverteiler 626 aus der Luftzuführungsleitung über die mit Ventil 656 versehene Leitung 652 zugeführt. Durch die mit Ventil 674 versehene Leitung 650 kann der dem Luftverteiler 626 zugeführten Luft jede beliebige Menge an heissen Kreislaufgasen beigemischt werden. Im Falle von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, die bei der Verbrennung keinen Ruß erzeugen (z.B. Kohlenmonoxid, Methanol und dergleichen) , können der thermischen Verbrennungsstufe etwa 50 bis 90 % der stochiometrischen Luftmenge zugeführt werden. Im

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Falle von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, bei deren Verbrennung Ruß entstehen kann (z.B. flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen), werden der thermischen Verbrennungsstufe in typischer Weise etwa 80 bis 90 %, insbesondere mindestens etwa 85. %, der stöchiometrischen Luftmenge zugeführt. Die Bildung von Ruß in der thermischen Verbrennungsstufe soll im allgemeinen vermieden werden, da sie den Betrieb des Ofens (z.B. durch Verschmutzung der Wärmeaustauschflächen in dem Ofen und Verstopfung des Katalysators in nachfolgenden Verbrennungsstufen) stört. Jedenfalls erfolgt die thermische Verbrennung des Brennstoffs in dem Gehäuse 612 unter im wesentlichen reduzierenden Bedingungen, und das gasförmige Produkt der thermischen Verbrennung (das nachstehend als erstes gasförmiges Produkt bezeichnet wird) enthält eine wesentliche Menge Kohlenmonoxid. Je nach dem Ausgangsgut kann das erste gasförmige Produkt auch etwas unverbrannte oder teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten.

Im Gehäuse 612 wird den Gasen Energie in Form von Wärme entzogen (z.B. um Dampf für die Kesselrohre 615 in dem Gehäuse 612 zu erzeugen). Im oberen Teil des Gehäuses 612 wird das erste gasförmige Produkt mit zusätzlicher vorerhitzter Luft in für die vollständige Verbrennung alles in dem ersten gasförmigen Produkt enthaltenen Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid und aller unverbrannten oder teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffe usw. zu Kohlendioxid und Wasser ausreichenden Mengen unter Bildung eines zweiten Gemisches vermischt. Diese zusätzliche Luft wird durch den Luftverteiler 660 zugeführt. Obwohl in der vereinfachten Darstellung der Fig. 6 nur ein Luftverteiler abgebildet ist, kann der obere Teil des Gehäuses 612 mit jeder beliebigen Anzahl derartiger Vorrichtungen rings um seinen Umfang herum ausgestattet sein, um die zusätzliche Luft gründlich mit dem ersten gasförmigen Produkt zu mischen.. Der Luftverteiler 660 wird aus der Luftzuführungsleitung 642 über ' die mit Ventil 664 versehene Leitung 662 mit Luft versorgt. ^;

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Der dem Luftverteiler 660 zugeführten Luft können auf dem Wege über die mit dem Ventil 668 versehene Leitung 666 beliebige Mengen heisser Kreislaufgase aus der Kreislaufgasleitung 650 zugemischt werden.

Das zweite Gemisch wird dem festen Oxidationskatalysator 634 (der ebenso beschaffen ist wie die oben erwähnten Katalysatoren) zugeführt, an dem mindestens ein Teil dieses Gemisches unter ähnlichen Bedingungen verbrennt, wie sie oben z.B. für den Katalysator 34 gemäss Fig. 2 beschrieben wurden. Die von dem Katalysator 634 abströmenden Gase gelangen in das Gehäuse 614. Hinter dem Katalysator 634 kann die Verbrennung in dem Gehäuse 614 fortgesetzt werden. Die Verbrennung hinter dem Katalysator 634 wird durch die Höhe der bei der Verbrennung in Gegenwart des Katalysators 634 entstehenden Temperaturen ausgelöst und aufrechterhalten. Im Gehäuse 614 wird den Gasen Wärme entzogen (z.B. zur Erzeugung von Dampf in den Kesselrohren 615 im Gehäuse 614). Wenn die Gase im Gehäuse 614 für den weiteren wirksamen Wärmeübergang zur Dampferzeugung zu kühl sind, werden sie aus dem Gehäuse 614 durch die Abzugsleitung 636'abgezogen. Ein Teil der in den durch Leitung 636 abgezogenen Gasen verbleibenden Wärme kann z.B. zum Vorerhitzen von in den Kessel durch Leitung 619 zurückgeleitetem Wasser im Wärmeaustauscher 617 gewonnen werden. Dieses vorerhitzte Wasser strömt durch Leitung 619 in das Kesselrohrsystem 615 und tritt nach Umwandlung zu Dampf aus dem Kesselrohrsystem durch Leitung 621 aus. Kreislaufgase werden aus Leitung 636 abgezogen und, wie oben beschrieben, durch Leitung 650 in dem Ofen verteilt. Weitere Wärme wird aus den in Leitung 636 verbleibenden Gasen durch den Wärmeaustauscher 638 gewonnen, der die dem Ofen durch Leitung 640 zugeführte Luft vorerhitzt. Diese vorerhitzte Luft wird dann, wie oben beschrieben, durch Leitung 642 in dem Ofen verteilt. Für andere Zwecke können noch weitere Wärmeaustauscher vorgesehen

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sein. Schliesslich werden die Gase aus Leitung 636 an die Atmosphäre abgeleitet.

Die Temperaturen in dem Ofen 610 entsprechen im allgemeinen den Temperaturen in den entsprechenden Teilen des Ofens gemäss Fig. 2. Die an Hand von Fig. 3 bis 5 erläuterten Abänderungen können auch bei den Öfen der in Fig. 6 dargestellten Art angebracht werden.

Als feste Oxidationskatalysatoren kann man im Sinne der Erfindung verschiedene Katalysatoren verwenden, die für die -Oxidation von Brennstoffen gebräuchlich sind. In typischer Weise weist der Katalysator einen Träger und eine aktive Komponente mit oder ohne Zusatz anderer Aktivatoren oder Beschleuniger auf. Diese Katalysatoren können die verschiedensten Stoffe enthalten und die verschiedensten Ausbildungsformen und Strukturen aufweisen. So kann der Katalysator z.B. in Form eines Bettes von Kügelchen, Sätteln, Ringen oder dergleichen angeordnet sein. Vorzugsweise hat der Katalysator die Form eines einstückigen oder einheitlichen Gebildes aus einem keramischen Träger, der mit einer oder mehreren katalytisch aktiven Komponenten getränkt ist. Einstückige Gebilde dieser Art können dünnwandige Wabenstrukturen sein. Die Strömungskanäle in den Wabenstrukturen verlaufen gewöhnlich parallel zueinander und können jede beliebige Querschnittsform, z.B.. dreieckig oder sechseckig, haben. Die Anzahl der Kanäle je Quadratzentimeter kann je nach der Art der Verwendung innerhalb weiter Grenzen schwanken; einstückige Wabenkörper mit ungefähr 8 300 Kanälen je cm sind im Handel erhältlich. Der Trägerteil des Wabenkörpers ist zweckmässig porös, kann aber auch im wesentlichen unporös sein, und ist katalytisch verhältnismässig indifferent. Der Träger kann mit einem porösen Film oder über zug, z.B. aus Aluminiumoxid, versehen sein, der mit einer oder mehreren katalytisch aktiven Komponenten getränkt ist. Gebilde dieser Art sind besonders vorteilhaft, weil der Druck

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abfall der durch sie hindurchströmenden Gase verhältnismässig gering ist, und weil sie im allgemeinen selbsttragend sind. Die katalytisch aktive Komponente des Katalysators ist im allgemeinen ein Metall im elementaren Zustand oder in Form einer Verbindung, wie eines Oxids. Beispiele für solche Metalle sind Zirkonium, Vanadium, Chrom, Mangan, Kupfer, Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Cer, Kobalt, Nickel und Eisen. Der jeweilige Katalysator und seine Menge kann sich in erster Linie nach der Bauart des Verbrennungssystems, der Art des Brennstoffs und der Arbeitstemperatur richten. Der Druckabfall der durch den Katalysator strömenden Gase kann z.B. weniger als etwa 0,7 kg/cm , vorzugsweise weniger als 0,2 kg/cm , betragen.

Die oben beschriebenen Öfen kennzeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine niedrige Emission von Schadstoffen, insbesondere Kohlenmonoxid und Oxiden des Stickstoffs. In Anbetracht des Wirkungsgrades der in Gegenwart der Katalysatoren stattfindenden Verbrennungsreaktionen wird eine vollständige Verbrennung mit einer Luftmenge erzielt, die nur wenig grosser ist als die theoretisch zur vollständigen Verbrennung erforderliche Luftmenge. Hierdurch wird der thermische Wirkungsgrad des Ofens beträchtlich erhöht. Ferner wird durch den hohen Wirkungsgrad der sich in Gegenwart von Katalysatoren abspielenden Verbrennungsreaktion die Emission von schädlichen Mengen an Kohlenmonoxid verhindert. An allen Stellen des Ofens herrschen derartige Bedingungen (insbesondere Temperaturen und Sauerstoffkonzentrationen), dass sich nur verhältnismässig geringe Mengen von Oxiden des Stickstoffs bilden. Ferner wird sogar der Gehalt der dem Katalysator zugeführten Gase an Oxiden des Stickstoffs durch die in Gegenwart des Katalysators ablaufenden Verbrennungsreaktionen vermindert. Der thermische Wirkungsgrad wird weiter dadurch erhöht, dass die dem Ofen zugeführte Luft vorerhitzt und ein

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Teil des Verbrennungsendprodukts im Kreislauf geführt wird, um Wärme zu. .gewinnen, die sonst an die Atmosphäre verlorengehen würde.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen dienen nur zur Erläuterung der Merkmale der Erfindung; an ihnen können verschiedene, dem Fachmann geläufige Abänderungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann man sich z.B. anderer Methoden zum Verteilen von festem Brennstoff in der thermischen Verbrennungszone von Öfen bedienen. Andere Beispiele für Abänderungen im Rahmen der Erfindung sind verschiedene andere Formen der oben erwähnten Katalysatoren.

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Claims

Engelhard Minerals 30. Dezember 1975 & Chemicals Corporation B-1120 Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zur Erzeugung von Energie in Form von Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass man

ein erstes Gemisch aus kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einer-wesentlich geringeren Luftmenge, als sie zur vollständigen Verbrennung aller verbrennbaren Bestandteile des Brennstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist, thermisch zu einem ersten gasförmigen Produkt verbrennt, das eine wesentliche Menge Kohlenmonoxid enthält,

dem ersten gasförmigen Produkt Wärme entzieht,

mindestens einen Teil des ersten gasförmigen Produkts mit einer zusätzlichen Luftmenge unter Bildung eines zweiten Gemisches mit einer adiabatischen Flammentemperatur oberhalb der momentanen Selbstentzündungstemperatur des zweiten Gemisches mischt und

durch Verbrennen mindestens eines Teils des zweiten Gemisches in Gegenwart eines festen Oxidationskatalysators bei einer Temperatur wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des zweiten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, mindestens einen Teil des in dem zweiten Gemisch -enthaltenen Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid oxidiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in dem ersten Gemisch etwa 50 bis 90 % der stöchiome-

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trischen Luftmenge zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als kohlenstoffhaltigen Brennstoff einen festen Brennstoff
verwendet und in dem ersten Gemisch etwa 55 bis 80 % der
stochiometrischen Luftmenge zuführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als kohlenstoffhaltigen Brennstoff einen..flüssigen oder
gasförmigen Brennstoff verwendet und in dem ersten Gemisch
etwa 80 bis 90 % der stochiometrischen Luftmenge zuführt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Arbeitstemperatur des Katalysators im Bereich von etwa 925 bis 1760° C arbeitet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Arbeitstemperatur 'des Katalysators im Bereich von

• etwa 1095 bis 1650° C arbeitet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Teil der bei dem Verfahren erzeugten Energie dem gasförmigen Produkt der katalytischen Verbrennung
entzieht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in der zusätzlichen Luftmenge mindestens genügend freien
Sauerstoff zuführt, um alle verbrennbaren Bestandteile des
ersten gasförmigen Produkts vollständig zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man nur einen Teil des zweiten Gemisches in Gegenwart des Katalysators und den Rest des zweiten Gemisches hinter dem Katalysator verbrennt, wobei die hinter dem Katalysator

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stattfindende Verbrennung durch, die Höhe der bei der Verbrennung in Gegenwart des Katalysators entstehenden Temperaturen ausgelöst und aufrechterhalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man nur einen Teil des zweiten Gemisches in Gegenwart des Katalysators verbrennt und einen weiteren Teil des zweiten Gemisches an dem Katalysator vorbeileitet und hinter dem Katalysator verbrennt, wobei die hinter dem Katalysator stattfindende Verbrennung durch die Höhe der bei der Verbrennung in Gegenwart des Katalysators entstehenden Temperaturen ausgelöst und aufrechterhalten wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des gasförmigen Verbrennungsendprodukts im Kreislauf führt und dem ersten Gemisch zusetzt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des gasförmigen Verbrennungsendprodukts im Kreislauf führt und dem zweiten Gemisch zusetzt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens einen Teil der in dem Verbrennungsendprodukt enthaltenen Energie zur Vorerhitzung mindestens eines Teils der Luft verwendet, die in dem ersten und/oder dem zweiten Gemisch zugeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die zusätzliche Luftmenge so bemisst, dass nur ein Teil der in dem ersten gasförmigen Produkt enthaltenen verbrennbaren Bestandteile zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt wird, und dass man

das gasförmige Produkt der katalytischen Verbrennung mit einer weiteren Luftmenge unter Bildung eines dritten Gemi-

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sches mischt, dessen adiabatische Flammentemperatur oberhalb seiner momentanen Selbstentzündungstemperatur liegt, und

durch Verbrennen mindestens eines Teils des dritten Gemisches in Gegenwart eines weiteren festen Oxidationskatalysators bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, bei der eine wesentliche Bildung von Oxiden des Stickstoffs stattfinden würde, mindestens einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des dritten Gemisches zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man das zweite Gemisch durch Vermischen nur eines Teils des ersten gasförmigen Produkts mit einer zusätzlichen Luftmenge herstellt, die mindestens genügend freien Sauerstoff für die vollständige Verbrennung aller verbrennbaren Bestandteile des ersten gasförmigen Produkts zu Kohlendioxid und Wasser enthält, und dass man

das gasförmige Produkt der katalytischen Verbrennung mit mindestens einem Teil des ersten gasförmigen Produkts, der nicht in dem zweiten Gemisch enthalten ist, unter Bildung eines dritten Gemisches mischt, dessen adiabatische Flammentemperatur über seiner momentanen Selbstentzündungstemperatur liegt, und

durch Verbrennung mindestens eines Teils des dritten Gemisches in Gegenwart eines weiteren festen Oxidatiohskatalysators bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, bei der eine wesentliche Bildung von Oxiden des Stickstoffs stattfinden würde, mindestens einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des dritten Gemisches zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

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16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den kohlenstoffhaltigen Brennstoff für die Wärmeerzeugung zwecks Dampferzeugung verbrennt,

dem ersten gasförmigen Produkt vor dem Vermischen mit der zusätzlichen Luftmenge Wärme zur Dampferzeugung entzieht und

dem gasförmigen Produkt der Verbrennung des zweiten Gemisches Wärme zur Erzeugung von zusätzlichem Dampf entzieht.

17. Verfahren zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zur Erzeugung von Energie in Form von Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass man

ein erstes Gemisch aus kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einer wesentlich geringeren Luftmenge, als sie zur vollständigen Verbrennung aller verbrennbaren Bestandteile des Brennstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist, thermisch zu einem ersten gasförmigen Produkt verbrennt, das eine wesentliche Menge Kohlenmonoxid enthält,

dem ersten gasförmigen Produkt Wärme? entzieht,

durch Verbrennen mindestens eines Teils des zweiten Gemisches unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen in Gegenwart eines festen Oxidationskatalysators bei einer. Temperatur wesentlich über der .momentanen Selbstentzündungstemperatur des zweiten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, mindestens einen Teil des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid oxidiert.

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18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die bei dem Verfahren gewonnene Energie mindestens zum Teil dem gasförmigen Produkt der katalytischen Verbrennung entzogene Wärme ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass man die zusätzliche Luftmenge so bemisst, dass sie nur zur Oxidation eines Teils der verbrennbaren Bestandteile des ersten gasförmigen Produkts zu Kohlendioxid und Wasser ausreicht, und dass man

das gasförmige Produkt der katalytischen Verbrennung mit einer weiteren Luftmenge unter Bildung eines dritten Gemisches mischt, dessen adiabatische Flammentemperatur oberhalb seiner momentanen Selbstentzündungstemperatur liegt, und .

durch Verbrennen mindestens eines Teils des dritten Gemisches in Gegenwart eines weiteren festen Oxidationskatalysators bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, bei der eine wesentliche Bildung von Oxiden des.Stickstoffs stattfinden würde, mindestens einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des dritten Gemisches zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass man den kohlenstoffhaltigen Brennstoff für die Wärmeerzeugung zwecks Dampferzeugung verbrennt,

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21. Verfahren zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen in einem Ofen zur Erzeugung von Energie in Form von Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass man ein erstes Gemisch aus kohlenstoffhaltigem Brennstoff und einer wesentlich geringeren Luftmenge, als sie zur vollständigen Verbrennung aller verbrennbaren Bestandteile des Brennstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist, thermisch zu einem ersten gasförmigen Produkt verbrennt, das weniger als etwa 10 Volumprozent Kohlenmonoxid enthält,

dem ersten gasförmigen Produkt Wärme entzieht,

mindestens einen Teil des ersten gasförmigen Produkts mit zusätzlicher Luft und Inertgasen unter Bildung eines zweiten Gemisches mit einer adiabatischen Flammentemperatur mischt, die im Bereich von etwa 925 bis 1815 C und über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des zweiten Gemisches liegt, und

durch Verbrennen mindestens eines Teils des zweiten Gemisches in Gegenwart eines, festen Oxidationskatalysators bei einer Temperatur wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des zweiten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur', die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, mindestens einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des zweiten Gemisches zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das erste gasförmige Produkt etwa 10 bis 30 Volumprozent Kohlenmonoxid enthält.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die adiabatische Flammentemperatur des zweiten Gemisches im Bereich von etwa 1095 bis 1650° C liegt.

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24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man nur einen Teil des zweiten Gemisches in Gegenwart des Katalysators und den Rest des zweiten Gemisches hinter dem Katalysator verbrennt, wobei die hinter dem Katalysator stattfindende Verbrennung durch die Höhe der bei der Verbrennung in Gegenwart des Katalysators entstehenden Temperaturen ausgelöst und aufrechterhalten wird.

25· Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass

man einen Teil des gasförmigen Verbrennungsendprodukts im Kreislauf führt und dem ersten Gemisch zusetzt.

26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des gasförmigen Verbrennungsendprodukts im Kreislauf führt und dem zweiten Gemisch zusetzt.

27. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der zusätzlichen Luftmenge an freiem Sauerstoff nur ausreicht, um einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des zweiten Gemisches zu Kohlendj oxid und Wasser zu oxidieren, und dass man

das gasförmige Produkt der katalytischen Verbrennung mit weiterer Luft und inerten Gasen unter Bildung eines dritten Gemisches mischt, dessen adiabatische Flammentemperatur im Bereich von etwa 925 bis 1760° C und oberhalb der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches liegt, und . .

durch Verbrennen mindestens eines Teils des dritten Gemisches in Gegenwart von weiterem festem Oxidationskatalysator bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, mindestens einen Teil der verbrennbaren Bestandteile

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des dritten Gemisches zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

28. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man das zweite Gemisch durch Vermischen nur eines Teils des ersten gasförmigen Produkts mit der zusätzlichen Luft und den Inertgasen herstellt, wobei die zusätzliche Luft mindestens genügend freien Sauerstoff für die vollständige Verbrennung aller verbrennbaren Bestandteile des ersten gasförmigen Produkts zu Kohlendioxid und Wasser enthält,

das gasförmige Produkt der katalytischen Verbrennung mit mindestens einem Teil des ersten gasförmigen Produkts, der nicht in dem zweiten Gemisch enthalten ist, unter Bildung eines dritten Gemisches mischt, dessen adiabatische Flammentemperatur im Bereich von etwa 925 bis 1760 C und oberhalb der momentanen Selbstentzündungstemperatür des dritten Gemisches liegt, und

durch Verbrennung mindestens eines Teils des dritten Gemisches in Gegenwart eines weiteren festen Oxidationskatalysators bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, mindestens einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des dritten Gemisches zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.

29. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man den kohlenstoffhaltigen Brennstoff für die Wärmeerzeugung zwecks Dampferzeugung verbrennt,

dem ersten gasförmigen Produkt.vor dem Vermischen mit der zusätzlichen Luft und den Inertgasen Wärme zur Dampferzeugung entzieht und

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30. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verbrennung mindestens eines Teils des zweiten Gemisches unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen durchführt. .

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass man den kohlenstoffhaltigen Brennstoff für die Wärmeerzeugung zwecks Dampferzeugung verbrennt,

dem ersten gasförmigen Produkt vor dem Vermischen mit der zusätzlichen Luft und den Inertgasen Wärme zur Dampferzeugung entzieht und

32. Ofen zum Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen zur Erzeugung von Energie in Form von Wärme, gekennzeichnet durch

eine erste Verbrennungsanordnung zum thermischen Verbrennen eines ersten Gemisches aus dem kohlenstoffhaltigen Brennstoff und einer wesentlich geringeren Luftmenge, als sie für die vollständige Verbrennung aller verbrennbaren Bestandteile des Brennstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist, unter Bildung eines ersten gasförmigen Produkts, das eine wesentliche Menge Kohlenmonoxid enthält,

eine zu der ersten Verbrennungsanordnung gehörige erste Wärmeübertragungsanordnung zum Abführen von Wärme aus der ersten Verbrennungsanordnung,

eine Anordnung, um aus dem ersten gasförmigen Produkt und zusätzlicher Luft ein zweites Gemisch mit einer adiabatischen Flammentemperatur oberhalb der momentanen Selbstentzündungstemperatur des zweiten Gemisches herzustellen,

eine zweite Verbrennungsanordnung mit einem festen Oxidationskatalysator zum Verbrennen mindestens eines Teils des

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zweiten Gemisches in Gegenwart des Katalysators zu einem zweiten gasförmigen Produkt bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des zweiten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, und

eine zu der zweiten Verbrennungsanordnung gehörige zweite Wärmeübertragungsanordnung zum Abführen von Wärme aus dem zweiten gasförmigen Produkt.

33· Ofen nach Anspruch'32, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbrennungsanordnung, der Oxidationskatalysator und die zweite Wärmeübertragungsanordnung so ausgebildet sind, dass mindestens der Teil des zweiten Gemisches unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen verbrannt wird.

34. Ofen nach Anspruch 32 zum Verbrennen von festem kohlenstoffhaltigem Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbrennungsanordnung

ein Verbrennungsgehäuse mit einem Einlass für festen Brennstoff, einem Auslass für den festen Verbrennungsrückstand und einem über dem Brennstoffeinlass und dem Auslass für den festen Verbrennungsrückstand befindlichen Auslass für gasförmiges Produkt,

ein sich durch das Verbrennungsgehäuse vom Brennstoffeinlass bis zum Auslass für den festen Rückstand erstrekkendes Förderband zum Fördern von festem Brennstoff und

eine Luftzuführungsanordnung zum Zuführen von Luft in das Verbrennungsgehäuse unterhalb des Förderbandes aufweist.

35. Ofen nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführungsanordnung

eine Anzahl von längs des Förderbandes in dem Verbrennungs-

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gehäuse auf Abstand voneinander stehenden Lufteinlassöffnungen und

eine Luftverteilungsanordnung aufweist, die jeder der Luft einlassöffnungen einen vorgegebenen Teil der genannten Luftmenge zuteilt.

36. Ofen nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher zur Gewinnung eines Teils des Wärmeenergieinhalts des Verbrennungsendprodukts des Ofens zum Vorerhitzen der der ersten Verbrennungsanordnung zugeführten Luft.

37. Ofen nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher zur Gewinnung eines Teils des Wärmeenergieinhalts des Verbrennungsendprodukts des Ofens zum Vorerhitzen der der Anordnung zur Herstellung des zweiten Gemisches zugeführten Luft.

38. Ofen nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Kreislaufführung eines Teils des Verbrennungsendprodukts des Ofens zu der ersten Verbrennungsanordnung.

39. Ofen nach Anspruch 38, gekennzeichnet durch eine Anordnung, um das im Kreislauf geführte Verbrennungsendprodukt in vorgegebenen Mengen mit der dem ersten Gemisch zur Verbrennung in der- ersten Verbrennungsanordnung zugeführten Luft, zu mischen.

40. Ofen nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch eine Anordnung, um einen Teil des Verbrennungsendprodukts des Ofens im Kreislauf zu führen und in vorgegebenen Mengenverhältnissen der der Anordnung zur Herstellung des zweiten Gemisches zugeführten Luft beizumischen.

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41. Ofen nach Anspruch 32, in dem die zusätzliche Luftmenge nur ausreicht, um einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des ersten gasförmigen Produkts zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren, gekennzeichnet durch

eine Anordnung, um aus dem zweiten gasförmigen Produkt und einer zusätzlichen Luftmenge ein drittes Gemisch mit einer adiabatischen Flammentemperatur oberhalb der momentanen Selbstentzündungstemperatür des dritten Gemisches herzustellen,

eine dritte Verbrennungsanordnung mit einem weiteren festen Oxidationskatalysator zum Verbrennen mindestens eines Teils des dritten Gemisches in Gegenwart des Katalysators zu einem dritten gasförmigen Produkt bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, und

eine zu der dritten Verbrennungsanordnung gehörige dritte Wärmeübertragungsanordnung zum Abführen von Wärme aus dem dritten gasförmigen Produkt.

42. Ofen nach Anspruch 33, in dem die zusätzliche Luftmenge nur ausreicht, um einen Teil der verbrennbaren Bestandteile des ersten gasförmigen Produkts zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren, gekennzeichnet durch

eine Anordnung, um aus dem zweiten gasförmigen Produkt und einer zusätzlichen Luftmenge ein drittes Gemisch mit einer - adiabatischen Flammentemperatur oberhalb der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches herzustellen,

eine dritte Verbrennungsanordnung mit einem weiteren festen Oxidationskatalysator zum Verbrennen mindestens eines Teils des dritten Gemisches unter im wesentlichen adiabatischen

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Bedingungen in Gegenwart des Katalysators zu einem dritten gasförmigen Produkt bei einer Temperatur, die wesentlich über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches, aber unter derjenigen Temperatur liegt, die zu einer wesentlichen Bildung von Oxiden des Stickstoffs führen würde, und

43. Ofen nach Anspruch 32, in dem nur ein Teil des ersten gasförmigen Produkts mit der zusätzlichen Luftmenge unter Bildung des zweiten Gemisches gemischt wird, wobei die zusätzliche Luftmenge mindestens ausreicht, um alle verbrennbaren Bestandteile des genannten ersten gasförmigen Produkts zu Kohlendioxid und Wasser zu verbrennen, gekennzeichnet durch

eine Anordnung, um aus mindestens einem Teil des ersten gasförmigen Produkts, der in dem zweiten Gemisch nicht enthalten ist, und dem zweiten gasförmigen Produkt ein drittes Gemisch herzustellen, dessen adiabatische Flammentemperatur über der momentanen Selbstentzündungstemperatur des dritten Gemisches liegt,

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44. Ofen nach Anspruch 32, in dem der kohlenstoffhaltige Brennstoff zur Erzeugung von Wärme für die Dampferzeugung verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Wärmeübertragungsanordnung für den Wärmeentzug für die Dampferzeugung ausgebildet sind.

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