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Publication number: DE258065C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 258065 -KLASSE 24 c. GRUPPE

Verfahren zur Verbrennung explosiver Gasgemische. Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. November 1910 ab.

die Priorität

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbrennung explosiver Gasgemische. Die Erfindung besteht darin, daß das explosive Gasgemisch mit einer seine Zündgeschwindigkeit überschreitenden Strömungsgeschwindigkeit, d. h. mit einer Geschwindigkeit, bei der eine gewöhnliche Flamme abreißen würde, gegen oder durch eine glühende, Zwischenräume und Durchtrittsöffnungen für die heran- und vorbeiströmenden explosiven Gase zwischen sich frei lassende Schicht oder lose Schüttung, bestehend aus Stücken feuerfester Stoffe, geleitet, dadurch kontinuierlich entzündet und flammenlos verbrannt wird.

Um die einzelnen Vorgänge bei diesem Verfahren im einzelnen ausführlicher zu besprechen und seine Unterschiede von anderen bekannten, nämlich dem bei den Gaskraftmaschinen und ferner dem beim Knallgasgebläse angewendeten Verbrennungsverfahren klarzustellen, wird auf folgendes hingewiesen: Explosive Gasgemische werden bekanntlich bei den Gaskraftmaschinen in Form von einzelnen, zeitlich voneinander getrennten Explosionen, bei Knallgasgebläse hingegen in stetiger Weise, und zwar unter Flammenbildung verbrannt.

In analoger Weise wie bei diesen bekannten · mischt man auch bei dem vorliegenden Verfahren das zu verbrennende Gas mit Luft oder Sauerstoff, und zwar — das ist wichtig — in dem Verhältnis, bei welchem die chemisch vollkommene Verbrennung des brennbaren Gases möglich ist, im Falle von Leuchtgas also etwa mit dem fünfeinhalbfachen Volumen an Luft. Diesem explosiven Gemisch erteilt man eine Strömungsgeschwindigkeit, die größer ist als die Geschwindigkeit, mit welcher die Entzündung und Verbrennung desselben Gemisches im Ruhezustande von der Zündstelle aus fortschreiten würde. Einen mit solcher Geschwindigkeit fortschreitenden, etwa in die Luft austretenden Strom explosiver Gase von der erwähnten Zusammensetzung kann man auf gewöhnlichem Wege, nämlich durch eine Flamme, überhaupt nicht entzünden. Dies ist bereits durch J. B. A. Dumas (1800 bis 1884) nachgewiesen, indem er experimentell bewies, daß man eine brennende Kerze mit einem Knallgasstrom ausblasen kann. Aus diesem Grunde ist man beim Knallgasgebläse hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit, mit der man das explosive Gasgemisch aus der Brennerdüse austreten läßt, um es als Flamme zu

verbrennen, beschränkt und hat infolgedessen bekanntlich auch mit der steten Gefahr der Rückzündung des Knallgases in das Mischrohr hinein zu kämpfen und ist ferner hinsichtlich der mit einem Brenner jeweils verbrennbaren Gasmenge beschränkt.

Bei dem vorliegenden flammenlosen Verbrennungsverfahren wird das explosive Gasgemisch, wie erwähnt, mit einer seine Zündgeschwindigkeit überschreitenden Strömungsgeschwindigkeit zur Verbrennungsstelle geleitet, mit dem Erfolg, daß man die Gefahr der Rückentzündung der explosiven Gase in die Zuleitung hinein von selber in natürlicher Weise ausschließt, und daß man ferner hinsichtlich der an der Verbrennungsstelle jeweils benötigten Menge explosiven Gasgemisches unbeschränkt ist.

Zu seiner Entzündung und flammenlosen

ao Verbrennung wird das explosive Gasgemisch in der erwähnten Weise gegen oder durch eine glühende, Zwischenräume und Durchtrittsöffnungen für die heran- und vorbeiströmenden explosiven Gase zwischen sich freilassende Schicht oder lose Schüttung, bestehend aus Stücken feuerfester Stoffe, geleitet. Bei der Berührung mit diesen entzündet sich das Gasgemisch und verbrennt, während es außen über die glühenden Oberflächen hinwegstreicht, an diesen, und zwar ohne Flammen zu entwickeln. Die dabei entstehende Wärme teilt sich naturgemäß in erster Linie den mittels ihrer glühenden Oberflächen die flammenlose Verbrennung ermöglichenden feuerfesten Kör-

3"5 pern mit, wodurch diese in glühendem Zustand erhalten werden. Der weitaus größte Teil der bei dieser flammenlosen Art der Verbrennung entwickelten Wärme wird also von vornherein in der für Heizzwecke vorteilhaftesten, nämlieh in strahlender Form gewonnen und kann in dieser unmittelbar nutzbar gemacht werden. Der übrige Teil der bei der Verbrennung entwickelten Wärme teilt sich den abströmenden Verbrennungsgasen mit, welche gleichfalls hoch erhitzt werden, und kann aus diesen in üblicher Weise durch Vorbeistreichen an dem zu erhitzenden Körper oder auch durch eine im folgenden noch besonders behandelte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens nutzbar gemacht werden.

Die Entzündung und Verbrennung des explosiven Gasgemisches findet außen an den feuerfesten Körpern statt, deren glühende Oberflächen den eigentlichen Sitz des flammenlosen Verbrennungsvorganges bilden, die Verbrennung der Gase beschleunigen und an sich lokalisieren. Die feuerfesten Verbrennungskörper können in beliebiger Weise, sei es durch ein Bindemittel, an den Berührungsstellen oder durch Einschließen in einen Behälter oder auf ähnliche Art zusammengehalten werden.

Bei der Wahl des feuerfesten Stoffes kommen hinsichtlich der Feuerfestigkeit neben anderen feuerfester Ton, Chamotte, Magnesit, Bauxit, Dolomit, Carborundum in Betracht. Jedoch müssen naturgemäß auch noch andere von dem jeweiligen gewerblichen Verwertungszweck des Verfahrens bedingte Faktoren berücksichtigt werden, insbesondere das chemische Verhalten und die Einwirkungen der verschiedenen erhitzten Körper aufeinander bei hohen Temperaturen.

Was die praktische Ausführung des vorliegenden Verbrennungsverfahrens betrifft, nämlich die Herstellung des explosiven Gasgemisches im richtigen Mischungsverhältnis und das Ingangsetzen des flammenlosen Verbrennungsvorganges mit Hilfe der feuerfesten Verbrennungshilfskörper, welche selbst zu allererst in glühenden Zustand gebracht werden müssen, bevor man die Verbrennung des explosiven Gasgemisches flammenlos bewirken kann, so kann man in folgender Weise verfahren: Man leitet das brennbare Gas unter Druck zunächst ganz unvermischt oder mit nur wenig Luft oder Sauerstoff vermischt an die Verbrennungsstelle, entzündet den austretenden Gasstrom in gewöhnlicher Weise etwa durch eine Zündflamme, so daß er, wie beim Schnitt- oder wie beim Bunsenbrenner, mit Hilfe der von außen hinzutretenden atmosphärischen Luft unter Flammenentwickelung verbrennt.

Läßt man nun mehr und mehr Luft oder Sauerstoff zu, so wird das Gasgemisch allmählieh explosiv, d. h. ohne noch von außen hinzutretende atmosphärische Luft zu benötigen, in sich selbst brennbar. Setzt man diesem zwar mit kleinerer, aber immer noch mit Flamme verbrennenden explosiven Gasgemisch noch mehr Luft oder Sauerstoff zu, so vergrößert sich seine Zündgeschwindigkeit. Dies hat schließlich zur Folge, daß die Flamme zurückschlägt und nunmehr dort weiterbrennt, wo die Beaufschlagung der feuerfesten Verbrennungshilfskörper durch das explosive Gasgemisch räumlich ihren Anfang nimmt. Durch die zurückgeschlagene, aber zunächst noch immer weiterbrennende Flamme werden die feuerfesten Verbrennungshilfskörper mehr und mehr erhitzt und schließlich ins Glühen versetzt. Hierbei hört die Flammenbildung allmählich ganz von selbst auf, und die weitere Verbrennung des explosiven Gasgemisches erfolgt nunmehr flammenlos und tritt nur durch die von den im Glühen erhaltenen feuerfesten Körpern ausgehende Licht- und Wärmestrahlung und die von den abströmenden hocherhitztenVerbrennungsgasen mitgeführteWärme äußerlich in die Erscheinung.

Sollten während der Verbrennung etwa wieder Flammen auftreten, so ist dies ein Zeichen,

daß entweder ein Überschuß an brennbarem Gas in der explosiven Mischung vorhanden ist, der' mit dem in ungenügender Menge vorhandenen Sauerstoff an den glühenden Oberflächen nicht flammenlos, sondern erst nachträglich in gewöhnlicher Weise bei der Berührung mit der atmosphärischen Luft unter Flammenbildung verbrennen kann, oder daß das brennbare Gas beim Herantreten an die

ίο Verbrennungsstelle nur unvollkommen, d. h. nicht innig genug mit der in an sich hinreichender Menge zugeführten Luft oder dem Sauerstoff vermischt ist. Um sicher zu sein, daß sämtliches brennbares Gas restlos und flammenlos verbrannt wird, empfiehlt es sich, den Luftbzw. Sauerstoffgehalt in der Gasmischung ein wenig über das theoretisch zur chemisch vollkommenen Verbrennung genügende Maß zu erhöhen. Dadurch begünstigt man die innige Vermischung der Gase im richtigen Mischungsverhältnis und erfüllt mit größerer Sicherheit diejenige Bedingung des vorliegenden Verfahrens, daß nämlich im Momente des Aufschlagens und beim Vorbeistreichen des explosiven Gasgemisches an den glühenden Verbrennungshilfskörpern jedem Teilchen brennbaren Gases die zu seiner vollkommenen Verbrennung nötigen Luft- oder Sauerstoffteilchen in unmittelbarer Nachbarschaft beigesellt sind.

Auf der zugehörigen Zeichnung sind in Ausführungsbeispielen Vorrichtungen zur gewerblichen Verwertung des vorliegenden Verbrennungsverfahrens schematisch dargestellt, nämlich Öfen, die zum Erhitzen von Schmelztiegeln, Retorten oder anderen Gefäßen dienen können.

Durch die mit Regulierhähnen F versehenen

Rohre tritt das brennbare und das nicht brennbare Gas, Luft oder Sauerstoff in das Mischrohr D, aus welchem das Gasgemisch gegen die am Boden des Ofens gebetteten Stücke feuerfesten Materials strömt. Nachdem man die anfängliche Entzündung des Gasgemisches etwa in der oben vorgeschlagenen Weise vollzogen und allmählich eine flammenlose Verbrennung herbeigeführt hat, nimmt der Verbrennungsvorgang räumlich seinen Anfang von den an dem Gaseintrittskanal C unmittelbar benachbarten Stücken P feuerfesten Materials. Von dort dehnt sich der Sitz der Verbrennung je nach der Menge des jeweils zugeführten explosiven Gasgemisches aus über eine mehr oder weniger große Zahl der angrenzenden, ins Glühen versetzten Stücke feuerfesten Materials.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel eines Tiegelofens ist angenommen, daß die flammenlose Verbrennung der zur Erhitzung des Tiegels benötigten Menge explosiven Gasgemisches sich an den größer gezeichneten Stücken P feuerfesten Materials unter dem Boden des Behälters G des Tiegels H vollzieht und bereits an diesen vollendet wird. Ein Teil der bei der flammenlosen Verbrennung erzeugten Wärme wird hierbei von den glühenden Stücken P unmittelbar, nämlich als strahlende Wärme, an den Tiegelbehälter G abgegeben, während die in den hocherhitzten, hastig abströmenden Verbrennungsgasen enthaltene Wärme noch durch eine besondere Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens besser nutzbar gemacht werden kann, und zwar, wie in Fig. 1 beispielsweise gezeigt ist, in folgender Weise:

Der Tiegelbehälter G ist nicht nur unten am Boden, unter welchem sich der eigentliche flammenlose Verbrennungsvorgang abspielt und vollendet, sondern auch an seinen seitlichen Mantelflächen von zusammengeschichteten Stücken feuerfesten Materials umgeben. Diese letzteren stehen in keinem unmittelbaren organischen Zusammenhang mit dem flammenlosen, schon vorher vollendeten Verbrennungsvorgang. Durch diese zusätzliche Schicht werden vielmehr die von der flammenlosen Verbrennung herrührenden hocherhitzten Abgase bei ihrem unerwünscht schnellen Abströmen gedrosselt, von ihrem direkten Wege abgelenkt, künstlich verzögert und durcheinander gemischt, so daß sie in langer andauernde und öfter wiederholte Berührung mit dem zu go erhitzenden Körper, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit dem Tiegelbehälter G, gebracht werden. Ein solches Drosseln, Durcheinandermischen und Ablenken der abströmenden Verbrennungsgase an den zu erhitzenden Körper hin bringt den Vorteil mit sich, daß ihnen während der künstlich verlängerten Berührungsdauer mit dem zu erhitzenden Körper ihre Wärme in günstiger Weise und soweit es das jeweilig mögliche Temperaturgefälle überhaupt zuläßt, also z. B. bei Dampfkesseln bis zu der betreffenden Siedetemperatur des Kessels herunter, entzogen werden kann.

Sinkt der Druck etwa infolge von Störungen des Betriebes der explosiven Gase, verringert sich dementsprend die Strömungsgeschwindigkeit, mit der dieselben die glühenden Oberflächen der zu ihrer Verbrennung vorgesehenen feuerfesten Körper erreichen, so kann der Fall eintreten, daß die Strömungsgeschwindigkeit der explosiven Gase sich in bedenklicher Weise ihrer Zündgeschwindigkeit nähert, daß schließlich eine Explosion in die Zuleitung hinein erfolgt und Zerstörungen anrichtet.

Um dieser Gefahr nach Möglichkeit vorzubeugen, wird, wie in Fig. 3 beispielsweise veranschaulicht ist, der Strom des zugeführten explosiven Gasgemisches an der Austrittsstelle j in mehrere Teile verzweigt. Jeder Zweigstrom erfordert naturgemäß nur ein entspre,-

Claims

chend engeres Rohr zur Heranleitung an die Verbrennungsstelle, und die hierdurch begünstigte und durch künstliche Kühlung der Gasaustrittsstellen, etwa durch Wasser, noch steigerungsfähige schnelle Wärmeableitung von den Gasaustrittsstellen bildet ein weiteres Mittel, um der Rückentzündung des explosiven Gasgemisches in die Zuleitung hinein dann vorzubeugen, wenn sich infolge von Unregelmäßigkeiten im Betriebe seine Strömungsgeschwindigkeit verringern sollte.

Zur Herstellung nach vorstehendem Verfahren flammenlos zu verbrennender explosiver Gasgemische eignen sich sowohl brennbare Gase beliebiger Art, beispielsweise Leuchtgas, Wassergas, Hochofengas, Azetylen, Wasserstoff, als auch die Dämpfe vergaster flüssiger Brennstoffe, wie Petroleum, Benzin, Gasolin, Alkohol o. dgl.

Will man Gase von geringem Heizwert, wie z. B. Hochofengas, nach dem vorliegenden Verfahren flammenlos verbrennen, so bereitet es Schwierigkeiten, beim Ingangsetzen des Verbrennungsprozesses die Verbrennungshilfskörper so weit zu erhitzen und zum Glühen zu bringen, als zur flammenlosen Verbrennung des betreffenden geringwertigen Gases erforderlich ist. In solchen Fällen verwendet man zweckmäßig beim Ingangsetzen des Prozesses zunächst. brennbare Gase oder Dämpfe von höherem Heizwert, etwa Leuchtgas, Benzindampf, und geht erst nach Erreichung der Glühhitze seitens der Verbrennungshilfskörper zu dem heizarmen Gas über. Zur Begünstigung der flammenlosen Verbrennung, insbesondere von heizarmen Gasen, kann man die Gase innerhalb mäßiger Grenzen vorwärmen.

Pa τ ε ν τ - A ν s ρ R ü c η ε :

i. Verfahren zur Verbrennung explosiver Gasgemische, dadurch gekennzeichnet, daß das explosive Gasgemisch mit einer seine Zündgeschwindigkeit überschreitenden Strömungsgeschwindigkeit, d. h. mit einer Geschwindigkeit, bei der eine gewöhnliche Flamme abreißen würde, gegen oder durch eine glühende, Zwischenräume und Durchtrittsöffnungen für die heran- und vorbeiströmenden explosiven Gase zwischen sich freilassende Schicht oder lose Schüttung, bestehend aus Stücken feuerfester Stoffe, geleitet, dadurch kontinuierlich entzündet und flammenlos verbrannt wird.
2. Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1, in der Weise, daß die von der flammenlosen Verbrennung herrührenden hocherhitzten Abgase durch eine weitere zusätzliche, an dem flammenlosen Verbrennungsvorgang selbst unbeteiligte, gasdurchlässige Schicht oder lose Schüttung bei ihrem Abströmen gedrosselt, dabei fortwährend durcheinander gemischt und in länger andauernde und öfter wiederholte. Berührung mit dem zu erhitzenden Gegenstand gebracht werden.
3. Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1, in der Weise, daß das brennbare Gas zunächst allein unvermischt oder in einer zur Explosionsfähigkeit ungehügenden Weise mit Luft oder Sauerstoff vermischt durch die gasdurchlässige Schicht feuerfester Körper hindurchgeleitet, beim Austreten an die Luft entzündet und mit Flamme verbrannt wird, und daß hierauf allmählich mehr und mehr Luft oder Sauerstoff zugesetzt wird, bis die Gasmischung explosiv wird, die Flamme schließlich zurückschlägt und die Verbrennung an den ins Glühen versetzten feuerfesten Körpern flammenlos selbsttätig einsetzt.
4. Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3, in der Weise, daß man bei der Verwendung von Gasen von gegeringem Heizwert, wie z. B. Hochofengas, die anfängliche Erhitzung der feuerfesten Körper, an deren glühenden Oberflächen die flammenlose Verbrennung des explosiven Gasgemisches stattfinden soll, mit Hilfe von brennbaren Gasen oder Dämpfen von höherem Heizwert, wie z. B. Leuchtgas, Benzindampf, oder durch Zusatz solcher Gase oder Dämpfe zu dem heizärmeren Gas bewirkt und erst hierauf zu dem heizärmeren Gas übergeht.

Hierzu ι BUitt Zeichnungen.