DE2824946A1

DE2824946A1 - Brennvorrichtung

Info

Publication number: DE2824946A1
Application number: DE19782824946
Authority: DE
Inventors: Friedrich H Dipl Ing Ackermann; Wieland Dipl Ing Flothmann
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Priority date: 1978-06-07
Filing date: 1978-06-07
Publication date: 1979-12-20

Description

Brennvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Brennvorrichtung mit einer Brennkammer, der über mindestens eine Einlaßöffnung der zu oxydierende Stoff zugeführt wird und von der die oxydierten Abgase zu einer Auslaßöffnung strömen.
Bei den bekannten Brennern wird ein Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemisch erzeugt und anschließend gezündet. Zur lgufrecllterhaltung eines stabilen Brennvorganges ist eine ständige Flammentemperatur von etwa 1200 bis 14000C erforderlich, für eine rUckstandsfreie Verbrennung muß mit einem Mindestsauerstoffgehalt von ca. 14 bis 16 % gearbeitet werden.
Die Verbrennungsluft muß zusätzlich zugemischt und aufgeheizt werden, zur Verbesserung des Ausbrandergebnisses muß in der Brennkammer eine Turbulenz erzeugt werden. Wegen der hohen Temperaturen läßt sich eine hohe Stickoxydbildung nicht vermeiden, die Abgase sind aggressiv, der Brennstoffverbrauch ist hoch, die Wirtschaftlichkeit gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennvorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, brennbare Stoffe wirtschaftlich unter Ausnutzung sauerstoffarmer Gasgemische umweltfreundlich zu verbrennen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß Strahler angeordnet sind, die in der Brennkammer ein elektrisches Feld erzeugen, innerhalb dessen der zu oxydierende Stoff in Verbindung mit einem über die eine Einlaßöffnung zugeführten sauerstoffarmen Gasgemisch oxydiert. Bei dem sauerstoffarmen Gasgemisch handelt es sich in der Regel um ein Abgas aus einer anderen Anlage, dessen Wärmeinhalt (Gastemperatur z.B. 2000 C) zusätzlich ausgenützt werden kann.
Es genügt, wenn dieses Gasgemisch einen Sauerstofigehalt aufweist, der für die stöchiometrische Oxydation notwendig ist, also wenige Prozent 02. Durch das ständig vorhandene elektrische Strahlungsfeld wird eine kontinuierliche Oxydation schon bei einer Temperatur von 600 bis 7500 C gewährleistet. Dadurch, daß keine zusätzliche Verbrennungsluft zugemischt und aufgeheizt werden muß und mit einer sehr niedrigen Brennkammertemperatur gefahren werden kann, ergibt sich eine besonders große Wirtschaftlichkeit. Dabei können nicht nur sauerstoffarme Gasgemische weiter genutzt werden, sondern insbesondere trotz der relativ niedrigen Brennkammertemperatur lassen sich auch ausgezeiehnete Ausbrandergebnisse erzielen, der organisch gebundene Kohlenstoff sinkt von 10 bis 50 ppm bei üblichen Brennern unterhalb die Nachweisgrenze, der CO-Wert nimmt von 500 ppm auf weniger als 5 ppm ab und die Stickoxydwerte, die üblicherweise bei 200 bis 500 ppm liegen, erniedrigen sich auf weniger als 10 ppm.
Mit dieser Brennvorrichtung lassen sich brennbare Stoffe mit sauerstof farmen Gasgemischen verbrennen, so daß letztere weiter genutzt werden können, insbesondere werden Schadstoffe aus deni zugeführten Gasgemisch nahezu vollständig beseitigt, die Abgase enthalten nur geringste Anteile von umweltbelastenden und korrosionsfördernden Stoffen wie z.B. Phosgen, Kohlenmonoxyd u.dgl.
Besonders schwer oxydierbare Stoffe, wie z.is. chlorierte Kohlenwasserstoffe, lassen sich mit geringem Energieaufwand verbrennen, ebenso von aus aus explosible Gemische, die inertisiert sind. Die Brennvorrichtung kann auch vorzugsweise als integrierte Anlage zur Inertgaserzeugung ohne zusätzlichen Energieaufwand dienen.
In besonders vorteilhafter Weise sind mehrere stabförmige Strahler vorgesehen, die die ßrennkanner gleichmäßig beaufschlagen, so daß ein homogenes Strahlungsfeld erzeugt wird. Diese Strahler sind zweckmäßig mindestens teilweise von einer strahlungsreflektierenden Wand umgeben, so daß die gesamte Strahlungsenergie dern Uxydationsvorgang nutzbar gemacht wind. Für montage und Eeparaturzwecke ist es vorteilhaft, wenn die Strahler zu mindestens einer inschubeinheit zusammengefawt sind, die in einer Stirnwand lösbar fixierbar ist, wobei die Strahler mit ihren unbeheizten Enden in der Einschubeinheit festgelegt sind und mit ihren anderen Enden frei in die Brennkammer hineinragen. Die Strahler können durch eine strahlung durchlässige Abdeckung gegen die Brennkammer abgedeckt sein, so daß die vorbeistreichenden Gase nicht direkt mit den Strahlern in Berührung kommen. Hier ist eine laminare Strömung erwünscht, um den konvektiven Wärmeübergang niedrig zu halten.
Im einzelnen kann zweckmäßig der Strahler aus einem Quarzglasrohr bestehen, in dem ein elektrischer Heizdraht untergebracht ist. Die strahlungsreflektierende Wand wird vorzugsweise von der rohrförmigen Brennkammerwand gebildet, die Strahler ragen von einer Stirnwand her koaxial in die Brennkammer hinein, wobei die Brennkammerwand im axialen Abstand von der Stirnwand beginnt und über das freie stirnseitige Ende der Strahler hinaus zur Bildung einer Restausbrandstrecke verlängert ist.
Besonders günstige Wirkungsgrade lassen sich erreichen, wenn die Brennkammerwand ummantelt ist und durch die Ummantelung das abströmende oxydierte Gas zur Auslaßöffnung gelangt und die Ummantelung ihrerseits von einem Gehäuse umgeben ist, wobei das über die Einlaßöffnung eintretende sauerstoffarme Gasgemisch zur Vorwärmung zwischen der Ummantelung und dem Gehäuse zu den Strahlern bzw. der Brennkammer hingeitthrt ist. Es lassen sich dadurch Vorwärmtemperaturen in Höhe von 500 bis 6000 C erreichen, die bei Brennern mit üblicher Verbrennungsluftzusammensetzung nicht möglich sind.
Die Brennvorrichtunsg kann platzsparend und kompakt gebaut werden, wenn die Strahler, die Brennkammer, die Ummantelung und das Gehäuse konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei das Gehäuse in die Brennkammer und drei umlaufende Räume, nämlich einen Stabilisierungsraum, einen Vorwärmraum und einen Zuführraum aufgeteilt ist. Die Raumwandungen sind vorzugsweise mindestens teilweise durch Scheiben-Rohrbsinde Wärmetauscher gebildet. Die Einlaßöffnung soll am Umfang in der Nähe des einen stirnseitigen Endes des zylindrischen Geheiuses und die Auslaßöffnung in dieser Stirnseite, die der stirnseite mit den Strahlern gegenüberliegt, vorgesehen sein. Die Gase im Zuführraum und im Stabilisierungsraum strömen dann gegensinnig zu den Gasen in der rennkmer und im Vorwärmraum.
Die brennbaren Stoff z.B. fossile Brennstoffe in fester, flüssiger oder gasförmiger Form oder brennbare Schadstoffe (insbesondere Kohlenwasserstoffe) können von vorn herein dem über die Einlaßöffnung zugeführten sauerstoffarmen Gasgemisch beigegeben sein, es ist aber besonders zweckmäßig, wenn zwischen Gehäuse und Brennkammer zusätzliche Zuführelemente für die brennbaren Stoffe vorgesehen sind, diese lassen sich vorzugsweise durch die Stirnwand des Gehäuses in der Nähe der Strahler einführen.
Um nicht die gesamte zum Anfahren erforderliche Energie auf elektrischem Wege aufbringen zu müssen, können zusätzlich herkömmliche Gas- oder Olbrenner vorgesehen sein, die während des stationären Betriebes, in dem der Oxydationsprozeß lediglich mit Hilfe der elektrischen Strahler und des eingedüsten brennbaren Stoffes abläuft, abgeschaltet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem schematischen Längsschnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Brennvorrichtung weist in einem Gehäuse 1 eine Brennkammer 2 auf, in die Strahler 3 von einer Stirnwand 4 her eingeführt sind, Die Strahler 3 bestehen aus quarzglasröhren 5, in denen elektrische Heizdrähte 6 untergebracht sind. Die Strahler 3 sind zu einer Einschubeinheit 7 zusammengefaßt, die in der einen Stirnwand 4 des Gehäuses 1 fixiert wird und so leicht montiert bzw. ausgetauscht werden kann. Die Brennkammer 2 beginnt in einem axialen Abstand 8 von der Stirnwand 4, sie ist mit einer Ummantelung 9 versehen, die zum Gehäuse 1 einen Zuführraum 10, zur Brennkammer 2 hin einen Stabilisierungsraum 11 und zwischen sich einen Vorwärmraum 12 bildet. Das Gehäuse 1 bildet im wesentlichen einen zylindrischen Körper, zu dem die Ummantelung 9 und die Strahler 3 ebenso wie die Brennkammer 2 konzentrisch angeordnet sind, so daß die Räume 10 bis 12 umlaufend sind. An der der Stirnwand 4 mit den Strahlern 3 gegenüberliegenden Stirnwand 13 ist eine Auslaßöffnung 14 für ciie oxydierten Abgase vorgesehen, an dieser Stirnwand 13 befindet sich am Umfang des Gehäuses auch eine hinlaßöffnung 15 für den Zutritt eines sauerstoffarmen Gasgemisches. Die Strahler 3 sind in ihrem hinteren Bereich von einer strahlungsreflektierenden Wand 16 umgeben, die die Brennkammerwand darstellen kann.
Die Brennkammer 2 erstreckt sich über das freie stirnseitige Ende 17 der Strahler 3 hinaus und bildet dabei eine Restausbrandstrecke 18. In der Stirnwand 4 sind neben den Strahlern 3 Zuführelemente 19 für brennbare Stoffe erkennbar.
Das sauerstoffarme Gasgemisch (z.B. ein Abgas mit einem bestimmten Wärmeinhalt und mit oder ohne einen Zusatz von brennbaren Stoffen) wird in Richtung der angegebenen Pfeile über die Einlaßöffnung 15 und den Zuführraum 10 den das elektrische Feld erzeugenden Strahlern 3 bzw. der Brennkammer 2 zugeleitet. Über die Zuführelemente 19 werden, sofern nicht schon geschehen, brennbare Stoffe wie fossile Brennstoffe, Kohlenwasserstoffe od.dgl. zugegeben. Insbesondere im Strahlerbereich tritt eine nahezu vollständige Oxydation ein. Von der Brennkammer 2 gelangen die oxydierten Gase in den Stabilisierungsraum 11, so daß die strahlungsreflektierende Wand 16 weitgehend gleichmäßig erhitzt bleibt. Beim Zurückströmen über den Vorwärmraum 12 wird Wärme an das vorbeiströmende sauerstoffarme Gasgemisch abgegeben, so daß dieses Gasgemisch vorgewärmt wird. Damit bleibt einmal die Brennkammer 2 heiß und zum anderen wird eine hohe Aufheizung des sauerstof farmen Gasgemisches erreicht.
Die Brennvorrichtung kann vorzugsweise in Größen von X0 000 bis 60 Millionen kJ ausgelegt sein, sie dient insbesondere der Aufheizung von Luft oder Wasser und erlaubt es, sauerstoffarme Gasgemische energiegewinnend weiter zu verarbeiten bei umweltfreundlicher Abgasbildung.

Claims

Patent ansprüche Brennvorrichtung mit einer Brennkammer, der über mindestens eine Einlaßöffnung der zu oxydierende Stoff zugeführt wird und von der die oxydierten Abgase zu einer Auslaßöffnung strömen, dadurch gekennzeichnet, daß Strahler (3) angeordnet sind, die in der Brennkammer (2) ein elektrisches Feld erzeugen, innerhalb dessen der zu oxydierende Stoff in Verbindung mit einem über die eine Einlaßöffnung (15) zugeführten sauerstoffarmen Gasgemisch oxydiert.

2. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere stabförmige Strahler (3) die Brennkammer (2) gleichmäßig verteilt beaufschlagen.

3. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (3) mindestens teilweise von einer strahlungsreflektierenden Wand (16) umgeben sind.

4. Brennvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsreflektierende Wand (16) die rohrförlaige Brennkannerwanct bildet und die Strahler (3) von einer Stirnwand (4) her koaxial in die Brennkammer (2) hineinragen.

5. Brennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (3) zu mindestens einer Einschubeinheit (7) zusammengefaßt sind, die in einer Stirnwand (4) lösbar fixierbar ist.

6. Brennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (3) mit ihren unbeheizten Enden in der Einschubeinheit (7) festgelegt sind und mit ihren anderen Enden frei in die Brennkammer (2) hineinragen.

7. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (3) durch eine strahlungsdurchlässige Abdeckung gegen die Brennkammer (2) abgedeckt sind.

8. Brennvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus Quarzglas besteht.

9. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler (3) aus einem Quarzglasrobr (5) besteht, in dem ein elektrischer Heizdraht (6) untergebracht ist.

10. Brennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkarllflerwand im axialen Abstand (8) von der Gehäusestirnwand () beginnt und über das freie stirnseitige Ende (17) der Strahler (3) hinaus zur Bildung einer Restausbrandstrecke (18) verlängert ist.

11. Brennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet; daß die Brennkammerwand ummantelt ist und durch die Ummantelung (9) das abströmende oxydierte Gas zur Auslaßöffnung (14) gelangt.

12. Brennvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (9) von einem Gehäuse (1) umgeben ist und das über die Einlaßöffnung (15) eintretende sauerstoffarme Gasgemisch zur Vorwärmung zwischen der Ummantelung (9) und dem Gehäuse (1) zu den Strahlern (3) bzw. der Brennkammer (2) hingeführt ist.

19. Brennvorrichtung nach Anspruch 1 und l2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (3), die Brennkammer (2), die Ummantelung (9) und das Gehäuse (1) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

14. Brennvorrichtung nach Anspruch J, dadurch geennzeichnet, daß ctas Gehäuse (1) unterteilt ist in die J3rennlammer (2) und drei umlaufende Räume, nämlich einen Stabilisierungsraum (11), einen Vorwärmraum (12) und einen Zuführrauin (10).

15. I3rennvorriciltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase im Zuführraum (10) und im Stabilisierungsraum (11) gegensinnig zu den Gasen in der Brennhammer (2) und im Vorwärmraum (12) strömen.

16. Brennvorrichtung nach anspruch 14, dadurcii gekennzeichnet, daß die tiaumwandungen mindestens teilweise durch Scheiben-Rohrbündel-Wärmetauscher gebildet sind.

17. Brennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in der Brennkammer (2) parallel im Gleichstrom zu den stabförmigen Strahlern (3) fließen.

18. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (15) am Umfang in der Nähe der einen Stirnwand (13) des zylindrischen Gehäuses (1) und die Auslaßöffnung (14) in dieser Stirnwand (13), der Stirnwand (4) mit den Strahlern (3) gegenüberliegend, vorgesehen sind.

19. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gehäuse (1) und Brennkammer (2) Zuführelemente (19) für brennbare Stoffe vorgesehen sind, die dem sauerstoffarmen Gasgemisch vor der weiteren Oxydation beigemischt werden.

20. Brennvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführelemente (19) durch die Stirnwand (4) des Gehäuses (1) mit den Strahlern (3) geführt sind.

21. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufheizung beim Anfahren ein Zusatzbrenner installiert ist.