DE2931907C2 - Gasrußbrenner - Google Patents

Description

Heizflarnme eine zum Nachbarschlitz gerichtete Teilflamme abgezweigt wird, welche eine verzögerungsfreie Entzündung aller Brennstellen von einer am Brennerende angeordneten Sparflamme aus sichern soll. Diese bekannte Heizbrennerkonstruktion eignet sich nicht zur Erzeugung von Diffusionsflammen und ist daher für die Gasrußherstellung unbrauchbar.

Ebenfalls unbrauchbar für den Zweck der vorliegenden Erfindung ist ein in dem FR-PS 23 19 080 gezeigter Heizbrenner. Er weist zwar, ähnlich in einer rohrförmigen Kammer angeordnete Flammenaustrittsschlitze wie vorstehend besprochene Konstruktion auf, sorgt aber durch einen frontseiüg an der rohrförmigen Kammer angeordneten Injektor zur vollständigen Vermischung von Brenngas und Luft für Verhältnisse, die den Anforderungen der Gasrußerzeugung wiederum entgegengerichtet sind.

Bezüglich üblicher Abmessungen von schlitzförmigen Brennöffnungen bei Heizbrennern ist noch auf die US-PS 32 85 317 hinzuweisen. Dort sind im Zusammenhang mit einer langgestreckten, zahlreiche voneinander durch Stege getrennte ivienrfachschiiize aufweisenden Brennereinrichtung Schlitzbreiten von 0,;'36 bis 0.813 mm genannt. Da die Erfindung jedoch im einem anderen technologischen Standort als dem der Gasheizung liegt und die bekannte Brenneranordnung weder Ähnlichkeiten mit noch Voraussetzungen für einen Gasrußbrenner aufweist, liegt eine Übertragung dieser Schlitzabrnessungen auf Brennerkonstruktionen für die Gasrußerzeugung fern.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasrußbrenner zu schaffen, der einfach zu fertigen ist, geringen Wartungsaufwand erfordert und lange Betriebsdauern ermöglicht.

Demgemäß ist Gegenstand der Erfindung ein Gasrußbrenner, bestehend aus einer mit mindestens einer Speiseleitung versehenen rohrförmigen Kammer mit gegen eine gekühlte Abscheidefläche zu richtenden, parallel und in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordneten schlitzförmigen Austrittsöffnungen für das den Rußrohstoff enthaltende Betriebsgas, wobei die rohrförmige Kammer parallel zur Abscheidefläche auszurichten ist und die schlitzförmigen Austrittsöffnungen in einem Winkel von 45—135° zur Längsachse der rohrförmigen Kammer stehen.

Der Brenner ist dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Austrittsöffnungen in den Mantel der rohrförmigen Kammer eingearbeitet sind, daß 2 bis 12 schlitzförmige Austrittsöffnungen pro Meter Kammlänge vorliegen, daß das Verhältnis der Länge jeder schlitzförmigen Austrittsöffnung zum Umfang der rohrförmigen Kammer 1 :36 bis 1 :2 beträgt.

Der erfinmingsgemäße Gasrußbrenner wird üblicherweise in Verbindung mit einer rotierenden Kühlwalze verwendet. Er kann hierzu unterhalb dieser Walze angeordnet werden. Die gegebenenfalls polierten schlitzförmigen Austrittsöffnungen für das den Rußrohstoff enthaltende Betriebgas sind dabei zur Walze gekehrt. Die Kammer mit ihren im Mantel angeordneten schlitzförmigen Austrittsöffnungen ist in Form eines Rohrs mit beliebigem Querschnittsprofil ausführbar. Im einfachsten Fall besteht die Kammer aus einem einseitig geschlossenen Zylinder, welcher an der freien Stirnseite mit einem Einspeisestutzen versehen ist oder in diesen übergeht. Bei der Auswahl des anzuwendenden Querschnittsprofils für die Kammer kann die Gestalt der Abscheidefläche mitbestimmend sein.

Der Gasrußbrenner katin so ausgebildet sein, daß die Speiseleitung in einer oder beiden Stirnflächen und/ oder im nicht geschlitzten Mantelteil der rohrförmigen Kammer mündet. In der Praxis hat es sich als zweckmä« Big erwiesen, die schlitzförmigen Austrittsöffnungcn senkrecht zur Längsachse der rohrförmigen Kammer anzuordnen.

Der Abstand des erfindungsgemäßen Gasrußbrenners zur Kühlwalze wird se gewählt, daß eine geeignete Abschreckung der Flammen gewährleistet ist

ίο Die schlitzförmigen Austrittsöffnungen sind in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet Die Abstände der Schlitze zueinander sollten dabei so gewählt sein, daß eine gleichmäßige Rußbildung gewährleistet ist Als besonders vorteilhaft erwiesen hat sich, pro Meter

is Kammerlänge 3—8 schlitzförmige Austrittsöffnungen vorzusehen.

Besonders zweckmäßig ist ein Verhältnis der Länge jeder schlitzförmigen Austrittsöffnung zum Umfang der rohrförmigen Kammer von 1:6 bis 1:3. Das bedeutet, daß bei einem erfindungsgemäßen Gasrußbrenner mit zum Beispiel einem Durchmesser e)-r:s rohrförmigen manieis von kreisförmigem Querschnitt, von 60 mm die Schlitze eine Länge zwischen 67 und 137 mm aufweisen. Der Gasrußbrenner wird bevorzugt aus hochtemperaturbeständigem zunderfesten Material gefertigt Die Wandstärke der rohrförmigen Kammer ist nicht entscheidend, solange ausreichende mechanische Festigkeit gegeben ist Ebenso ist die Länge des rohrförmigen Mantels nicht entscheidend; sie sollte jedoch der Länge der Abscheidewalze angepaßt sein.

Besonders günstig ist wenn die schlitzförmigen Austrittsöffnungen bei Raumtemperatur eine Breite von 0,3 bis 2,0 mm, vorzugsweise 0,4 bis 1,0 mm aufweisen. Bei Erhöhung der Temperatur während des Betriebes des Gasrußbrenners verengen sich die Schlitze adäquat dem Ausdehnungskoeffizienten des Rohrmaterials.

Die Vorteile des Gasrußbrenners gemäß Erfindung werden nachstehend anhand eines Vergleichsbeispiels erläutert:

Es wurde ein Ruß mit einer mittleren Primärteilchengröße von 12 nm einerseits mit dem eingangs erläuterten Lekannten Brenner (Vergleichsversuch) und andererseits mit dem erfindungsgemäßen Gasrußbrenner nach F i g. 1 hergestellt.

Beim Vergleichsversuch wurden acht herkömmliche gußeiserne Flachdüsenbrenner pro Meter (0,ö mm Spaltbreite; Düsen mit Stegen armiert, wodurch sich die Spaitbreite bei Temperaturwechsel praktisch nicht ändert) nebeneinander unter der Kühlwalze so angeordnet, daß die Flammen gegen die Walze schlugen. Die Flachdüsenöffnungen waren senkrecht zur Kühlwalzenachse eingestellt. Diese herkömmlichen Brenner mußten durchschnittlich alle sechs Stunden gereinigt und alle 25Tige nachgefräst werden und erreichten eine Lebensdauer von nur etwa drei Monaten. Das entspricht einem Verbrauch von 150 Brennern pro Jahr und Gasrußapparat.

Der gleiche Ruß wurde nun in einem mit dem erfindungsgemäßen Gasrußbrenner ausgerüsteten Gasrußapparat erzeugt. Bei diesem Apparat wurde ebenfalls der Brenner unterhalb und parallel zur Kühlwalze so angeordnet, daß die Flammen gegen die Walze schlugen. Es wurde derselbe Brennerabstand zur Walze wie im Vergleichsversuch eingehalten.

Der Brenner bestand aus einer einseitig geschlossenen rohrförmigen Kavnmer mit kreisförmigem Querschnitt (ca. 63,5 mm, Wandstärke 4,0 mm) aus Chrom-Silicium-Stahl, welche am offenen Ende mit einem Zulei-

tungsrohr für die einzuspeisenden Komponenten versehen war. Im Mantel der rohrförmigen Kammer waren acht schlitzförmige Austrittsöffnungen pro Meter senkrecht zur Kammerachse eingefräst. Die Schlitzbreite betrug in kaltem Zustand 1 mm; sie verengte sich beim Betrieb auf ca. 0,6 mm. Die Schlitzlänge betrug ein Drittel des Umfangs der rohrförmigen Kammer.

Die Brennerschlitze des erfindungsgemäßen Gasrußbrenners brauchten im Dauerbetrieb nur alle 24 Stunden gereinigt zu werden, weil der Koksansatz in den ι ο Austrittsöffnungen erheblich vermindert war und keine sichtbare Verzunderung auftrat. Die Brennerohre erreichten daher auch im Dauerbetrieb eine Lebensdauer von über zwei Jahren, ohne daß die Schlitze nachgefräst werden mußten.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Gasrußbrenners ist in der einfachen Bauweise zu sehen, die keinen komplizierten Formguß verlangt Es können handelsübliche Rohre verwendet werden, die sich überdies leichter bearbeiten lassen als Formgußteile.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

1 2 Rohrleitungen zur Filteranlage geführt. Die Verbren-Patentansprüche: nungsluft tritt durch die offene Unterseite des Gehäuses ein.

1. Gasrußbrenner, bestehend aus einer mit minde- In diesem bekannten Gasrußapparat werden einzelne stens einer Speiseleitung versehenen rohrförmigen 5 nebeneinander angeordnete gußeiserne Brenner verKammer mit gegen eine gekühlte Abscheidefläche wendet, die mittels einer senkrecht zur Achse der Abzu richtenden, parallel und in gleichmäßigem Ab- scheidewalze angeordneten Flachdüse eine fächerförstand zueinander angeordneten schlitzförmigen mige Diffusionsflamme erzeugen. Diese Brenner wer-Austrittsöffnungen für das den Rußrohstoff enthal- den auf im Mantel des Gaszuleitungsrohrs befiiMliche tende Betriebsgas, wobei die rohrförmige Kammer to Stutzen aufgesteckt Das Gaszuleitungsrohr ist unterparallel zur Abscheidefläche auszurichten ist und die halb der Kühlwalze parallel zu deren Achse angeordnet schlitzförmigen Austrittsöffnungen in einem Winkel Der Abstand der Brennerdüsen wird so gewählt, daß die von 45—135° zur Längsachse der rohrförmigen Flammen gegen die rotierende Walze brennen und da-Kammer stehen, dadurch gekennzeichnet, durch abgeschreckt werden.

daß die schlitzförmigen Austrittsöffnungen in den 15 Diese bekannten Brenner haben den Nachteil, daß die Mantel der rohrförmigen Kammer eingearbeitet schmale Flachdüsenöffnung, welche eine Weite vcn unsind, daß 2 bis 12 schlitzförmige Austrittsöffnungen ter 1 mm aufweist, mehrfach täglich während des Bepro Meter Kammerlänge vorliegen, daß das Verhält- triebes gereinigt und nach jeweils ca. 3 Wochen Beins der Länge jeder schlitzförmigen Austrittsöffnung triebsdauer ausgefräst werden muß. Diese aufwendige zum Umfang der rohrförmigen Kammer 1 :36 bis 20 Reinigungs- und Nacharbeitungsprozedur ist notwen-1 :2 beträgt dig, weil durch Verzunderung und Verformung des

2. Gasrußbrenner nach Anspruch 1, dadurch ge- Brennermaterials und durch Verkokung in der Düsenkennzeichnet, daß 3 bis 8 schlitzförmige Austrittsöff- öffnung letztere teilweise zugesetzt wird. Die Lebensnungen pro Meter Kammlänge vorliegen, dauer eines derartigen Brenners ist dadurch auf ca.

3. Gasrußbrenner nach Anspruch 1 oder 2, da- 25 3—4 Monate beschränkt

durch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge Aus der DE-PS 7 24 740 ist lediglich bekannt bei der

jeder schlitzförmigen Austrittsöffnung zum Umfang Herstellung von aktivem Gasruß Schlitzbrenner mit

der rohrförmigen Kammer 1 :6 bis 1 :3 beträgt nicht wesentlich mehr als 0,5 mm weiten öffnungen ein-

4. Gasrußbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, zusetzen und den durch unvollständige Verbrennung dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen 30 von verdampfte Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gas-Austrittsöffnungen bei Raumtemperatur eine Breite gemischen erzeugten Ruß an gekühlten Flächen niedervon 0,3 bis 2,0 -im aufweisen. zuschlagen.

Die DE-AS 21 38 009 beschreibt einen Gasrußbren-

ner, welcher aus einer mit mindestens einer Speiselei-

35 tung versehenen rohrförmigen Kammer mit gegen eine gekühlte Abscheidefläche zu richtenden, parallel und in

Die Erfindung betrifft einen Gasrußbrenner, beste- gleichmäßigem Abstand zueinander angeordneten hend aus einer mit mindestens einer Speiseleitung ver- schlitzförmigen Ausiriusöfmungen für das den Rußsehenen rohrförmigen Kammer mit gegen eine gekühlte rohrstoff enthaltende Betriebsgas besteht wobei die Abscheidefiäche zu richtenden, parallel und in gleichmä- 40 rohrförmige Kammer parallel zur Abseheidefläche ausßigem Abstand zueinander angeordneten schlitzförmi- zurichten ist und die schlitzförmigen Austrittsöffnungen gen Austrittsöffnungen für das den Rußrohstoff enthal- in einem Winkel von 45 bis 135° zur Längsachse der tende Betriebsgas, wobei die rohrförmige Kammer par- rohrförmigen Kammer stehen. Die schlitzförmigen Ausallel zur Abscheidefläche auszurichten ist und die trittsöffnungen sind hier Flachdüsenmündungen von schlitzförmigen Austrittsöffnungen in einem Winkel von 45 Einzelbrennern, welche auf im Mantel des Gaszulei-45—135° zur Längsachse der rohrförmigen Kammer tungsrohres befindliche Stutzen aufgesteckt und im gestehen, nannten Winkelbereich zur Achsenrichtung der Ab-

Beim Gasrußverfahren werden aromatische Kohlen- scheidewalze venschwenkbar sind. Wasserstoffe, wie zum Beispiel Steinkohleteeröle oder Die DE-PS 6 71739 betrifft ein längsgeschlitztes Pyrolyseriickstandsöle unter definierten Bedingungen 50 Brennerrohr zur Gasrußerzeugung, bei dem die Schlitzin einem Trägergasstrom verdampft und in besonderen breite durch auf dem Rohr parallel zum Schlitz angeord-Rußerzeugungsapparaten mit Hilfe spezieller Gasruß- nete auswechselbare und/oder seitlich verschiebbare brenner in einer Vielzahl relativ kleiner Diffusionsflam- Schienen eingestellt wird. Die Ursachen des Verstopmen pyrolisiert, wobei ein Teil des Rohstoffes ver- fens von Brennöffnungen werden dadurch nicht beseibrennt Die Flammen schlagen gegen eine wassergefüll- 55 tigt; dafür wird eine Möglichkeit zur mechanischen Bete, sich langsam drehende eiserne Hohlwalze, die als seitigung von Verstopfungen geschaffen, die jedoch aus Abscheidefläche dient. Der sich dort niederschlagende den eingangs erwähnten Gründen nicht befriedigt. Ruß wird durch Schaber abgehoben und zur Aufarbei- Die FR-PS 10 37 232 beschreibt einen Reihenbrenner tungsanlage gefördert Filteranlagen trennen den in den für Heizzwecke mit in den Mantei einer rohrförmigen Abgasen mitgeführten Rußanteil ab. 60 Kammer eingearbeiteten parallelen und in gleichmäßi-

Aus Ullmann's Enzyklopädie der technischen Chemie, gem Abstand zueinander befindlichen schlitzförmigen

3. Auflage, 14. Band, Seite 799 (1963) ist ein Rußerzeu- Austrittsöffnungen, welche senkrecht zur Längsachse

gungsapparat bekannt, bei welchem Gasrußbrenner der rohrförmigen Kammer stehen. Der geschlitzte Ab-

und Abscheidewalze gemeinsam in einem Gehäuse an- schnitt der rohrförmigen Kammer wird von zwei in

geordnet sind. Die wassergekühlte Abscheidewalze 65 Richtung der Kammerachse verlaufenden, mit einer

weist einen Durchmesser von 0,5 m und eine Länge von Längskante an der Kammer befestigten Schienen mit

5 m auf, sie dreht sich mit ca. 1 U/min. Am oberen Teil jeweils nach innen gebogenen freier Längskante einge- I

des Gehäuses wird das Abgas abgesaugt und über säumt, wodurch von der aus jedem Schlitz brennenden |