DE3036095A1

DE3036095A1 - Verbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3036095A1
Application number: DE19803036095
Authority: DE
Inventors: Eitaro Omiya Saitama Kaneko
Original assignee: KYOWA IND; Kyowa Industrial Co Ltd
Current assignee: Kaneko Eitaro Hasuda Jp Kyowa Industry Co Ltd
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1981-04-16
Also published as: JPS5649802A; GB2062210A

Description

OP-I120

Verbrennungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung für die Verbrennung von leichten Brennstoffen _r insbesondere Schweröl der Klasse A, Cerosin und Leichtöl. .

Vorrichtungen zur Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrads durch Einführung von Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit in die Flamme eines Ölbrenners sind bereits bekannt.

Diese bisherigen Vorrichtungen sind jedoch mit dem Nachteil behaftet,daß die Zufuhrmenge bzw. -Geschwindigkeit der Flüssigkeit, der Zeitpunkt der Flüssigkeitszufuhr, die Arbeitsweise der Vorrichtung und sqweiter nicht genau bestimmen lassen, so daß eine Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrad auf eine gewünschte Größe nicht gewährleistet werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist insbesondere, die Ausschaltung der vorstehend geschilderten Mangel der bisherigen Ölbrenner durch Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, mit welcher der Verbrennungswirkungsgrad

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dadurch erhöht werden kann, daß eine zusätzliche Vorrichtung vorgesehen ist, welche Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeit nach Umformung derselben in ein methanreiches Gas durch Vermischung von Öl mit der Flüssigkeit zuzuführen vermag, ohne daß die Flüssigkeit in ursprünglicher Form der Primärflamme eines Ölbrenner s zugeführt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Verbrennungsvorrichtung der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch eine sich an das Vorderende eines Innentrommel-Heizbrenners anschließende Vorheiztrommel, durch eine sich an das Vorderende der Vorheiztrommel anschliessende Dampfreformier- oder -umformtrommel, die in eine Mischkammer und eine Reformierkammer unterteilt ist, die durch eine Verbindungsöffnung miteinander verbunden sind, sowie durch eine um die Umfangsflache der Vorheiztrommel herumgelegte Ölrohrschlange und eine die Umfangsflache der Vorheiztrommel umschliessende und sich zum Innenumfang der Reformierkammer erstreckende Wasserrohrschlange, wobei beide Rohrschlangen eine in die Mischkammer mündende Auslaßöffnung aufweisen, sowie dadurch, daß die Reformierkammer mit einem Katalysator beladen und mit einem Einblasrohr für reformiertes Gas versehen ist, dessen

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Einlaß in der Reformierkammer mündet, während sich sein Auslaß innerhalb der Vorheiztrommel in Richtung der Flammenausbreitung erstreckt. Bei dieser Verbrennungsvorrichtung werden Wasser und öl, die über die an der ümfangs- bzw. Mantelfläche der Vorheiztrommel angeordneten Wasser- und Spülrohrschlangen vorgewärmt worden sind, in Form von Überhitzern Dampf und vergastem Öl miteinander vermischt, das resultierende Gasgemisch wieder in die Reformierkammer eingeleitet und in dieser in Gegenwart eines Kathalysators in ein methanreiches bzw. methanhaltiges reformiertes Gas umgewandelt, und&ieses reformierte Gas wird sodann über ein Einblasrohr längs der Richtung der Flamme in der Vorheiζtrommel in die Primärflamme des Brenners eingeblasen, wodurch eine merkliche Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades erzielbar ist.

Die Erfindung bezweckt außerdem die Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, bei welcher die Entstehung von unverbrannten Bestandteilen im Heizbrenner der inneren Trommel sowie der Vorheiztrommel verhindert werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Einspritzwinkel der Brennerdüse im Bereich von 30 bis 45 gewählt wird, sodaß keine

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Gefahr für eine Überausbreitung der Brennerflamme bis an die Innenfläche der Innentrommel und für die Entstehung von unverbrannten Anteilen besteht, während in der Vorheiztrommel keine Gefahr für eine zu starke Bündelung der Flamme (engl.Seite 3 unten ...) besteht, bei welcher die Flamme sich durch die Vorheiztrommel erstrecken könnte, ohne deren Innenfläche zu erwärmen. Auf diese Weise kann die Entstehung von unverbrannten Abgasanteilen sowohl in der Innentrommel als auch in der Vorheiζtrommel verhindert werden.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, mit welcher die Umwandlung eines Gasgemisches aus überhitztem Dampf und vergastem Öl in ein methanreiches reformiertes Gas durchführbar ist. Insbesondere ist zu diesem Zweck erfindungsgemäß in der Reformierkammer ein Kathalysator aus einem Träger in Form von 1,5 Teilen alpha-Aluminiumoxyd, das porös ist und im Vergleich zum Volumen eine große Oberfläche besitzt, 1,5 Teilen rekristallisiertem Silithium-Karbit und einem Teil wärmebeständigem, reinen Mittel auf den Träger angeordnet. Aufgrund der beschriebenen Zusammensetzung nimmt die Nickelverteilung in diesem Kathalysator einen weiten Bereich ein, so daß die. Kontaktierung zwischen dem Gasgemisch und dem Kathalysator sehr zufriedenstellend erfolgt und

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die Umwandlung des Gasgemisches in ein reformiertes Gas wirksam und wirtschaftlich durchführbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung soll die genannte, wirksame Verbrennung automatisch und ohne die Notwendigkeit für eine besondere Steuerung der Verbrennungsvorrichtung durch eine Bedienungsperson ablaufen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß die Dampfreformiertrommel mit einemThermometer versehen, welches die Temperatur mißt und ein Signal abgibt, so oft eine vorbestimmte Temperatur in der Trommel erreicht ist; außerdem ist ein Schaltkreis vorgesehen, der sich in Abhängigkeit von diesem Signal schließt, um Wasser in die Wasserrohrschlange einzuleiten. Weiterhin ist dieser Schaltkreis mit einem Verzögerungsrelais versehen, um rech einer festen Zeitspanne nach der erwähnten Wasserzufuhr eines flüssigen Brennstoffs in die Ölrohrschlange einzuleiten. Infolgedessen reicht es aus, daß die Bedienungsperson den Brenner beim Einleiten der Verbrennung in Gang setzt bzw. zündet, während anschließend keine weiteren Eingriffe durch die Bedienungsperson erforderlich sind.

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Im folgende ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine schematische Darstellung einer Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Gemäß der Zeichnung ist ein Innentrommel-Heizbrenner 1 vorgesehen, welcher im wesentlichen einem handelsüblichen Brenner entspricht, nur mit dem Unterschied, daß der Einspritzwinkel seiner Düse im Bereich von 30 bis 45 liegt. Vorderhalb dieses Brenners in konzentrischer Anordnung eine Vorheiztrommel 2 und eine nachgeschaltete Dampfreformiertrommel 3 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für den Anbau der Dampfreformier-Trommel an eine Nutzvorrichtung, etwa einem nicht dargestellten Metallschmelzofen, vorgesehen.

Die Dampfreformiertrommel 3 besteht aus einer Innentrommel 4 und einer Außentrommel 5, wobei der Zwischenraum zwischen diesen beiden Trommeln bzw. Zylindern und 5 durch eine radial angeordnete Trennplatte 6 in zwei Kammern unterteilt ist, nämlich in eine Mischkammer 7 an der Seite der Vorheiztrommel 2 und eine

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Reformiertrommel 10 an der anderen Seite. Die Trennplatte 6 ist mit einer Verbindungs- bzw. Durchgangsöffnung 8 versehen. An der Innenumfangsflache der Außentrommel 5 der Mischkammer 7 befindet sich ein Radgitter-Nebelabscheider 9, während das Innere dieser Trommel mit Raschig-Ringen 11 gefüllt ist, die im wesentlichen aus Silithium-Oxyd und Aluminium-Oxyd bestehen. Die Reformierkammer 10 ist mit einem Kathalysator 12 gefüllt, der aus wärmebeständigem, reinen Nickel, a-Aluminiumoxyd und rekristallisiertem Silithiumkarbit im ungefähren Mischungsverhältnis von 1:1,5:1,5 (engl.Seite 5 unten) besteht. An der Trennplatte 6 (Prallplatte) ist das eine Ende eines Reformiergas-Einblasrohrs 13 befestigt, welches sich durch die Mischkammer 7 hindurch erstreckt und in die Reformierkammer 10 mündet, während sein anderes Ende in Richtung der Flammenausbreitung in die Vorheiztrommel 2 einmündet.

Eine Wasserrohrschlange 14 ist um die Außenumfangsfläche der Vorheiztrommel 2 herumgelegt, wobei sie sich weiter in Schraubenform zur Innenumfangsflache der Innentrommel 4 der Dampf lEEormiertrommel 3 erstreckt. Das Auflaufende dieser Wasserrohrschlange 14 durchsetzt die Innentrommel 4 und mündet in die Mischkammer 7

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ein, während ihr Einlaß über ein Rückschlagventil 15 mit einer Wasserzufuhrleitung 20 verbunden ist.

Um die Außenumfangsfläche der Vorheiztrommel 2 herum ist eine Füllrohrschlange 16 angeordnet, deren Auslaufende die Außentrommel 5 der Dampfreformiertrommel 3 durchsetzt und in die Mischkammer 7 einmündet, während ihr Einlauf über ein Rückschlagventil 17 mit einer ölzufuhrleitung 14 verbunden ist.

Die Wasserzufuhrleitung 20 wird von einem nicht dargestellten Wasservorrat aus über eine Rohranordnung 21 mit Wasser beschickt; eine an letztere angeschlossene Rohrleitungsanordnung 22 ist mit einem Filtersieb 23, einer mit gleichmäßiger Fördergeschwindigkeit arbeitenden Pumpe 24, einem Entlüftungsventil 25, einem Magnetventil 26 und einem Motor 27 zum Antrieb der Pumpe 24 versehen. Eine andere, an die Rohrleitungsanordnung 21 angeschlossene Rohrleitungsanordnung 28 ist mit einer Pumpe 29 versehen und mit einem Kühler 30 verbunden, aus welchem das Wasser über eine Rohrleitung 58 nach außen abgeführt wird. Die Pumpe 29 wird durch einen Motor 70 angetrieben. Die ölzufuhrleitung 40 wird von einem nicht dargestellten ölvorrat aus Kühler eine Rohrleitungsanordnung 41 mit einem

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Filtersieb 42 sowie eine mit der Rohrleitungsanordnung 41 verbundene Rohrleitungsanordnung 43 mit Öl beschickt, die mit einem von Hand zu betätigenden Ventil 44 einer durch einen Motor 47 angetriebenen Pumpe 45 und einem Magnetventil 46 versehen ist. Eine weitere, mit der Rohrleitung 41 verbundene Rohrleitung 48 enthält eine Pumpe 49, ein Magnetventil 50 und eine mit gleichmäßiger Einspritzmenge arbeitende Einspritzdüse 51, wobei die Pumpe 49 durch einen Motor 55 angetrieben wird.

eine Ende einer Rohrleitung 56, die innerhalb des Kühlers 30 als Rohrschlange angeordnet ist, mündet in die Mischkammer 7 ein. In die Rohrleitung 56 ist außerhalb des Kühlers 30 ein Magnetventil 57 eingeschaltet. Das andere Ende der Rohrleitung 56 öffnet sich in einen Behälter 59, dessen Oberseite zur Außenluft hin offen ist.

Eine Schalttafel 60 ist mit einer nicht dargestellten Stromversorgung verbunden und mit einer Steuerschaltung versehen. Ein Schalter dieser Schalttafel 60 ist mit einer Zündkerze des Brenners 1, dem Magnetventil 46 und dem Motor 47 über eine Leitung 62 verbunden. Ein anderer Schalter 65 der Schalttafel 60

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ist durch eine nicht dargestellte, auf der Schalt- ■ tafel 60 angeordneten Temperaturregler (Thermokontrolle) (vgl.engl.Seite 7) betätigbar, welcher nicht nur die Temperatur zu regeln vermag, sondern auch über Leitungen 66 und 72 mit einem Thermometer 67 an der Dampfreformiertrommel 3 und der nicht dargestellten Nutzvorrichtung sowie einer Meßvorrichtung 71 verbunden ist, sodaß der Schalter 65 stets dann betätigt wird, wenn die durch die Meßelemente 67 und 71 gemessenen Temperatur- oder Druckwerte den Sollwert übersteigen. Weiterhin ist der Schalter 65 über eine Leitung 63 mit dem Magnetventil 50 und dem Motor 52 sowie über eine Leitung 68 mit dem Magnetventil 26 und dem Motor 27 verbunden. Die Schalttafel 60 ist außerdem über eine Leitung 69 mit dem Magnetventil 57 und dem Motor 70 verbunden.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung im ein-zelnen erläutert:

Beim Anfahren der Vorrichtung wird zunächst das von Hand betätigbare Ventil 44 geöffnet, worauf der Schalter 61 eingeschaltet, d. h. geschlossen wird. Daraufhin beginnt die Pumpe 45 zu arbeiten, und gleichzeitig öffnet sich das Ventil 46, sodaß der Brenner

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zündet. Die Flamme des Brenners 1 tritt unter Erwärmung der Vorheiztrommel 2 und der Dampfreformiertrommel in die nicht dargestellte Nutzvorrichtung ein.

Da hierbei der Einspritzwinkel der Düse für den Brenner 1 im Bereich von 30 bis 45 liegt, besteht keine Gefahr für eine zu große Ausbreitung der Flamme, so daß sie die Innenumfangsflache der Innentrommel 4 beaufschlagen und zu einer unvollständigen Verbrennung führen würde, oder für eine zu starke Bündelung der Flamme, die zu einer ungenügenden Erwärmung der Innenfläche der Vorheiz trommel 2 sowie der Dampfreformiertrommel 3 führen würde.

Die Temperatur der auf diese Weise erwärmten Dampfreformiertrommel 3 wird durch das Thermometer 67 abgegriffen und zum Temperaturregler auf der Schalttafel 60 übertragen. Wenn die Temperatur die am Temperaturregler eingestellte Größe von z.B. 300 C erreicht, wird durch den Temperaturregler die Leitung 68 an Spannung gelegt, so daß die Pumpe 24 in der · Wasserzufuhrleitung 20 zu arbeiten beginnt und sich das Ventil 26 für die Wasserzufuhr zur Wasserrohrschlange 14 Öffnet. Das zugeführte Wasser wird in der Wasserrohrschlaige 14 in überhitzten Dampf verwandelt, der in die Mischkammer 7 und sodann über die

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Verbindungsöffnung 8 in die Reformierkammer 10 eingeleitet und anschließend über das Einblasrohr 13 in die Vorheiztrommel 2 eingeblasen wird.

Etwa 30 Sekunden nach Beginn des Betriebes der Wasserzufuhrleitung 20 wird das in der Schalttafel angeordnete Verzögerungsrelais wirksam, worauf die in die Ölzufuhrleitung 40 eingeschaltete Pumpe 49 in Betrieb gesetzt wird und sich das Ventil 50 zur Ölzufuhr zu der Ölrohrschlange16 öffnet. Das auf diese Weise zugeführte öl wird in der ölrohrschlange 16 erhitzt und vergast, wobei das entstehende Gas in die Mischkammer 7 eingeleitet und in dieser mit dem überhitzten Dampf vermischt wird. Da die Mischkammer 7 mit Raschig-Ringen 11 gefüllt ist und demzufolge eine vergrößerte Erwärmungsoberfläche besitzt, erfolgen die Umwandlung von Wasser in überhitzten Dampf sowie die Vergasung des Öls in dieser Kammer sehr gleichmäßig und schnell.

Der auf beschriebene Weise erfolgte überhitzte Dampf und das vergaste öl treten in die Reformierkammer 10 ein und werden in dieser in Gegenwart des Kathalysators 12 in methanreiches Gas umgewandelt. Dieses reformierte Gas wird in das Reformiergas-Einblasrohr 13 geleitet

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und innerhalb der Vorheiztronunel 2 in Ausbreitungs-. richtung der Flamme in die Primärflamme des Brenners eingeblasen, um die Verbrennung in der Vorheiztronunel 2 zu unterstützen und gleichzeitig die Verbrennung aller unverbrannten Verbrennungsprodukte der Primärflamme sowie des nicht reformierten Gases und unbrennbaren Gases im reformierten Gas zu bewirken. Die Reformierkammer 10 arbeitet hierbei unter Betriebsbedingungen einer Temperatur im Bereich von 350 bis 400° C und eines Drucks im Bereich von 0,7 bis 0,8 kg/cm bzw. bar.

Sobald sich auf diese Weise in der Nutζvorrichtung die gewünschte Temperatur oder der vorgesehene, durch die Meßvorrichtung 71 gemessene Druck einstellt, wird das entsprechende Meßsignal zur Schalttafel 60 übertragen, um das Magnetventil 50 sich schließen zu lassen und den Motor 52 abzuschalten, so daß die Ölzufuhr zur Dampfreformiertrommel 3 unterbrochen wird und Mischkammer 7 sowie Reformierkammer 1O der Dampfreformiertrommel 3 mit Dampf gereinigt bzw. durchgeblasen werden.

Gleichzeitig öffnet sich das Magnetventil 57 zur Verbindung der Mischkammer 7 mit der Außenluft, während

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der Motor 70 zur Zufuhr von Wasser zum Kühler 30 über die Rohrleitung 2 8 einschaltet. Die Mischkammer 7 kommuniziert infolge dessen mit der Außenluft, wobei in dieser Mischkammer enthaltenes Gas und Flüssigkeit durch den Nebelabscheider 9 hindurchtreten und sodann über die Rohrleitung 56 zum Kühler 30 geleitet werden. Durch die mittels Wasser erfolgende Kühlung im Kühler 30 werden das Gas und die Flüssigkeit kondensiert und als Abfluß in den Behälter 59 ausgetragen.

Auf die beschriebene Weise wird der Innendruck der Mischkammer 7 herabgesetzt, so daß ein Flammenüberschlag (flashing vgl.engl.S.10) verhindert werden kann. 3 Minuten nach dem Schließen des Magnetventils 50 wird der Schalter 65 durch das nicht dargestellte Verzögerungsrelais an der Schalttafel 60 geöffnet, worauf sich das Magnetventil 26 schließt, der Motor 27 anhält ^va^ gleichzeitig der Schalter 61 öffnet, so daß das Magnetventil 46 geschlossen und der Motor 47 angehalten und damit die Verbrennung am Brenner beendet wird.

Der beim vorstehend beschriebenen Betrieb angewandte

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Wasseranteil im Verhältnis zum öl liegt vorzugsweise im Bereich von 28 bis 38 %. Wenn die Einspritzleitung des Brenners 1 beispielsweise auf 1,0 G/h (Gallonen /Stunde) und die der Ölrohrschlange zugeführte Ölmenge auf 1,5 G/h eingestellt sind, liegt die optimale Wasserzufuhrmenge im Bereich von 0,7 bis 0,95 G/h.

Achtung: Bezüglich G/h Rückfrage beim Vertreter, ob Gallone /Stunde gemeint sind!

Wenn die erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau mit einem Brenner 1, der eine Düse mit einer Einspritzleistung von 3,5 G/h besitzt, versehen und zur Erwärmung von Metall bzw. Metallschmelze an einem Metallschmelzofen angeschlossen wird, beträgt die für die Erwärmung einer Metallcharge von 5C kg von Normaltemperatur auf 650 C erforderliche Zeit 65 Minuten.

Wenn andererseits ein Brenner mit derselben Leistung für die Beheizung desselben Metallschmelzofens unmittelbar mit diesem verbunden wird, erhöht sich der Brennstoffverbrauch bis zum Erreichen derselben Temperatur um 20 %, während die Erwärmungszeit 70 Minuten beträgt.

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Obgleich vorstehend lediglich eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben ist, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Teileumordnungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

Λ.) Verbrennungsvorrichtung, gekennzeichnet durch eine sich an das Vorderende eines Inn-entrommel-Heizbrenners (1) anschließende Vorheiztrommel (2), durch eine sich an das Vorderende der Vorheiztrommel (2) anschließende Dampfreformier- oder umfοrmtrommel (3), die in eine Mischkammer (7) und eine Reformierkammer (10) unterteilt ist, die durch eine Verbindungsöffnung (8) miteinander verbunden sind, sowie durch eine um die Umfangsflache der Vorheiztrommel (2) herumgelegte Ölrohrschlange (16) und eine die Umfangsflache der Vorheiztrommel (2) umschließende und sich zum Innenumfang der Reformierkammer (10) erstreckende Wasserrohrschlange (14), wobei beide Rohrschlangen (14, 16) jeweils eine in die Mischkammer (7) mündende Auslaßöffnung aufweisen, sowie dadurch, daß die Reformwerkammer (10) mit einem Katalysator (12) beladen und mit einem Einblasrohr (13) für reformiertes Gas versehen ist, dessen Einlaß in der Reformierkammer (10) mündet, während sich sein Auslaß innerhalb der Vorheiztrommel (2) in Richtung der Flammenausbreitung erstreckt.

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2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 _r dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfreformiertroinmel mit einem Thermometer zur Messung der Temperatur und zur Abgabe eines Signals sobald in der Dampfreformiertroinmel eine vorbestimmte Temperatur erreicht ist, versehen ist, daß ein in Abhängigkeit von diesem Signal schließbare Schaltkreis vorgesehen ist, bei dessen Schließen der Wasserrohrschlange Wasser zugeführt wird, und das weiterhin in diesem Schaltkreis ein Verzögerungsrelais eingeschaltet ist, um die Ölrohrschlange nach einer festgelegten Zeitspanne im Anschluß an die Wasserzufuhr mit flüssigem Brennstoff zu beschicken.
3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse des Brenners (1) unter einem Winkel von 30 bis 45 angeordnet ist.
4. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in'die Reformierkammer eingebrachte Katalysator aus einem Teil wärmebeständigem, reinen Mittels, 1,5 Teilen

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α-Aluminiumoxyd und 1,5 Teilen rekristallisiertem Silithiumkarbit besteht.
5. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Dampf reforrniertrommel zuzuführende Wassermenge im Bereich von 28 bis 38 %, bezogen auf die Gesamtmenge des der Verbrennungsvorrichtung zugeführten flüssigen Brennstoffs, liegt.

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