DE314948C

DE314948C -

Info

Publication number: DE314948C
Application number: DENDAT314948D
Authority: DE

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 21. JUNI 1920

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

™ JVl 314948-KLASSE 12 i GRUPPE

Es ist bekannt, daß bei der Verbrennung . von festen, flüssigen und gasförmigen Körpern im Luftstrom ein Teil des Luftstickstoffes mit dem im Überschuß vorhandenen Sauerstoff eine chemische Verbindung eingeht.

Die Bedingungen, unter denen ein Maximum an Stickoxyden gewönnen werden kann, sind in den letzten Jahren vielfach untersucht ίο worden.

Aus der von Nernst gegebenen Gleichgewichtsformel (s. Göttinger Nachrichten 1904, S. 261) ergibt sich ohne weiteres der günstige Einfluß:

ι. eines hohen Sauerstoffüberschusses in den Verbrennungsgasen,

2. einer hohen Verbrennungstemperatur.
Versuche von Haber haben ferner den Wert von

3. hohen Arbeitsdrücken während der Umsetzung, und

4. einer schnellen Abkühlung der Verbrennungsgase bis auf etwa 1800 bis 1 500⁰ ergeben.

Außerdem dürfte heute feststehen der günstige Einfluß

5. einer leuchtenden Flamme von

6. möglichst großer Oberflächenausdehnung.

Die Durchführung der Stickstoffoxydbildung im großen ist bis heute an technischen Schwierigkeiten gescheitert, da infolge der

unbedingt erforderlichen hohen Temperaturen viel ungünstigere Verhältnisse vorliegen als beispielsweise bei der synthetischen Ammoniakgewinnung.

Die Erfinder haben nun als Ergebnis langfristiger Arbeiten ein Verfahren und eine Brennerkonstruktion durchgebildet, die es gestattet, gemäß den obigen Bedingungen zu arbeiten, welche ferner die schwierige Materialfrage gut löst und vor allen Dingen sich durch große Einfachheit auszeichnet.

Das vorliegende Verfahren besteht nun darin, daß in einem geschlossenen, gekühlten Hohlraum durch Aufeinanderprallen zweier Gasströme eine scheibenförmige Flamme erzeugt, diese durch die gemeinsame Kühlwirkung der Frischgase und eines besonders vorteilhaften, die Abwärme nutzbar (z. B. Dampferzeugung) verwendenden Kühlers um einigte hundert Grad bis in das Gebiet der Reaktionsträgheit abgekühlt wird und hierauf die Abwärme der Reaktionsgase zur starken Vorwärmung des Reaktionsgemisches verwendet wird. Besonders vorteilhaft ist es dabei, zumal wenn man hochwertige Heizgase verwendet, nicht Luft, sondern Sauerstoff einzublasen, und hierbei wieder ist es vorteilhaft, einen Teil oder die gesamte Menge des benötigten Stickstoffes dem brennbaren Gase beizufügen, so daß man für das sauerstoffhaltige Gas und für das Brenngas gleiche Gasmengen zuzuführen hat. Wenn man bei-

spielsweise Erdgas mit Sauerstoff verbrennt, so entfallen zwei Volumen Sauerstoff auf ein Volumen Methan, so daß man also beispielsweise ein Gemisch von gleichen Teilen Methan und Stickstoff reinem Sauerstoff oder ein Gemisch von einem Teil Methan und drei Teilen Stickstoff 50 prozentigem Sauerstoff entgegenbläst.

Der zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens dienende Brenner sei an Hand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

In ein wassergekühltes Rohr α aus Kupfer, Stahl o. dgl. führen symmetrisch von beiden Seiten die Gaszuführungsrohre b aus feuerfestem Material. Diese verengen sich am Ende düsenartig und die so gebildeten öffnungen c stehen sich achsial gegenüber. In der Verlängerung des Kühlrohres α sind nach beiden Seiten Rohre d von gleicher Lichtweite angeschlossen, die, aus feuerfestem Material hergestellt, nach außen gegen Wärmeverluste geschützt sind. Dieselben führen zu den mit Austrittstutzen / versehenen Abgaskammern e. Im Innern der Gaszuführungsrohre b sind Kerne g angeordnet, die die Gase zwingen, unmittelbar an den äußeren Wandflächen vorbeizustreichen. Zur Beobachtung der Düsen c sind die Kerne g achsial durchbohrt und mit Schaugläsern h versehen.

Der Brenner wird wie folgt betrieben:

Durch die Gaszuleitungsrohre b werden Heizgase, Luft oder andere Sauerstoff- und Stickstoffträger einzeln oder in passenden Gemischen eingeführt. Beispielsweise wird Heizgas von der einen, Luft von der anderen Seite eingeleitet. Beide Gase strömen mit großer Geschwindigkeit durch den engen Ringkanal zwischen Rohr b und Kern g und werden hierbei durch die unter gleichen Verhältnissen zwischen b und d durchströmenden Abgase hoch erhitzt. . In diesem Zustande treffen sie, aus der Düse c austretend, aufeinander und bilden dabei eine scheibenförmige Flamme von großer Oberflächenentwicklung, die, von den Düsen selbst abgelöst, frei im Räume schwebt. Die radial nach außen strömenden Verbrennungsgase teilen sich in zwei Ströme, die an den beiden Gaszuführungsrohren b vorbei zu den Abgaskammern e gelangen. Auf dem Wege dahin werden sie zunächst, während sie durch den sehr engen Zwischenraum zwischen b und α strömen, fast augenblicklich bis auf etwa ι 500⁰ abgekühlt. Auf dem weiteren Wege zwischen b und d geben sie dann den größten Teil ihrer Wärme an die durch b zugeführten Gase ab.

An Einzelheiten sind noch zu erwähnen:

Die Länge der Rohre a, b und d richtet

sich nach der zu übertragenden Wärme-

■60 menge. Sind die Volumina des Heizgases und des Luftgemisches verschieden, so werden auch diese Rohre entsprechend kürzer oder langer. . ·

Die Kerne der Gaszuführungsrohre sind so ausgebildet, daß die Gase in möglichst dünner Schicht, mit großer Geschwindigkeit an den Wärmeaustauschflächen entlangströmen. Das gleiche gilt für die Bemessung des Zwischenraumes zwischen Rohr, α, b und d.

Nur dadurch, daß man hier den Wärmeübergang auf das äußerste steigert, kommt man zu wirtschaftlichen Leistungen des Brenners bei technisch ausführbaren Abmessungen.

An Stelle der in jedem Gaszuführungsrohr vorgesehenen Austrittsöffnung c können auch mehrere kleinere in beliebiger Anordnungvorgesehen werden. Die Achsrichtungen derselben können auch schräg-zueinander liegen. Die Hauptsache ist, daß eine Flamme von möglichst großer Oberfläche entsteht, welche die Gaszuführungsrohre erst dort berührt, wo bereits der kühlende Einfluß der Rohre a kräftig zur Wirkung kommt.

Besonders vorteilhaft ist es auch, durch passende Führung (Rillen im Rohr b o. dgl.) Gase und Abgase zur raschen Drehbewegung zu veranlassen, was Wärmeübertragung und Flämmenbildung besonders bei gegenläufiger Bewegung der aufeinandertreffenden Gasströme fördert.

Von diesen Brennern können beliebig viele aneinandergefügt werden, d. h. in den äußeren Mantel i, k können eine große Reihe von Innenrohren angeordnet werden. Auch ist es zweckmäßig, den Außenmantel i so auszubilden, daß er einen Dampfkessel bildet zur wirtschaftlichen Ausnutzung der an das Kühlwasser abgeführten Wärme.

Die überall gewählte zylindrische Form ermöglicht es, in dem ganzen System mit hohem Druck zu arbeiten, wobei man es in der Hand hat, den Druck im Brennerraum dem Kesseldruck beliebig weit zu nähern.

Es sei noch kurz darauf hingewiesen, wie den eingangs aufgestellten Forderungen durch diese Brenner genügt wird.

Zu ι und 2. Hohe Verbrennungstemperaturen bei großem Sauerstoffüberschuß lassen sich nur durch starke Gasvorwärmung erzielen. Der Brenner löst gerade die schwierige Aufgabe der getrennten Vorwärmung beider Gase auf hohe Temperatur (1200⁰ und mehr) in einwandfreier Weise.

Zu 3. Die gewählten Formen sowie das "5 Fernhalten der hohen Temperaturen von den äußeren Mantelflächen gestatten es, mit beliebig hohen Drucken im Brenner zu arbeiten.

Zu 4. Die geforderte Abkühlung, der Verbrennungsgase wird in denkbar schnellster Weise in dem engen Ringschlitz zwischen den Rohren α und b erreicht.

Zu 5. Dadurch, daß die beiden Verbrennungsgase erst in der Flamme selbst zusammentreffen und durch den Anprall sich scheibenartig breit auseinanderziehen, wird auch der letzten Forderung nach einer leuchtenden Flamme von großer Oberfläche genügt.

Da die Flamme losgelöst vom Brenner in einem durch Wasser gekühlte Wände umschlossenen Raum brennt, ist auch' die schwierige Materialfrage gelöst. Das erforderliche Material braucht im wesentlichen nur die Vorwärmungstemperatur auszuhalten.

Ganz besonders wichtig für den praktischen Betrieb ist aber die Einfachheit der Konstruktion; die auch in der leichten Zugänglichkeit und Auswechselbarkeit aller Teile ihren Ausdruck findet.

Claims

P ATENT-Ansprüche :

' i. Verfahren zur Stickstoffverbrennung mittels brennbarer Gase, gekennzeichnet durch Erzeugung einer am äußeren Umfang stark gekühlten scheibenförmigen Flamme durch Aufeinanderprallen zweier Gasströme.
2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoff und gegebenenfalls Anteile der anderen beteiligten Gase so verteilt werden, daß gleiche Gasvolumina gegeneinander geblasen werden.
3. Ausführungform des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Erzeugung der Scheibenflamme unter Überdruck, wobei vorteilhaft der zur Wärmeabfuhr dienende Kühler unter gleichhohen Überdruck gesetzt bzw. belassen wird.
4. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Benutzung hochsiedender Stoffe, wie öle, geschmolzene Salze oder Metalllegierungen, zur Kühlung.
5. Brenner zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem von außen gekühlten Rohr zwei hohlzylindrische Zuführungskörper aus feuerfestem Material, jeder für eines der Verbrennungsgase, mit ihren Gasaustrittsöffnungen einander so gegenüberstehen, daß sich in dem Zwischenraum eine scheibenförmige Flamme von großer Oberfläche bildet, deren nach außen strömende Verbrennungsgase zur schnellen Abkühlung die beiderseitigen Ringspalten zwischen Kühlrohr und Zuführungskörper mit großer Geschwindigkeit durcheilen.
6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Wärmeaustausches zwischen Reaktionsgasen und Abgasen das Kühlrohr durch ein feuerfestes Rohr verlängert wird, durch das der rohrartig verlängerte Gaszuführungskörper mit geringem Spiel hindurchgeht.
7. Brenner nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskörper zur Erzielung einer guten Wärmeübertragung einen Kern besitzt, der möglichst nahe am Umfang eine kreisringförmige oder anders geformte kanalartige Bohrung für das vorzuwärmende Gas frei läßt.
8. Brenner nach Anspruch 5 bis 7, gekennzeichnet durch in den Gaszuführungsrohren vorgesehene Führungsrillen.
9. Brenner nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr den Teil eines Dampfkessels bildet, so daß die abgeleitete AVärme zur Dampferzeugung nutzbar gemacht wird,

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.