DE3626933C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Gasgemisches aus Brennstoff­ dampf, Wasserdampf und Verbrennungsluft, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Die Erfindung geht von einer aus der US-PS 10 06 534 bekannten Vorrichtung aus. Bei dieser Vorrichtung wird in einem Wasserdampferzeuger gebildeter Wasserdampf zur Aufheizung und Verdampfung von Brennstoff genutzt, der dann nach Mischung mit dem Wasserdampf und nach Zuführung von vorgewärmter Verbrennungsluft gezündet und verbrannt wird. Der Wasserdampferzeuger befindet sich innerhalb des Brenn­ raums, der Brennstoffverdampfer in einem vom erzeugten Wasserdampf durchströmten Innenraum. Nachteilig ist, daß - trotz der Aufheizung des Brennstoffs in regenerativem Wärmetausch mit dem Wasserdampf - unerwünschte Crack­ produkte in der Brennstoff-Verdampfungsleistung entstehen.

Aus der DE-PS 1 45 085 ist es bekannt, Brennstoff in Wasserdampf einzugeben, im Wasserdampf zu verdampfen und in Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu überführen. Bei der bekannten Vorrichtung umgeben die Verdampfer­ schlangen im Brennraum den Brenner ummittelbar, so daß lokal auf­ tretende Übertemperaturen zu chemischen Veränderungen des Brennstoffs führen.

Insbesondere in den tieferen Rohrschlangenbereichen der waagerecht angeordneten Verdampferschlangen, in denen sich noch nicht verdampfer flüssiger Brennstoff sammelt, bilden sich in den Rohrschlangen absetzende Öl-Rückstände.

Auch in der US-PS 17 19 397 ist eine Einrichtung zur Erzeu­ gung eines Brennstoffdampf-Wasserdampf-Gemisches be­ schrieben, das der Verbrennung zugeführt wird. Dabei wird in ein Wasserdampf führendes Rohr an einer venturi­ artigen Verengung flüssiger Brennstoff eingesaugt. Der im Wasserdampf feinverteilte flüssige Brennstoff wird anschließend in einer Rohrschlange im Feuerraum ver­ dampft. Das so gebildete Dampfgemisch saugt Verbrennungs­ luft aus der Umgebung an. Mit der Einrichtung läßt sich kein qualitativ gleichbleibendes Brennstoffdampf-Wasser­ dampf-Gemisch erzeugen.

Bekannt ist es auch, flüssigen Brennstoff in einen erwärmten Verbrennungsluftstrom zu verdampfen, vgl. DE- PS 31 22 770. Bei diesem Verfahren geht der Brenn­ stoff in die Verbrennungsluft bei verhältnismäßig nie­ drigen Temperaturen über. Es bilden sich aber durch Reaktionen des Heizöls mit dem in der Verbrennungsluft enthaltenden Sauerstoff im Heizöl langkettige Kohlenwas­ serstoffe, die sich auf dem vorgenannten niedrigen Temperaturniveau in die Verbrennungsluft nicht mehr verdampfen lassen. Es verbleibt so ein nach dem gleichen Verfahren nicht mehr weiterverarbeitbarer Ölrest.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vor­ richtung zu schaffen, mit der Rückstände im Brennstoff­ verdampfer durch sich absetzende Crackprodukte und eine Veränderung der chemischen Konsistenz des Brennstoffes vermeidbar sind, wobei die Vorrichtung zugleich einen kompakten Aufbau aufweisen soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung durch die im Patent­ anspruch 1 angegebenen kennzeichnenden Merkmale gelöst.

In einem vom Brennraum wegführenden Abgaskanal sind sowohl der Wasserdampferzeuger als auch der Brennstoff­ verdampfer eingesetzt. Letzterer ist im Abgaskanal konzentrisch innerhalb des Wasserdampferzeugers angeord­ net und unmittelbar am Wasserdampferzeuger so angeschlos­ sen, daß der Brennstoff direkt in den im Wasserdampfer­ zeuger gebildeten Dampf eintritt. Im Wasserdampferzeuger und im Brennstoffverdampfer erfolgt die Verdampfung bei abwärts gerichteter Strömung. Diese Ausbildung vermeidet beim Wasserdampferzeuger das Entstehen störender Dampf­ blasen und beim Brennstoffverdampfer das Absetzen von Öl-Rückständen in den Rohrschlangen. Die der Brennstoff­ verdampfung dienende Oberfläche ist dabei so zu bemessen, daß ihre Temperatur nur wenig über der angestrebten Temperatur für das Brennstoffdampf-Wasserdampf-Gemisch liegt. Im Brennstoff tritt somit keine Temperatur auf, die zur Ausbildung von Crackprodukten im Brennstoff führt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, die Verbrennungsluft in einer Vorwärmkammer vorzuwärmen, die in gleicher Weise wie der Wasserdampferzeuger und der Brennstoffverdampfer von Heizgas erhitzbar ist und hierzu unter Beibehaltung des kompakten Aufbaus der Vorrichtung innerhalb der Rohrschlagen von Wasserdampf­ erzeuger und Brennstoffverdampfer angeordnet ist, Patent­ anspruch 2. Diese Anordnung der Vorwärmkammer führt zugleich zu einer optimalen Ausnutzung der vom Heizgas mitgeführten thermischen Energie.

Als Heizgas dient das Abgas, das beim Verbrennen des in der Vorrichtung erzeugten brenn­ baren Gasgemisches aus Brennstoffdampf, Wasserdampf und Verbrennungsluft entsteht. Es kann sich dabei auch um Abgase handeln, die bei Verbrennung des erzeugten Gasge­ misches in einem Verbrennungsmotor entstehen, denn auch die Motorabgase lassen sich als Heizgase einsetzen.

Damit das im Brennstoffverdampfer erzeugte Brennstoff­ dampf-Wasserdampf-Gemisch keine Abkühlung erfährt und eine Rückkondensation des Wasserdampfes oder des Brenn­ stoffdampfes vermieden wird, verläuft die das Brennstoff­ dampf-Wasserdampf-Gemisch führende Rohrleitung durch den Brennraum hindurch zum Gemischraum und bildet mit der Zu­ führung für die Verbrennungsluft ein Doppelrohr, Patent­ anspruch 3.

Nach Patentanspruch 4 wird die zur Aufheizung von Wasser und Brennstoff benötigte Wärmeenergie über einen By­ pass für das Heizgas und einen im Bypass angeordneten Durchflußregler eingestellt, mit dem die jeweils den Bypass durchströmende und die zum Verdampfer und Dampferzeuger geleitete Heizgasmenge reguliert wird. Es kann durch Öffnen des Bypasses eine Überhitzung des zu verdampfenden Brenn­ stoffs im Verdampfer vermieden werden.

Für den Fall, daß kein Heizgas zur Verfügung steht - oder noch nicht zur Verfügung steht -, sind Wasserdampferzeuger und Brennstoffverdampfer elektisch beheizbar, Patentan­ spruch 5.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schema­ tisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläu­ tert, das eine zylin­ drische Vorrichtung mit einer rohrförmigen Kammerwand 1 darstellt. Im oberen Teil der Vorrichtung befindet sich ein Brennraum 2, in den das in einer Mischkammer 3 erzeugte brennbare Gasgemisch aus Brennstoffdampf, Wasserdampf und Verbrennungsluft aus einem Gemischraum 4 über einen Flammenhalter 5 in den Brennraum 2 eintritt. Das im Brennraum entstehende Abgas wird einem Wasser­ dampferzeuger 7 und einem Brennstoffverdampfer 8 zuge­ leitet, der zur Erzeugung des Brennstoffdampf-Wasserdampf- Gemisches dient. Wasserdampferzeuger 7 und Brennstoff­ verdampfer 8 werden durch eine gemeinsame Rohrschlange gebildet, so daß der Brennstoffverdampfer 8 unmittelbar an den Wasserdampferzeuger 7 angeschlossen ist. Die Verdampferrohre des Brennstoffverdampfers 8 weisen einen kleineren Krümmungsradius auf als die Verdampfer­ rohre des Wasserdampferzeugers 7. Der Brennstoffver­ dampfer 8 ist deshalb von der Kammerwand 1 her gesehen innerhalb des Wasserdampferzeugers 7 verlegt. Der Wasser­ dampferzeuger 7 weist einen Wasserzulauf 9 auf, über den das zu verdampfende Wasser in den Wasserdampferzeuger 7 einströmt. Der Brennstoff wird in den Brennstoffver­ dampfer 8 über eine Brennstoffzuführung 10 eingeführt, die bei 11 im Brennstoffverdampfer 8 mündet und in der der flüssige Brennstoff leicht vorgewärmt wird. Im Brennstoff­ verdampfer 8 verdampft der Brennstoff in den im Wasser­ dampferzeuger 7 gebildeten Wasserdampf. In beiden Ver­ dampfern, dem Wasserdampferzeuger 7 und dem Brennstoff­ verdampfer 8, findet die Verdampfung bei abwärts gerich­ teter Strömungsrichtung der zu verdampfenden Medien statt.

Das auf diese Weise im Brennstoffverdampfer 8 ausgebil­ dete Brennstoffdampf-Wasserdampf-Gemisch strömt über eine Rohrleitung 12 ab, die im Gemischraum 4 mündet.

Die benötigte Verbrennungsluft wird von einem Gebläse 13 angesaugt und strömt über eine Verbrennungsluftleitung 14 in eine Vorwärmkammer 15 ein, die zentral innerhalb der den Brennstoffverdampfer 8 bildenden Rohrschlange angeordnet ist. Die Vorwärmkammer 15 ist allseitig geschlossen und weist für die vorgewärmte Verbrennungs­ luft eine zum Gemischraum 4 führende Zuführung 16 auf, die mit der Rohrleitung 12 ein Doppelrohr bildet, in dessen Innenrohr das Brennstoffdampf-Wasserdampf-Gemisch geführt ist. An der Mündung des Doppelrohres befindet sich ein Mischer 17 für die an dieser Stelle in den Gemischraum 4 aus­ tretende Verbrennungsluft und das Brennstoff­ dampf-Wasserdampf-Gemisch, der in einfachster Weise dadurch gebildet wird, daß die Rohrleitung 12 an ihrer Stirnseite 18 verschlos­ sen ist und zum Austritt des Brennstoffdampf-Wasserdampf- Gemisches seitliche Austrittsöffnungen 19 aufweist, durch die das Brennstoffdampf-Wasserdampf-Gemisch in die in der Zuführung 16 des Doppelrohres geführte Ver­ brennungsluft einströmt.

Zur Regelung der zur Wasserdampferzeugung und zur Bil­ dung des Brennstoffdampf-Wasserdampf-Gemisches benötig­ ten Heizgasmenge führt vom Brennraum 2 ein Bypass 20 zum Heizgasaustritt 21. Als Durchflußregler 22 befindet sich im Bypass 20 eine Drosselklappe, mittels der die im Bypass strömende Teilmenge des Heizgases und damit auch die den Wasserdampferzeuger und den Brennstoffver­ dampfer 8 umströmende Heizgasmenge einstellbar ist.

Falls zur Erzeugung des Brennstoffdampf-Wasserdampf- Gemisches kein heißes Heizgas aus dem Brennraum 2 zur Verfügung steht, wie dies beispielsweise beim Start der Vorrichtung der Fall ist, können Wasserdampferzeuger 7 und Brennstoffverdampfer 8 auch mit an anderer Stelle erzeugtem Heizgas erhitzt werden, das über eine Zuleitung 23 einströmt. Wasserdampferzeuger 7 und Brennstoffver­ dampfer 8 sind aber auch elektrisch beheizbar. Hierzu dient eine in wärmeleitender Verbindung zu den Rohr­ schlangen verlegte elektrische Heizung 24. Die Heizung 24 ist so angeordnet, daß neben dem Wasserdampferzeuger 7 und dem Brennstoffverdampfer 8 auch die Vorwärmkammer 15 für die Verbrennungsluft aufgeheizt wird.

Zur Zündung des in den Brennraum 2 eintretenden Gasge­ misches befindet sich im Brennraum eine Zündeinrichtung 25.

Im Versuch wurde in der Vorrichtung ein brennbares Gasgemisch mit handelsüblichem Heizöl erzeugt. Das Heizöl wurde im Brennstoffverdampfer 8 in auf 400°C überhitzten Wasserdampf eingführt. Der Wasserdampf wurde im Wasserdampferzeuger 7 aus entsalztem Wasser erzeugt, das mit Raumtemperatur in den Wasserdampferzeu­ ger 7 einströmte. Die im Wasserdampferzeuger 7 verdampfte Wassermenge entsprach dem 3- bis 4fachen der eingeführ­ ten Heizölmenge. Dem erzeugten Brennstoffdampf-Wasser­ dampf-Gemisch wurde Verbrennungsluft in leicht über­ stöchiometrischem Verhältnis zum Heizöl zugeführt. Das erzeugte brennbare Gasgemisch strömte aus der Mischkammer 3 durch den Flammenhalter 5 hindurch in den Brennraum 2 ein und wurde hier gezündet. Im stationären Zustand betrug die Temperatur im Brennraum ca. 1300°C. Mit dieser Temperatur wurde das Abgas dem Wasserdampferzeuger 7 und dem Brennstoffverdampfer 8 zugeführt.

In Folge des im brennbaren Gasgemisch enthaltenden Wasserdampfes werden bei der Verbrennung niedrigere Gastemperaturen erreicht, als es ohne diesen Wasserdampf der Fall wäre. Es wird somit bei der Verbrennung des erzeugten Gasgemisches weniger Stickoxyd gebildet.

Das Heizgas wird vom Heizgasaustritt 21 zur Abgabe seiner thermischen Energie in einen Wärmeüber­ trager geleitet. Es kann dort bis unter den Taupunkt des mitgeführten Wasserdampfes abgekühlt werden.

Anstelle von Heizöl lassen sich auch andere flüssige Brennstoffe, beispielsweise andere Rohölprodukte oder auch Destillate aus Stein- oder Braunkohlenteeren ein­ setzen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Brennstoffdampf und Wasserdampf enthaltenden, nach Zumischen von Verbrennungsluft brennbaren Gasgemisches, mit einem eine Rohrschlange bildenden Wasserdampfer­ zeuger und einem gleichachsigen, ebenfalls als Rohrschlange ausgebildeten, eine Zufuhr für flüssigen Brennstoff aufweisenden Brennstoffverdampfer, wobei zur Erwär­ mung sowohl des Wasserdampferzeugers als auch des Brennstoffverdampfers sowie einer Vorwärmkammer für Verbrennungsluft ein Teil der beim Verbrennen des Gasgemisches in einem Brennraum erzeugten Wärme genutzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennstoffverdampfer (8) innerhalb des Wasserdampferzeugers (7) und zusammen mit diesem in einem vom Brennraum (2) wegführenden Abgaskanal angeordnet und unmittelbar am Wasserdampferzeuger (7) unter Zuführung des Brennstoffs in den vom Wasserdampferzeuger (7) zum Brennstoffverdampfer (8) einströmenden Wasserdampf angeschlossen ist und daß sowohl im Wasserdampferzeuger (7) als auch im Brennstoffverdampfer (8) die Verdampfung der Medien bei abwärts gerichteter Strömung erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmkammer (15) für die Verbrennungsluft innerhalb der Rohrschlangen von Wasserdampferzeuger (7) und Brennstoffverdampfer (8) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine das vom Brennstoffverdampfer (8) abströmen­ de Brennstoffdampf-Wasserdampf-Gemisch führende Rohrleitung (12) und eine Zuführung (16) für die Verbrennungsluft ein durch den Brennraum (2) ge­ führtes Doppelrohr bilden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bypass (20) für das Abgas vorgesehen ist, der den Wasserdampferzeuger (7) und den Brennstoff­ verdampfer (8) umgeht, und daß im Bypass (20) ein Durchflußregler (22) zur Regelung der Abgasmenge angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdampferzeuger (7) und dem Brennstoff­ verdampfer (8) eine elektrische Heizung (24) zuge­ ordnet ist.