DE41059C - Feuerung mit theilweisem Kreisprozesse - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der besseren Ausnutzung von Brennmaterialien durch Unterhaltung der Verbrennung in geschlossenem Raum mittelst comprimirter Luft und Benutzung der erzeugten comprimirten Verbrennungsgase, einerseits zur Dampferzeugung oder daneben auch zu anderen technischen Zwecken, andererseits zur Hervorbringung derjenigen mechanischen Arbeit oder eines Theiles derselben, welche zur Compression der Verbrennungsluft erforderlich ist.

Läfst man Brennmaterial in einem geschlossenen Raum unter Druck verbrennen, so steigert sich sowohl die Temperatur wie die entwickelte Wärmemenge erheblich, und es sind die erzeugten Verbrennungsgase infolge ihrer gröfseren Dichte und der daraus hervorgehenden (auf die Raumeinheit bezogenen) Wärmecapacität im Stande, einen gröfseren Wärmeeffect auf eine gegebene Fläche (z. B. die Heizfläche eines Dampfkessels) auszuüben. Bei ihrem Abzug aus dem Raum oder Apparat, in welchem sie zunächst Wärme abgegeben haben, ist aber in diesen Gasen die noch übrig gebliebene Wärme wie die ganze aus der Spannung resultirende mechanische Energie vorhanden, die beide beim freien Austritt der Gase in die Atmosphäre verloren gehen, so dafs unter diesen Umständen ein ökonomischer Vortheil aus der Anwendung der geprefsten Luft nicht erwachsen würde.

Eine Ausnutzung der besagten Wärme und mechanischen Energie läfst sich nun dadurch erzielen, dafs man die abziehenden Verbrennungsgase in einer Luftexpansionsmaschine zur Wirkung gelangen läfst und die so erzeugte mechanische Arbeit zum Betriebe der Pumpe verwendet, welche die zur Unterhaltung der Verbrennung erforderliche comprimirte Luft liefert.

Auf beiliegender Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 ein nach diesem Grundgedanken entworfener Apparat dargestellt, bei welchem die durch die Verbrennung entwickelte Wärme zunächst zur Erzeugung von Dampf und zum Betriebe einer Dampfmaschine verwendet wird, welche mit der Luftdruckpumpe und der Luftexpansionsmaschine gekuppelt ist. :

In diesen Figuren bezeichnen A den mit der inneren Feuerung B versehenen Dampfkessel, C eine Vorrichtung zum Einführen von Brennmaterial in den Feuerraum, D einen Apparat, in welchem die aus A abziehenden Verbrennungsgase gereinigt und bei zu hoher Temperatur gekühlt bezw. mit Wasserdampf vermischt werden, E die Luftexpansionsmaschine, .F die Dampfmaschine, G die Luftpumpe, H einen zwischen letzterer und der Feuerung eingeschalteten Windkessel, in welchem sich zugleich das der Luftpumpe zugeführte Kühlwasser abscheidet, und / einen Wasserbehälter, aus dem das in D verdampfende Wasser ersetzt wird.

Der Dampfkessel A ist hier als verticaler Cylinderkessel mit Field-Röhren dargestellt. Im unteren Theil dieses Kessels ist durch ein Chamottefutter ein Gasgenerator b gebildet, in welchen vom Rohr α aus durch die Abzweigung a¹ und die Oeffnungen a^z Luft unter den darin angebrachten Rost eingeführt wird, während durch die zweite Abzweigung a² und die Düsen a⁴ Luft in den oberen verengten Theil b^l des Generators tritt. Die Feuerung ist somit eine Gasfeuerung, bei welcher der Hauptverbrennungsprocefs in und unmittelbar oberhalb der Oeffnung b^l stattfindet.

Zum Zweck der Vorwärmung der Luft sind die Rohre a^x und α² in Schlangenform in das Chamottefutter eingebettet. Behufs Regulirung der Luftzuströmung zu den Rohren a¹ und a² ist ein zwischen diesen und dem Rohr α eingeschalteter Hahn vorgesehen, während andererseits die Verbrennung bei b^l sich durch einen mittelst Hebels / und Stange f¹ verstellbaren Chamottekonus e so regeln läfst, dafs selbst bei minimalem Luftzutritt eine rauchfreie Flamme entsteht. Die Mischung des Oberwindes mit dem Generatorgas und mithin die Intensität der Verbrennung kann durch eine auf dem Konus e angebrachte Platinscheibe e¹, welche von einem Stift aus gleichem Metall getragen wird, gefördert werden. Zur Beobachtung der Flamme ist in dem Kessel bei &² ein Glimmerfenster eingesetzt, i ist ein Hahn zum Abblasen von Asche.

Das Anfeuern des Apparates geschieht durch die Oeffnung c. Während des Betriebes bleibt diese geschlossen, und wird alsdann das Brennmaterial durch die Vorrichtung C (siehe auch Fig. 3) eingeführt, welche in einem mit verschiebbarem Kolben d^l versehenen Cylinder d, dem mit letzterem communicirenden und durch Deckel d^l gegen den inneren Druck fest verschliefsbaren Fülltrichter d² und dem kolbenartigen, mittelst Handrades und Schraube zu bewegenden Ventil d^s besteht. Nachdem bei geschlossenem Ventil der Trichter d^% gefüllt und dann durch den Deckel d^l wieder nach aufsen geschlossen worden ist, wird bei zurückgezogenem Kolben das Ventil gehoben, so dafs der Inhalt des Trichters in den Cylinder gelangt, und hierauf wieder niedergeschraubt. Alsdann kann das in d befindliche Brennmaterial durch den Kolben nach c' und weiterhin in den Generator geschoben werden. Ein erheblicher Druck ist dabei nicht zu überwinden, vorausgesetzt, dafs der Kolben so locker eingepafst ist, dafs der Gasdruck auf dessen Hinter- und Vorderseite sich ausgleicht. Auch das Schliefsen des Ventils d³ macht keine Schwierigkeit, da beim Niederschrauben desselben die Führungen d^s die Kohlen von den Wänden des Verbindungskanals zwischen d und d² forträumen und das Ventil dann leicht in diesen Kanal eindringt. Der Kolben d^l wird zweckmäfsig mit einer Drahtbürste umgeben.

Während des Anheizens tritt Luft durch den offenen Hahn i und durch die Oeffnung c ein, und strömen die Verbrennungsgase durch das Rohr / und das sich von diesem abzweigende Rohr m ins Freie oder in einen Schornstein. Nachdem ein hinreichender Dampfdruck erzielt worden ist, wird durch Oeffhen des Dampfventils die Verbindung des Kessels -durch das Rohr_/ mit dem Cylinder der Dampfmaschine F hergestellt und dadurch diese angelassen. Abgesehen von jeder anderweitigen Verwendung der durch die Dampfmaschine gelieferten mechanischen Arbeit setzt dieselbe die mit ihr verbundene Luftpumpe G in Bewegung, so dafs nun geprefste Luft durch das Rohr η in den Windkessel H und von dort durch die Rohre a a¹ und α² in die Feuerung tritt. Gleichzeitig wird mittelst des Ventils m¹ das Rohr m geschlossen. Die gespannten Verbrennungsgase strömen alsdann, nachdem sie den grölsten Theil ihrer Wärme zur Dampfbildung an den Kessel abgegeben haben, durch den weiter unten zu beschreibenden Apparat D hindurch in den Cylinder der mit der Dampfmaschine gekuppelten Luftexpansionsmaschine E und werden hier unter möglichst weitgehender Expansion dazu benutzt, die Dampfmaschine in ihrer Wirkung zu unterstützen. Theoretisch müfste die Luftexpansionsmaschine mehr Kraft liefern als die Luftpumpe zu ihrem Betriebe erfordert. Infolge der unvermeidlichen, durch Undichtheiten hervorgerufenen Spannungsverluste, " sowie Verluste durch Wärmeausstrahlung u. s. w. bleibt jedoch die Leistung der Luftexpansionsmaschine in der Regel etwas hinter der zum Betriebe der Pumpe nothwendigen Arbeit zurück, und mufs dieser Minderbetrag von der Dampfmaschine (eventuell von einem anderweitigen Motor) geliefert werden.

Der oben erwähnte Apparat D ist nur bedingungsweise eine Notwendigkeit. Sind die vom Kessel abziehenden Gase hinreichend rein und nicht von zu hoher Temperatur, um direct in die'Luftexpänsionsmaschine eingelassen zu werden, so kann derselbe entbehrt werden. Meistens (insbesondere bei Steinkohlenfeuerung) enthalten diese Gase aber Flugasche, theerige Bestandtheile und schweflige Säure, welche die Maschine angreifen und verschmieren würden, und ist die Temperatur der Gase durch die Ueberwachung der Verbrennung allein nicht hinreichend zu regeln. In solchem Falle ist es rathsam, die Gase durch eine in dem Behälter D enthaltene wässerige, alkalische Lösung hindurchzuleiten, welche einerseits die schweflige Säure, Theerdämpfe und Asche aufnimmt, andererseits unter Dampfbildung den Gasen jeden Ueberschufs an freier Wärme entzieht. Ist z. B. die Temperatur der in D eintretenden Gase 200°, die der (unter Druck stehenden) Flüssigkeit 150⁰, so wird die Wärmemenge, welche der Differenz von 50⁰ entspricht, in dem erzeugten Dampfe latent. Bei der Expansion der Gase in dem Cylinder der Maschine E findet alsdann infolge der eintretenden Temperaturerniedrigung eine Condensation des aufgenommenen Dampfes und mithin eine Rückgabe der wieder freigewordenen Wärme ■ an die Gase statt. Um die Gase vollständig mit der Flüssigkeit in Berührung zu bringen, sind in dem Behälter D die unten ausgezackten Wände g (s. auch Fig. 4) angebracht, unter welche erstere hindurchtreten. Die angegebe-

nen schrägen Platten h sollen dazu dienen, mitgerissene Flüssigkeit aus dem' Gasstrome abzuscheiden und wieder in den Behälter zurückzuführen. Das in D verdampfte Wasser wird zeitweise oder continuirlich aus einem Vorrathsbehälter J ersetzt, welcher zum Zweck der Druckausgleichung durch das Rohr ο mit dem Windkessel H in Verbindung steht. Beim Eintritt in den Behälter D läuft das Wasser über die treppenartig angeordneten Platten k. Zur Verhinderung bezw. Einschränkung der Abkühlung sind der Behälter D, die ganze Gasleitung und der Luftexpansionscylinder von einem Mantel ρ umgeben, durch welchen hindurch der Abdampf der Dampfmaschine nach dem in das Rohr m mündenden Ausblaserohr q geleitet wird.

Um die Compressionsarbeit und damit den Kraftbedarf der Luftpumpe zu vermindern, wird dieselbe mit einer Einrichtung versehen, um die durch die Verdichtung der Luft erzeugte Wärme zu mäfsigen. Am zweckmäfsigsten besteht diese in der durch die deutsche Patentschrift No. 13711 bekannt gegebenen Anordnung, bei welcher ein kleiner Theil der comprimirten Luft durch einen Kanal x, Fig. 5, auf die Saugseite des Kolbens geleitet wird und bei seinem Austritt einen rechtwinklig zu seiner Richtung durch das Rohr y eingeführten Wasserstrahl mit sich reifst und zerstäubt. Das dadurch in die Luft eingeführte Wasser scheidet sich in dem Windkessel H wieder ab.

Die Cylinder der Luftpumpe und der Luftexpansionsmaschine werden am zweckmäfsigsten von gleicher Gröfse gemacht und der Expansionsmechanismus der letzteren so eingestellt, dafs die Gase sich nahezu auf Atmosphärendruck ausdehnen. Dieser Expansionsgrad ist zulässig, weil die in der Maschine auftretenden Reibungswiderstände von der Dampfmaschine überwunden werden, welcher dafür die bei der Gesammtanordnung ersparte Wärme zu Gute kommt. In Anbetracht, dafs während jeden Hubes die Widerstandsarbeit in der Luftpumpe zunimmt, die im Expansionscylinder erzeugte Arbeit dagegen abnimmt, ist es angezeigt, die bezüglichen Kolben so mit einander zu verbinden , dafs der Kolben des Expansionscylinders seinen Hub unter Volldruck etwas früher beginnt, als in der Pumpe der Maximaldruck eingetreten ist. Die erzeugte und die verbrauchte Arbeit werden sich dann auch in den verschiedenen Abschnitten des Hubes annähernd ausgleichen. Bei der durch die Zeichnung dargestellten Anordnung ist diese Beziehung zwischen den beiden Kolben dadurch erreicht, dafs der Luftpumpenkolben auf die nach hinten verlängerte Kolbenstange der Dampfmaschine gesetzt und die Kurbel r der letzteren so gestellt ist, dafs sie mit der Kurbel s der Expansionsmaschine den entsprechenden stumpfen Winkel bildet.

Selbstverständlich lassen die Feuerung und der Kessel mannigfache Aenderungen in der Form zu. Auch könnte man statt der beschriebenen Feuerung mit Gasgenerator eine Feuerung mit flüssigem Brennmaterial (Petroleumrückständen etc.) anwenden, oder brennbares Gas, -welches aufserhalb' des Apparates erzeugt ist (Wassergas, Leuchtgas) mittelst einer Pumpe in diesen hineinpressen und in demselben verbrennen.

Ferner läfst sich die durch die Feuerung entwickelte Hitze auch zu anderen Zwecken als ausschliefslich zu demjenigen der Dampferzeugung verwenden, so z. B. zum Betriebe eines nach Bessemer's Princip construirten Hochdruckofens für Stabeisen- und Stahlfabrikation oder eines unter Druck stehenden Schmelz-, Flamm- oder Glühofens ähnlicher Art, wobei die abziehenden heifsen Gase des Ofens der geschlossenen Dampfkesselfeuerung zugeleitet werden können. Ein hierzu dienlicher Apparat ist in Fig. 6 dargestellt. Der mit Füllschacht t versehene Generator b ist hierbei von dem Verbrennungsräume b¹ getrennt ; letzterer liegt zwischen dem Füllschacht u für das zu schmelzende Metall und dem Herde u¹, und es wird das in b entwickelte Gas durch einen Kanal ν nach den Düsen v\ die Luft vom Rohr α? aus nach den Oeffnungen a^l geführt. Durch den Kanal w treten dann die Verbrennungsgase in einen Nebenraum ^ des Ofens und durch Kanal w^x weiter in den hier sich anschliefsenden Dampfkessel, an welchen sich die übrigen Theile des ganzen Apparates, wie oben beschrieben, anzuschliefsen haben würden. Zur Erzielung eines dichten, blasenfreien Gusses werden die Gufsformen %^l zweckmäfsig in den erwähnten Nebenraum des Ofens gestellt, wo sie dem Drucke der Feuergase ausgesetzt sind.

Claims (1)

1. PATENT-Anspruch:

   Eine mit Hülfe einer Luftcompressionspumpe (G) betriebene, nach Bedarf durch Querschnittsänderung der Flammenöffnung regulirbare Feuerung (B) mit theilweisem Kreisprocesse -in Verbindung mit einer zur Ausnutzung der Wärme und der Spannung der abziehenden Verbrennungsgase dienenden Luftexpansionsmaschine (E), welche ihre Kraft auf den Compressor (G) überträgt, sowie einem eventuell einzuschaltenden, mit Windkessel (H) und Reservoir (J) zusammenhängenden Wasch- . und Kühlgefäfse (D).

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.