DE424632C

DE424632C - Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung von Schweroelen

Info

Publication number: DE424632C
Application number: DEH87919D
Authority: DE
Original assignee: PAUL L HAHN
Current assignee: PAUL L HAHN
Publication date: 1926-09-17

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung von Schwerölen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung und Verbrennung voll Schwerölen und einen Vergaser zur Durchführung dieses Verfahrens. Unter Schwerölen versteht man im allgemeinen Heizöle, deren Siedepunkt etwa über i 5o° C liegt. Es hat bisher nicht all Versuchen in dieser Richtung gefehlt, z. B. trachtete man, das Ziel in der Weise zu erreichen, daß man ein Gemisch aus flüssigem Brennstoff, Wasserdampf und gegebenenfalls Luft herstellte und zur Verbrennung brachte. Auf diesem Wege konnte man jedoch nicht zum Ziele gelangen, weil die Erkenntnis fehlte, daß zur Erreichung einer höchstmöglichen kalorischen Wirkung die Bedingung zu erfüllen ist, daß der Brennstoff sich im reinen gasförmigen oder mindestens heißdampfartigen Zustande befinden muß.
Auf diesem Gedanken ist das Verfahren gemäß der Erfindung aufgebaut. Dieses Verfahren bestellt darin, daß der Brennstoff zuerst in den möglichst reinen gasförmigen Zustand, gegebenenfalls unter Beifügung geringer Luftmengen, übergeführt und dann erst ein Füllmittel, wie Wasserdampf, gegebenenfalls unter weiterer Zuführung von Luft, zugesetzt wird, worauf das so entstandene Gemisch zur Verbrennung gebracht wird. Die Vergasung wird dabei unter Druck durchgeführt, indem die Brennstoffdämpfe durch verchiedene Räume mit entsprechend engen s s und versetzt angeordneten düsenförmigen Aiislaßquerschnitten hindurchgeleitet werden. Hierdurch wird eine Verzögerung der Verdampfung erzielt, wodurch man die sonst leicht auftretende Koksbildung im Vergaser vermeidet. Ferner erreicht man einen sachgemäßen Diffusionsausgleich, und auch die schwer flüchtigen Bestandteile des Üles werden mit zur Vergasung herangezogen.
Die zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dienende Einrichtung, kurz Vergaser genannt, besteht im wesentlichen darin, das zwischen der Stelle des Eintrittes des flüssigen Brennstoffes in den Vergaser und der als Düse ausgebildeten Austrittsstelle nach dem Verbrennungsraum mehrere hintereinandergeschaltete Gaskammern angeordnet und die Ein- und Austrittsöffnungen in diesen Kammern als Düsen mit scharfer Austrittskante ausgebildet und so angeordnet sind, daß der Brennstoff in jeder Gaskammer von der Eintritts- nach der Austrittsstelle hin eine scharfe Umkehr seiner Bewegungsrichtung erfährt.
Die Wirkung des Vergasers gemäß der Erfindung beruht in der Hauptsache auf einer niolekular-kinetischen Wirkung in den Diiseil. In den Düsen der Gaskammern wird die Geschwindigkeit des Gases in Druck umgesetzt. Dieser Überdruck macht sich auch rückwirkend im Brennstoffraum des Vergasers bemerkbar, wodurch die Vergasung verzögert wird und damit restlose Vergasung und gute Verbrennung erzielt werden. Ferner entsteht bei der scharfkantigen Ausgestaltung der Düsenöffnungen eine Kontraktion über der Austrittskante, welche ein Übertreten von Feuchtigkeit des Füllmittels -in eine vorhergehende Kammer oder sogar in den Brennstoffraum des Vergasers verliiiidern. Das fertige Gas, welches zur Verwendungsstelle kommen soll, kann also nicht mehr mit dem flüssigen Brennstoff in Berührung kommen, so daß der erreichte Zustand gewahrt bleibt und nicht durch die Berührung mit Flüssigkeit unterbunden wird.
In dem vorgenannten Vergaser wird zweckmäßig schon angedampfter flüssiger Brennstoff aus einem einseitig bzw. schwach beheizten Vorvergaser übergeführt.
Der Austritt über die scharfe Düsenkante der Gaskammern erzeugt große Wirbelung und innige Berührung mit den Wandungen derselben.
Die Gaskammern und die Düsen werden gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch wechselständig - angeordnete Scheidewände gebildet, von denen die eine Gruppe mit der einen Rinnenwand fest verbunden sein bzw. mit dieser aus einem Stück bestellen kann, während die andere Gruppe an der anderen Rinnenwand abnehmbar angebracht ist. Dadurch ergibt sich eine leichte Reinigungsmöglichkeit für den Vergaser und die Gaskammern.
Die Düsen liegen zweckmäßig an der dem Verbrennungsraum zugekehrten Seite des Vergasers, während die andere Seite des Vergaser, all welcher die Zuführung des Brennstoffes stattfindet, der Einwirkung eines Kühlmittels ausgesetzt wird. Vorteilhaft läßt man diese Seite wie auch beim Vorvergaser von der vorzuerwärmenden Verbrennungsluft bestreichen.
All einer Stelle des Vergasers, all welcher die Vergasung des flüssigen Brennstoffes vollkommen beendet ist, also z. B. in die letzte Gaskammer, wird Wasserdampf eingeführt. Dieser vermischt sich also mit dem im reinen gasförmigen Zustande befindlichen Brennstoff: die Düsen wirken gleichzeitig als Mittel, den flüssigen Brennstoff von dein Wasserdampf getrennt zu halten.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführung des Vergasers nach der Erfindung bei einer Feuerung dargestellt.
Abb. i ist ein Längsschnitt durch einen Teil einer mit dem Vergaser ausgerüsteten Kesselfeuerung nach der Linie A-B der Abb.3, die einen Otiersclinitt nach der Linie C-D der Abb. i in größerem Maßstabe zeigt. Abb. d ist ein Längsschnitt durch einen Teil der Abb.3, und Abb.2 ist eine Stirnansicht zu Abb. i.
In das Flammrohr 2 des Kessels ist ein Gehäuse eingebaut, das aus einem zylindrischen :Mantel 3 und zwei Stirnwänden d., 5 besteht. Diese Wände sind mit Flanschen 6 versehen, mit denen sich das Gehäuse auf das Flammrohr 2 stützt, während zwischen Mantel 3 und Flammrohr ein Ringraum 7'belassen ist. In dem Gehäuse 3, .I, 5 sind im Abstande nebeneinander zwei als stabförmige Rinnen ausgebildete Vergaser 8 angeordnet, die von der Stirnwand 9 des Flammrohres 2 aus eingeschoben werden. An den Innenseiten der Stirnwände d., 5 des Gehäuses sind zu diesem Zweck der Gestalt des Vergasers 8 angepaßte Rahmen io befestigt, in denen die Vergaser gelagert sind. An der äußeren Stirnwand sind die Vergaser mit Handgriffen ii versehen.
Auf einem äußeren Längsflansch 12, der Rinnen 8 sind z. B. durch Schrauben drei Platten 13, 14, 15 leicht lösbar befestigt, die nach oben gewölbt sind und zwei Kammern 16, 17 begrenzen. Die beiden inneren Platten 13, 14 reichen nicht bis ganz an die gegenüberliegende Wandung der Rinnen B. Zwischen die Platten ragen an dieser Binnenwand vorgesehene Scheidewände 18, i9, die zusammen mit den Enden der Platten 13, 14, ic schlitzartige, mit scharfen Austrittskanten versehene Düsen 2o, 2i, 22, 23 bilden. Die aufeinanderfolgenden Düsen sind also entgegengesetzt zueinander gerichtet und liegen an den gleichen Enden der Kammern 16, 17. Die Düse 23 bildet die Austrittsdüse für die Brennstoffgase.
Der Flüssigkeitsraum der Rinnen 8 kann durch Stauwände 24 (Abb. 3) in der Querrichtung in eine Anzahl Kammern unterteilt sein, wobei dann jeder Kammer der flüssige Brennstoff zugeführt wird.
Unten schließen sich an die Vergaser 8 feuerfeste Scheidewände 25 an, zwischen welchen das Gehäuse 3, 4., 5 unten offen ist.. Die Scheidewände 25 begrenzen nach innen den Verbrennungsraum 26 und nach außen Kaminer 27, in die durch Öffnungen 28 in der Stirnrand .4 des Gehäuses die Verbrennungsluft eingeführt wird. Die Zuleitung der Außenluft zu diesen Öffnungen erfolgt mittels des Stutzens 29, der unten mit Stauplatten 30 versehen und in den die Drosselklappe 31 zur Regelung der Luftzufuhr angeordnet ist. Die _ Luftkammern 27 erstrecken sich über die ganze Länge der Vergaser 8 und sind oben durch diese und eine Platte 32 begrenzt. Nahe der Stirnwand 5 des Gehäuses ist die Platte 32 mit einer Schlitzdüse 33 versehen, deren Achse ungefähr tangential zum Gehäusemantel 3 gerichtet ist.
An die Luftkammern 27 schließen oberhalb der Vergaser 8 Luftkammern 34 an, die nach innen durch Scheidewände 35 begrenzt sind. Diese Wände lassen zwischen sich eine in der senkrechten Längsmittelebene des Gehäuses liegende Luftkammer 36. Nahe der Stirnwand 4 des Gehäuses sind die Scheidewände 35 mit schlitzartigen Düsen 37 versehen, deren Achsen ebenfalls tangential zum Mantel 3 liegen.
Die Scheidewände 35 bilden ferner mit einem mittleren Stab 38 Düsen 39, die zwischen den Vergasern 8 in den Verbrennungsraum 26 führen, jedoch unter Belassung von Spalten zwischen den Platten 15 der Vergaser 8, mit denen die Scheidewände 35 Düsen .46 der Luftkammern 34 bilden.
Unten ragt in den Verbrennungsraum 26 eine Verteilerzunge 41 hinein, durch die zwei sich über die ganze Länge der Scheidewände 25 erstreckende Gaskanäle d.2 gebildet werden. Der Flansch 6 der Stirnwand 5 des Gehäuses ist mit einer Austrittsöffnung 4.3 für die Verbrennungsgase versehen.
In den Scheidewänden 25 sind nach dem Verbrennungsraum 26 gerichtete Düsen 44 zur Zuführung von Sekundärluft aus den Luftkammern 27 vorgesehen. Auch im Mantel 3 des Gehäuses sind nach außen gerichtete Diisen 45 (Abb. 3) angebracht für die Zuführung von Sekundärluft aus den Luftkammern 34: zu dem Ringraum 7 zwischen Mantel 3 und Flammrohr 2.
Die Zuführung des flüssigen Brennstoffes zu den Vergasern 8 erfolgt durch Leitungen .46 an der den Luftkammern 27 zugekehrten Seite der Vergaser. In letztere kann durch die Leitung 47 Wasserdampf eingeführt werden. In der Stirnwand des Gehäuses ist an dessen höchster Stelle eine Öffnung 48 vorgesehen, die durch einen in der Stirnwand 9 des Flammrohres angebrachten Entlüftungsdrehschieber 49 abgedeckt werden kann. Ebenso ist an der höchsten Stelle des Ringraumes 7 ein Entlüftungsschieber 5o angeordnet. Am unteren Teile des Ringraumes 7 sind Klappen 51 angebracht, die beim Anheizen benutzt werden, um z. B. Holz in den Ringraum einzuführen und zu entzünden. Durch eine Schauluke 52 in der Stirnwand 9 des Flammrohres kann die Verbrennung im Verbrennungsraum beobachtet werden.
Bei eingeschobenen Vergasern 8 können vor deren Stirnwände Riegel 53 gelegt werden, die an den Absperrhähnen 54 für die Brennstoffzufuhr befestigt sind. Diese Hähne sind durch ein Gestänge 55 mit der Drosselklappe 31 für die Frischluftzufuhr zwangläufig verbunden.
Die Riegel 53 liegen so, daß sie die Verstellung der Drosselklappe in gewissen Grenzen nicht behindern.
Die Brennstoffgase, welche beim Betriebe in den durch die Wärme des Verbrennungsraumes 26 beheizten Vergasern 8 entwickelt werden, treten durch die Düsen 2o unter Überwindung des Düsenwiderstandes in die bereits gasgefüllte Kammer 16 ein und werden in die geschlossene Ecke dieser Kammer getrieben. Dort müssen sie ihre Strömungsrichtung umkehren, kommen zu einer gewissen Ruhe und treten nun durch die Düse 21 aus der Kammer aus. Durch Umsetzung der Strömungsgeschwindigkeit in Druck entsteht in der Gaskammer 16 ein höherer Gasdruck als in dem eigentlichen Vergaserraum B. Der Gasdruck wird dabei noch durch die Beheizung der Gaskammer 16 gesteigert. Dieser Überdruck in der Gaskammer wirkt auf den Vergaser so zurück, daß auch dort ein höherer Gasdruck entsteht, als wenn die Gase unmittelbar aus dem Vergaser austreten würden. Die Gasentwicklung geht daher langsamer vor sich, so daß die Ausbeute des Brennstoffes erhöht und ein reines, von Flüssigkeitsteilchen freies Gas erhalten wird, da der Brennstoff schon im Vergaser 8 selbst Zeit genug findet, sich in möglichst reines Gas zu verwandeln. Beim Weiterströmen der Gase in die Gaskammer 17 wiederholen sich diese Vorgänge, wobei eine gründliche 1Tachvergasung stattfindet, so daß der Überdruck der Gase in dieser Kammer noch weiter steigt und den Druck im Gasraum des Vergasers 8 verstärkt. Diese Gase treten daher ohne Flüssigkeitsgehalt mit hohem Druck durch die Düsen 23 in den Verbrennungsraum ein. Unvergaste Rückstände scheiden sich dabei an den scharfen Austrittskanten der Düsen 20, 21, 22, 23 aus, die auch infolge der entstehenden Kontraktion ein Rücktreten des Gases in eine vorhergehende Kammer verhindern.
Zum Zwecke der Reinigung brauchen die Vergaser 8 nur vom Heizerstand aus an den Handgriffen i i aus dein Gehäuse 3, 4, 5 herausgezogen zu werden, worauf durchLösen der Befestigungsschrauben der Platten 13, 14, 15 die Rinnen 8 freigelegt werden können.
Infolge der ineinandergreifenden Scheidewände 13, 14, 15 und 18, i9 kann bei einer Drehung des Vergasers 8 um seine Längsachse, z. B. beim Schlingern eines Schiffes, kein Brennstoff austreten. Ebenso ist bei einer Drehung des Vergasers 8 um seine mittlere wagerechte Querachse, also bei einer Schrägstellung seiner Längsachse, ein Austritt von Brennstoff durch die Stauwände 24 vermieden.
Die Verbrennungsluft tritt in das Gehäuse 3, 4, 5 durch die öffnung 28 ein, durchströmt die Luftkammer 27 in der Längsrichtung der Vergaser 8 und strömt durch die Düsen 32 in die Zwischenluftkammern 34. Infolge der tangentialen Richtung der Düse prallt der austretende Luftstrahl gegen die Innenwandung des heißen Mantels 3, so daß die Luft erhitzt wird und sich ihr Volumen und ihr Druck stufenweise vergrößern. Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei dem Durchtritt der Luft durch die Düse 37 in die mittlere Luftkammer 36. Der Weg der Luft beim Durchtritt durch das Gehäuse ist ferner durch die Versetzung der Düsen 33, 37 sehr verlängert, so daß die Luft viel Wärme aufnehmen kann. Daher tritt die Luft rnit hoher Geschwindigkeit durch die Düsen 40 und 39 in den Verbrennungsraum ein. Die einströmende Verbrennungsluftmenge wird durch die Düsen 39, 40 in mehrere dünne Einzelschichten unterteilt, wobei die mittleren Schichten am wärmsten sind. Hierdurch ist eine gute =Mischung der Luft mit dein Brennstoffgas gesichert, die dadurch noch inniger gestaltet ist, daß die Auslaßdüsen 23 der beiden Vergaser 8 aufeinander zugerichtet sind.
Der Brennstoff tritt durch die Leitungen 46 an der Seite der Vergaserrinnen 8 ein, an welcher die noch verhältnismäßig kühle Verbrennungsluft durch die Luftkammer 27 strömt. Es bleibt daher diese Vergaserseite verhältnismäßig kühl, was den Vorteil hat, daß die leicht flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes nicht sofort beim Eintritt in den Vergaser sich in Gas verwandeln, sondern ebenso wie die schwer flüchtigen Bestandteile zunächst unvergast bleiben. Es ist dann die Gewähr gegeben, daß beide Bestandteile gemeinsam zur Vergasung kommen, die besonders kräftig vor sich geht, da die Düsen 2o, 21. 22, 23 an der durch die Verbrennungsgase beheizten Vergaserseite liegen.
Vom Verbrennungsraum 26 ziehen die Verbrennungsgase nach unten, wo ihnen zur Verbrennung der noch unverbrannten Bestandteile Sekundärluft durch die Düsen 44 zugeführt wird, worauf sie durch die Kanäle 42 nach beiden Seiten des Gehäuses 3, 4, 5 hin abgelenkt werden und in den Ringraum 7 treten.
In dem Ringraum 7 umspülen die Verbrennungsgase den Mantel 3 des Gehäuses und erhalten dabei noch durch die Düsen 45 weitere Sekundärluft zur Verbrennung der etwa immer noch nicht verbrannten Bestandteile. Zugleich wird das Flammrohr 2 stark beheizt. Die Gase treten dann durch die obere Öffnung 43 in die Heizzüge des Kessels aus.
Um bei Außerbetriebsetzung Explosionen zu verhüten, kann im Gehäuse 3, 4, 5 angestautes Gasluftgemisch durch den Lüftungsdrehschieber 49 abgelassen werden. Gasluftgemisch, das sich im Ringraum 7 angestaut hat, kann durch den Schieber 5o entfernt werden.
Soll die Heizwirkung der Feuerung durch F nstellung der Luftzuführung mittels der Drosselklappe 31 geregelt werden, so kann bei nicht gleichzeitiger Abstellung der Brennstoffzufuhr der Fall eintreten, daß die Vergaser 8 überfüllt werden. Dies wird durch die zwangläufige Verbindung der Drosselklappe 31 mit den in die Brennstoffzuleitung 46 eingeschalteten Absperrhähnen 54 sicher verhütet, da sich bei Verstellung der Drosselklappe 31 die Hähne 54 entsprechend verstellen.
Ein völliger Abschluß der Brennstoff7ufühi ung muß erfolgen, wenn die Vergaser 8 zum Reinigen aus dem Gehäuse 3, 4, 5 herausgezogen werden. Um diesen Abschluß der Brennstoffzufuhr unabhängig von der Aufmerksamkeit des Wärters zu sichern, sind die Riegel 53 vor die eingeschobenen Vergaser 8 gelegt. Beim Herausziehen der Vergaser muß daher der Wärter die Riegel 53 anheben, wobei die Absperrhähne 54 geschlossen werden.
Der Beschaffenheit des Brennstoffes kann die Feuerung dadurch angepaßt «-erden, daß der gegenseitige Abstand der beiden stabförmigen Vergaser 8 geändert wird. beinentsprechend wird dann durch die Änderung der gegenseitigen Entfernung der Scheidewände 35 die Luftzufuhr geändert.

Claims

PATENT-ANsPRÜcHE: i. Verfahren zur Vergasung und Verbrennung von Schwerölen, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff zuerst in den möglichst reinen gasförmigen Zustand (gegebenenfalls unter Beifügung geringer Luftmengen) übergeführt wird, indem die Vergasung unter Druck durch Hindurchleiten der Brennstoffdämpfe durch verschiedene Räume mit entsprechend engen und versetzt angeordneten düsenförmigen Auslaßquerschnitten durchgeführt wird, worauf ein Füllmittel, wie Wasserdampf, gegebenenfalls unter weiterer Zuführung von Luft zugesetzt und das so entstehende Gemisch zur Verbrennung gebracht wird.
2. Rinnenförmiger Vergaser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gasraum des Vergasers mehrere zur Abführung der Gase dienende hintereinandergeschaltete Gaskammern angeordnet sind, deren Ein- und Austrittsöffnungen als Düsen mit scharfer Austrittskante ausgebildet und so angebracht sind, daß der Brennstoff in jeder Gaskammer von der Eintritts- nach der Austrittsstelle hin eine scharfe Umkehr seiner Bewegungsrichtung erfährt.
3. Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskammern (i6, 17) und deren Düsen (20, 21, 22, 23) durch wechselständig angebrachte Scheidewände ( 13, 14, 15, 18, i g) gebildet werden, von denen die eine Gruppe (i8, ig) mit der einen Wand der Vergaserrinne fest verbunden ist oder aus einem Stück bestehen kann, während die andere Gruppe von Scheidewänden (i3, 14, i5) an der anderen Rinnenwand abnehmbar angebracht ist.
4. Vergaser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Vergaserraumes, an welcher die Vergasung vollkommen beendet ist, beispielsweise in die letzte Vergaserkammer (i7), die von dem den flüssigen Brennstoff enthaltenden Raum durch die hintereinandergeschalteten Gaskammern getrennt ist, Wasserdampf eingeführt wird.
5. Vergaser nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (2o, 21, 22,23) an der dem Verbrennungsraum (26) zugekehrten Seite des Vergasers liegen, während die andere Seite des Vergasers, an welcher die Zuführung des flüssigen Brennstoffes stattfindet, der Einwirkung eines Kühlmittels ausgesetzt ist.