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Vorrichtung zur unvollständigen Verbrennung pulverförmigen Brennstoffes
mit schleifenförmiger Flammenführung in einer Kammer Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung, um gepulverte oder flüssige Brennstoffe in einer Kammer, in der die
Flamme in einer Schleife geführt wird, unvollständig zu verbrennen und die Flamme
unmittelbar an einen Ort vollständiger Verbrennung weiterzugeben. Solche Öfen sind
beispielsweise in der britischen Patentschrift 261 8o7 beschrieben. Dort wird der
Brennstoff teilweise dadurch vergast, daß er in eine erste Verbrennungskammer zusammen
oder zu gleicher Zeit mit einer solchen Menge von Primärluft eingebracht wird, .die
ungenügend ist, um die vollständige Verbrennung durchzuführen; dabei wird der Brennstoffstrom
veranlaßt, gegen eine Wand od.eche innerhalb dererbrennunn`I-°@`s @amm-@.r i
solcher Weise aufzuschlagen, daß der-S-tiDm_..abgelenkt
und der Brennstoff sowohl innerhalb des Primärluftstromes verteilt
als auch in se er tromü verzögerd, so daB,_ohne "@äß die Flamme
verlischt, die Mischung des gasförmigen und des nicht vergasten Brennstoffs noch
während des Brennens aus der Primärkammer zusammen oder zu gleicher Zeit mit einer
für die vollständige Verbrennung genügenden Menge von Sekundärluft in eine zweite
Verbrennungskammer übergeführt wird, in welcher die Verbrennung des Brennstoffs
fortgesetzt wird. Bei denn besonderen Beispiel der Vorrichtung, die in der genannten
Patentschrift beschrieben wird, ist der Brennstoffeinlaß gleichachsig in einem Ende
der ersten Vergasungskammer (Gaserzeuger) angeordnet, wobei der Brennstoff beim
Verbrennungsprozeß gegen die gegenüberliegende Endwand geschleudert wird, von der
er in Richtung auf die Vorderwand zurückkehrt, so daß er dabei sich teilweise mit
der neu eintretenden Mischung vermengt und so diese thermisch beeinflußt, bevor
er aus der ersten Vergasungskammer in die zweite Vergasungskammer, eintritt.
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Infolge dieser Diffusion des Brennstoffs innerhalb des primären Luftstromes
und der Verzögerung seiner Strömung ist es möglich, befriedigende Ergebnisse mit
einer Vergasungskammer (Generator) zu erhalten, die verhältnismäßig klein in bezug
auf die Menge des verbrannten Brennstoffs ist; dies rührt aus der Verlängerung des
Zeitraums, während dessen der Brennstoff den Reaktionstemperaturen unterworfen ist,
her, ohne daß eine entsprechende Vergrößerung seines Strömungsweges erfolgt ist.
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Obwohl diese besondere Ausbildung der Vorrichtung gemäß der genannten
britischen Patentschrift zufri,edenstellende Ergebnisse mit flüssigem Brennstoff
liefert, ist sie nicht
völlig erfolgreich, wenn pulverförmiger Brennstoff,
wie gepulverte Kohle, benutzt wird, weil der Strömungsweg in dieser Vergasungskammer
zu kurz -ist, um in hinreichender Weise die für die Verbrennung erforderliche notwendige
Menge von Brennstoff zu vergasen.
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Einer der Zwecke der Erfindung ist, eine noch größere Verlängerung
des Strömungsweges des Brennstoffs zu .erhalten, ohne entsprechend die Größe der
Vergasungskammer (des Generators) erhöhen zu müssen.
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Die Verbesserung gemäß der Erfindung besteht darin, daß der Einlaß
(Brenner) für das Erstbrenngemisch dicht vor dem seitlichen Flammenauslaß liegt
und die Flamme in einer Richtung von dem Auslaß fortschleudert, und daß die Flammenschleife,
an dem Brenner vorbeiströmend, den Auslaß erreicht, derart, daß in einer verhältnismäßig
kleinen Kammer ein lang währender Schleif enlauf erreicht und der eintretende Brennstoff-
und Erstluftstrom bei seinem Eintritt in die Kammer entzündet wird und über die
ganze Länge des Schleifenweges teilweise Verbrennung stattfindet.
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Während der Brennstoffstrom in dieser Weise auf die Wand der Vergasungskammer
auftrifft, wird er bis zu einem gewissen Grade in seiner Strömung verzögert. Es
empfiehlt sich dabei eine Verringerung der Größe des Auslasses. Die Größe des Auslasses
darf indessen nicht in einem solchen Maße beschränkt werden, daß ein Erlöschen der
Flamme herbeigeführt wird, denn der teilweise vergaste Brennstoff soll in die zweite
Verbrennungskammer noch im brennenden Zustande eintreten; denn die Verbrennung in
der zweiten Verbrennungskammer ist eine Fortsetzung der Verbrennung, die innerhalb
der Vergasungs- oder ersten Verbrennungskammer begonnen ist.
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Wenn also der Brennstoff in der vorbeschriebenen Weise gemäß der Erfindung
zugeführt wird, bewegt er sich auf einem Wege, der die Form einer verhältnismäßig
offenen Schleife hat. Hierdurch wird die Prallwirkung vermieden, die entsteht, wenn
der Brennstoff gleichachsig zugeführt und gegen die gegenüberliegende Endwand gerichtet
wird; eine solche Prallwirkung hat zum Ergebnis, daß eine Art Ruhezone entsteht,
in welcher die nicht vergasten Teilchen des Brennstoffs die Neigung zeigen, sich
abzusetzen.
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Diese Prallwirkung ist bis zu einem gewissen Grade durch die Art der
Gaserzeugung vermieden, die in der britischen Patentschrift z52 045 beschrieben
ist, wo der Brennstoff in den Gaserzeuger in Form eines sich ausbreitenden Stromes
eingeführt wird, dessen Winkel derart ist, daß der Brennstoff in Berührung mit den
Seitenflächen innerhalb des Generators kommt. Durch diese Arbeitsweise wird an dem
vom Einl.aß entfernten Ende des Generators dem Brennstoffstrom eine nach innen und
rückwärts gerichtete Wirbelbewegung erteilt, welche die Bildung einer Ruhezone an
diesem Ende und das Einziehen des Gases und einiger oder aller nicht verbrannter
Teilchen von der äußeren (Umfangs-) Zone des Generators nach innen in die Axialzone
vermeidet. Mit dieser Arbeitsweise sind hinreichend befriedigende Ergebnisse sowohl
mit öl als auch mit gepulvertem Brennstoff erzielt worden; aber für den letzteren
Brennstoff hat es sich doch herausgestellt, daß die besten Ergebnisse durch Vergrößerung
der Länge des Weges des Brennstoffs zu erhalten sind. Die Verlängerung des Weges,
die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, liefert außerordentlich günstige
Ergebnisse sowohl mit flüssigem als mit pulvrigem Brennstoff.
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Es sind verschiedene üfen, Feuerungen und Vorverbrennungskammern für
pulverförmigen Brennstoff bekannt, bei denen Ablenkungen und Rückbiegungen des Brennstofflufts.trahls
vorgesehen sind. Die Flamme strömt dabei aber nicht in Form einer ,geschlossenen
Schleife, und die Kammer ist im Verhältnis groß, oder es sind (z. T. auch außerdem)
besondere Prall- und Ablenkkörper erforderlich, die schnell zerstört werden. Jedenfalls
wird die fortschrittliche Kombinationswirkung der neuen Vorrichtung in keinem dieser
bekannten Fälle erzielt.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß
der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. i ist ein senkrechter Längsschnitt durch eine vereinigte erste
und zweite Verbrennungskammer, bei der Anwendung der Erfindung auf einen Dampferzeuger
der Lancashire oder Cornischen Type.
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Die Fig. a und 3 sind gleichfalls senkrechte Längsschnitte durch andere
Ausführungsformen der Vorrichtung in Anwendung auf einen waagerechten Mehrröhrenabhitzekessel.
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Fig.4 zeigt in der linken Hälfte einen Querschnitt und in der rechten
Hälfte eine Vorderansicht einer abgeänderten Form eines Auslasses zur Herstellung
einer innigen Mischung der vorgewärmten Sekundärluft mit den Produkten der teilweisen
Verbrennung.
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Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine abgeänderte Form einer ersten
Verbrennungskammer.
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In allen dargestellten Ausführungsformen bedeutet ,f1 die erste Verbrennungskammer,
B die zweite Verbrennungskammer und C den Einlaß für den Brennstoff.
In
Fig. i zeigt die erste Verbrennungskammer eine äußere Hülle i aus Metall und ein
inneres Futter 2 aus feuerfestem Stein oder einem anderen feuerfesten Stoff. Dieses
Futter z ist von der äußeren Hülle i in einem gewissen Abstande aufgebaut, so daß
ein Zwischenraum 3 für den Umlauf und infolgedessen die Vorwärmung der Sekundärluft
entsteht, welche in diesen Raum durch die Öffnungen q. eintritt. Der Boden 5 der
Kammer ist vom Auslaß 6 nach der vorderen Endwand 2a zu geneigt; an dem unteren
Ende ist eine Öffnung 7, die gewöhnlich durch eine Tür 8 geschlossen ist, zum Zwecke
der Entfernung der Schlacke vorgesehen. Gepulverter Brennstoff zusammen mit Primärluft
-,verden durch den Einlaß C mittels eines Speiserohrs g entweder unmittelbar von
einer geeigneten Zerkleinerungsvorrichtung oder aus einem Vorratsbehälter zugeführt.
Infolge der Gestalt ixnd Neigung des Einlasses wird dieser Brennstoff gegen: den
geneigten Boden 4 schräg zur Achse der Kammer zugeführt. Von dieser geneigten Bodenfläche
wird der Brennstoff zu der Endwand 211 reflektiert, von welcher er wiederum abgelenkt
und veranlaßt wird, durch die Kammer, durch den neu eintretenden Brennstoff hindurch
oder um diesen herum und schließlich durch den Auslaß 6 in die zweite Verbrennungskammer
B zu strömen. Der Brennstoff wird also veranlaßt, annähernd dem Weg zu folgen, der
in der Fig. i durch Pfeile angegeben ist, und bleibt infolgedessen innerhalb der
ersten Kammer eine genügend lange Zeit, um die gewünschte Teilvergasung vor sich
gehen zu lassen. Durch Rückkehr des Brennstoffs durch den nein eintretenden Brennstoff
wird der .teilweise vergaste Brennstoff veranlaßt, -den letzteren praktisch im Augenblick
des Eintretens in die Kammer zu entzünden. Dieser an sich nicht neue Umstand ist
aber entschieden vorteilhaft, da er bewirkt, daß die Reaktion praktisch über die
gesamte Strecke hindurch vor sich geht, die von dem Brennstoff innerhalb der ersten
Verbrennungskammer durchlaufen wird.
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Da der Zeitraum, währenddessen der Brennstoff innerhalb der ersten
Verbrennungskammer der Hitze unterworfen ist, von großer Bedeutung ist und da die
Aufrechterhaltung dieser Hitze angemessen lange zu geschehen hat, sind dafür Vorkehrungen
getroffen, daß die Geschwindigkeit des brennenden Brennstoffs auf seinem Wege durch
die erste Verbrennungskammer in genügender Weise verzögert wird. Diese Verzögerungswirkung
wird einerseits durch den besonderen Weg, den der ,Brennstoffstrom geführt wird,
hervorgerufen und andererseits dadurch, daß der Auslaß 6 einen geringeren Querschnitt
erhält, als die Oberfläche der vorderen Endwand der Verbrennungskammer beträgt.
Hierdurch wird also die Wirkung eines Flaschenhalses erzielt, der, obwohl er genügend
groß ist, um nicht die Verbrennungsflamme zum Erlöschen zu bringen, doch wiederum
klein genug ist, um eine merkbare Verzögerung des Brennstoffstromes ohne Hervorbringung
eines schädlichen Rückstaus herbeizuführen.
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In dem in Fig. i dargestellten Beispiel, das besonders zum Gebrauch
mit großen Feuerrohrkesseln der Lancashire und Cornischen Type bestimmt ist, ist
die erste Verbrennungskammer auf Rädern oder Rollen io aufgesetzt, so daß sie zu
dem Vorderende des Kessels ii gefahren werden kann. Der Auslaß der Verbrennungskammer
ist abnehmbar mit dem vorhandenen geflanschten Ende des Feuerrohrs 12 in der Weise
verbunden, die bei 13 angedeutet ist.
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Infolge dieser Einrichtung werden die Produkte der teilweisen Verbrennung
veranlaßt, unmittelbar in die zweite Verbrennungskammer B einzutreten, ohne daß
die Flamme erlischt. Die vorgewärmte Sekundärluft mischt sich mit diesen Produkten
der teilweisen Verbrennung innerhalb der Öffnung 14; die als Einlaß für die zweite
Verbrennungskammer dient, wobei die vorgewärmte Luft in diese Öffnung durch einen
Zwischenraum 15, der teilweise herumgeführt ist,'zwischen dem vorderen Ende eines.
feuerfesten Ansatzes 16 und der hinteren Fläche der Einlaßöffnung 14 eintritt. Da
die Temperatur innerhalb der zweiten Verbrennungskammer verhältnismäßig hoch ist,
ist das Innere des Teils des Kesselfeuerrohrs 12, der die zweite Verbrennungskammer
bildet, mit feuerfestem Futter 17 versehen.
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Der Raum für den Eintritt der vorgewärmten Sekundärluft kann in beliebiger
anderer Weise ausgebildet sein. So kann z. B. diese Luft durch eine oder mehrere
Öffnungen in der Wand des Fortsatzes 16 eintreten. Derartige Öffnungen können dadurch
hergestellt werden, daß der Fortsatz aus entsprechend gestalteten Ziegeln gebaut
wird. -Ferner kann die Bauart -der in Fig. i dargestellten ersten Verbrennungskammer
derart abgeändert werden, daß der Raum für die vorzuwärmende Luft durch Auskleidung
des Innern der Kammer mit hohlen oder entsprechend geformten Ziegeln 18 (Fig.5)
gebildet wird, deren Innenräume miteinander sowohl in der Längsrichtung als in der
Richtung des Umfangs der Verbrennungskammer in Verbindung stehen.
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Anstatt die Sekundärluft einzusaugen, kann sie auch unter Überdruck
dem Vorwärmeraum entweder durch die Öffnungen 4 oder
durch andere
öffnungen in der Vorderwarid 2a der Verbrennungskammer zugeführt werden, die ihrerseits
auch eine solche Dicke erhalten kann, daß sie einen Raum für diese Luft aufweist.
Infolge dieser Einrichtungen kann die Gesamtheit oder der größere Teil des feuerfesten
Futters der ersten Verbrennungskammer wirksam luftgekühlt werden.
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An Stelle der in der Zeichnung dargestellten Schlackenschiebetür 8
kann jede andere geeignete Vorrichtung benutzt werden. So ist beispielsweise in
der Zeichnung (Fig. i) das untere Ende der geneigten Sohle so eingerichtet, um Ansammlungen
geschmolzener Schlacke oder gesinterter Massen in eine Grube oder abwärts durch
eine Gleitbahn zu irgendeiner geeigneten Stelle zu führen, wo sie in später zu beschreibender
Weise entfernt werden können.
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Um eine wirksame Mischung der vorgewärmten Sekundärluft mit den brennenden
Produkten der teilweisen Verbrennung zu sichern, kann die Öffnung 14 oder der Fortsatz
16 mit einer Reihe von einwärts und radial sich erstreckenden Fortsätzen ig (Fig.
4) - versehen werden. Diese Fortsätze werden in dem gewählten Beispiel dadurch gebildet,
daß besonders lange, keilförmige, feuerfeste Ziegel 2o benutzt werden, die 'sich
durch den bei 21 angegebenen Raum für die Sekundärluft hindurch und in die Auslaßöffnting
14 erstrecken.
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In den Fig. 2 und 3 ist die Erfindung schematisch in Anwendung auf
einen Mehrröhrenabhitzekessel gezeigt. In Fig.2 erstreckt sich der Durchgang 22
für den Brennstoff und die Primärluft waagerecht durch die Dicke des feuerfesten
Futters, welches die Sohle der ersten Verbrennungskammer bildet, hindurch; der Einlaß
C ist so angeordnet, daß der Strom von Brennstoff und Luft aufwärts zu der Decke
der Kammer und schräg zu deren Achse gerichtet ist.
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In Fig. 3 erstreckt sich der Durchgang 22 waagerecht durch die Dicke
des feuerfesten Futters, das die Decke der ersten Verbrennungskammer bildet, hindurch.
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Die geneigte Sohle 5 der Verbrennungskammer ist in Fig. 3 gezeichnet,
sie kann aber auch bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsforen verwendet werden.
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Bei diesen beiden Ausführungsformen sind keine Einrichtungen zur Zufuhr
von Sekundärluft dargestellt. Infolgedessen arbeitet die erste Verbrennungskammer
als Gaserzeuger, und die heißen Gase geben den größten Teil ihrer Wärme an das Wasser
ab, das die Feuerrohre umgibt, werden darauf gesammelt und in irgendeiner bekannten
oder geeigneten Weise völlig verbrannt. Wenn man Sekundärluft benutzen will, können
die Kammern 23 als zweite Verbrennungskammern arbeiten, in denen die Produkte der
teilweisen Verbrennung nun vollständig verbrannt werden.
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Eine der Schwierigkeiten bei der Benutzung von Vorrichtungen zum Verbrennen
von pulverisiertem Brennstoff ist die Entfernung und Handhabung der Schlacke. In
Fig., i ist eine Einrichtung dargestellt, mittels deren die Schlacke leicht und
wirksam aus der ersten Verbrennungskammer entfernt und gehandhabt werden kann. Es
ist dort ein verhältnismäßig kleiner Schlackenabzug 24 vorgesehen, der in dem unteren
Ende der geneigten Sohle 5 liegt und sich durch den Boden der Verbrennungskammer
hindurch erstreckt. Durch diesen Abzug hindurch fällt die geschmolzene Schlacke
in einen Schacht 25 und auf eine geneigte und künstlich gekühlte Fläche 26.
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In dem vorliegenden Beispiel ist diese Fläche 26 durch Sekundärluft
gekühlt, welche durch einen Raum 27 auf der Unterseite der Fläche 26 geführt ist.
Infolge dieser Einrichtung wird die geschmolzene Schlacke innerhalb der Verbrennungskammer
in kleine feste Teilchen übergeführt, so daß sie in diesem Zustande am Boden des
Schachts 25 gesammelt und absatzweise durch die Öffnung 28 entfernt werden kann.
Es ist wichtig, daß der Auslaß 24 so klein als möglich gehalten wird, um die Fläche
26 und das Innere des Schlackenschachts so sehr als möglich gegen die strahlende
Wärme aus dem Innern der ersten Verbrennungskammer zu schützen.
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Falls gewünscht, kann die Fläche 26 wassergekühlt werden.
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Bei jeder der Vorrichtungen gemäß der Erfindung kann eine zusätzliche
Zufuhr von Brennstoff an jeder geeigneten Stelle vorgenommen werden. Ein derartiger
Brennstoffzusatz kann zweckmäßig benutzt werden, um die Ablagerung unverbrannterBrennstoffteilchen
auf der Sohle der ersten Verbrennungskammer zu verhindern. Zu diesem Zweck wird
der Zusatz durch die vordere Wand der Verbrennungskammer so dicht als möglich am
Boden der Kammer erfolgen. Der Brennstoff für diese zusätzliche Zuführung kann aus
der Hauptzuführung erhalten werden oder auch aus einem gesonderten Brennstoffvorrat;
in diesem Falle wird der Brennstoff zweckmäßig noch feiner als gewöhnlich gemahlen.
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Beim Anfeuern der Vorrichtung unter Benutzung von gepulvertem Brennstoff
wird genügend Luft für die vollständige Verbrennung des Brennstoffs mit diesem zusammen
zugelassen, und es hat sich herausgestellt, daß die schnellste Erhitzung erhalten
wird, wenn während dieses Zeitraums der Brennstoff
bis zur feinstmöglichen
Pulverform gemahlen ist. Wenn die erste Verbrennungskammer genügend hoch erhitzt
ist, kann die Luftzufuhr gedrosselt und gemahlener Brennstoff der üblichen Korngröße
benutzt werden.