DE628881C

DE628881C - Process for operating deflagration chambers, in particular for internal combustion turbines, with coal dust

Info

Publication number: DE628881C
Application number: DEH115236D
Authority: DE
Original assignee: E H HANS HOLZWARTH DR ING
Current assignee: E H HANS HOLZWARTH DR ING
Priority date: 1928-02-16
Filing date: 1928-02-16
Publication date: 1936-04-21

Description

Verfahren zum Betriebe von Verpuffungskammern, insbesondere für Erennkraftturbinen, mit Kohlenstaub Unter den Verfahren, Kohlenstaub in Brennkraftmaschinen zur Verbrennung zu bringen, hat das-dem Dieselverfahren entsprechende, Kohlenstaub in die bis zur Zündtemperatur durch Verdichtung erhitzte Luft einzuführen, bereits zu praktischen Ergebnissen geführt. Eine Übertragung dieses bei Kolbenbrennkraftmaschinen benutzten Verfahrens auf Brennkraftturbinen stellen sich jedoch große Schwierigkeiten entgegen, besonders, weil der Arbeitsaufwand für die Verdichtung zu groß wird.Process for the operation of deflagration chambers, in particular for power turbines, with coal dust Among the processes, coal dust in internal combustion engines for combustion Bring coal dust, corresponding to the diesel process, into the up to the Ignition temperature to introduce heated air by compression is already too practical Results. A transmission of this used in piston internal combustion engines Process on internal combustion turbines, however, are faced with great difficulties especially because the workload for compaction is too great.

Die Aufgabe, zündfähige Kohlenstaub-Luft-Gemische in Verpuffungskammern, insbesondere für Brennkraftturbinen, explosionsartig zu verbrennen, konnte bisher ohne besondere Schwierigkeiten mit Hilfe besonderer Zündbrennstoffe und Verwendung einer Fremdzündung gelöst werden. Dagegen soll nuri mehr nach vorliegender Erfindung-der Fortfall einer besonderen gesteuerten Zündung ermöglicht werden.The task of creating ignitable coal dust-air mixtures in deflagration chambers, in particular for internal combustion turbines to burn explosively, could so far without particular difficulties with the help of special ignition fuels and use a spark ignition. In contrast, according to the present invention, the Elimination of a special controlled ignition can be made possible.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß in die Verpuffungskammer periodisch eingeführte Kohlenstaub-Luft-Gemische durch ungesteuerte Zündungen an katalytisch wirksamen Stoffen, wie z. B. Kohlenschlacke, periodisch entflammt werden, welche in Teilen erhöhter Temperatur aufgenommen sind. Die Zündungen sollen also nicht durch die Teile, die höhere Temperatur wie ihre Umgebung aufweisen, eingeleitet werden, sondern die katalytisch wirksamen Stoffe sind die Träger der ungesteuerten Zündung. Als günstig wirkende Katalysatoren wurden insbesondere Körper erkannt, die bei kleiner Raumbeanspruchung ein Größtmaß an Oberfläche aufweisen, wie z. B. fein verteilte, granulierte Schlacke. In der Erkenntnis, daß gerade die feinen Kohlenstäubchen des Kohlenstaub-Luft-Gemisches bei ihrer Verbrennung ganz außerordentlich kleine Schlackenmengen zurücklassen und diese Schlackenmengen erstarrt in ihrer Gesamtheit einen äußerst vorteilhaften Katalysator abgeben, versieht man in Durchführung der Erfindung die Teile, die bei Aufnahme von Katalysatoren günstige Auswirkungen auf die Leitung des Verbrennungsverfahrens erkennen - lassen, mit Einrichtungen, wie Haftflächen, Ausnehmungen, Aufrauhungen oder Unterschneidungen, in die sich die bestimmten, bei der Verbrennung abfallenden, Stoffe, wie beispielsweise die Schlackenteilchen, absetzen können. Vorbedingung für das Absetzen ist aber die erhöhte Temperatur .dieser Teile, da sonst ein Abschrecken und Abspringen des Schlacketeilchens eintritt, ohne daß es zur Bildung des Katalysators kommt.The method proposed according to the invention is characterized in that that into the deflagration chamber periodically introduced coal dust-air mixtures through uncontrolled ignitions of catalytically active substances, such as. B. coal slag, periodically inflamed, which are absorbed in parts of increased temperature. So the ignitions are not supposed to go through the parts that have a higher temperature like theirs Have environment, are introduced, but the catalytically active substances are the carriers of uncontrolled ignition. As beneficial catalysts were In particular, bodies are recognized that take up a large amount of surface area with a small footprint have such. B. finely divided, granulated slag. Knowing that just the fine coal dusts of the coal dust-air mixture when they are burned Leaving behind extremely small amounts of slag and those amounts of slag solidified in their entirety give an extremely advantageous catalyst, provides to carry out the invention, the parts when taking up catalysts positive effects on the management of the incineration process - reveal, with facilities such as adhesive surfaces, recesses, roughening or undercuts, in which the certain substances that fall off during incineration, such as the slag particles, can settle. However, this is a prerequisite for weaning increased temperature of these parts, otherwise the slag particle will quench and pop off occurs without the formation of the catalyst.

Die erhöhte Temperatur kann dabei in der verschiedensten Weise eingestellt werden. Diese Teile können beispeilsweise ungekühlt sein, während die Umgebung gekühlt ist, oder es können diese- Teile als besondere Stücke in die angrenzenden Wandungen eingesetzt sein. Die Teile können weiter nach Art von Glühköpfen, Glühspiralen usw. besonders geheizt sein. Als besonders vorteilhaft ergibt sich dabei- die-Aufheizung dieser Teile mittels des Restes der Verbrennungsgase, der mit Hilfe der kolbenartig nachdrängenden Verdrängungsluft so eingestellt wird, daß die Teile, welche erhöhte Temperatur annehmen sollen, im Bereich jenes Restes bleiben und nicht durch die nachfolgende Ladeluft alpgekühlt werden. Als besonders geeigneter Teil kommt dabei das Düsenventil in Betracht. Das Düsenventil hat den besonderen Vorteil, daß es an einer Stelle lebhafter Gasströmung liegt, so daß der Teil des Katalysators, der nicht an den Haftflächen =mittelbar, in den Ausnehmungen, Unterschneidungen usw. sitzt, vom Strom. der Verbrennungsgase weggeblasen bzw. weggeschmolzen wird. Hierdurch ist einer unnötig starken Bildung von Katalysatormasse vorgebeugt. Zweckmäßig kann der Katalysator aus einem besonderen, gegen die aufzuheizenden Teile des Verbrennungsraumes geblasenen, verbrennenden Kohlenstaub-Luft-Gemisch gewonnen werden, wobei- der Vorteil entsteht, daß durch eine von der des Arbeitskohlenstaub-Luft-Gemisches völlig unabhängige Steuerung des "an sich bekannten Zündgemisches scharf ausgeprägte Zündungen in willkürlich - einstellbaren Zeitpunkten erzielt werden. Ordnet man im Verbrennungsraum keine Katalysatoren an, sondern werden nur die Bedingungen zur Bildung des Katalysators aus Arbeits- oder besonderen Zündgemischen, also durch Anordnung und zur Katalysatorenaufnahme geeigneten Ausbildung heißer Teile durch Verlegung derselben an Stellen lebhafter Gasströme usw., erfüllt, so wird die Verpuffungskammer bis zurr Eintritt der vollen katalysatorischen Wirkung, d. h. üblicher Weise bis zum Eintritt des Beharrungszustandes, in bekannter Weise mit gasförmigen öder flüssigen Brennstoffen, und zwar vom kalten Zustand aus wenigstens zunächst mit Fremdzündung angefahren.The increased temperature can be set in the most varied of ways will. These parts can, for example, be uncooled, while the environment is cooled is, or it can be these parts as special pieces in the adjacent walls used be. The parts can also be made in the manner of glow heads, Incandescent coils etc. must be particularly heated. It turns out to be particularly advantageous thereby- the-heating of these parts by means of the rest of the combustion gases, the is adjusted with the help of the piston-like displacement air that the parts which are supposed to assume an elevated temperature remain in the area of that remainder and not be cooled by the subsequent charge air. As particularly suitable Part of this is the nozzle valve. The nozzle valve has something special Advantage that it is at a point of lively gas flow, so that the part of the Catalyst that is not on the adhesive surfaces = indirectly, in the recesses, undercuts etc. sits, from the stream. the combustion gases are blown away or melted away. This prevents an unnecessarily strong formation of catalyst mass. Appropriate The catalytic converter can consist of a special, against the parts of the combustion chamber that are to be heated blown, burning coal dust-air mixture can be obtained, with the advantage arises that by a completely independent of that of the working coal dust-air mixture Control of the "per se known ignition mixture sharply pronounced ignitions in arbitrary - adjustable times can be achieved. If you don't order any in the combustion chamber Catalysts on, but only the conditions for the formation of the catalyst from working or special ignition mixtures, i.e. by arrangement and for catalytic converter reception suitable formation of hot parts by laying them in places that are livelier Gas flows, etc., are fulfilled, the deflagration chamber is filled up to catalytic effect, d. H. Usually until the steady state occurs, in a known way with gaseous or liquid fuels, from cold State off at least initially started with spark ignition.

Bei Gleichdruckturbinen hat man bereits vorgeschlagen, bestimmte Teile der Brennkammer hoch zu erhitzen und diese hocherhitzten Teile zur Zündung zu benutzen. Dabei ist unbeachtet geblieben, daß das frisch eintretende Gemisch diese Teile abkühlt, wenn es nicht, wie in einem Brenner, fortbrennt; im letzteren Falle bedarf es jedoch nicht derartiger. Zündmittel. Es ist weiter schon vorgeschlagen worden, den Verbrennungsraum mit Katalysatoren, wie Platinschwamm, auszukleiden. Bei diesem Vorschlag ist unbeachtet geblieben, daß diese katalytisch wirksamen Stoffe ihre Wirkung nur sehr träge entfalten; außerdem besteht die Gefahr, daß die Zündung schon einsetzt, noch ehe die Ladung beendet ist.In the case of impulse turbines, it has already been proposed to use certain parts to heat the combustion chamber and to use these highly heated parts for ignition. It was ignored that the freshly entering mixture cools these parts, if it does not burn away, as in a burner; in the latter case, however, it is necessary not like that. Ignition means. It has also already been proposed, the combustion chamber line with catalysts such as a platinum sponge. This proposal is disregarded What remains is that these catalytically active substances develop their effect only very slowly; there is also the risk that the ignition will start even before the charge is finished.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens bezüglich der Anordnung und Ausbildung der heißen Teile im Turbinenverbrennungsraum, und zwar gibt Abb. i schematisch einen Längsschnitt durch eine Turbinenanordnung mit Düsenventil, Abb. a den Teller des Düsenventils der Abb. i in vergrößerter Darstellung, Abb.3 schließlich einen Längsschnitt durch eine Brennkraftturbine mit Düsenkolbenventil wieder; Abb. q. stellt die Ausführungsform der Abb. 3 mit absatzweise angeordneten Stufen zur Unterbringung des Katalysators dar.The drawing shows, for example, embodiments of the inventive concept regarding the arrangement and design of the hot parts in the turbine combustion chamber, namely Fig. i schematically shows a longitudinal section through a turbine arrangement with nozzle valve, Fig. a the plate of the nozzle valve in Fig. i in an enlarged view, Finally, Fig.3 shows a longitudinal section through an internal combustion turbine with a nozzle piston valve again; Fig.q. represents the embodiment of Fig. 3 with intermittent Steps to accommodate the catalyst.

In einer Turbinenanordnung nach Abb. i, in der die Mantelkühlung des Verbrennungsraumes, wie sie Abb. 3 darstellt, der Einfachheit und Deutlichkeit der Zeichnung halber fortgelassen worden ist und in der a den eigentlichen Verbrennungsraum, b die der Betriebsmittelzuführung dienenden Ventile, wie Spül-, Lade- und Aufladeventile, Gemisch-und Anfahrventile usw., c das Düsenventil, d den Düsenvorraum, e die Düse, f das Laufrad mit den Schaufeln g und h das Gehäuse bezeichnet hzw. bezeichnen, ist ein gegen seine Umgebung, d. h. gegen den gesamten Verbrennungsraum, durch das Arbeitsverfahren hohe Temperaturen annehmender Teil der Teller c' des Düsenventils c. Außerdem bietet dieser Teil den weiteren Vorteil, daß er an einer der Stellen lebhaftester Gasströmung liegt und sich daher ganz besonders zur Aufnahme eines Katalysators i eignet. Dieser kann in den Teller c' etwa nach Art der Abb.2, rechts, eingebracht werden, wobei Unterschneidungen c" im. Tellerboden eine günstige Haftfläche für den Katalysator schaffen. Gestaltet man andererseits den Tellerboden so aus, wie ihn Abb.2, links, zeigt, so gewährt die durch die Ausnehmung ci geschaffene Haftfläche, deren Wirksamkeit noch durch Aufrauhungen c1 oder Unterschneidungen c1' gesteigert werden kann,- die Möglichkeit zum Absetzen von bei der Gemischverbrennung abfallenden kleinen und kleinsten Schlacketeilchen, die in ihrer Gesamtheit in der Ausnehmung cl. einen vorzüglichenKatalysator abgeben. Wächst dieser über den Rand der Ausnehmung, so werden die überstehenden Katalysatorteile von dem bei der Ventileröffnung durchschlagenden Strom der Verbrennungsgase weggeblasen bzw. abgeschmolzen und mitgerissen. Um sich bei der Katalysatorbildung unabhängig von dem Arbeitskohlenstaub-Luft-Gemisch zu machen, dieses kann beispielsweise bei Verwendung minderwertigerer Kohle zu aschereich sein, so daß die den Katalysator bildenden Asche- bzw. Schlacketeilchen zur vorteilhaft katalytischen Wirkung zu groß werden, wird durch eine besondere Düsenanordnung k ein vom Arbeitskohlenstaub-Luft-Gemisch völlig unabhängiger, besonderer Kohlenstaub-Luft-Gemischstrom, gegebenenfalls gesteuert, gegen das Ventil c geblasen, wobei im betrachteten Beispiel durch Wahl aschearmer Kohle für genügende Feinheit der in ihrer Gesamtheit entsprechend vorteilhaft katalytisch wirkenden Schlacketeilchen gesorgt werden kann, ohne daß die Wirtschaftlichkeit des Gesamtverfahrens durch Wahl der besseren und kostspieligeren Zündkohle leidet.In a turbine arrangement according to Fig. I, in which the jacket cooling of the combustion chamber, as shown in Fig. 3, has been omitted for the sake of simplicity and clarity of the drawing and in which , Loading and charging valves, mixture and start-up valves, etc., c the nozzle valve, d the nozzle antechamber, e the nozzle, f the impeller with the blades g and h the housing denotes hzw. is a part of the plate c 'of the nozzle valve c which assumes high temperatures in relation to its surroundings, ie in relation to the entire combustion chamber, as a result of the working process. In addition, this part offers the further advantage that it is located at one of the points of the most lively gas flow and is therefore particularly suitable for accommodating a catalytic converter i. This can be introduced into the plate c 'in the manner of Fig.2, right, whereby undercuts c "in the plate base create a favorable adhesive surface for the catalyst. On the other hand, the plate base is designed as shown in Fig.2, left , shows, the adhesive surface created by the recess ci, the effectiveness of which can be increased by roughening c1 or undercuts c1 ', - the possibility of depositing small and very small slag particles falling off during the mixture combustion, which in their entirety in the recess cl If it grows over the edge of the recess, the protruding parts of the catalyst are blown away or melted and carried away by the flow of combustion gases flowing through the valve opening. this can result in ashes, for example, when using lower-quality coal be rich, so that the ash or slag particles forming the catalyst become too large for the advantageous catalytic effect, a special coal dust-air mixture flow, which is completely independent of the working coal dust-air mixture, is optionally controlled against the Valve c blown, whereby in the example under consideration, by choosing low-ash coal, sufficient fineness of the slag particles, which in their entirety are correspondingly advantageously catalytically active, can be ensured without the economic efficiency of the overall process being impaired by choosing the better and more expensive ignition coal.

Es besteht kein Zwang, gerade das Düsenventil so auszugestalten, daß es Katalysatoren aufnimmt oder dessen Bildungsteilchen auffangen kann. Wenn beispielsweise wie im Fall der Abb. 3 die Ausbildung des Düsenventils als Kolbenventil, trotzdem der Ventilkolben als heißer und im Gasstrom liegender Teil vorzugsweise als Katalysatorträger in Betracht kommt, durch seine Formgestaltung Schwierigkeiten macht, möglich wäre beispielsweise schon eine ringförmige Katalysatoranordnung am Kolbenumfang, so wird man die Anordnung zweckmäßig so wählen, daß als gegen seine Umgebung heiß zu haltender Teil ein besonderes Ringstück Z dient, das in eine entsprechende Ausnehmung m des Kammerauslaufs ä eingesetzt ist; ein Spalt n (Abb. q.)- isoliert das Ringstück Z und sorgt für Absperrung des Wärmeflusses an die Kühlräume o des Kammerauslaufs ä . Zweckmäßig weist auch das Ringstück l in seinem Innern absatzweise angeordnete Stufen l' auf, deren Basis dem Düsenventil zugekehrt ist, so daß in die gebildeten Ringräume ein Katalysator eingebracht werden kann oder Verbrennungsabfallstoffe zur Ausübung ihrer katalytischen Wirkungen auf die Leitung des Verbrennungsverfahrens zum dauernden Anhaften gebracht werden können. Da auch das Ringstück l an eine Stelle lebhafter Gasströmung verlegt ist, wird der übermäßigen Katalysatorbildung durch diese vorteilhaft entgegengewirkt.There is no need to design the nozzle valve in such a way that it absorbs catalysts or can collect their formation particles. If, for example, as in the case of Fig. 3, the design of the nozzle valve as a piston valve, despite the fact that the valve piston as a hot part located in the gas flow is preferably considered as a catalyst carrier, causes difficulties due to its shape, an annular catalyst arrangement on the piston circumference would be possible, for example is to choose the appropriate configuration so that serves as against its surroundings hot-held part of a special ring piece Z, the m in a corresponding recess of the outlet chamber is used like; a gap n (Fig. q.) - insulates the ring piece Z and ensures that the flow of heat to the cooling spaces o the chamber outlet is shut off. The ring piece l expediently also has in its interior stepped steps l ', the base of which faces the nozzle valve, so that a catalyst can be introduced into the annular spaces formed or combustion waste materials can be permanently attached to the line of the combustion process in order to exert their catalytic effects can be. Since the ring piece 1 is also relocated to a point of lively gas flow, the excessive formation of catalyst is advantageously counteracted by this.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure for the operation of deflagration chambers, characterized in that coal dust-air mixtures are periodically introduced into the deflagration chamber by uncontrolled ignition of catalytically active substances, e.g. B. coal slag, periodically inflamed, which are absorbed in parts of increased temperature.

2. Device for performing the method according to claim i, characterized in that that the parts of higher temperature adhesive surfaces, such as recesses, roughening, undercuts, have, in which the catalytically active substances are introduced or in which such substances can settle.

3. Device according to claim 2, characterized in that that the parts of higher temperature in places of vigorous gas flow, in particular at the outlet end of the deflagration chamber.