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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung eines möglichst wasserdampffreien
Ofenschutzgases, insbesondere für Blankglühzwecke Es ist bekannt, zur Erzeugung
von Ofenschutzgasen, insbesondere für Blankglühzwecke, hrenlbare Gase unter atmosphärischen
Druck oder mit geringem überdruck mit Luft teilweise zu verbrennen. Das dadurch
entstehende Gasgemisch wird dann gekühlt und mit Chlo.rcalcium, Kieselgel oder ähnlichen
Mitteln .getrocknet. werden der Trocknungsvorrichtung Reinigungsanlagen zur Entfernung
von Schwefel, Kohlensäure usw. vorgeschaket. Die Bemessung des übexdruckes bei der
Verbrennung richtet sich lediglich nach den Widerstand, den die Schutzgase auf ihrem,
Weg durch die Kühl-, Reinigungs- und Tr.ocknungsvorrichtungen zu überwinden haben,
und beträgt bei ausgeführten Anlagen im allgemeinen 5o bis 20o, im Höchstfalle 3oo
mm Wassersäule.
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Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Erzeugung eines
möglichst wasserdampffreien Ofenschutzgases;durch V ex-17rennung oder Teilverbrennung
brennbarer Gase finit Luft und gegebenenfalls AusfrIerenla.ssen *dex - Verbrennungsgase
sowie die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Einrichtung.
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Das Verfahren gemäß dex Erfindung besteht darin, daß zunächst die
brennbaren Gase und die Luft für sich auf mindestens 150o mm Wassersäule verdichtet,
dann zu-'sam@mengebrach t und unter dem Verdichtungsdruck verbrannt werden, worauf
plan die Verbrennungsgase ohne nochmalige Verdichtung, gegebenenfalls nach Durchlaufen
einer oder mehnerersZwischmkühlvorrichtungei und einer Reinigungsanlage zur Entfernung
von Schwefel. und Kohlendioxyd, zwecks Kühlung und Wasserabscheidung in an sich
bekannterWeise expandienen läßt. Man gelangt auf diese Weise zu Txöckenheitsgraden;
die bisher nur mit verwickelten und -kastspieli,gen Trocknung vorrichtungen erreicht
werden konnten. Dadurch, daß man die Bestandteile des Gasgemisches
vor
ihrer Zusammenführung und Verbrennung auf Überdruck von mindestens i g oo mm Wassersäule
bringt und dann die
| Verbrennungsgase auf annähernd Atmos' |
| rendruck expandieren läß@t, .hat man |
| mit Gasmengen von verhältnismäßig |
| gern Volumen zu tun. Infolgedessen jä.s, ''7 |
sich die Abmessungen aller Teile der Schutzgasanlage verhältnismäßig klein halten,
und sämtliche Reaktionen verlaufen entsprechend rasch. Den Überdruck des Gasgemisches
kann man bei der praktischen Durchführung auch hflher als 1
500 mm Wassersäule,
beispielsweise auf 2500 bis 5ooomm, bemessen. Diesen Überdruck erzielt man, wie
bereits erwähnt, durchgetrenntes Verdichten. der Gase und der Verbrennungsluft,
bevor sie iü den Brenner der Verbrennungskammer eintreten. Hierdurch wird der Vorteil
erreicht, daß nur kühle Gase verdichtet zu werden brauchen, ,so daß man mit Verdichtern
gewöhnlicher, Bauart auskommt. Im Zuge der Leitung, durch welche das aus den getrennt
verdichteten Bestandteilen in der Verbrennungstrammer erzeugte Gasgemisch der Verbrauchsstelle
zugeführt wird, ordnet man mit Vorteil eine Vorrichtung, z. B. .einen Expansionsmotor,
an, in der das Gasgemisch unter mechanischer Arbeitsleistung entspannt wird.
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Besonders zweckmäßig ist es dabei, zwischen dem Verbrennungsraum der
Gase und dem Expansionsraum eine oder mehrere Zwischenkühdvorrichtun.gen anzuordnen,
teils um einen Teil der bei der Verbrennung frei werdenden Wärme wieder nutzbar
zu machen, teils um von dem zur Entspannung des Gasgemisches beispielsweise verwendeten
Expansion;sxnotor Gase höherer Temperatur fernzuhalten, teils auch um eine Vortrocknung
des Gasgemisches zu exzielen und im Expansionsraum eine bis unter Raumtemperatur
reichende Temperaturabsenkung zu erreichen. Zweckmäßig wird man eine dieser Zwischenkühlvorrichtungen
als Gastemperaturwechsler mischen bereits entspanntem, vorzugsweise unmittelbar
vom Expansionsraum herkommendem, und noch nicht entspanntem, zweckmäßig unmittelbar
zum Expansionsraum strömendem Gasgemisch ausbilden, wodurch eine besonders vorteilhafte
Ausnutzung des Wärmeinhaltes des Gasgemisches erreicht wird. Ordnet man dabei diesen
Gastemperaturwechsler so an, daß er seinerseits mit unmittelbar zum Expansionsraum
strömendem Gasgemisch und andererseits mit unmittelbar vom Expansionsraten kommendem
Gasgemisch beschickt wird, so bringt das den Vorteil mät sich, daß der eine Gasstrom
auf eine niedrige Temperatur heuabgekühlt werden kann, während der andere vor seiner
Entnahme aus der Schutzgaserzeugungsanlage vorgewärmt wird. Man kann die Wirtschaftlichkeit
der gesamten Anlage dadurch erhöhen, daß man die bei der Entspannung des Gasgemisches
frei werdende ,Energie zur Arbeitsleistung ausnutzt, bei-»ielsw-eise indem man sie
zum Antrieb eines Verdichters für die der Verbrennungskammer zuzuführenden gasförmigen
Stoffe verwendet.
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Man kann außerdem im Zuge der Gasgemischleitung zwischen der Verbrennungskammer
und der Expansionsvorrichtung mit Vorteil ein oder mehrere Gefäße vorsehen, in denen
das Gasgemisch Wärme und Feuchtigkeit an einen meinem Kreislauf geführten Kälteträger,
Sole o. dgl., abzugeben vermag, wobei dieser Kälteträger beispielsweise zuerst durch
ein Berieselungsgefäß, dann :durch einen Röhrenwärmeaustauscher und schließlich
durch eine den Kreislauf bewirkende Kreiselpumpe hindurchgeführt wird.
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Bei der Erfindung soll also die Teilverbrennung der brennbaren Gase
mit Luftunter erheblich höherem Druck als Atmosphärendruck stattfinden. Unter diesem
erhöhten Druck werden dann die verbrannten Gase, nachdem sie zweckmäßig an einen
Warmwasser- oder Dampfkessel oder an einen Lufterhitzer einen Teil der Verbrennungswärune
abgegeben haben, beispielsweise mittels eines Berieselungskühlers fast bis auf Kühlwassertemperatur
heruntergekühlt. Hierauf läßt man das Gasgemisch beispielsweise in einem Expa sionsmotor
sich entspannen. Dadurch erzielt man eine weitere Herabkühlung des Gasgemisches,
deren Ausmaß sich nach dem gewählten Verbrennungsdruck richtet und ohne Schwierigkeit
gestattet, Temperaturen von -f- i° C und weniger zu erreichen. Es leuchtet ein,
daß durch eine so starke Tunperaturerniedrigung der Wassergehalt ,des Gasgemisches
sehr weitgehend herabgesetzt werden kann, was für die Verwendung des Gasgemisches
als Ofenschutzgas, insbesondere für Blankglühzwecke, von außerordentlicher Bedeutung
ist. So enthält beispielsweise das Schutzgas, wenn es bis + 1 ° C herabgekühlt wird,
nur 5 g/cbm Wasser, bei - 6° C nur 3 g/ebm.
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Das geschilderte neue Hersteliungsverfahren für Schutzgas hat den
großen Vorteil, daß man keine Mittel, wie Chlo.rcalcium, Kieselgel, aktiviertes
Aluminium oder andere Stoffe, zum Trocknen benötigt. Es ist auch keine -umfangreiche
Kühlanlage mit besonderen Kältemitteldämpfen, wie Ammoniak-oder ähnlichen, ,erforderlich.
Das neue Verfahren zur Herstellung von Schutzgas gestattet gegenüber den bekannten,
die Erzeugungsanlage erheblich einfacher auszuführen, z. B. weniger Behälter, Hähne,
Leitungen usw., und verbraucht weder Chemikalien noch
andere Stoffe.
Die durch die Expansion im Expansionsmotor frei werdende Energie läßt sieh zur Arbeitsleistung
heranziehen, indem: man den Expansionsmotor als Antriebsmaschine für Kompressionsgebläse,
Rotationspumpen usw. verwendet. Zweckmäßig kuppelt man mittels Keilriemen oder .Zahnradübersetzung
oder eines anderen übertragungsmittels den Expansionsmotor mit dem Gebläse, welches
die Luft oder das Gas auf den Verbrennungsdruck verdichtet. Sollte die frei werdende
Expansionsenergie nicht ganz ausreichen, um den Antrieb eines der genannten Gebläse
zu übernehmen, dann kuppelt man mittels einer gleichen übertragung noch einen Antriebsmotor
an die beiden miteinander gekuppelten Vorrichtungen. DerAlltriebsavotor braucht
nur die fehlende Energie zu leisten. Es wird so Strom. gespart, und der Motor fällt
leül aus.
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Die Erzeugung eines möglichst wasiserdampffreien Ofenschutzgases,
insbesondere für Blankglühzwecke, bei der ein 'durch Verbrennung oder Teilverbrennung
brennbarer Gase mit Luft hergestelltes Gasgemisch gekühlt und der Wassierdampf,
gegebenenfalls,zum Ausfrieren gebracht wird, ist an sich bekannt. Bei Einrichtungen
zum. Abischeiiden von Benzol und ähnlichen Kohlendestillationsgasen ist .es ferner
bekannt, sein Gasgemisch zwecks Kühlung und Kondensatabscheidung expandieren zu
lassen, nachdem man es zuvor aud überdruck gebracht =hat, und dabei die bei der
Entspannung des Gasgemisches frei werdende Energie zur mechanischem. Arbeitsleistung
auszunutzen. Neu ist demgegenüber die .getrennte Verdichtung der brennbaren Gase
und der Verbrennungsluft vor ihrer unter dem Verdichtungsdruck stattfindender Verbrennung,
wodurch die oben näher geschilderten Vorteile erzielt werden. Neu ist ferner die
Anordnung einer Zwischenkühlvorrichtung zwischen Verbrennungskammer und Expansionsvorrichtung
in Gestalt eines Gastennperaturwechslers zwischen bereits entspanntem und noch nicht
entspanntem Gasgemisch sowie die Anordnungeines oder mehrerer Gefäße im Zuge der
Gasgemischleitung, in denen das Gasgemisch Wärme und Eeu.chtigkeit an einen in einem
Kreislauf geführten Kälteträger abzugeben vermag.
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Eine Einrichtung, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet,
zeigt beispIelsweise Abb. i in schematischer Darstellung. i ist die Verbrennungskammer,
2 ein Dampf-oder Warmwasserkessel bzw. kann man an dieser Stelle auch einen Lufterhitzer
oder einen anderen Wärmeaustauscher vorsehen. 3 ist ein Rieselbehälter, in welchem
die teilverbrannten Gase durch Wasserberieselung bis fast auf Kühlwassertemperatur
herabgekühlt werden. Von diesem Behälter wird das Gasgemisch zum Expansionsmater
5 geleitet, in welchem es unter Leistung von Arbeit expandiert. Hierdurch kühlen
sich die Gase je nach dem Expansionsgrad mehr oderweniger stark ab. Die gewonnene
Arbeitsenergie wird durch Riemenübertragung zum Antrieb des Luftverdichtungsgebläses
6 verwandt. Es ist angenommen, daß die im Motor 5 frei gewordene Energie allein
nicht zum Antrieb de,st Gebläses 6 ausreicht; di.e fehlende Energiemenge wird durch
Riemenübertragung von einem. Elektromotor 9 geliefert. Das Gebläse 7 verdichtet
das Verbrennunb gas auf Iden Verbrennungsdruck und wird mittels des Elektromotors
i o angetrieben. 8 ist der eigentliche Brenner der Anlage. Bei a wird die Verbrennungsluft
und bei b das Verbrennungsgas angesaugt, während bei e das Gasgemisch als fertiges
Schutzgas die Erzeugungsanlage verläßt.
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Der Verbrennungsdruck und hiermit der Energieverbrauch für die Verdichtung
von Luft und Gas lassen sich ermäßigen, wenn man zwischen dem Berieselungsbehälter
3 Lund dem Expansionsgebläsie Seinen Wärmeaustauscher q. einschaltet. Dieser Wärmeaustauscher
setzt die Temperatur des Gasgemisches unter die Kühlwassertemper tur des Rieselbehälters
3 herab und läßt damit das Gasgemisch schon stark vorgekühlt in den Motor 5 eintreten.
Das bei der Kühlung sich bildende Kondenswasser sammelt sich in Wasserabscheidd2rn
i i und 12, die vor bzw. hinter dem Motor 5 angeordnet sind.
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Die Vorh-ühlung des Gasgemisches in einem Wärmeaustauscher kann durch
eine Berieselung ,ersetzt werden. Man kühlt bei diesem Verfahren mit dem expandierten
Schutzgas, Zeit Wasser, Sole oder einem anderen Kälteträger. Mit diesem Kälteträger
berieselt man das Schutzgas unmittelbar vor dem Expansionsmotor. Dieses Verfahren
wird man anwenden, wenn ein besonders niedriger Wasisergehalt bzw. eine besonders
niedrige Temperatur des Schutzgasies erreicht werden soll. Verwendet man nämlich
als Beriesielumgsmittel Sole, dann kann man das Schutzgas weit unter o' C kühlen,
ohne daß Kondensate an den Rohrinnenwandungen auftreten und die Rohre verengen.
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Eine Einsrichtung, um diese Art der Vorkühlung durchzuführen, ist
beispielsweise in Abb.2 schematisch dargestellt. Vom Rieselbehälter 3 wird das Schutzgas
zu einem zweiten Rieselbehälter 13 geleitet, in welchem es von -einem Kälteträger,
z. B. Sole, sehr niedriger Temperatur berieselt wird. Das aus dem Behälter 13 entnommene
Schutzgas expandiert dann unter Arbeitsleistung im Expansionsmotor 15 und wird darauf
durch einen Röhrenwärmeaustauscher
i ¢ hindurchgeführt, in welchem
es seine Kälte an den Kälteträger abgibt. Bei c tritt das Schutzgas aus der Erzeugungsanlage
aus. Eine Umwälzpumpe 16 sorgt für den Umlauf des Kälteträgers. Sie saugt den Käheeräger
aus dem äußeren Behälter 14 des Röhrenwärmeaustauschers unten ab und fördert ihn
zur Brause 13' des Behälters 13. Vom Boden des Behälters 13
wird d er Kälteträger durch den Verbrennungsdruck, der im Behälter 13 herrscht,
in den Behälter 14 gedrückt. Der Expansionsmotor 15 ist durch eine Riemenübertragung
mit der Umwälzpumpe i 6 gekuppelt; man könnte jedoch genau so gut den Expansionsmotor
15 mit einem der Gebläse 6 oder 7 kuppeln.
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In vielen Fällen ist es von Vorteil, wenn der Behälter 13 nicht als
Rieselbehälter, sondern ähnlich wie der Behälter 14 als Röhrenwärmeaustauscher ausgeführt
-ist.
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Soll das Schutzgas nicht nur von Wasserdampf, sondern auch von Schwefel
oder Kohlendioxyd befreit werden, dann ist ein Behälter mit Entschwefelungsmasse
bzw. ein Riegelbehälter zur Entfernung von Kohlendioxyd vor dem Expansionsrno-tor,
und zwar im allgemeinen unmittelbar nach dem Riegelbehälter 3, also vor dem Wärmeaustauscher
4 bzw. dein Riegelbehälter 13, einzubauen. Diese zwischengeschalteten Behälter sind
so auszubilden, daß das Schutzgas unter dem: Verbrennungsdruck ;hindurchgeleitet
werden kann.
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Die nach der Erfindung gebaute Schutzgaserzeugüngsanlage zeichnet
sich vor bekannten Anlagen durch ihre außerordentliche Einfachheit aus. Besondere
B,ehältersnit Hähnen und Rohrleitungen für Trockenanlagen fallen fort. Ein Verbrauch
von Trockenchemikalien findet nicht statt, auch ist keine Reaktivierung von Trockenmitteln
erforderlich. Es ist auch keine besondere Kältemaschine nötig, um die tiefe Kühlung
des Gasgemisches zu erreichen. Der hohe Druck innerhalb der mit Überdruck arbeitenden
Anlage gestattet, sämtliche Abmessungen der Anlage erheblich kleiner als bei 'bekannten
Schutzgaserzeu-.gungsanlagen auszuführen, so daß Baustoffe eingespart werden. Dies
trifft auch für den Entschwefelungsbehälter und den Riegelturm zur Entfernung von
Kohlendioxyd zu. Der Energieverbrauch der - Verdichtungsgebläse wird zum Teil wiedergewonnen,
was der Wirtschaftlichkeit des Betriebes zustatten kommt.