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Waagerecht oder gegenüber der Waagerechten geneigt angeordnete . S
ch u tz gas e rzeu gungs-vorrichtung für .Ofen Die Erfindung betrifft einen Gasgenerator
oder -verbrenner-zur Erzeugung von Schutzgas für Ofen, insbesondere für elektrisch
beheizte Öfen: Anlagen dieser Art bestehen gewöhnlich aus einem feuerfesten Raum
geeigneter Abmessungen mit- einem Brenner an einem Ende und einer Ausla:ßöffnung'
für die gasförmigen Verbrennungserzeugnisse an dem anderen Ende.- Durch einen Brenner
wird der Einrichtung ;eine Mischung von Luft und einem Gas, .z. B. Naturgas; Generatorgas
oder ähnlichen Gasen, in einem gewünschten . Verhältnis zugeführt. Die Mischung
wird in der Anlage teilweise oder vollständig verbrannt, und die erhaltenen Verbrennungsgase
werden entweder unmittelbar oder nach weiterer Behandlang einem Ofen zugeführt,
wo sie .als Schutzgase für die Besch,nekung verwendet werden.
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Es sind.bereits'.Einrichtüngen bekannt; die zum Mischen gasförmiger
oder flüssiger Stoffe dienen. Diese senkrecht stehenden Vor-`riehtungen enthalten
. einen Mischkanal, an dessen Wänden zueinander .versetzt angeordnete Prallflächen
angebracht sind, die ihrerseits die Form von gegeneinandergerichteten zahnartigen
Flügeln aufweisen. Mit diesen Mitteln wird eine ausreichende Vermischung,
z.
B. von Brennstoff und Luft für Feuerungsanlagen, erreicht.
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Auch für den Betrieb von Kraftmaschinen, insbesondere für Lokomobil-Sauggaskraftmaschinen,
ist es bekannt, Gasreiniger und Gaskühler mit mehreren aufeinanderfolgenden Filterkammern
auszubilden, und zwar in der Weise, daß der Querschnitt der Kammern abnimmt und
das durch diese bzw. durch deren Füllung hindurchgeschickte Gas mit wachsender Geschwindigkeit
im Zickzackweg hindurchströmt.
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Die vorgenannten bekannten Einrichtungen sind jedoch zu der Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht geeignet, da in ihnen entweder
die durch katalytische Umsetzungen angestrebte Schutzgaszusammensetzung nicht möglich
ist oder weil die Einrichtungen in ihrem Aufbau unerwünschte und für den vorgesehenen
Betrieb nachteilige Eigenschaften, wie z. B. einen zu längen Gasweg und einen zu
großen Durchgangswiderstand, aufweisen.
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Es hat sich bei der Herstellung von Schutzgas gezeigt, daß das für
die dabei eintretende weitgehende Änderung der ursprünglichen Zusammensetzung des
Gases notwendige Mittel, nämlich der Katalysator, -nicht die erforderliche Wirkung
zeigt, weil auf Grund seiner besonderen Eigenschaften, und zwar im Lauf der Zeit
oder bei andauerndem Gebrauch sich zu setzen, ein beachtlicher Teil des Gases unverändert
durch die Einrichtung, in der der Katalysator untergebracht ist, hindurchgeht. Dieser
Mangel wird durch die Erfindung beseitigt, ohne daß dem Gasdurchgang zu große Hindernisse
in den Weg gestellt werden, die eine Erhöhung des Gasdruckes zur Aufrechterhaltung
der erforderlichen Strömungsgeschwindigkeit bedingten.
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Es ist allgemein üblich, -einen Katalysator in die Verbrennungsanlage
einzuführen, der von den Gasen beim Durchströmen der Anlage berührt wird und wodurch
die Verbrennung gefördert und die vorhandenen Kohlenwasserstoffgase gekrackt werden.
Die Kammer wird zu diesem Zweck mit Katalysatorstücken ausgefüllt mit Ausnahme eines
offenen Verbrennungsraumes in der Nähe des Brenners. Die Katalysatorstücke stellen
eine große Berührungsfläche für die-Gase dar, die durch die -Zwischenräume der Stücke
hindurchströmen. Es hat sich gezeigt, daß in senkrecht angeordneten Verbrennungsanlagen
die Abgasgemische manchmal nicht die gewünschte und erwartete Zusammensetzung besitzen.
Ferner war die Zusammensetzung der Gase häufig nicht einheitlich, obwohl die Beschaffenheit
und die Mengenverhältnisse der durch die Anlage geführten Gase beibehalten wurden.
Es konnte festgestellt werden, daß dieser Nachteil dadurch hervorgerufen wird, daß
die Katalysatorstücke sich im Laufe der Zeit oder bei andauerndem Gebrauch setzen,
wodurch deren wirksame Schicht bzw. die wirksame Oberfläche der Schicht verkleinert
wird.
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In senkrecht angeordneten Verbrennungsanlagen stört dieses Absetzen
nicht sehr, da die Gase immer noch durch die Katalysatormasse hindurchströmen müssen.
In waagerechten Verbrennungsanlagen dagegen entstehen durch das Setzen der Katalysatorstücke
ein Kanal oder Kanäle über der Schicht oben an der Decke des Raumes, durch die gasförmige
Mischungen hindurchfließen können, ohne mit dem Katalysator in ausreichendem Maße
in Berührung zu kommen. Dies ist der Grund für die unregelmäßige und nachteilige
Zusammensetzung der aus der Einrichtung ausströmenden Gasmischung. Eine gleichmäßigere
Zusammensetzung der Verbrennungsgase aus einer waagerecht angeordneten Anlage, in
der eine Kanalbildung im vorerwähnten Sinne eintritt, kann man durch gelegentliches
Auseinandernehmen der Einrichtung und Wiederauffüllung der Kammer mit Katalysatorstücken
erreichen. Diese Arbeitsweise ist jedoch keine wirkliche Verbesserung, da auch solche
Kanäle beim Auffüllen entstehen, durch die die Gase hindurchströmen können. Dieses
Wiederauffüllverfahreri -besitzt weiterhin den Nachteil, daß der ganze Arbeitsvorgang
unterbrochen werden muß, was die Betriebskosten unnötigerweise erhöht.
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Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile beseitigt. Die
Erfindung besteht in einer waagerecht oder gegenüber der Waagerechten geneigt angeordneten
Schutzgaserzeugungsvorrichtung für Ofen, die aus einem Gasbrenner, einem Verbrennungsraum
und einem mit Katalysatormasse gefüllten Gasbehandlungsraum besteht und die ausgezeichnet
ist durch in der Vorrichtung angeordnete, ungefähr gleichlaufende und an ihrem unterenTeil
mit Durchlaßöffnungen versehene Gasablenkungsmittel, z. B. Querwände, die den an
den Brenner angrenzenden Verbrennungsraum von einem oder mehreren unter sich in
Verbindung stehenden Gasbehandlungsräumen derart abtrennen, daß das Gas nach Verlassen
des Verbrennungsraumes im wesentlichen durch die Katalysatormasse strömt.
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Die nachteiligen Wirkungen der Kanalbildung werden gemäß der Erfindung
besonders durch die Anwendung vonAblenkungswänden verhindert. Die _Ablenk"üngswände
sind vorzugsweise in der inneren Wand oder Auskleidung des Verbrennungsraumes oder
an der Decke desselben gasdicht eingelassen oder daran befestigt, so daß die Verbrennungsgase
nicht
auf geradem Weg an der Decke -des Verbrennungsraumes, wo die Kanalbildung ein--tritt,
strömen können. Die Wände oder Platten enden entweder oberhalb des Bodens des Verbrennungsraumes,
oder .sie besitzen Aüsnehmungen,, wodurch ein freier Durchgang für die Gasmischung
unterhalb der Platten oder durch die unteren Teile derselben hindurch geschaffen-
wird. Die Durchgänge sind vorzugsweise so tief vorgesehen, daß die Katalysatorstücke
zwischen den Platten immer oberhalb des obersten Randes der Durchgänge liegen trotz
des dauernden Absetzens der Katalysatorschicht.-Abb. i stellt einen senkrechten
Schnitt durch eine Gasverbrennungsanlage nach der Erfindung dar, Abb. 2 einen Querschnitt
nach der LinieII-II der Abb..i. Abb.3 einen senkrechten Schnitt durch eine andere
Ausführungsform; worin das den Verbrennungsraum vom Gasbehandlungsraum trennende
Ablenkungsmittel geneigt angeordnet ist;- dadurch entsteht ein etwas größerer -Verbrennungsraum;
' 'Abb. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform.
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In- der Ausführungsform nach Abb. i besteÜt die Verbrennungsänlage
aus einem äußeren zylindrischenRohr2 undEndplatten4 und 6. Trotzdem diese Ausführungsform
zylindrisch ist, kann.die Erfindung auf jede andere Form von Verbrennungsanlagen
angewendet werden, iri denen eine Kanalbildung eintreten kann, wodurch die Gase
bei ihrer Behandlung'hindurchfließen können, ohne den Katalysator-be§onders zu berühren.
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Der Außenmantel 2 ist mit ringförmigen Platten 8 und io versehen,
die z. B. durch Schweißung an den Enden desselben befestigt sind, um Flansche herzustellen,
gegen die die Endplatten.4 und 6 anliegen. Diese Endplatten sind -mit den Flanschplatten
8 und- to vernietet, wobei Abdichtungen i2 ,urid 14 dazwischengelegt' sind. -Der
Mantel 2 ist mit feuerfestem Werkstoff, z. B. feuerfesten Ziegeln 16, ausgekleidet,
die wärmeisolierende Eigenschaften besitzen. Innerhalb derAuskleidung (Schachtmauerwerk)
16 befindet . sich eine zweite Auskleidung 18 von ebenfalls' feuerfestem,
möglichst noch widerstandsfesterem Stoff. Diese Auskleidung formt die Wände der
Behandlungs- und Verbrennungsräumer der Anlage. Geeignete Ausdehnungsfugen i9 gestatten
den Teilen;- sich auszudehnen und zusammenzuziehen.
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An dem Einlallende der Anlage befindet sich eine Endwand, die aus
Schachtmauerwerk 2o- besteht und. eine mittlere Öffnung 22 besitzt. Die Endplatte
4 besitzt ebenfalls 'eine mittlere Öffnung, durch.-die ein Brenner 24 eingeführt
werden kann. Der Brenner 24 ist einheitlich mit einem Schutz aus feuerfestem Ziegel
26 -umgeben und an der Endplatte 4 durch einen abgedichteten Flansch befestigt.
Ein Zuführungsrohr 3o für Luft und ein Zuführungsruhr 32 für Gas, die durch Ventile
34 bzw. 36 geregelt werden, sind mit einer Pumpe -38 verbunden, welche die Mischung
durch ein Zuführungsrohr 4o dem Brenner zupumpt. Das Verhältnis> der Luft- und Gasmenge
zueinander kann von Hand durch Ventile 34 und 36 oder durch irgendwelche selbsttätige.,Mittel
innerhalb oder im Zusammenhang mit der Pumpe 38 geregelt werden. Vor der Endplatte
6 befindet sich eine Endwand 44 aus Schamotte oder ähnlichem Werkstoff, und in dieser
Endwand 44 wie auch in der Endwand 6 sind Abzüge für die Verbrennungsgase vorgesehen,
die durch das Abzugsrohr 46 fließen. Von dem Abzugsrohr 46 können die Verbrennungsgase
anderen Anlagen zur weiteren Behandlung zugeführt oder unmittelbar zu einem Ofen
geleitet werden, was von der erwünschten S.chutzgaszusammensetzung abhängt.
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Den Mantel 2 umgibt ein Wassermantel 48 mit nicht gezeichneten Einlaß-
und Auslaßrohren, sofern die- Verbrennung über den gewünschten; Grad hinaus exotherm
verläuft. Ein weiterer Wassermantel 5o kann um das Auslaßrohr 46 vorgesehen sein,
um die Verbrennungsgase selbst bis zur Kondensierung des darin enthaltenen Wasserdampfes
abzukühlen: ' Das Innere der Anlage ist mit einem Katalysator 52--angefüllt, der
eine große Berührungsfläche mit einem Mittel, z. B. Nickel, bietet. Die Anordnung
des Katalysators geschieht in der Weise, daß in der Nähe des Brenners 24 ein- freier
Raum bleibt. Dieser Raum 54 ist der erste Verbrennungsraum für die von dem Brenner
kommende Gasmischung. Der übrige Teil des Innern der Anlage, der von dem -Katalysator
ausgefüllt wird, kann als Reaktionsraum bezeichnet werden.
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Im Laufe der Zeit und bei andauerndem Gebrauch setzt sich die Katalysatormasse
und erzeugt hierdurch Durchgänge oder Kanäle für die Gase innerhalb der Schicht,
und zwar in der Hauptsache im oberen Teil des Räumes, wie es durch die Linie 56,
die die oberste Lage des Katalysators zeigt, angedeutet ist. Hieraus ist ersichtlich,
daß wenn nur eine Katälysatorschichtin dem Innern der Anlage vor-. handen ist, .die
in dem Verbrennungsraum brennenden Gase aufsteigen und durch die Kazlält zu dem
Abzugsrohr 46 strömen, wobei sie sehr wenig mit dein Katalysator. in Berührung kommen.
Da der Flächeninhalt des Kanals sich mit der- Zeit ändert, fließen mehr oder -weniger
sämtliche vorhandenen Gase
durch die sich bildenden Kanäle, so daß
die Anlage unregelmäßig und mit sehr schlechtem Wirkungsgrad arbeitet.
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In der Einrichtung gemäß der Erfindung sind eine Anzahl von Ablenkungsmitteln
in Form von Platten oder Wänden 58, 6o, 62 und 64 in Abständen voneinander von dem
einen Ende der Anlage zu dem anderen angebracht. Die Ablenkungsplatten können an
den Wänden der Auskleidung 18 zementiert oder anderweitig befestigt sein. Diese
Ablenkungsplatten bilden eine verhältnismäßig gasdichte Verbindung mit den oberen
Teilen des inneren Raumes der Anlage, um so den Durchgang der Gase durch die genannten
Kanäle vollständig zu sperren. Die erste Ablenkungsplatte 58 ist in einer gewissen
Entfernung von dem Brenner 24 angebracht, um einen ausreichenden Verbrennungsraum
54 für die erste Verbrennung der Gasmischung zu erhalten.
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Die in der Ausführung gezeigten Ablenkungsplatten sind 'kreisförmig,
um sich der Form der beschriebenen Anlage anzupassen. Jedoch können solche Ablenkungsplatten
auch jede andere Form besitzen in Angleichung an eine andersartig geformte Verbrennungsanlage.
Die Ablenkungsplatten sind nicht vollständig rund, sondern haben offene Kreisausschnitte
66, die Durchgänge für die Gase darstellen, die von dem Verbrennungsraum 54 zu dem
Abzugsrohr 46 fließen, wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist.
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DieAblenkungsplatten können auch irgendwelche andere Form besitzen,
und die Durchgangsstellen durch diese brauchen nicht die gezeigte Form zu haben.
Es ist jedoch wichtig, däß der oberste Punkt der Durchgangsstellen der Ablenkungsplatten
unterhalb der obersten Lagedes Katalysators liegt, um sicher zu sein, daß das Absetzen
des letzteren nicht bis unterhalb der Durchgangsstellen erfolgt.
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Die Anzahl der Ablenkungsplatten in der Anlage hängt hauptsächlich
von der Länge derselben und der Katalysatormengeab. Durch Anwendung von Ablenkungsplatten
kann die Gasmischung nicht mehr durch die Kanäle fließen, und um die Kanäle zwischen
jedem Ablenkungsplattenpaar zu erreichen, müssen die Gase durch eine größere Katalysatormenge
hindurchströmen, d. h. zuerst zu dem Kanal und dann von dem Kanal durch. den tiefliegenden
Durchgang in der Ablenkungsplatte zu dem von dem nächsten Ablenkungsplattenpaar
geformten Raum fließen.
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Da die heißen Gase die Neigung haben, aufzusteigen, sichert die Anordnung
der Ablenkungsplatten nicht nur eine äußerst gute Vermischung der Gase mit dem Katalysator,
sondern auch das Sperren -der genannten Kanäle. Abb. 3 zeigt eine Abänderung der
Anordnung nach Abb. i. In dieser Anlage bildet die erste Ablenkungsplatte
58' neben dem Brenner einen Winkel, der nach dem hinteren Teil der Anlage
gerichtet ist. Hierdurch wird ein glatterer Fluß der Verbrennungsgase von dem Verbrennungsraum
zu dem Reaktionsraum erreicht und auch eine wirksamere Verbrennungskammer erhalten,
da zwei scharfeEcken vermieden werden.
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Abb.4 zeigt eine weitere Ausführungsform, durch die verhindert wird,
daß irgendwelche Katalysatorstücke in den Verhrennungsraum eindringen können. Die
erste Ablenkungsplatte 58" ist an den unteren Wandteilen des Innern der Anlage befestigt,
so, daß der Kataly sator durch diese Ablenkungsplatte gestaut wird. Dieses den Verbrennungsraum
vom Gasbehandlungsraum trennendeAblenkungsmittel ist in seinem oberen Teil mit einer
Durchlaßöffnung versehen. Die folgenden Ablenkungsplatten sind angeordnet wie bei
Abb. i beschrieben.
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Aus den drei Ausführungsbeispielen geht hervor, daß es auf eine genaue
Anordnung der Ablenkungsplatten nicht ankommt. Es ist jedoch von großer Wichtigkeit,
daß die Ablenkungsplatten so angeordnet und an der feuerfesten Auskleidung befestigt
sind, daß so gut wie gar keine Gase eine erhebliche Strecke in dem Kanal entlangfließen
können.
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In der Beschreibung wurde angedeutet, daß der Katalysator aus kleinen
Stücken bestehen soll. Die Erfindung ist jedoch auf keine bestimmte Katalysatorform
beschränkt, solange derselbe die Eigenschaft besitzt, sich zusetzen, oder zusammenzufallen,
wie z. B. zusammengeballter Nickeldraht.