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Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffes von im wesentlichen aus Russ und Öl gebildeten weichen Plätzchen oder Kügelchen und eine hiefür geeignete Vorrichtung. Ein Brennstoff dieser Art enthält im allgemeinen eine Mischung von Russ und Gasöl sowie gegebenenfalls etwas Wasser und wird z. B. durch Aufarbeiten von Russ, der bei chemischen Verfahren anfällt, mit Gasöl in Form von mehr oder weniger weichen Plätzchen gewonnen.
Als Beispiel für einen zu weichen Plätzchen oder Kügelchen geformten Brennstoff können die festen Partikel von Russ und Öl erwähnt werden, die nach dem in der Patentschrift Nr. 204667 beschriebenen Ver- fahren hergestellt werden. In diesem Falle ist das Ausgangsmaterial eine Aufschlämmung von Russ und Wasser, wie sie bei der Entfernung von bei chemischen Verfahren gebildetem Russ erhalten wird, z. B. Russ, wie er bei der Herstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxyd enthaltenden Gasmischungen bei der teilweisen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff anfällt.
Die gemäss dieser Patentschrift hergestellten Plätzchen oder Kügelchen besitzen im allgemeinen einen mittleren Durchmesser von etwa 3 bis 15 mm.
Ein Brennstoff dieser Art kann z. B. 35-80 % Gasöl, 10-60 % Russ, 0,2 % Asche und einige Prozent Wasser enthalten. Es ist praktisch unmöglich, dieses Produkt in einem normalen ofenraum zu verbrennen.
Aus der brit. Patentschrift Nr. 696, 012 ist bereits ein Schwerölbrenner bekannt, der zwei im Brennstoffstrom aufeinanderfolgende Kammern aufweist, wobei ein Gemisch von Verbrennungsluft und Brennstoffdampf der ersten Verbrennungskammer zugeführt wird, die in einen von der Hauptbrennkammer gegetrennten Raum mündet. In der franz. Patentschrift Nr. 1. 029. 968 ist ferner ein Schwerölbrenner beschieben bei dem ein Schweröl- Luftgemisch. durch Zerstäubung gebildet und dann in einer nachgeschalteten Brennkammer verbrannt wird.
Aus der österr. Patentschrift Nr. 24944 ist eine Feuerung bekannt, bei der die Vergasungskammer nicht mit einer Zufuhr für primäre Verbrennungsluft versehen ist ; es findet in dieser Kammer daher auchkeine teilweise Verbrennung der bei der Vergasung entstehenden Gase statt ; die für die Vergasung erforderliche Wärme soll durch die Wände, insbesondere den Boden der Vergasungskammer, zugeführt werden. Der entgaste Brennstoff gelangt durch Schwerewirkung in den Feuerraum, während die Gase durch gesonderte Öffnungen abziehen und nach Mischung mit Gasen aus dem Feuerraum zur Verbrennung gelangen. Ähnliche Feuerungen sind auch aus den deutschen Patentschriften Nr. 627809 und Nr. 375385 bekannt.
Bei einer aus der deutschen Patentschrift Nr. 720818 bekannten Feuerung werden die in einer Entgasungskammer entstehenden Gase nicht zur Verbrennung benutzt, sondern einer Destillationsvorrichtung zugeführt.
Diese bekannten Feuerungsanlagen sind jedoch für die Verfeuerung von aus Russ und Öl gebildeten Kügelchen völlig ungeeignet. Für die Verbrennung eines solchen besonderen Brennstoffes ist es nämlich, wie gefunden wurde, erforderlich, dass man den Brennstoff in eine ; : Primärkammer vergast und teilweise verbrennt, das gebildete Gemisch aus Gasen und darin mitgefihrten Festteilchen in eine zweite Kammer übertreten lässt und dieses Gemisch in dieser Kammer mit Hilfe von in diese Kammer tangential eingeblasener Sekundär luft verbrennt.
Nur mit diesen Massnahmen wird erreicht, dass das Öl schnell vergast wird. die Feststoffteilchen, welche beim Zerfallen der Kügelchen entstehen, aus der Primärkammer ohne Verstopfungen zu verursachen, entfernt werden, und diese Teilchen zusammen mit den gebildeten Gasen vollständig verbrennen.
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zur Verbindung z. B. mit der Brennkammervorderwand eines normalen Kessels, Ofens od. ähnl. eignet.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird der Brennstoff derart verbrannt, dass man den Brennstoff einer ersten Kammer kontinuierlich zuführt, in die man ebenfallskontinuierlich Primärbrennluft in einer höch- stens zur Verbrennung des Öles ausreichenden Menge einführt, so dass die Kügelchen durch die Vergasung und bzw. oder Verbrennung des Öles ihren Zusammenhalt verlieren und in kleinere im wesentlichen Russ enthaltende Teilchen zerfallen, worauf man das entstandene, aus die Russteilchen mitfahrenden 01-und.
Verbrennungsgasen bestehende Gemisch durch eine Obertrittsöffnung aus der ersten Kammer tangential in eine zweite Kammer von axialsymmetrischer Gestalt eintreten lässt, in der man zur vollständigen Verbrennung des Gemisches tangential Sekundärluft zuführt.
Die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung weist gemäss der Erfindung zwei Kammern auf, von denen die eine mit einem Rost, sowie unterhalb des. Rostes, mit einer Primarzufuhröffnung und oberhalb des Rostes mit einer Brennstoffzufuhrvorrichtung versehen ist, und von denen die zweite Kam- mer mit axialsymmetrischer Gestalt horizontaloberhalb der ersten Kammer angeordnet, mit letzterer durch eine tangential angeordnete Obertrittsöffnung verbunden und mit ebenfalls tangentialangeordneten Zufuhr- öffnungen für Sekundärluft ausgestattet ist.
Die Verbrennung verläuft in zwei Stufen und erfordert zur Erzielung befriedigender Ergebnisse in den einzelnen Stufen die Einhaltung unterschiedlicher Bedingungen. In der ersten Stufe verdampft das Gasöl und wird unter teilweiser Verbrennung vergast. Der Kohlenstoff bleibt praktisch unverbrannt. Infolge des Verdampfens des Gasöles aus den Plätzchen werden diese porös und zerfallen wShrend dieser Verfahrensstufe leicht in kleinere Teile. Die noch unverbrannten Öldämpfe werden dann zusammen mit dem Kohlenstoff in der zweiten Stufe verbrannt.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann durch eine verengte Auslassöffnung für die strömenden Gase das Mitreissen von unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Teilchen in der Grösse von wenigen Millimetern aus der zweiten Kammer (Verbrennungskammer) sicher verhindert werden.
Die erste Kammer (Vergasungskammer) ist vorzugsweise kästen-bzw. würfelförmig, während die zweite Kammer vorzugsweise die Form eines Zylinders mit einer praktisch horizontalenAchse besitzt. Die zwischen beiden Kammern vorgesehene Übertrittsöffnung kann verengt und mit einer Lippe oder Zunge versehen sein, die das Einströmen der sekundären Verbrennungsluft in die Vergasungskammer verhindert.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Kammer praktisch zylindrisch ausgebildet und weist am Ende eine verengte Auslassöffnung und ausserdem in ihrem Innern eine kreisfdrmige Verengung auf, die den gerade oberhalb der ersten Kammer liegenden Abschnitt vom übrigen Teil der zweiten Kammer trennt.
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungsform der Verbrennungsvorrichtung zeigt, näher erläutert werden.
Fig. 1 stellt einen Vertikalschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2 dar und Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt entlang der Linie II- II in Fig. l.
1 ist eine kastenförmige Vergasungskammer, während die zylindrischen eine gemeinsame Achse aufweisenden Abschnitte 2 und 3 zusammen die horizontale Verbrennungskammer darstellen. Die Vergasungs-
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einer Brennstoffzufuhrvorrichtungausgerüstet. Die sekundäre Verbrennungsluft wird dem Abschnitt 2 der Verbrennungskammer über einen tangentialen Lufteinlass 6 zugeführt. Falls nötig, kann weitere Verbrennungsluft auch dem Abschnitt 3 der Verbrennungskammer über einen Lufteinlass 7 zugeführt werden.
Die Vergasungskammer ist mit einem waagrecht angeordneten Rost 8 versehen, der zwischen der Brennstoffzufuhrvorricl1tung 4 und dem Luftein-
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Dieses Reservoir ist trichterförmig ausgebildet und weist steile Wände auf, um den Zulauf des Brennstoffes zu einer offenen vibrierenden Schüttrinne 10 zu begünstigen, was im Hinblick auf die grosse Adhäsionskraft zwischen den Teilchen oder Kügelchen besonders erwünscht ist.
In der Nähe der Vergasungskammer 1 mündet die-vibrierende Schüttrinne 10 in ein Rohr 17, das mit der Vergasungskammer 1 in Verbindung steht, wobei ein Verschlusselement 18 zwischen dem Rohr 17 und dem ausserhalb dieses Rohres liegenden Teil der vibrierenden Rinne 10 angeordnet Ist, wobei dieses Element die Form eines auf dem Brennstoff ruhenden Ventils und eine daran angrenzende biegsame Wandung besitzt, die in der Figur nicht eigens dargestellt ist.
Die Wandung sollte natürlich etwas biegsam sein, um es der vibrierenden Schüttrinne 10 zu ermöglichen, in bezug auf das feststehende Rohr 17 mit Hilfe der Schwingungsvorrichtung 16 in Schwingungen versetzt zu
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werden. In Strömungsrichtung hinter dem Ventil mündet in das Rohr 17 ein Zufuhrrohr 11 für Pressluft.
Diese Pressluft kann im Rohr 17 ein Gleichgewicht mit dem Gasdruck in der Vergasungskammer ausbilden, damit das Gas nicht aus dieser Kammer aber die Brennstoffzufuhrvorrichtung abströmen kann.
Es ist auch möglich, an Stelle einer vibrierenden Schüttrinne eine einzelne oder doppelte Förderschnecke als. Zufuhrvorrichtung für den Brennstoff zu verwenden oder eine Zufuhrrinne, die mit Leitete-
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Die zweckmässigsteverwendeten Brennstoffes ab. Je grösser der Anteil von Gasöl in den Brennstoffplätzchen ist, desto eher soll eine Zufuhrvorrichtung mit bewegenden Teilen verwendet werden. Sind die Plätzchen nicht allzu kompakt, so Ist eine vibrierende Schüttrinne besonders bevorzugt.
Die Verbindung zwischen der Vergasungskammer 1 und dem Abschnitt 2 der Verbrennungskammer ist mit einer Lippe oder Zunge 13 ausgestattet, die derart geformt und ausgerichtet ist, dass die sekundäre
Verbrennungsluft, die entlang der Wand der Verbrennungskammer rotiert, während sie die Verbindung passiert, nicht in die Vergasungskammer eindringen kann. Die Verbrennungskammer, die in die zwei Abschnitte 2 und 3 unterteilt ist, welche miteinander durch eine kreisförmige Öffnung 14 in Verbindung stehen, ist ebenfalls mit einer ähnlich verengten Öffnung 15 zum Auslass der Verbrennungsgase versehen.
Diese Öffnung kann, gegebenenfalls unmittelbar, mit einer Brennkammer-Vorderwand eines Ofens, eines
Kessels oder ähnlichem in Verbindung stehen.
Schliesslich kann die Vergasungskammer auch mit einer Beobachtungs-und VebrennungOffnung 12 versehen sein.
Die Verbrennungsvorrichtung arbeitet folgendermassen :
Die Brennstoffküge1chen werden aus dem Beschickungsreservoir 9 über die vibrierende Schüttrinne 10 und das Rohr 17 in die Vergasungskammer 1 geführt, wo sie zum Rost 8 gelangen. Durch den Lufteinlass 5 wird primäre Verbrennungsluft in die Vergasungskammer eingeblasen. Diese Luft streicht durch den Rost und die Geschwindigkeit und der Druck dieser Luft sind so bemessen, dass die Brennstoffplätzchen oder mindestens ein Teil von ihnen durch die Luft mitgerissen werden und auf dem Rost eine hüpfende Bewegung ausführen.
Folgende Vorgänge finden in der Vergasungskammer statt :
1. Trocknen und Vorheizen der Plätzchen,
2. Verdampfen, Vergasen und teilweise Verbrennung des Gasöles,
3. Pulverisieren und Zerfallen der Plätzchen infolge der heftigen Bewegung des Brennstoffbettes, die durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft durch den Rost verursacht wird.
Die Verbrennungsgase treten in die Verbrennungskammer durch die verengte Öffnung zwischen der Vergasungskammer 1 und dem Abschnitt 2 der Verbrennungskammer ein, ebenso noch unverbrannte Gasöldämpfe, wobei die Gase und Dämpfe die Teilchen mitreissen, die in der Vergasungskammer während der Pulverisierung und dem Zerfall der Plätzchen gebildet werden. Die sekundäre Verbrennungsluft, die durch den Einlass 6 tangential zugeführt wird, verursacht eine Rotation des Inhalts der Verbrennungskammer In einer bei Zyklonbrennem bekannten Weise. so dass die festen Teilchen sich gegen die Wandung bewegen und durch den Zusammenstoss mit der Wandung in noch kleinere Teilchen zerfallen. In diesem Teil der Verbrennungskammer wird das Gasöl weiter verbrannt und auch der Kohlenstoff wird teilweise vergast.
Die Teilchen zerfallen, wie oben erwähnt, in kleinere Partikeln und schliesslich beginnt auch die Verbrennung der festen Anteile.
Die völlige Verbrennung von restlichen Gasöldämpfen und gebildetem Kohlenmonoxyd sowie der fei- nen in diesen Teil der Verbrennungskammer unter günstigen Verbrennungsbedingungen eindringenden Kohlepartikelchen wird schliesslich im letzten Teil der Verbrennungskammer bewirkt. Auf ihrem schraubenförmigen Weg durch die Verbrennungskammer kommen diese Teilchen genügende Zeit mit Luft in Berüh- rung, um vollständig zu verbrennen. Der Auslass der Verbrennungskammer ist verengt, um einen Austritt von nichtverbrannten Kohlenstoffteilchen, die in der Nähe der Wandung vorhanden sind, aus der Kammer zu verhindern. Die scharfkantige Ausbildung der Vorrichtung 15 begünstigt das Zurückhalten noch unverbrannter Kohlenstoffteilchen.
Wenn z. B. Brennstoff und Verbrennungsluft bereits ausreichend in den zwei vorhergehenden Stufen miteinander gemischt waren, so ist es nicht erforderlich, der Verbrennungskammer durch die Öffnung 7 Luft zuzuführen. Ferner lassen sich die Vorgänge in der Vorrichtung leichter beherrschen, wenn die Verbrennungsluft in zwei Stufen tatt in drei zugeführt wird. Auch ist es nicht notwendig, die Verbrennung kammer mit Hilfe einer Verengung in zwei Teile zu unterteilen, da die Verbrennung selbst ohne eine derartige Verengung befriedigend verläuft. Ob man eine derartige Verengung benutzt, hängt u. a. von der Zusammensetzung des Brennstoffes ab. Wenn dieser einen verhälmismässig kleinen Anteil an flüchtigen
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Verbindungen enthält, ist es von Vorteil, eine Verengung vorzusehen.
In diesem Falle ist das Ausmass der Verbrennung in Abschnitt 2 der Verbrennungskammer sehr hoch, da sowohl Brennstoff als auch Luft für einige Zeit zurückgehalten werden und eine gute Vermischung erfolgt. Bei dieser Verbrennung tritt eine hohe Temperatur auf und damit eine starke Strahlung, die teilweise auf die Vergasungskammer 1 übertragen wird, wodurch die Verbrennung des Brennstoffes gefördert wird. Auf diese Weise werden Verbrennungsschwierigkeiten bei Brennstoffen mit nur einem Meinen Prozentsatz an flüchtigen Verbindungen in der Vergasungskammer verhindert.
Wenn der Brennstoff Asche mit einem verhältnismässig niedrigen Schmelzpunkt enthält. kann die Verengung mit Vorteil weggelassen werden, da auf diese Weise die geschmolzene Asche nicht durch die Öffnung zwischen dem Abschnitt 2 der Verbrennungskammer und der Vergasungskammer zum Rost 8 zurückgelangen kann, wodurch eine Störung des Verbrennungsvorganges vermieden wird. Ohne die Verengung findet die Asche ihren Weg zum Boden des Teils SderVeibrennungskammer, wo eine Abziehyorrichtng angeordnet sein kann.
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VorrichtungPATENTANSPRÜCHE ;
1. Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffes in der Form von im wesentlichen aus Russ und Öl gebildeten, weichen Kügelchen, dadurch gekennzeichnet, dass man den Brennstoff einer ersten Kammer kontinuierlich zuführt, in die man ebenfalls kontinuierlich Primärbrennluft in einer höchstens zur Verbrennung des Öles ausreichenden Menge einführt, so dass die Kügelchen durch die Vergasung und bzw.
oder Verbrennung des Öles ihren Zusammenhalt verlieren und in kleinere im wesentlichen Russ enthaltende Teilchen zerfallen, worauf man das entstandene, aus die Russteilchen mitführenden Öl-und Verbrennungsgasen bestehende Gemisch durch eine Übertrittsöffnung aus der ersten Kammer tangential in eine zweite Kammer von axialsymmetrischer Gestalt eintreten lässt, in der man zur vollständigen Verbrennung des Gemisches tangential Sekundärluft zuführt.