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Schwebefeuerung für zu Kügelchen aus Ruß-Öl-Gemischen verformtem Brennstoff
Die Erfindung betrifft eine Schwebefeuerung für festen Brennstoff in Form von zu
Kügelchen u. ä. geformten Ruß-öl-Gemischen. Dieser Brennstoff wird z. B. durch Aufarbeiten
von Ruß, der bei chemischen Verfahren anfällt, mit Gasöl in Form von mehr oder weniger
weichen Kugeln oder Plätzchen gewonnen.
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Ein solcher Brennstoff kann nach einem bereits vorgeschlagenen Verfahren
hergestellt werden, bei welchem das Ausgangsmaterial eine Aufschlämmung von Ruß
in Wasser ist, wie sie bei der Rußabscheidung in chemischen Verfahren erhalten wird,
z. B. Ruß aus der teilweisen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff
bei der Herstellung von Wassergas, Synthesegas u. ä.
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Die nach dem bereits vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Teilchen
weisen im allgemeinen durchschnittlich einen Durchmesser von etwa 3 bis 15 mm auf.
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Ein Brennstoff dieser Art kann z. B. 35 bis 80 % Gasöl, 10 bis 60
% Ruß, 0,2 % Asche und einige Prozente Wasser enthalten. Es erwies sich alspraktisch
unmöglich, dieses Produkt in normalen Feuerungen zu verbrennen.
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Es sind verschiedene Feuerungen für die Verbrennung von Feinkohle,
Grus und auch Kohlenstaub bekannt; bei denen angestrebt wird, eine Möglichkeit zur
guten Durchmischung des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft auf möglichst kurzem
Weg durch den Feuerraum zu erreichen. Es sind Feuerungen bekannt, bei denen der
Brennstoff oberhalb einer Erstluftzufuhr bzw. über einem vom Unterwind durchströmten
Rost eingeführt wird, wobei der Wind das eingebrachte Brennstoffgut aufnimmt und
je nach Ausbildung des Feuerraumes durchwirbelt. Eine besondere Ausführungsform
sind Zyklonfeuerungen mit tangentialer Luft-Brennstoff-Führung. Die in der erfindungsgemäßen
Schwebefeuerung zur Anwendung gelangenden Pellets aus Ruß und Gasöl sind jedoch
für derartige Feuerungen ungeeignet. In einer Zyklonfeuerung erfolgt keine Zerkleinerung
der Pellets, sondern infolge plastischer Deformation und Adhäsion wird ihr Anwachsen
bewirkt, wodurch die Anlage in kurzer Zeit ausfällt. Außerdem ist eine Kesselfeuerung
bekanntgeworden, bei der mit Hilfe einer Feuerbrücke im oberen Teil eines trichterförmigen
Schachts mit relativ steilen Wänden das Brennstoff-Luft-Gemisch so abgelenkt wird,
daß es unter dem Einfluß einer Zweitluftzuführung knapp unter der Feuerbrücke wieder
nach unten gelenkt wird.
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Die erfindungsgemäße Schwebefeuerung stellt die erste tatsächlich
brauchbare Lösung für die Verfeuerung von Pellets aus Ruß und Gasöl dar, da bei
ihr eine ausreichende Bewegung der Brennstoffteilchen unter dem Einfluß des den
Rost durchströmenden Unterwindes gewährleistet wird, um ein Zusammenbacken der Teilchen
zü, vermeiden; außerdem ist eine ausreichende Verweilzeit des Gemisches von Verbrennungsluft,
Rauchgas und Teilchen in der Vorverbrennungskammer und in der Verbrennungskammer
gewährleistet, so daß die kalt und gegebenenfalls feucht eingebrachten Pellets getrocknet,
vorgewärmt, entgast und damit zerkleinert werden und ein völliger Abbrand sowohl
der Feststoffe als auch der durch teilweise Verbrennung gebildeten Gase bzw. Kohlenmonoxyd
in der Ausbrennkammer erreicht wird.
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Hinsichtlich Schlackenführung treten bei der erfindungsgemäßen Schwebefeuerung
keine Schwierigkeiten auf. Sie kann durch eine Austragöffnung in der Ausbrennkammer
abgezogen werden. Die die Ausbrennkammer verlassenden Gase können unmittelbar in
Anlagen zur Energiegewinnung oder sonstiger Verwertung eingeführt werden.
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In der erfmdungsgemäßen Schwebefeuerung werden der Brennstoff und
die Erstluft kontinuierlich in eine Vorverbrennungskammer geleitet, in der das Öl
durch die heißen Verbrennungsgase vergast und zumindest teilweise verbrannt wird
und gleichzeitig die Brennstoffteilchen in kleinere Partikeln zerfallen. Die heißen
Verbrennungsgase mit noch praktisch dem gesamten
Ruß des Brennstoffs
gelangen in eine Verbrennungskammer, der Zweitluft zugeführt wird, wobei in der
Verbrennungskammer der Brennstoff nunmehr völlig verbrannt wird.
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Die erfindungsgemäßeSchwebefeuerung umfaßt daher eine Vorverbrennüngskammerinit
Brennstoff- und Unterwindzufuhr und eine an diese Vorverbrennungskammer über eine
durch eine Zunge verengte Auslaßöfung angeschlossene Verbrennungskammer. Durch diese
verengte Auslaßöffnung gelangt das Rauchgas-Teilchen-Gemisch tangential " in die
Verbrennungskammer. Diese ist oberhalb der Vörverbrennungskammer angeordnet und
hat eine zylindrische Form mit waagerechter Achse. Gleichsinnig zu der Wegrichtung
des eintretenden Rauchgas-Teilchen-Gemisches erfolgt tangential die Zweitluftzufuhr.
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Die Verbrennung verläuft in zwei Stufen. In der ersten Stufe verdampft
und vergast das Gasöl mit teilweiser Verbrennung. Der zurückbleibende Kohlenstoff
ist praktisch unverbrannt. Die Brennstoffteilchen werden porös und zerfallen während
dieser Verfahrensstufe leicht in kleinere Teile. Die noch unverbrannten öldämpfe
müssen dann zusammen mit dem Kohlenstoff in der zweiten Stufe verbrannt werden.
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Durch den verengten Durchgang wird die Mitnahme unverbrannter oder
nur teilweise verbrannter Teilchen aus der zweiten Stufe verhindert. Die Teilchen
verbleiben so lange in derVerbrennungskammer, bis sie völlig verbrannt sind.
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Die Vorverbrennungskammer weist vorzugsweise, z. B. in Bodennähe,
einen Rost auf, der oberhalb der Unterwindzuführung und unterhalb der Brennstoffzufuhr
angeordnet ist, so daß die Verbrennungsluft die Vorverbrennungskammer nur durch
diesen Rost erreichen kann.
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Die Vorverbrennungskammer hat vorzugsweise eine kastenförmige Form,
während die Verbrennungskammer die Form eines Zylinders mit einer horizontalen Achse
besitzt. Beide Kammern stehen miteinander durch eine Auslaßöffnung in Verbindung,
wobei diese verengt und mit einer Zunge versehen ist, die das Rückströmen der Zweitluft
in die Vorverbrennungskammer verhindert.
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Die Verbrennungskammer kann eine kreisförmige Einschnürung besitzen,
die deren oberen Teil von der Ausbrennkammer trennt.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dar.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Querschnitt entlang der Linie I-I in
Fig. 2, und Fig. 2 ist ein senkrecht geführter Schnitt entlang der Linie II-II in
Fig. 1.
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1 ist eine kastenförmige Vorverbrennungskammer, während die zylindrischen
koaxialen Teile 2 die Verbrennungskammer und 3 die Ausbrennkammer darstellen. Die
Vorverbrennungskammer 1 ist mit einer Brennstoffzufuhr 4 und einer Unterwindzufuhr
5 ausgerüstet. Die Zweitluft wird der Verbrennungskammer 2 über einen, tangentialen
Zweitlufteinlaß 6 zugeführt. Falls nöti; kann Drittluft der Ausbrennkammer 3 über
Drittluftdüsen 7 zugeführt werden. Die Vorverbrennungskammer ist mit einem waagerecht
angeordneten Rost 8 versehen, der zwischen der Brennstoffzufuhr 4 und der Unterwindzufuhr
5 liegt. Ein Bunker 9 wird dauernd mit Brennstoffpellets gefüllt gehalten.
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Aus dem trichterförmig gestalteten Bunker rutscht der Brennstoff zu
einer Schüttelrinne 10. In der Nähe der Vorverbrennungskammer 1 mündet die Schüttelrinne
10 in ein Rohr 17, das mit der Vorverbrennungskammer 1 in Verbindung steht, wobei
ein Verschlußelement 18 (Klappe) zwischen dem Rohr 17 und der Schüttelrinne
10 angeordnet ist.
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Es muß für einen biegsamen Abschluß gesorgt sein, da die Schüttelrinne
10 gegen das feststehende Rohr 17 mit Hilfe des Vibrators 16 schwingt. Hinter der
Klappe 18 mündet in. das Rohr 17 eine Preßluftleitung 11. Diese Preßluft kann im
Rohr 17 ein Gleichgewicht mit dem Gasdruck in der Vorverbrennungskammer aufrechterhalten,
damit aus dieser Kammer kein Gas in die Brennstofförderung rückströmen kann.
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Es ist auch möglich, eine einfache oder doppelte Förderschnecke statt
der Schüttelrinne oder eine Schurre mit Leitelementen für den Brennstoff zu verwenden.
Die zweckmäßigste Auswahl der Fördervorrichtung hängt von der Art des verwendeten
Brennstoffs ab. Je größer der Anteil von Gasöl in den Brennstoffpellets ist, desto
eher wählt man Fördervorrichtungen mit bewegenden Teilen. Sind die Pellets nicht
allzu kompakt, so wird eine Schüttelrinne vorgezogen-Die Verbindung zwischen der
Vorverbrennungskammer 1 und der Verbrennungskammer 2 ist mit einer Zunge 13 versehen,
die so ausgebildet ist, daß die Zweitluft, die entlang der Verbrennungskammerwand
streicht, während sie den Auslaß passiert, nicht in die Vorverbrennungskammer rückströmen
kann. Die Verbrennungskammer 2 und die Ausbrennkammer 3 stehen durch einen kreisförmigen
Durchlaß 14 in Verbindung. Das Abgas verläßt schließlich die Ausbrennkammer 3 durch
einen verengten Fuchs 15. Dieser kann gegebenenfalls unmittelbar mit einem Wärmetauscher
in Verbindung stehen.
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Die Vorverbrennungskammer ist auch mit einem Schau- und Zündloch 12
zu versehen.
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Die Brennstoffpellets gelangen aus dem Bunker 9 über die Schüttelrinne
10 und Rohr 17 in die Vorverbrennungskammer 1 und auf den Rost B. Durch die Unterwindzuführung
5 strömt Erstluft unter den Rost 8 mit einer solchen Geschwindigkeit und einem solchen
Druck, daß die Pellets oder mindestens ein Teil von ihnen unter der Wirkung des
Luftstromes auf dem Rost in Bewegung geraten. Folgende Vorgänge finden in der Vorverbrennungskammer
statt: Erstens Trocknen und Vorwärmen der Pellets, zweitens Verdampfung, Vergasung
und teilweise Verbrennung des Gasöls, drittens Zerkleinerung und Zerfallen der Pellets
infolge der heftigen Bewegung des Brennstoffbettes durch die Strömungsgeschwindigkeit
der durch den Rost tretenden Verbrennungsluft.
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Das Gas-Teilchen-Gemisch tritt von der Vorverbrennungskammer 1 durch
die eingezogene Auslaßöffnung 13 in die Verbrennungskammer 2 ein. Die bei 6 tangential
eingeführte Zweitluft versetzt das brennbare Gemisch in der Verbrennungskammer in
eine kreisende Bewegung, wie sie bei Zyklonfeuerungen bekannt ist, so daß die festen
Teilchen gegen die Wand fliegen und durch diesen Stoß noch weiter zerkleinert werden;
gleichzeitig wird das Gasöl vergast und verbrannt und auch die Kohle teilweise entgast.
Die Teilchen zerfallen hierauf in kleinere Teilchen, und schließlich beginnt auch
die Verbrennung der festen Teile.
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Die völlige Verbrennung der restlichen Gasöldämpfe und des gebildeten
Kohlenmonoxyds sowie der
feinen Brennstoffteilchen wird in der Ausbrennkammer
3 erreicht. Auf ihrem schraubenförmigen Weg durch die Verbrennungs- und Ausbrennkammer
kommen die festen Teilchen mit Luft in Berührung und verbrennen völlig. Der Fuchs
15 ist scharfkantig verengt, um zu vermeiden, daß Kohlenstoffteilchen nahe der Wand
in unverbranntem Zustand austreten.
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Es ist nicht erforderlich, der Ausbrennkammer 3 Drittluft durch die
Düsen 7 zuzuführen, wenn z. B. Brennstoff und Verbrennungsluft bereits in den zwei
vorhergehenden Stufen ausreichend miteinander gemischt wurden. Es läßt sich nämlich
die Schwebefeuerung leichter regeln, wenn die Verbrennungsluft nur zweistufig und
nicht dreistufig zugeführt wird. Auch ist es nicht notwendig, Verbrennungskammer
und Ausbrennkammer mit einem verengten Durchlaß zu trennen, da die Verbrennung auch
ohne diesen befriedigend abläuft. Ob man einen derartigen Durchlaß benutzt, hängt
unter anderem von der Zusammensetzung des Brennstoffes ab. Wenn dieser einen verhältnismäßig
kleinen Anteil an flüchtigen Verbindungen enthält, ist ein verengter Durchlaß zweckmäßig.
In diesem Fall ist die Verbrennung in der Verbrennungskammer sehr intensiv, da Brennstoff
und Luft kurze Zeit gestaut werden und eine gute Durchmischung stattfindet. Dies
führt zu einer hohen Temperatur und damit starken Strahlung, die teilweise in die
Vorverbrennungskammer gerichtet wird, wodurch die Zündung des Brennstoffes erleichtert
wird. Auf diese Weise werden Zündschwierigkeiten in der Vorverbrennungskammer verhindert.
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Die Kapazität der erfindungsgemäßen Schwebefeuerung ist sehr groß
gegenüber bekannten Vorrichtungen zur Verbrennung derartiger fester Brennstoffe,
da die Rostbelastung etwa 1200k"/M - 2 je Stunde beträgt.