DE2234827C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung brennbarer Bestandteile in einem Trägergas, insbesondere Abluft, mit Hilfe einer Stfitzflamme - Google Patents

Description

>o Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs ί sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Bei dem danach bekannten Verfahren bzw. der danach bekannten Vorrichtung (FR 2071013, insbe-

j5 sondere Fig. 3) wird das Rauchgas außerhalb des an dem der Stützflammc gegenüberliegenden Ende offenen Feuerraums umgelenkt, wobei es auf der Außenseite des Feuerraums in dem Ringspalt zwischen diesem und dem den Feuerraum umgebenden Gehäuse

bo zum Abgasrohr zurückströmt und dabei in dem genannten Ringraum untergebrachte Bündel von Wärmeaustauscherrohren außenseitig bestreicht, über deren Inneres das Trägergas vom Einlaßstutzen her zum flammenseitigen Ende des Feuerraums hin zugeführt wird. Jc nach Lage des Einlaßstut/.cns wird das Trägergas dabei innerhalb der Rohre des Wärmeaustauschers entweder im Gleichstrom oder, im bevorzugten Falle, unter einmaliger Umkehrung seiner Strö-

mungsrichtung teils im deich- und teils im Gegenstrom zu dem an der Außenwand des Feuerraums zum Abgasrohr hin strömenden Rauchgas geführt, so daß das Trägergas infolge Wärmetausches mit dem Rauchgas durch dieses aufgeheizt wird.

Dieses bekannte Prinzip hat einerseits den Nachteil, daß der Feuerraum und damit auch das diesen umschließende Gehäuse verhältnismäßig lang ausgebildet werden müssen und andererseits den Nachteil, daß es zur Verwendung einer verhältnismäßig aufwendigen Wandisolierung der Gehäusewand zwingt.

Die große Baulänge ist dabei teils deswegen erforderlich, weil mangels ausreichender Verwirbelung im Feuerraum nur unter der Voraussetzung genügend großer Länge des Feuerraums eine im wesentlichen vollkommene Verbrennung, insbesondere bei schwankender Zusammensetzung des Trägergases, stattfinden kann und teils deswegen, weil es nur über eine hinreichend große Länge der Austauschflächen möglich ist, zu einigermaßen erträglichen Abgastemperaturen zu gelangen. Zwar findet an der Außenseite des Feuerraums noch in gewissem Umfang eine Nachverbrennung statt; die gezielte Ausnutzung dieser Möglichkeit ist jedoch deswegen beschränkt, weil das abziehende Rauchgas in diesem Bereich zugleich die relativ kühlen Wärmeaustauscherrohre für das zugeführte Trägergas umströmt.

Die Notwendigkeit zur Verwendung einer aufwendigen Wärmeisolation für die Gehäusewand ergibt sich u. a. daraus, daß das verhältnismäßig kühle Trägergas durch das Innere der Wärmeaustauscherrohre zugeführt wird, während diese außenseitig von dem Rauchgas umströmt sind. Da das Rauchgas auf diese Weise auch die Gehäusewand bestreicht und aus den bereits dargelegten Gründen eine verhältnismäßig hohe Temperatur besitzt, ist eine besonders wirksame Wärmeisolierung des Gehäusemanteis unumgänglich. Die wärmeisolierende, z. B. keramische, Auskleidung der Gehäusewand ist aber nicht nur baulich aufwendig, sondern auch deswegen nachteilig, weil der Verbrennungsvorgang, insbesondere bei schwankender Zusammensetzung des Trägergases, mit beträchtlichen Schwingungen einhergeht, die die empfindliche Auskleidungerheblich beanspruchen und daher deren relativ häufige Erneuerung erfordern.

Im wesentlichen die gleichen Nachteile weist auch eine andere bekannte und nach einem ähnlichen Verfahren arbeitende Vorrichtung auf (DE-OS 2026237), die sich von der zuvor beschriebenen vor allem dadurch unterscheidet, daß der Wärmeaustauscher für die Aufwärmung des Trägergases durch das sich dabei abkühlende Rauchgas zwar ebenfalls innerhalb des den Feuerraum umgebenden Gehäuses angeordnet ist, diesen aber nicht außenseitig umgibt, sondern diesem axial vorgeschaltet ist. Aus diesem Grunde ist die Baulänge dieser Vorrichtung noch größer als die der zuvor beschriebenen Vorrichtung. Zwar ist eine zusätzliche Kühlung der verhältnismäßig aufwendig isolierten Gehäusewand in der Weise vorgesehen, daß über einen Ringraum dieser Gehäusewand die Verbrennungsluft für den Brenner angesaugt wird; das Volumen der auf diese Weise über den Ringkanal angesaugten Frischluft reicht aber bei weitem nicht aus, um deswegen auf die aufwendige Isolierung der Gehäusewand verzichten zu können, so daß der damit verbundene Wärmeaustausch in erster Linie der Vorwärmung der Verbrennungsluft zugute kommt.

Die aus dem endseitig offenen Feuerraum austreteiiden und dabei umgelenkten Rauchgase umströmen den Feuerraum zwar auf der Außenseite mit der Wirkung entsprechender Nachverbrennung. Die Verwirbelung der Rauchgase ist aber sowohl im Feuerraum als auch außerhalb des Feuerraums unzureichend, so daß eine vollkommene Verbrennung aller brennbaren Bestandteile nicht gewährleistet werden kann. Zwar soll dabei ein Teil der Rauchgase vor seinem Abzug über den Wärmeaustauscher zum Abgasrohr erneut vom brennerseitigen Ende her in den Feuerraum angesaugt werden. Eine dadurch verbesserte Verbrennung findet aber eben nur bei einem Teil der Rauchgase statt, während der übrige Teil der Rauchgase ohne ausreichende Nachverbrennung abzieht.

^π Prinzipiell dieselben Nachteile hinsichtlich unzureichender Verbrennung, Größe der Gehäuseabmessungen und aufwendiger Wärmeisolation der Gehäusewand weist auch eine weiterhin bekannte Vorrichtung auf (DE-OS 1 451 480), die sich jedoch baulich

-" von den zuvor beschriebenen Vorrichtungen dadurch unterscheidet, daß überhaupt keine Umlenkung der abziehenden Rauchgase stattfindet, sondern diese aus dem endseitig offenen Feuerraum unmittelbar in das an der gleichen Gehäusestirnwand axial angeordnete

-> Abgasrohr gelangen. Mangels ausreichender Verwirbelung und Nachverbrennung ist auch in diesem Falle die Verbrennung nicht so vollkommen, wie es wünschenswert wäre. Zwar wird das Trägergas über einen den Feuerraum umschließenden Spiralkanal zum

s" brennerseitigen Ende des Feuerraums geleitet und auf diese Weise unter entsprechender Kühlung der Gehäusewand aufgewärmt; die Kühlung der Gehäusewand ist aber auch hierbei nicht wirksam genug, um auf die keramische Isolierung der Gehäusewand ver-

i") ziehten zu können.

Schließlich ist es für einen gattungsverschiedenen Zweck, nämlich zur Tauchbeheizung von Schmelzbädern od. dgl., bereits bekannt (GB 564523), den mit einem Injektions-Gasbrenner ausgerüsteten Tauch-

»ii heizkörper so auszubilden, daß die von dem Brenner herrührenden Verbrennungsgasc innerhalb der geschlossenen Brennkammer umgelenkt und brennerseitig wieder aus dieser herausgeführt werden. Diese Ausbildung beruht auf dem bestimmungsgemäßen

4j Verwendungszweck dieser Vorrichtung als Tauchheizkörper, so daß von daher keine Anregung in Richtung auf die Verbesserung von Vorrichtungen zur Verbrennung brennbarer Bestandteile in einem Trägergas, insbesondere Abluft, ausgegangen sein kann.

><> Eine Nachverbrennung der Abgase an der heißen Außenwandung des Brennraums ist dabei naturgemäß nicht möglich. Zwar findet auch bei dieser Vorrichtung ein Wärmeaustausch im Sinne der Aufwärmung der kalten Verbrennungsluft durch die abziehenden

ϊ5 Verbrennungsgase statt; dabei strömen jedoch die heißen Abgase über einen äußeren Ringkanal ab, während die kühlere Verbrennungsluft über einen inneren Ringkanal zugeführt wird. Demgemäß kann auch dabei auf eine wirksame Wärmeisolierung der

w) Gehäuseaußenwand nicht verzichtet werden.

Es bildet Aufgabe der Erfindung, das eingangs an erster Stelle behandelte Verfahren und die zugehörige Vorrichtung so zu verbessern, daß trotz kleinerer Abmessungen und baulich einfacherer Gestaltung der

b^r> Voi. ichtung eine wirksamere und daher vollkommene Verbrennung der brennbaren Bestandteile im Trägergas stattfindet und das Rmichgas zürn Zwecke des Wärmeaustausch^ mit dem Trägergas zugleich so gc-

führt wird, daß auf eine aufwendige keramische Wärmeisolierung eier Gehäusewändc verzichtet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgerührten Maßnahmen bzw. die im Kennzeichen des Ansnruchs ? aiii gel iihrlcn Vorrichtungsmerkniale.

Was zunächst das erfindungsgemäße Verfahren anlangt. ■■■■> führt die Umlenkung des Rauchgases noch innerhalb des Feuerraums selbst zu einer wesentlich " wirksameren Verwirbelung und einer entsprechend intensiveren sowie gleichmäßigeren Verbrennung der !•»rennbaren Bestandteile im Trägergas. Von diesem wesentlichen Vorteil abgesehen, ermöglicht es diese Umlenkung des Rauchgases innerhalb des [-euer- ' raums zugleich, Jen Feuerraum und damit auch das Gehäuse kurzer zu bauen, zumal das aus dom Feuerraum an dessen flammseitigem Ende austretende Rauchgas auf dem Wege zum Abgasrohr an den heißen Außenwänden des Feuerraums wirksam nachver- ^: brannt wird, soweit dies für eine vollkommene Verbrennung erforderlich ist.

Dadurch, daß die Wärmeisolierung nach außen t'urch das dem Rauchgas auf dem Wege zum Abgasrohr außenseitig entgegenströmende kühlere Träger- gab bewirkt wird, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine teuere und in ihrer Festigkeit durch die hohen Turbulenzen in jedem Falle stark gefährdete wärmeisolierende Auskleidung verzichtet und für die Gehäusewandungen gewöhnlicher hitzebeständi- « ger Stahl verwendet werden.

Demgemäß zeichnet sich auch die bevorzugt zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung gemäß der Erfindung durch besondere bauliche Einfachheit und besonders kleine Abmessungen sowie π vor allem dadurch aus, daß aufwendige keramische Auskleidungen für die Wärmeisolation der Gehäusewandungen entfallen können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bilden Gegenstand der Ansprüche 3 ■»" his ft

Nachstehend ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben.

In der Zeichnung sind das Gehäuse mit 1. der Fcu- -n erraum mit 2, der Öl- oder Gasbrenner mit 3, das Abgasrohr mit 4 und der Einlaßstutzen für das Trägergas mit 5 bezeichnet.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. weist das Gehäuse 1 eine äußere Gehäusewand 6 auf. wobei die v> eine Stirnwand den Anschlußflansch 6a für den Brenner 3 trägt und die andere, axial über den Feuerraum 2 hinaus vorgezogene Stirnwand 6b das Abgasrohr 4 unter Verzicht auf eine feste, insbesondere gasdichte, Verbindung lediglich umschließt.

Der innerhalb des Gehäuses 1 angeordnete Feuerraum 2 ist durch einen koaxial zur Gehäusewand 6 angeordneten zylindrischen Topf (Mantel) 7 gebildet, der an seinem dem Abgasrohr 4 zugekehrten Ende einen geschlossenen Boden la aufweist. oo

An dem dem Boden la gegenüberliegenden Ende weist der zylindrische Topf 7 einen radial nach innen gerichteten Flunsch lh auf, dessen !iiiioiirund als Abreißkante dient und da/u bestimmt is·, die Ausbildung eiiK. laiiii'iiiren Strömung bei dem aus demjeueiraum 2 austretenden Raudig.is zu verhindern.
' Zwischen der äußeren Gehäusewand 6 und dem zylindrischen Topf 7 ist ein weiterer, innerer Gehäuscinantel 8 vorgesehen, der an seinem einen hnde das Abgasrohr 4 und an seinem diesem gegenüberliegenden Lncle die Diallelementc ·) sowie den diese umschließenden und axial in den Feuerraum 2 hineinragi'P.t "Λ Konus 10 trügt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ragt der Konus 10 um etwa die Hälfte seiner Länge in den zylindrisch, η Topf 7 hinein, wobei sein am freien Rand gemessener Außendurchmesser größer als der Innendurchmesser des als Abreißkante dienenden inneren Ririgiiansche's lh bemessen ist.

Wie aus der Zeichnung weiter ersichtlich ist, bildet die axiale Verlängerung der äußeren Gehäusewand 6 einschließlich ihrer zum Abgasrohr 4 hin eingezogenen Stirnwand zusammen mit der Stirnwand des inneren Mantels 8 eine Ringkammer 11. die Ilen radialen Finlaßstutzen 5 trägt und innenseitig, d. h. zum Abgasrohr 4 hin. durch ein Ringblech 12 abgeschlossen ist.

Die mit den brennbaren Bestandteilen beladcnc Luft (bzw. das Trägergas) wird mittels eines Ventilators 13 in Richtung des Pfeils _v in den Einlaßstutzen 5 eingeblasen, wobei sie sich innerhalb der Ringkammer 11 verteilt und über den äußeren Ringkanal 14 zwischen der äußeren Gehäusewand 6 und dem inneren Gehäusemantel 8 zu den Leitflächen der Drallelemente 9 gelangt, mittels welcher sie unter entsprechender Verwirbelung in den Feuerraum 2 geleitet wird.

Um auch bei einer unzureichenden unc oder stark schwankenden Konzentration an brennbaren Bestandteilen im Trägergas eine gleichmäßige Verbrennung zu gewährleisten, wird innerhalb des Feuerraums 2 mittels des Öl- oder Gasbrenners 3 ständig eine Stützflamme aufrechterhalten, mittels welcher die über die Drailelemente in den Konus eintretenden brennbaren Bestandteile des Trägergases gezündet und daraufhin verbrannt werden. Zu diesem Zweck wird dem Brenner 3 außer dem Öl oder Gas auch die dazu erforderliche Menge Frischluft bzw. sonstiger Sauerstoffträger zugeführt. Die während des Betriebs ständig aufrechterhaltene Stützflamme ist in der Zeichnung schematisch mit 15 bezeichnet.

Das im Feuerraum 2 entstehende Rauchgas gelangt aus dem offenen Ende des zylindrischen Topfes 7 unter entsprechender Verwirbelung an der Abreißkante Ib heraus und tritt unter Umlenkung seiner Strömungsrichtung um 180° in den inneren Ringkanal 16 zwischen der glühenden Außenwand des zylindrischen Topfes 7 und dem inneren Gehäusemantel 8 ein. Dabei wird es über die ganze Länge des Feuerraums 2 an dessen Außenwänden entlanggeführt, so daß alle etwa noch vorhandenen brennbaren Bestandteile restlos verbrennen und das Rauchgas in das Abgasrohr 4 gelangt, über das es in Richtung des Pfeiles y, z. B. zu Heizzwecken, abgeleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbrennung brennbarer Bestandteile in einem Trägergas, insbesondere Abluft, mit Hilfe einer Stützflamme, bei welchem das Trägergas einem zylindrischen Feuerraum unter Verwirbelung im Bereich der Stützflarnme in deren Flemmrichtungzugeführt und das bei der Verbrennung des wesentlichen Teils seiner brennbaren Bestandteile entstehende Rauchgas beim Austritt aus dem Feuerraum unter Umkehrung seiner Strömungsrichtung etwa über die ganze Länge des Feuerraums an dessen unisolierter Außenwand entlang und dabei unter Aufheizung, zumindest teilweise im Gegenstrom, des vom Rauchgas getrennt zum Feuerraum strömenden Trägergases zum Abgasrohr geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauchgas innerhalb des Feuerraums selbst umgelenkt und an dessen flammenseitigem Ende, um die Stützflamme herum, aus diesem herausgeführt wird und daraufhin unter erneuter Umkehrung der Strömungsrichtung auf dem Wege zum Abgasrohr außenseitig durch das ihm zur Stützflamme hin entgegenströmende Trägergas isoliert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche aus einem den Mantel des zylindrischen Feuerraums mit allseitigem Abstand umgebenden Gehäuse mit an einem Ende angeordnetem, in das offene Ende des Feuerraums einmündendem Öl- oder Gasbrenner für die Aufrechterhaltung einer Stützflamme, ferner aus einem dem Gehäuse zugeordneten, mit dem Feuerraum in Verbindung stehenden Abgasrohr sowie aus einem Einlaßkanal für die Zuleitung des Trägergases besteht, wobei die Zufuhr des Trägergases in den Feuerraum über die Mündung des Brenners ringförmig umgebende Drallelemente erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der zylindrische Feuerraum (2) ist nur an seinem einen, den Brenner (3) aufnehmenden Ende offen ausgebildet, an dem diesem gegenüberliegenden Ende dagegen durch einen Boden (Ta) geschlossen;

b) die Drallelemente (9) sind in an sich bekannter Weise von einem die Stützflamme (15) diffusorartig umgebenden, mit seinem weiteren Ende in den Feuerraum (2) hineinragenden Konus (10) umschlossen;

c) für die Ableitung des um den Konus (10) herum aus dem Feuerraum (2) austretenden Rauchgases zu dem sich am bodcnseitigen Ende des Feuerraums (2) an das Gehäuse (1) anschließenden Abgasrohr (4) hin ist ein den Mantel (7) des Feuerraums (2) koaxial umgebender innerer Ringkanal (16) vorgesehen;

d) für die Zuführung des Trägergases vom bodenseitigen Ende des Gehäuses (1) her zum brcnnerseitigen Ende des Feuerraums (2) hin ist ein den inneren Ringkanal (16) koaxial umgebender zweiter Ringkanal (14) vorgesehen, dessen Außcnmantel die unisolierte Gehäusewand (6) bildet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unisolierte Gehäusewand

(6) an ihrem dem Brenner (3) gegenüberliegenden Ende eine Ringkammer (11) umschließt, an die der radiale Einlaßkanal (5) für das Trägergas angeschlossen ist, während der den Mantel (7) des topfförmigen Feuerraums (2) -nit radia'.em Abstand umgebende, den inneren und äußeren Ringkanal (16 und 14) gegeneinander abgrenzende Innenmantel (8) des Gehäuses (1) an seinem einen Ende die den Brenner (3) umgebenden Drallelemente (9) sowie den Konus (10) und am gegenüberliegenden, dem Boden (7a) des topfförmigen Feuerraums (2) zugekehrten Ende das die Ringkammer (11) axial durchsetzende Abgasrohr (4) trägt. S

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (11) in Achsrichtung einerseits durch die Stirnwand des das Abgasrohr (4) tragenden Innenmantels (8) des Gehäuses (I) und andererseits durch die das Abgasrohr (4) umschließende Stirnwand (6b) des Gehäuses (1) begrenzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (11) innenseitig, zum Abgasrohr (4) hin, durch ein das Abgasrohr (4) mit radialem Abstand umschließendes Ringblech (12) gasdicht abgeschlossen, und außenseiti« durch die axiale Verlängerung der Gehäusewand (6) begrenzt ist, wobei die Stirnwand (6b) des Gehäuses (1) das Abgasrohr (4) unter Verzicht auf eine feste Verbindung mit geringem radialem Spiel umgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der den Feuerraum (2) umschließende zylindrische Topf an seinem dem Brenner (3) zugekehrten offenen Stirnende einen radial nach innen vorspringenden Ringflansch (7/)) als Abreiß- und Verwirbelungskante für die aus dem Feuerraum (2) abströmenden Rauchgase aufweist, dessen Innendurchmesser kleiner als der größte Außendurchmesser des in den Feuerraum (2) hineinragenden, die Stützflammc (15) außen umgebenden Konus (10) bemessen ist.