DE2253209A1 - PROCESS FOR COMBUSTION OF GASOLINE FUELS AND EXHAUST GASES AND REACTOR BURNERS FOR CARRYING OUT THIS PROCESS - Google Patents
PROCESS FOR COMBUSTION OF GASOLINE FUELS AND EXHAUST GASES AND REACTOR BURNERS FOR CARRYING OUT THIS PROCESSInfo
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Description
DR. ING. E. HOFFMANN - DIPL·. ING. W. KiITJJE · DK. HER. NAT. K. HOFFMANNDR. ING. E. HOFFMANN - DIPL ·. ING. W. KiITJJE DK. HER. NAT. K. HOFFMANN
Svend B^rge Johansen, San Pedro de Premia Barcelona / iSpanienSvend B ^ rge Johansen, San Pedro de Premia Barcelona / iSpain
Verfahren zum Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen und Abgasen sowie Reaktorbrenrier zur Durchführung dieses VerfahrensProcess for burning gaseous fuels and exhaust gases and reactor burners for performing this process
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen bzw. Abgasen -beispielsweise Abgasen von inneren Verbrennungskraftraaschinenunter Verwendung einer Überschußmenge von Luft und partiellem, thermischem Rückfluß der Wärme der Verbrennungsprodukte und der Verbrennungswärme des Verbrennungsprozesses.sowie, auf einen Reaktorbrenrier zur Durchführung dieses Verfahxens.The present invention relates to a method for the combustion of gaseous fuels or exhaust gases, for example Exhaust gases from internal combustion engines using an excess amount of air and partial, thermal reflux of the heat of the combustion products and the heat of combustion of the combustion process. as well as, on a reactor burner to carry out this process.
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KonventioBeim Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen in nellen Industrieöfen treten bekanntlich eine Reihe von Nachteilen auf, und zwar insbesondere wenn die Betriebstemperatur unterhalb des Zündpunktes des Luft-Gas-Gemisches ist. Es besteht nämlich dann die Gefahr des Auftretens von Explosionen, was wiederum das Vorsehen sehr teuerer Schutzeinrichtungen erfordert. Wegen der sehr hohen Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Gasflamme und der des Ofens, treten ferner ungewünschte Tempera tür Schwankungen auf. Ferner besteht die Gefahr des Auftretens von giftigem, nicht brennbarem Kohlenmonoxid-Luftmischungen, wenn die Flamme durch relativ kalte Sekundärluft abgekühlt wird. Es ergibt sich schließlich eine relativ geringe Brennstoffausnützung, eine geringe Auslastung der verwendeten Brenner und eine niedrige Konvektionsrate der Verbrennungsprodukte.It is well known that there are a number of disadvantages associated with burning gaseous fuels in industrial furnaces on, especially when the operating temperature is below the ignition point of the air-gas mixture. This is because there is then the risk of explosions occurring, which in turn requires the provision of very expensive protective devices requires. Because of the very high temperature difference between the temperature of the gas flame and that of the furnace, there are also undesirable temperature fluctuations. Further there is a risk of toxic, non-combustible carbon monoxide air mixtures occurring if the flame passes through relatively cold secondary air is cooled. Finally, there is a relatively low fuel utilization, a low one Utilization of the burners used and a low convection rate the products of combustion.
Die bisher verwendeten Brenner sind normalerweise primäre Luft-Gas-Brenner oder gemischte sekundäre und primäre Luft-Gas-Brenner, wobei die Luft-Gas-Mischung innerhalb oder außerhalb des Brenners erzeugt wird. Bei den meisten dieser Brenner, welche im Bereich des theoretischen Luft-Gas-Mischungsverhältnisses arbeiten, wird eine hohe Brenntemperatur gewünscht, damit durch Wärmeaustausch -insbesondere Temperatürstrahlung- die Sekundärluft und/oder die primäre Luft-Gas-Mischung bis zu dem ZUndpunkt erwärmt wird. Da Luft und Gas gegenüber Temperaturstrahlung praktisch durchlässig ist, wird dieselbe relativ langsam erwärmt, wodurch die Brenngeschwindigkeit und damit die Brennerkapazität festgelegt ist. Wenn demzufolge die Abgasrate die Heizrate und damit die Verbrennungsrate überschrei tet, tritt ein ungewünschter Flammenanstieg auf, was zu einer heftigen Explosion führen kann.The burners used so far are usually primary air-gas burners or mixed secondary and primary air-gas burners, the air-gas mixture inside or outside of the burner is generated. Most of these burners, which are in the range of the theoretical air-gas mixture ratio work, a high firing temperature is desired so that through heat exchange - especially temperature radiation - the Secondary air and / or the primary air-gas mixture is heated up to the ignition point. Because air and gas oppose thermal radiation is practically permeable, the same is heated relatively slowly, whereby the burning rate and thus the burner capacity is fixed. If consequently the exhaust rate exceed the heating rate and thus the combustion rate tet, an undesired flame rise occurs, resulting in a violent explosion.
Bei Beginn der Verbrennung bildet sich bezüglich dgr Brenngqschwindlßkeit eine Kettenreaktion aus. Bei Erreichung eines Endzustandes der Verbrennung ergeben sich bei einer theoretischen Luft-Gas-Mischung jedoch zunehmende Schwierigkeiten der Verbrennung der Brennstoff- und Sauerstoffmoleküle«At the beginning of the combustion, the combustion speed is established a chain reaction. When a final state of combustion is reached, a theoretical Air-gas mixture, however, increasing difficulties in the combustion of the fuel and oxygen molecules «
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Die Brenngeschwindigkeit und die Art der Reaktion hängt von der Überschußluft ab. Wenn jedoch dieselbe nur geringfügig über das theoretische Luft-Gas-Verhältnis erhöht wird, fällt die Flammentemperatür sehr stark ab, wodurch die Heizrate umso drastischer abfällt, was durch die sehr starke Temperaturabhängigkeit der Temperatürstrahlung bedingt ist. Die bisher bekannten Brenner müssen demzufolge bein£he mit dem theoretischen Luft-Gas-Verhältnis betrieben- werden, falls die maximale Brennerkapazität erhalten werden soll.The burning rate and the type of reaction depend on the excess air. But if the same is only slightly is increased above the theoretical air-gas ratio, falls the flame temperature drops very sharply, reducing the heating rate the more drastic the drop, which is due to the very strong temperature dependence of the temperature radiation. The so far known burners must therefore be close to the theoretical one Air-gas ratio operated if the maximum burner capacity is to be maintained.
Explosionen der Luft-Gas-Mischung sind nur möglich, wenn die Ofentemperatur unterhalb des Zündpunktes des Luft-Gas-Gemisches liegt, was bei den meisten gasförmigen Brennstoffen bei ungefähr 5oo - 6oo° der Fall ist. Eine Verbrennung findet jedoch über Zwischenstufen -d.h. Kohlenmonoxid- statt, dessen Zündpunkt in Luft bei 650° C liegt. Diese Temperaturgrenze muß demzufolge aus praktischen Erwägungen aufrechterhalten bleiben und zwar insbesondere dann, wenn die Ofenatmosphäre abwechselnd reduzierend und oxydierend ist.Explosions of the air-gas mixture are only possible if the Oven temperature below the ignition point of the air-gas mixture is, which is the case with most gaseous fuels at around 500 - 600 °. A combustion takes place however via intermediate stages - i.e. Carbon monoxide instead, the ignition point of which in air is 650 ° C. This temperature limit must consequently maintained for practical reasons, especially when the furnace atmosphere alternates is reducing and oxidizing.
Da die untere Zündgrenze für Kohlenmonoxid in Luft bei Normaltemperatur ungefähr 12,5 VoI^ betragt, bewirkt die Kühlung durch kalte Sekundärluft im Bereich der Flamme unter Umständen starke BrennstoffVerluste und die. Erzeugung von giftigen Kohlenmonoxid-Luf t-Mischungen. Eine vollkommene Verbrennung von Luft-Gas-Mischungen ist demzufolge nur oberhalb des Zündpunkts der Kohlenmonoxid-Luft-Mischungen möglich, welche oberhalb dieser Temperatur in jedem Mischungsverhältnis brennbar sind. Eine -zufriedenstellende Ausgleichung der Temperatur innerhalb des Ofensystems mit einer Betriebstemperatur unterhalb des Zündpunkts der Luft-Gas-Mischung ist hingegen nur durch hohe Konvektionsgeschwindlgkeiten der kühlen Verbrennungsprodukte möglich. Because the lower flammability limit for carbon monoxide in air at normal temperature is about 12.5% by volume, causes the cooling due to cold secondary air in the area of the flame under certain circumstances strong fuel losses and the. Generation of toxic carbon monoxide air t blends. A complete combustion of air-gas mixtures is therefore only above the ignition point the carbon monoxide-air mixtures possible, which are above this Temperature are flammable in any mixing ratio. A satisfactory equalization of the temperature within the Oven systems with an operating temperature below the ignition point of the air-gas mixture, on the other hand, can only be achieved by high convection speeds of the cool combustion products possible.
Die oben erwähnten Nachteile bei Verwendung von gasförmigen Brennstoffen zur Erzielung relativ niedriger Temperaturen kann demzufolge auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß eine zu-The disadvantages mentioned above when using gaseous Fuels for achieving relatively low temperatures can therefore be attributed to the fact that an additional
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friedenstellende Verbrennung von Luft-Gas-Gemischen nur bei ungünstigen Temperaturen und Geschwindigkeiten von Luft, Gas und Verbrennungsprodukten stattfinden kann.satisfactory combustion of air-gas mixtures only with unfavorable temperatures and velocities of air, gas and combustion products can take place.
Im Hinblick auf diesen Stand der Technik ist es demzufolge Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verbrennung gasförmiger Brennstoffe bzw. Abgase zu schaffen, welches diese oben genannten Nachteile nicht aufweist und welches eine vollkommene Verbrennung ohne Gefahr des Auftretens von ungewünschten Explosionen ermöglicht.In view of this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a method for incineration To create gaseous fuels or exhaust gases, which does not have these disadvantages mentioned above and which one allows complete combustion without the risk of undesired explosions.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Wärmeeinheit der Verbrennungsprodukte zum Teil durch Wärmeaustausch mit der Verbrennungsluft und/oder des Gases zurückgeleitet wird, wobei die Verbrennungsluft und das Gas zusätzlich in gegenseitigem Wärmeaustausch stehen können, worauf die Luft und das Gas in einer Reaktionskammer derart zugeführt werden, daß in der die Luft- und die Gasbereiche voneinander trennenden Reaktionszone eine Oberflächenverbrennung stattfindet, worauf die Verbrennungswärme durch Wärmeaustausch zum Teil in die Luft und das Gas kurz vor und während dem Zuführen in die Reaktionszone geleitet wird, an welcher Stelle sie zum Teil die empfangene Wärme dem Verbrennungsverfahren abgeben, wobei der gesamte thermische Rückfluß ausreichend ist, um die Oberflächenverbrennung der Reaktionszone zugeführten Luft und des Gases aufrecht zu erhalten, wobei diese Temperatur bei oder oberhalb des Zündpunktes der Mischung ist, und wobei die Oberflächenverbrennung oberhalb des Zündpunktes für Kohlenmonoxid-Lüftmischungen gehalten ist.According to the invention this is achieved in that the thermal unit of the combustion products is partly by heat exchange with the Combustion air and / or the gas is returned, wherein the combustion air and the gas can also be in mutual heat exchange, whereupon the air and the gas in are fed to a reaction chamber in such a way that in the reaction zone separating the air and gas regions from one another a surface combustion takes place, whereupon the combustion heat through heat exchange partly into the air and the gas briefly is passed before and during the feed into the reaction zone, at which point they partially transfer the received heat to the combustion process release, the total thermal reflux being sufficient to maintain surface combustion of the air and gas fed to the reaction zone, wherein this temperature is at or above the ignition point of the mixture, and wherein the surface burn is above the ignition point is held for carbon monoxide air mixtures.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Wärme inhalt der Verbrennungsprodukte zuir. Teil zurück zu dem Verbrennungsprozeß geleitet wird, wobei elh Wärmeaustausch mit der Verbrennungs-Luft- und/oder Gas stattfindet, wobei diese Komponenten zusätzlich im gegenseitigen V'ärmoaustaustausch sich befinden können. Dabei wird die Luft und dar, Gas der Reaktionsk:immer derart zugeführt, daß direkt nach dem E i η Γ i i 11 r en in d i e R e a k t i ο π s k a mm e r ο ΐ η e 0 b e r f 1 ä c h e η ν e r b r < ι m u η ιτThe method according to the present invention is characterized in that the heat content of the combustion products zuir. Part is passed back to the combustion process, where there is heat exchange with the combustion air and / or gas, these components can also be in mutual heat exchange. The air and gas of the reaction are always fed in such a way that immediately after the E i η Γ ii 11 r en in the reacti ο π ska mm er ο ΐ η e 0 overf 1 surface η ν vom ι mu η ιτ
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in der die Luft und das Gas voneinander trennenden Reaktionszone stattfindet. Durch Wärmeaustausch wird die Verbrennungswärme zum. Teil der Luft und Gas zugeführt, bevor und während dieselbe die Reaktionszone erreicht, so daß eine teilweise Abgabe der empfangenen Wärme stattfindet.in which the air and gas separating reaction zone takes place. The heat of combustion is generated by heat exchange to the. Part of the air and gas supplied before and during it reaches the reaction zone so that a partial release of the heat received takes place.
Um die Oberflächenverbrennung aufrecht zu erhalten, erweist es sieh als notwendig, daß die Luft und das Gas bei dem Zusammentreffen in der Reaktionszone auf oder oberhalb des Zündpunktes der Luft-Gas-Mischung sich befinden. Eine vollständige Verbrennung erfordert eine Oberflächenverbrennung, welche oberhalb des Zündpunktes.der Kohlenmonoxid-Luft-Mischung gehalten ist.In order to maintain the surface combustion it is found necessary that the air and the gas meet are in the reaction zone at or above the ignition point of the air-gas mixture. A complete burn requires a surface burn which is above the ignition point of the carbon monoxide-air mixture.
Ein gemäß dem erfindurigsgemäßen Verfahren aufgebauter Reaktionsbrenner ist dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer eine oder mehrere Gasdüsen und eine oder mehrere Luftdüsen aufweist, und daß wenigstens ein Wärmetauscher' vorgesehen ist, durch Vielehen die heißen Verbrennungsprodukte der Reaktionskammer beeinflußt sind, wobei die gesamte Wärmetauscherkapazität des Brenners ausreichend ist, um eine Oberflächenverbrennung zwischen Luft und Gas aufrecht zu erhalten.A reaction burner constructed according to the method according to the invention is characterized in that the reaction chamber has one or more gas nozzles and one or more air nozzles, and that at least one heat exchanger is provided, by multiplying the hot products of combustion in the reaction chamber are affected, the total heat exchange capacity of the burner being sufficient to cause surface combustion between air and gas.
Der Reaktionsbrenner gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus einem oder mehreren Wärmetauschern und einer Reaktionskammer bestehen, in welche Gasrohre führen,· die mit einem der Wärmeaustauscher verbunden sind, während die beispielsweise die Gasrohre umschließenden Luftrohre mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden sind. Diese beiden Wärmetauscher, von welchen wenigstens einer in Verbindung mit den heißen Verbrennungsprodukten der Reaktionskammer steht, können gemeinsame Wärmetauscherflächen aufweisen. Die innerhalb der Kammer stattfindende Verbrennung wird durch Zündung ausgelöst. Am Anfang der Verbrennung wird die Luft durch Konvektion oder Diffusion innerhalb der Reaktionskammer mit dem Gas gemischt. Da die Mischung unvollständig ist und die Verbrennungsluft kalt ist, ist die auftretende Verbrennung im Vergleich zu konventionellen Gasbrennern äußerst schlecht und unvollständig. Durch die heißen Verbrennungsprodukte wird jedoch die Luft und das Gas über den Wärmeaustauscher auf eineThe reaction burner according to the present invention can be made from one or more heat exchangers and a reaction chamber exist into which gas pipes, which are connected to one of the heat exchangers, while for example the gas pipes surrounding air pipes are connected to the second heat exchanger. These two heat exchangers, at least of which one in connection with the hot combustion products of the reaction chamber can have common heat exchanger surfaces exhibit. The combustion taking place inside the chamber is triggered by ignition. At the beginning of the combustion will the air is mixed with the gas by convection or diffusion within the reaction chamber. Because the mix is incomplete and the combustion air is cold, the combustion is occurring extremely poor and incomplete compared to conventional gas burners. The hot products of combustion will however, the air and the gas via the heat exchanger on one
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Temperatur erhitzt, so daß die Schichtdicke der Luft-Gas-Mischung hinter der Flamme abnimmt.,Die Verbrennung der Luft-Gas-Mischung wird so lange aufrecht erhalten, bis die Mischung ihren ZUndpunkt erreicht. Sobald die Luft und das Gas nach dem Zusammenführen den ZUndpunkt erreichen, ändert sich vollkommen die Art der Verbrennung, indem die Flamme zurückschlägt, zwar nicht nur in die öffnung des Gasrohres, sondern auch auf die Oberfläche des Gasstrahls. Dabei werden die Gasbereiche von Luftbereichen getrennt, während eine gemeinsame Reaktionszone für die Verbrennung gebildet wird, in welcher eine Oberflächenverbrennung stattfindet. Bei der Verbrennung strömt das Gas durch einen Wärmetauscher, dessen Wandung durch die Reaktionszone der Verbrennung p;ebildet ist, welche ebenfalls eine Wärmetauscherflache für die Verbrennungsluft ergibt. Die in der Reaktionszone reagierende Luft und das Gas sind demzufolge einem kontinuierlichen Wärmeaustausch ausgesetzt. Dabei wird die zugeführte Luft und das Gas sehr stark erwärmt, wodurch die Temperatur in der Reaktionszone weiter erhöht wird, was wiederum eine Erhöhung der Vorerwärmung zur Folge hat. Dies bedeutet, daß bezüglich des Temperaturanstieges die Reaktionszone einer Kettenreaktion ausgesetzt ist, bis eine sehr hohe Temperatur erreicht ist. Dies wiederum führt zu einer sehr großen Kapazität des Wärmeaustausches.Temperature heated so that the layer thickness of the air-gas mixture behind the flame decreases., The combustion of the air-gas mixture is maintained until the mixture reaches its end point. As soon as the air and the gas after reach the end point after merging, the type of combustion changes completely, as the flame strikes back, not only into the opening of the gas pipe, but also onto the surface of the gas jet. The gas areas of Air zones are separated while a common reaction zone for the combustion is formed, in which a surface combustion takes place. During combustion, the gas flows through a heat exchanger, the wall of which is formed by the combustion reaction zone p; e, which is also a heat exchanger surface for the combustion air results. The one in the reaction zone reacting air and the gas are consequently exposed to a continuous heat exchange. The supplied Air and the gas are heated very strongly, as a result of which the temperature in the reaction zone is further increased, which in turn increases the preheating. This means that with respect to the temperature rise, the reaction zone is a chain reaction exposed until a very high temperature is reached. This in turn leads to a very large capacity of heat exchange.
Das in der Reaktionszone eingeschlossene Gasvolumen ist einer thermischen Zersetzung ausgesetzt, welche eine mit Ruß versetzte Flamme erzeugen könnte, wenn nicht ein großer Luftüberschuß vorhanden wäre. Sobald die Menge der Uberschußluft vergrößert wird, .fällt die Temperatur des umgebenden Mediums ab, ohne daß dabei -im Gegensatz zu konventionellen Gasbrennern- die Temperatur der Reaktionszone sehr stark beeinflußt wird, weil das gegen die Reaktionszone gerichtete Luftkissen in kontinuierlichem Wärmeaustausch mit der Reaktionszone selbst steht und weil die Verbrennung nicht innerhalb einer Luft-Gas-Mischung stattfindet, welche schlecht oberhalb des Zündpunktes erhitzt werden kann.The volume of gas enclosed in the reaction zone is one exposed to thermal decomposition which a sooty flame could produce if there is not a large excess of air were. As soon as the amount of excess air is increased, . If the temperature of the surrounding medium falls, without the temperature - in contrast to conventional gas burners the reaction zone is very strongly influenced because the air cushion directed against the reaction zone is in continuous heat exchange with the reaction zone itself and because the combustion does not take place within an air-gas mixture, which cannot be heated above the ignition point.
Mit dem reaktionsbeschriebenen Brenner können demzufolge hoheWith the burner described as a reaction, high
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Luft-, Gas- und Flammentemperaturen erreicht werden, wobei die Verbrennung mit Überschußluft stattfindet. Ein derartiger Brenner ist demzufolge nicht von dem theoretischen Luft-Gas-Mischungsverhältnis abhängig.Air, gas and flame temperatures can be reached, the combustion taking place with excess air. Such a burner is therefore not of the theoretical air-gas mixture ratio addicted.
Während der Verbrennungsprozeß von den zwei bestimmenden Faktoren freigemacht worden ist -nämlich dem Heizprozeß der Luft und des Gases einerseits und der Abwesenheit von Sauerstoff in der Endstufe der Verbrennung andererseits- so ergibt es sich nunmehr, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit äußerst hoch ist und wahrscheinlich loo bis looo mal den normalen Wert von Verbrennung gegenüber kalten Luft-Gas-Mischungen ausmacht. Die Brennerkapazität wird demzufolge sehr stark erhöht, was zur Folge hat, daß die Verbrennung mit hoher Düsengeschwindigkeit und einem geringen Brennervolumen stattfindet.While the combustion process has been freed from the two determining factors - namely the heating process of the air and the gas on the one hand and the absence of oxygen in the final stage of the combustion on the other hand - so it results now that the burning rate is extremely high and probably loo to looo times the normal value of combustion compared to cold air-gas mixtures. The burner capacity is therefore increased very much, which leads to The result is that the combustion takes place with a high nozzle speed and a small burner volume.
Bei Ofensystemen mit niedriger Temperatur können die Reaktionsbrenner aus metallischen Elementen hergestellt sein. Die eine hohe Temperatur aufweisende Reaktionszone sollte nicht in positiver Berührung mit den Wandungen der Reaktionskammer sein. Dies kann vermieden werden, indem dem Brenner soviel eine niedrige Temperatur aufweisende Zusatzluft zugeführt wirds daß die Reaktionszone von derselben umgeben und die metallischen Elemente demzufolge geschützt sind.In the case of furnace systems with low temperature, the reaction burners can be made of metallic elements. The high temperature reaction zone should not be in positive contact with the walls of the reaction chamber. This can be avoided by the burner as much a low temperature having additional air s supplied to the reaction zone surrounded by the same and the metallic elements are protected accordingly.
Der Wärmeaustausch der Verbrennungsprodukte mit Luft und Gas verringert deren Austrittstemperatur, so daß dieselbe in der Nähe der Betriebstemperatur des Ofensystems ist. Dies und die hohe Brennerkapazität bewirkt eine hohe Konvektionsrate der Verbrennungsprodukte, was es wiederum möglich macht, eine sehr zufriedenstellende gleichmäßige Temperatur innerhalb des Ofens zu erhalten.The heat exchange of the combustion products with air and gas reduces their outlet temperature, so that the same in the Is close to the operating temperature of the furnace system. This and the high burner capacity result in a high convection rate of the Combustion products, which in turn makes it possible to maintain a very satisfactory uniform temperature within the furnace to obtain.
Da die Verbrennung oberhalb des Verbrennungspunktes von Kohlenmonoxid aufrechterhalten wird, ist die Gefahr des Auftretens von Explosionen und das. Vorhandensein von Kohlenmonoxid-Luftmischungen eliminiert. Die tatsächliche Kapazität des Reaktiorss-Because the combustion is above the combustion point of carbon monoxide is maintained is the risk of explosions and the presence of carbon monoxide air mixtures eliminated. The actual capacity of the reactor
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brenners wird durch die erzielbaren Geschwindigkeiten der Zufuhrluft und des Gases und durch die Wärmeaustauschkapazität des Brenners bestimmt.burner is determined by the achievable speeds of the Supply air and gas and by the heat exchange capacity of the burner.
Da die innerhalb des Reaktionsbrenners stattfindende Verbrennung eine Oberflächenverbrennung ist, ist dieser Teil des Wärmeaustausches proportional zu der Verbrennungsoberfläche, so daß die Trennung der Luft und/oder Gases in einzelne Teilstrahlen beliebiger Konfiguration zu einem erhöhten Wärmeaustausch zwischen dem Verbrennungsprozeß und der Luft und dem Gas führt.Since the combustion taking place inside the reaction burner is a surface combustion, this is part of the heat exchange proportional to the combustion surface, so that the separation of the air and / or gas into individual partial jets any configuration leads to an increased heat exchange between the combustion process and the air and gas.
Der thermische Zufluß der Verbrennungswärme kann weiterhin erhöht werden, indem die Luft und das Gas durch lange Leitungen ■ zugeführt werden, welche durch von dem Verbrennungsprozeß abgegebene Strahlung erhitzt werden. Die Rohre übertragen dann vor allem durch Konduktion und Konvektion die Wärme an die Luft und das Gas.The thermal inflow of the heat of combustion can be further increased by the air and the gas through long pipes ■ which are heated by radiation emitted by the combustion process. The pipes then transmit mainly by conduction and convection the heat to the air and the gas.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von AusfUhrungsbeispielen näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist.The invention will now be explained and described in more detail with reference to exemplary embodiments, with reference to the enclosed Drawing is referred to.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 und 2 Schnittansichten von einfachen Ausführungsformen von Brennern, bei welchen die Zufuhr der einen Komponenten -gewöhnlich Gas- mittels eines rechteckigen Rohres erfolgt.Fig. 1 and 2 sectional views of simple embodiments of burners in which the supply of one Components - usually gas - takes place by means of a rectangular tube.
Fig. J eine Sohnittansicht einer weiteren Ausführungsform dos erfindungsgemäßen Brenners, Vielehe insbesondere als Sekundärbrenner und Schalldämpfer in Verbindung mit inneren Verbrennuncsmaschinen verwendbar ist,J shows a sectional view of a further embodiment dos burner according to the invention, polygamy in particular can be used as a secondary burner and silencer in connection with internal combustion engines,
Fig. 4 und 5 Schnittansichten weiterer Ausführungsformen vonFIGS. 4 and 5 are sectional views of further embodiments of FIG
Reaktionsbrennern gemäß der Erfindung, bei welchen sowohl die Luft als auch das Gas bei Anwesenheit von turbulenten Strömungsbedingungen vorgeheizt werden ,Reaction burners according to the invention, in which both the air and the gas in the presence are preheated by turbulent flow conditions,
~ 9 -3098 1 8/0906 ~ 9 - 3098 1 8/0906
Pig. 6 eine Schnittansicht eines weiteren Reaktionsbrenners gemäß der Erfindung, welcher als Brennofen und chemischer Reaktor verwendbar ist, undPig. 6 is a sectional view of another reaction burner according to the invention, which is useful as a kiln and chemical reactor, and
Pig. 7+8Schnittansichten von Abwandlungen der in Pig. 4 und 5" dargestellten Ausführungsformen, welche zur Sekundärverbrennung von Rauchgasen bzw. Abgasen verwendbar sind.Pig. 7 + 8 Sectional views of modifications of the Pig. 4 and 5 " illustrated embodiments, which for secondary combustion of flue gases or exhaust gases can be used.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines Reaktionsbrenners gemäß der Erfindung, bei welchem eine Reaktionskammer 1 in eine Austrittskammer 2 übergeht. Die Verbrennungsluft wird über eine Rohrleitung 3. einer Einlaßkammer 4 zugeführt, welche die Reaktionskammer 1 und die Austrittskammer 2 umschließt. Dadurch werden diese beiden. Kammern 1, 2 gekühlt, während die Verbrennungsluft im Gegenstromverfahren erwärmt wird. Die erwärmte Luft wird dann durch eine öffnung 6 in die Reakti,onskammer 1 eingeleitet, in welche ebenfalls das Gas über einen Einlaßkanal 5 geleitet wird. Dies hat zur Folge, daß das Gas vorder Zufuhr in die Reaktionskammer 1 nur sehr geringfügig erwärmt wird. Da die Verbrennungsluft eine sehr hohe Temperatur aufweisen muß, ist die thermische Beanspruchung des Brenners relativ groß.Fig. 1 shows an embodiment of a reaction burner according to of the invention, in which a reaction chamber 1 merges into an outlet chamber 2. The combustion air is via a Pipeline 3 is fed to an inlet chamber 4 which encloses the reaction chamber 1 and the outlet chamber 2. Through this become these two. Chambers 1, 2 cooled while the combustion air is heated in a countercurrent process. The heated air is then passed through an opening 6 into the reaction chamber 1 introduced into which the gas is also passed via an inlet channel 5. This has the consequence that the gas is pre-supplied is heated only very slightly in the reaction chamber 1. Since the combustion air must have a very high temperature, the thermal stress on the burner is relatively high.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei -welcher jedoch die öffnung 6 geschlossen bzw. verengt ist. Ein Teil bzw. die gesamte Verbrennungsluft wird in diesem Fall in turbulenter Strömung durch tangentiale Düsen 7 eingeleitet, ' welche in einem gewissen Abstand von dem Einlaßkanal 5 des Gases ange- . ordnet sind. Auf diese V/eise' kann eine hohe Flammen tempera tür erreicht v/erden, während gleichzeitig die Temperatur des darumliegenden Mediums mit Hilfe von Überschußluft gesteuert wird. Die turbulente Strömung verhindert ferner eine örtliche Erhitzung der Wandung der Reaktionskammer 1.Fig. 2 shows a similar embodiment, but in which the opening 6 is closed or narrowed. A part or the In this case, the entire combustion air becomes more turbulent Flow introduced through tangential nozzles 7, 'which in a certain distance from the inlet channel 5 of the gas. are arranged. In this way a high flame tempera door can be achieved reached v / ground, while at the same time the temperature of the surrounding Medium is controlled with the help of excess air. The turbulent flow also prevents local heating the wall of the reaction chamber 1.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher das Gas in einzelnen Strahlern entlang von langen Gaskanälen 8 in die Reaktionskammer 1 eingeleitet wird, wobei diese Zufuhr gleichzeitig mit der vorerwärmten Verbrennungsluft erfolgt. Dadurch wird erreicht, daß die Luft und das Gas mit im wesentlichen derselben Temperatur in die Reaktionskammer 1 eintreten, während gleich-Fig. 3 shows an embodiment in which the gas in individual Radiators along long gas channels 8 is introduced into the reaction chamber 1, this supply being carried out simultaneously takes place with the preheated combustion air. This achieves that the air and the gas enter the reaction chamber 1 at substantially the same temperature, while the same
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zeitig eine zufriedenstellende Rückführung der Verbrennungswärme und eine niedrige thermische Beanspruchung der Brennerkomponenten erreicht wird. Die durch die Rohrleitung 3 zugeführte Luft wird zuerst im Gleichstrom mit den heißen Verbrennungsprodukten und anschließend im Gegenstrom um die Austrittskammer 2 und die Reaktionskammer 1 erwärmt. a satisfactory return of the heat of combustion in good time and a low thermal stress on the burner components is achieved. The supplied through the pipe 3 Air is first heated in cocurrent with the hot combustion products and then in countercurrent around the outlet chamber 2 and the reaction chamber 1.
Pig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Luft und das Gas durch Einlaßkammern 9 und Io geleitet wird, die in Rotationssymmetrie angeordnet sind, wobei ein turbulenter direkter und indirekter Wärmeaustausch mit der Reaktionskammer 1 und der Austrittskammer 2 der heißen Verbrennungsprodukte erreicht wird.Pig. 4 shows an embodiment in which the air and the Gas is passed through inlet chambers 9 and Io, which are arranged in rotational symmetry, a turbulent direct and indirect heat exchange with the reaction chamber 1 and the exit chamber 2 of the hot combustion products is achieved will.
In Kombination mit dem Prinzip von Fig. 2 kann demzufolge erreicht werden, daß. durch die turbulente Strömung der Reaktionsbrenner in allen Positionen und Winkellagen arbeiten kann, ohne daß dabei eine lokale Überhitzung der metallischen Elemente stattfindet. Es wird ferner erreicht, daß die turbulente Strömung die erhitzte Luft und das Gas sehr gut durch die Einströmkanäle zu der Reaktionskammer 1 leiten. Obwohl in der obigen Beschreibung die Luft in die Rohrleitung 3 und das Gas in den Einlaßkanal 5 bzw. die tangentialen öffnungen 14 gemäß Pig. 4, 5, 7 und 8 geleitet wird, so kann jedoch ebenfalls das Entgegengesetzte der Pail sein.In combination with the principle of FIG. 2, this can be achieved be that. due to the turbulent flow, the reaction burner can work in all positions and angular positions without that local overheating of the metallic elements takes place. It is also achieved that the turbulent flow pass the heated air and the gas very well through the inflow channels to the reaction chamber 1. Although in the above Description of the air in the pipe 3 and the gas in the Inlet channel 5 or the tangential openings 14 according to Pig. 4, 5, 7 and 8, however, it can also be the opposite of the pail.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen, welche nur einige der Möglichkeiten aufzeigen, wird die Austrittstemperatur der Verbrennungsprodukte dadurch auf die Betriebstemperatur eingestellt, daß die Gas- und Luf tvo.lumina in geeigneter Weise reguliert werden. Zusätzlich kann eine Beeinflussung durch die Zufuhr von Zusatzluft erfolgen, welche durch Schlitze zugeführt wird.In the described embodiments, which only some of the Show possibilities, the outlet temperature of the combustion products is thereby set to the operating temperature, that the gas and air volumes are regulated in a suitable manner. In addition, it can be influenced by the supply of Additional air take place, which is supplied through slots.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verahrens bzw. des danach gebauten Reaktionsbrenners ist nicht einzig und allein auf dieThe application of the process according to the invention or of the reaction burner built according to it is not solely and exclusively for the
Erwärmung unterhalb des ZUndpunktes einer Gas-Luft-Mischung be Heating below the ignition point of a gas-air mixture be
schränkt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der durch den Verbrennungsprozeß gebildete Luft- und Gas-Wärmetauscherrestricts. In the context of the present invention, the air and gas heat exchanger formed by the combustion process
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einen idealen Hochtemperatur-Wärmetauscher bilden, bei welchem die Vorerhitzung auf hohe Temperaturen direkt vor der Reaktion der vorgewärmten Produkte in der Reaktionszone stattfindet. Eine geeignete Menge von Überschußluft unterdrückt die Dissor. ziierung des Kohlendioxids und der Wasserdämpfe. Demzufolge kann durch geeignete Einstellung der Überschußluft im Vergleich zu konventionellen Gasbrennern eine höhere Flammentempera tür mit Luft-Gas-Mischungen erreicht werden. Die Kombination mit dem erheblichen thermischen Rückfluß der heißen Verbrennungsprodukte ergibt einen ökonomischen Brennofen und chemischen Reaktor, welcher für Temperaturen oberhalb des Zündpunktes von Luft-Gas-Gemischen geeignet ist. Bei Brennofen und Reaktoren .für hohe Temperaturen ist es allein notwendig, keramische refraktorische Materialien insbesondere für die Reaktionskammer und das Ende der Gasdüsen zu verwenden. Da keramische Materialien jedoch gewöhnlich schlechte Wärmeleiter sind-, ist es in diesem Fall jedoch nicht zweckmäßig, die Reaktionskammer von Verbrennungsluft oder Gas zu"umströmen.Form an ideal high-temperature heat exchanger, in which the preheating to high temperatures just before the reaction of the preheated products takes place in the reaction zone. A suitable amount of excess air suppresses the dissor. of carbon dioxide and water vapors. As a result By setting the excess air appropriately, you can achieve a higher flame temperature compared to conventional gas burners can be achieved with air-gas mixtures. The combination with the considerable thermal reflux of the hot combustion products results in an economical kiln and chemical reactor suitable for temperatures above the ignition point of Air-gas mixtures is suitable. For kilns and reactors. For high temperatures it is only necessary to use ceramic refractory To use materials in particular for the reaction chamber and the end of the gas nozzles. Because ceramic materials however, they are usually poor conductors of heat - it is in In this case, however, it is not expedient to "flow around the reaction chamber" with combustion air or gas.
Fig. 6 zeigt eine Ausfuhrungsform eines Brennofens bzw. Reaktors für hohe Temperaturen, bei welchem ein hoher thermischer Rückfluß des Wärmeinhalts der Verbrennungsprodukte und der Verbrennungswärme für den Verbrennungsprozeß erreicht wird, indem die Abgase der Reaktionskammer 1' im Gegens.tromverfahren zu der Verbrennungsluft und/oder dem Gas geleitet wird. Dabei wird· ein Teil des Wärmeaustauschers entlang der Oberfläche von Rauch, Luft- und Gaskanälen 11, 12 und 15 erreicht, welche demzufolge eine genügende Länge und Oberfläche aufweisen sollten, damit der gewünschte thermische Rückfluß zur Erzielung eines relativ guten Wirkungsgrades erreicht wird.6 shows an embodiment of a furnace or reactor for high temperatures, at which a high thermal reflux of the heat content of the combustion products and the heat of combustion for the combustion process is achieved by the exhaust gases of the reaction chamber 1 'in Gegen.tromverfahren to the combustion air and / or the gas is passed. Part of the heat exchanger along the surface of smoke, Air and gas channels 11, 12 and 15 reached, which accordingly should be of sufficient length and surface area so that the desired thermal reflux to achieve a relative good efficiency is achieved.
Das Verfahren und der Reaktorbrenner gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Verbrennung von Restbrennstoffen in Abgasen geeignet, solange die Verbrennung bis zur vollständigen Entfernung der Restbrennstoffe oberhalb des Zündpunktes von Kohlenmonoxid -Gas -Mischungen gehalten ist. Wegen des sehr schwachen thermischen Wertes von Rauch- bzw. Abgasen ist es normalerweise nicht möglich, die Verbrennung durch Zersetzung von Luft-Gas-Mischungen aufrecht zu erhalten. Im Rahmen der vorliegenden Er- -The method and the reactor burner according to the present invention is for the combustion of residual fuels in exhaust gases suitable as long as the combustion until the complete removal of the residual fuels above the ignition point of carbon monoxide Gas mixtures. Because of the very weak thermal value of smoke or exhaust gases, it is usually not possible to burn through the decomposition of air-gas mixtures to maintain. In the context of the present -
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findung arbeitet der Reaktorbrenner jedoch mit kontinuierlicher und getrennter Vorerwärmung der Luft und des Gases, wobei der gesamte thermische Rückfluß genügend hoch ist.However, the reactor burner works with continuous and separate preheating of the air and the gas, the total thermal reflux being sufficiently high.
Im Hinblick auf die Luftverschmutzung durch Abgase -wobei zu bemerken ist, daß 9°% des Kohlenmonoxides aus den Abgasen von inneren Brennkraftmaschinen stammt- erweist sich der erfindungsgemäße Reaktionsbrenner bezüglich der Verringerung bzw. Entfernnung von Abgas-Schadstoffen von großer Bedeutung. Dies ist umso mehr der Fall, als der erfindungsgemäße Reaktorbrenner ebenfalls eine Geräuschdämpfung von inneren Verbrennungsmaschinen bewirkt, ohne daß dabei die Motorleistung wesentlich beeinflußt wird.With regard to air pollution by exhaust gases - it should be noted that 9% of the carbon monoxide comes from the exhaust gases of internal combustion engines - the reaction burner according to the invention proves to be of great importance with regard to the reduction or removal of exhaust gas pollutants. This is all the more the case as the reactor burner according to the invention also effects a noise attenuation of internal combustion engines without significantly influencing the engine output.
Gemäß Fig. 4 werden die Abgase zur Vorbehandlung in eine rotationssymmetrisch ausgelegte Einströmkammer Io geleitet, welche über wärmeisolierende Rohre bzw. eine wärmeisolierende Abgasleitung mit den Auspuffrohren des Motors verbunden ist. Die Abgase werden tangential durch eine öffnung 14 peripher in die Einlaßkammer ]o eingeführt und nach Erwärmung durch Wärmeaustausch mit der durch die danebenliegende Einlaßkammer 9 geleitete Verbrennungsluft der Reaktionskammer 1 im Gleichstromverfahren zusammen mit der Verbrennungsluft zugeführt, in welcher am Ende der Gaskanäle 8 die eigentliche Verbrennung stattfindet.According to FIG. 4, the exhaust gases for pretreatment are rotationally symmetrical designed inflow chamber Io, which via heat-insulating pipes or a heat-insulating exhaust pipe is connected to the exhaust pipes of the engine. The exhaust gases are tangential through an opening 14 peripherally in the Inlet chamber] o introduced and after being heated by heat exchange with that passed through the inlet chamber 9 located next to it Combustion air supplied to the reaction chamber 1 in a cocurrent process together with the combustion air, in which the actual combustion takes place at the end of the gas channels 8.
Bei Verwendung dieses Verfahrens wird ein Teil der kinetischen Energie des Abgases in der Kraftmaschine gespeichert, und zwar insbesondere in der mittleren Position des Ausstoßtaktes. Dagegen wird Rotationsenergie den Auspuffgasen in den Extrempositionen des Ausstoßtaktes zugeführt, in welchen die Kolbengeschwindigkeit null ist. Die Abgasturbulenzen innerhalb der Einströmkn miner haben demzufolge einen ähnlichen Effekt wie das Schwungrad des Motors, jedoch mit der Ausnahme, daß bei dem durch die Abgase ge bilde; ton Sehwungrad Massenelemente von grossein kinetischen Volumen an der Peripherie deo Schwungrades auftreten, während Massene.1 einen te geringen kinetischen Volumens im Bereich des Schwung ι ykI Zentrums entfernt worden. Das durchWhen using this method, part of the kinetic energy of the exhaust gas is stored in the engine, in particular in the middle position of the exhaust stroke. In contrast, rotational energy is supplied to the exhaust gases in the extreme positions of the exhaust stroke, in which the piston speed is zero. The exhaust gas turbulence within the Einströmkn miner consequently has a similar effect as the flywheel of the engine, with the exception that in the case of the ge through the exhaust gases; The flywheel mass elements of large kinetic volume occur at the periphery of the flywheel, while masses.1 a te small kinetic volume has been removed in the area of the momentum center. That through
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die Abgase gebildete Schwungrad kann dazu verwendet werden, um von dem Motorzylinder Abgase abzuziehen und damit eine · gasdynamische Reinigung der Kompressionskammern zu erreichen. Dadurch kann die Kompression wesentlich erhöht werden, ohne daß dabei das Kompressionsverhältnis verändert wird, was wiederum zu einer Zunahme der Motorleistung und zu einer Verrin- ' gerung des Brennstoffverbrauches führt. Die Abfuhr der mit einer Luft-Brennstoff-Mischung versetzten Abgase kann verbessert werden, indem die Kompressionskammer U-förmig ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die maximale Leistung des durch die Abgase gebildeten Schwungrades nur beim Abbrennen der Abgase auftritt, weil ansonsten die brennbaren und giftigen Bestandteile der Abgase erhöht werden. Um eine maximale Leistung und Wirtschaftlichkeit zu erreichen, ist es fernerhin notwendig, daß die AbgabeperiodeUnd die Periode der Überlappung der Einlaß- und Auslaßventile auf das durch die Abgase gebildete Schwungrad angepaßt wird. Eine ähnliche Zunahme der Leistung und Verbesserung der Wirtschaftlichkeit wird dadurch erreicht, indem die Verbrennungsluft im Verhältnis zu den Abgasen mit einem konstanten Mittelwert und mit einem positiven Überdruck zugeführt wird, sq.daß die Verbrennungsluft durch einen Injektionseffekt die Abgase mit sich führt. Die Abgaswirbel in der Einströmkammer bewirken fernerhin einen Differenzausgleieh der Brennstoffkonzentrationen während des Ausstoßtaktes, was eine gleichmäßigere Verbrennung der Abgase zur Folge hat. .The flywheel formed by the exhaust gases can be used to draw exhaust gases from the engine cylinder and thus to achieve gas-dynamic cleaning of the compression chambers. As a result, the compression can be increased significantly without changing the compression ratio, which in turn leads to an increase in engine output and a reduction in fuel consumption. The discharge of the exhaust gases mixed with an air-fuel mixture can be improved by designing the compression chamber in a U-shape. In this connection it should be mentioned that the maximum output of the flywheel formed by the exhaust gases occurs only when the exhaust gases are burned off, because otherwise the combustible and poisonous components of the exhaust gases are increased. In order to achieve maximum power and efficiency, it is henceforth necessary that the output period U nd the period of the overlap of the intake and exhaust valves to the exhaust gases formed by the flywheel is adjusted. A similar increase in performance and improvement in economic efficiency is achieved in that the combustion air is supplied with a constant mean value and with a positive overpressure in relation to the exhaust gases, i.e. the combustion air carries the exhaust gases with it through an injection effect. The exhaust gas eddies in the inflow chamber also cause a differential compensation of the fuel concentrations during the exhaust stroke, which results in a more uniform combustion of the exhaust gases. .
Durch die eine Schwungradwirkung aufweisenden Abgase kann ebenfalls ein konstanter Massentransport der Abgase durch die rotationssymmetrisch ausgelegte Einströmkammer erreicht werden, wobei Pulsationen und akustische Wellen der Abgase ebenfalls gedämpft werden. Dieser Dämpfungseffekt wird bei den in den Fig· 5j 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen verbessert, wenn die Einströmkammer durch ein äußeres druckfestes Gehäuse 24 umgeben ist und wenn der gebildete Zwischenraum von einem geräuschdämpfenden Material 22 gefüllt ist. Die Wandung 21 der E in s tr ömka miner ist in diesem Fall auf der gegenüberliegenden Seite des Materials 22 perphoriert. Die .Unterdrückung bzw. Ab-The exhaust gases, which have a flywheel effect, can also a constant mass transport of the exhaust gases through the rotationally symmetrical designed inflow chamber can be achieved, with pulsations and acoustic waves of the exhaust gases as well be dampened. This damping effect is improved in the embodiments shown in FIGS. 5j 7 and 8 when the inflow chamber is surrounded by an external pressure-resistant housing 24 is and if the gap formed by a sound-absorbing Material 22 is filled. The wall 21 of the E in s tr ömka miner is in this case on the opposite Side of the material 22 perforated. The suppression or suppression
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sorption der Geräusche innerhalb der Einströmkammer wird ferner durch die Anwesenheit einer heißen Luftsäule in den Mittelpunkt der Abgaswirbel verbessert, indem der Wirbel in Verbindung mit Geschwindigkeitsfeldern ein akustisches Ableitungsfeld erzeugt, welches die Schallwellen -insbesondere höherer Frequenz- daran hindert, die Reaktionskammer 1 zu erreichen, Die trotzdem innerhalb der Reaktionskammer 1 auftretenden akustischen Wellen werden in dem nicht homogenen Temperatürfeld der Verbrennung reflektiert und abgelenkt, wodurch innerhalb der Reaktionskammer 1 ebenfalls eine Unterdrückung bzw. Absorption der Schallwellen stattfindet. Eine weitere Dämpfung der akustischen Wellen und Pulsationen kann durch die Einlaß- und Auslaßleitungen, den Luftvorerhitzer und die Austrittskammer 2 erreicht werden, welche von dem ■druckfesten Gehäuse 24, dem wärme- und schallisolierenden Material 22 und der Wandung der Austrittskammer 2 umgeben ist, wobei letztere mittels Schlitzen, Rohren 26 und/oder Perforation 21 mit dem geräuschabsorbierenden Material 22 verbunden ist.Sorption of the noises within the inflow chamber is also due to the presence of a column of hot air in the The center of the exhaust vortex is improved by making the vortex in connection with velocity fields an acoustic Dissipation field generated, which prevents the sound waves - especially higher frequencies - from entering the reaction chamber 1 To achieve, the acoustic waves occurring nevertheless within the reaction chamber 1 are in the non-homogeneous Temperature field of combustion reflected and deflected, causing a suppression or absorption of the sound waves also takes place within the reaction chamber 1. One further damping of acoustic waves and pulsations can through the inlet and outlet lines, the air preheater and the outlet chamber 2 can be reached, which of the ■ pressure-resistant housing 24, the heat and sound insulating material 22 and the wall of the outlet chamber 2 is surrounded, the latter by means of slots, tubes 26 and / or perforations 21 is connected to the sound-absorbing material 22.
Da die Abgase nach Vorbehandlung in der Einströmkammer bereits gedämpft in die Reaktionskammer 1 geleitet werden, ist der bei Schalldämpfern notwendige Gegendruck realtiv gering. Es ist demzufolge möglich, die kinetische Energie der Abgase zur Evakuierung auszunützen, um die notwendige Verbrennungsluft mittels des Ejektionseffektes abzuleiten. Dadurch kann -insbesondere bei kleineren Verbrennungskraftmaschinen- das normalerweise notwendige Luftgebläse eingespart werden..Since the exhaust gases have already been pre-treated in the inflow chamber are conducted attenuated into the reaction chamber 1, the counterpressure required in the case of silencers is relatively low. It It is therefore possible to use the kinetic energy of the exhaust gases for evacuation in order to use the necessary combustion air derive the ejection effect. This can -in particular in the case of smaller internal combustion engines, this is normally the case necessary air blowers can be saved.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennung der Abgase in zwei Stufen durchgeführt. In der ersten,Stufe erfolgt eine thermische Zersetzung und/oder eine reduktive Verbrennung der Stickstoffmonoxide zu Stickstoff, wozu eine reduktive Komponente der Abgase verwendet wird. Die Abgase werden dabei einer Erwärmung ausgesetzt, bis der Zündpunkt der Stickstoffmonoxide und der reduktiven Komponenten durch die Verbrennungswärme erreicht ist. In der anschließenden zweiten Stufe erfolgt in derAccording to the present invention, the combustion of the exhaust gases is carried out in two stages. In the first, stage takes place thermal decomposition and / or reductive combustion of the nitrogen monoxides to nitrogen, including a reductive component the exhaust gas is used. The exhaust gases are heated up until the ignition point of the nitrogen monoxide and the reductive components is achieved by the heat of combustion. In the subsequent second stage takes place in the
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Reaktionskammer unter Übersehußluft eine oxidierende Verbrennung, wobei die restlichen brennbaren Bestandteile der Abgase -insbesondere Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoffverbrannt werden.Reaction chamber under excess air an oxidizing combustion, the remaining combustible components of the exhaust gases - in particular carbon monoxide, hydrocarbons and hydrogen - burned will.
Da das Volumen und die Temperatur der Abgase in Abhängigkeit der Drehzahl und der Belastung der inneren Verbrennungskraftmaschine äußerst großen Fluktuationen ausgesetzt sind und da die Menge des Brennstoffes sich kurzzeitig von hohen Werten auf niedrige Werte ändern kann -wenn beispielsweise aus dem Vollgas heraus gebremst wird- ist es unmöglich, eine Verbrennung der Abgase unter Verwendung des theoretischen Gas-Luft-Mischungsverhältnisses zu erreichen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird deshalb ein im wesentlichen konstantes Verhältnis zwischen der Verbrennungsluft und den Abgasen unter Einbeziehung einer Überschußmenge von Luft verwendet. Die Überschuß luftmenge ist dabei derart gewählt, daß beim größten •Brennstoffvolumen eine komplette Verbrennung gewährleistet ist. Die Wärmeaustauscherkapazität muß ferner so eingestellt sein, daß die Verbrennung unter den verschiedensten Abgasbedingungen oberhalb des Zündpunktes für Kohlenrnonoxid-Lu'ft~Mischungen aufrecht erhalten werden kann.' Da große Volumensänderungen wesentliche Temperaturfluktuationen des Reaktorbrenners hervorrufen können, kann die Temperatur der Reaktionskammer 1 über den thermischen Rückfluß der Verbrennungsluft und/oder des dem Wärmetauscher zugeführten Gases eingestellt werden, wobei die gesamte Kapazität voll oder zum Teil, ausgenützt wird.Because the volume and temperature of the exhaust gases are dependent the speed and the load of the internal combustion engine are exposed to extremely large fluctuations and there the amount of fuel can briefly change from high values to low values - if, for example, from the Full throttle is braked out - it is impossible to burn the exhaust gases using the theoretical gas-air mixture ratio to reach. In the context of the method according to the invention, therefore, an essentially constant Relationship between the combustion air and the exhaust gases below Inclusion of an excess amount of air is used. The excess amount of air is chosen so that the largest • Fuel volume a complete combustion is guaranteed. The heat exchanger capacity must also be set so that that the combustion under the most varied exhaust gas conditions is above the ignition point for carbon monoxide / air mixtures can be sustained. ' Since large changes in volume cause significant temperature fluctuations in the reactor burner can, the temperature of the reaction chamber 1 via the thermal reflux of the combustion air and / or the dem Heat exchanger supplied gas can be adjusted, the entire capacity is fully or partially used.
Es sei nunmehr auf Pig. 8 Bezug genommen, gemäß welcher durch , ein Rohr 29 Luft zugeführt ist, die mit Hilfe eines in der,Position b befindlichen Klappe durch den gesamten Luftwärmetauscher geleitet wird. Bei zunehmenden Temperaturen wird die Luft hingegen durch einen kürzeren Teil des Wärmetauschers geleitet, indem die Klappe zur Kühlung der Reaktionskammer in die Position c gelegt ist. Die Klappenposition kann mit Hilfe eines thermischen Relais gesteuert werden.It was now on Pig. 8 referred to, according to which by, a pipe 29 is supplied with air, which with the aid of a in the, position b located flap is passed through the entire air heat exchanger. With increasing temperatures, however, the air becomes passed through a shorter part of the heat exchanger by placing the flap in position for cooling the reaction chamber c is placed. The damper position can be controlled with the help of a thermal relay.
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Fig. 5 zeigt eine Variante des Brenners von Fig. 4, v/obei die rotationssymmetrisch ausgebildeten Einströmkammern 16 für Gas und Luft eine verschiedene Konfiguration aufweisen und wobei jeder Gasstrahl von einem entsprechenden Luftstrahl umschlossen ist- Bei dieser Ausführungsform ist ferner ein Rohrstück 27 vorgesehen, durch welches zusätzliche Luft in turbulenter Form den durch die Austrittskammer 2 strömenden heißen Verbrennungsprodukten zugeführt ist. Dadurch ist es möglich, die Temperatur der Abgase des Reaktorbrenners so einzustellen, daß sie den gewünschten Wert einnimmt. Auf diese Weise kann die Erwärmungstemperatür beispielsweise für eine durch den Reaktionsbrenner erwärmte Ofenkammer sehr einfach eingestellt werden.FIG. 5 shows a variant of the burner from FIG. 4, with the inflow chambers 16 designed to be rotationally symmetrical for gas and air have a different configuration and wherein each gas jet is from a corresponding air jet is enclosed- In this embodiment is also a Pipe section 27 is provided, through which additional air in turbulent form flowing through the outlet chamber 2 hot combustion products is supplied. This is how it is possible to adjust the temperature of the exhaust gases from the reactor burner so that it assumes the desired value. To this Way, the heating temperature can, for example, for a The furnace chamber heated by the reaction burner can be adjusted very easily.
Die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen dienen insbesondere zur Verbrennung von Abgasen von inneren Verbrennungskraftmaschinen. Bei beiden Ausführungsformen wird das Gas durch tangentiale Einlaßrohrstücke lh in die rotationssymmetrisch ausgebildete Einlaßkammer 16 geleitet, während die Luft durch Einlaßöffnungen in die identisch ausgebildete Einlaßkammer h geleitet wird. Die Luft wird dabei zuerst im Gegenstromverfahren mit den Verbrennungsprodukten vorerwärmt, welche aus der Reaktionskammer abgeleitet werden. Eine weitere Vorwärmung der Verbrennungsluft ergibt sich durch turbulente Bewegung innerhalb der Reaktionskammer 1, in welcher die V/ärrne des turbulenten Gases an die Einlaßkammer 16 abgegeben wird. Aufgrund der turbulenten Strömung werden die vorerwärmte Luft und das vorerwärmte Gas in Richtung des Wirbelzentrums gedrückt, an welcher Stelle die zu der Reaktionskammer 1 führenden Einlaßkanäle 4, 5 der Luft und des Gases angeordnet sind.The embodiments shown in FIGS. 7 and 8 are used in particular for the combustion of exhaust gases from internal combustion engines. In both embodiments, the gas is passed through tangential inlet pipe sections lh into the rotationally symmetrical inlet chamber 16, while the air is guided through inlet openings into the identically designed inlet chamber h . The air is first preheated in a countercurrent process with the combustion products, which are discharged from the reaction chamber. A further preheating of the combustion air results from turbulent movement within the reaction chamber 1, in which the flow of the turbulent gas is released to the inlet chamber 16. Due to the turbulent flow, the preheated air and the preheated gas are pressed in the direction of the vortex center, at which point the inlet channels 4, 5 of the air and the gas leading to the reaction chamber 1 are arranged.
Gemäß Fig. 7 wird die Luft durch öffnungen ~}% dem Wärmetauscher zugeleitet, welcher aus einer Mehrzahl von dünnen Rohren j5o besteht, die innerhalb der Austrittskammer 2 angeordnet sind, um die Verbrennungsprodukte der Reaktionskammer 1 abzuleiten. Diese dünnen Rohre jio enden tangential in der Einlaßkrmiiner hf welche die Reaktionskammer 1 umschließt. Die durch die öffnun-According to FIG. 7, the air is fed through openings ~} % to the heat exchanger, which consists of a plurality of thin tubes j5o, which are arranged within the outlet chamber 2 in order to discharge the combustion products of the reaction chamber 1. These thin tubes jio end tangentially in the inlet manifold h f which encloses the reaction chamber 1. The through the opening
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gen 3r zugeführte Luft kann mit Hilfe einer verschiebbaren Hülse 28 eingestellt werden. Die von dem Motor durch Rohre 8 in die Einlaßkammer l6 strömenden Abgase werden durch den Injektionseffekt der vorgewärmten Luft in den Wärmetauscher gezogen und von dort in die Einlaßkammer 4 und durch die öffnung 6 in die Reaktionskammer 1.The air supplied to 3 r can be adjusted with the aid of a sliding sleeve 28. The exhaust gases flowing from the engine through pipes 8 into the inlet chamber 16 are drawn into the heat exchanger by the injection effect of the preheated air and from there into the inlet chamber 4 and through the opening 6 into the reaction chamber 1.
Bei der in der Fig. 8 dargestellten Ausführungsform wird der der Verbrennungsluft dienende Wärmetauscher durch die Austrittskammer 2 gebildet, Vielehe durch eine rotationssymmetrisch ausgebildete Lufteinlaßkammer 4 umgeben ist. Dabei wird angenommen, daß die Verbrennungsluft von einem Gebläse zugeführt wird, das mit der Hauptwelle oder einer proportional dazulaufenden Sekundärwelle des Motors verbunden ist, so daß über den gesamten Drehzahlbereich'dasselbe Abgas- und Luftmengenverhältnis aufrechterhalten ist.-Das Gebläse sollte ferner eine einstellbare Ansaugöffnung haben, so daß das dem Reaktorbrenner zugeführte Luftvolumen auf den betreffenden Motor eingestellt werden kann. Die Reaktionskammer 1 kann-in bezug auf die Außenwandung der Einlaßkammer 4 starr angeordnet sein, während die Verbrennungsluft durch Rohre 26 zugeführt wird. Innerhalb der Rohre 26 bzw. der Rohrbündel kann eine in Fig. jj dargestellte Temperaturmeß- und Zündeinrichtung j51 vorgesehen sein. Die Zündeinrichtung kann mit dem elektrischen System des Motors, und zwar über den Starter verbunden sein. Dieser-Starter bewirkt beim Starten des Motors die Zufuhr eines reicheren Brennstoff-Luftgemisches, so daß dem Reaktionsbrenner brennbare Abgase zugeführt werden. Die Zündeinrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie beim Abschalten des Shokes ebenfalls gleichzeitig abgeschaltet wird.In the embodiment shown in FIG the heat exchanger serving the combustion air through the Outlet chamber 2 formed, polygamy by a rotationally symmetrical trained air inlet chamber 4 is surrounded. Included it is assumed that the combustion air is from a fan is supplied, which is connected to the main shaft or a proportional secondary shaft of the motor, so that over the entire speed range the same exhaust gas and air volume ratio is maintained.-The fan should also have an adjustable suction opening so that the Reactor burner supplied air volume can be adjusted to the relevant engine. The reaction chamber 1 can-in with respect to the outer wall of the inlet chamber 4 is arranged rigidly while the combustion air is supplied through pipes 26. Within the tubes 26 or the tube bundle can a temperature measuring and ignition device shown in FIG j51 should be provided. The ignition device can be connected to the electric System of the engine, through the starter. This starter causes the feed when the engine is started a richer fuel-air mixture, so that combustible exhaust gases are fed to the reaction burner. The ignition device can be designed so that it is also switched off at the same time when the shoke is switched off.
Es sei verstanden, daß der erfindungsgemäße Brenner· ebenfalls als chemischer Reaktor zur Urrmandlung von chemisch reaktiven Gasen verwendet v/erden kann.It should be understood that the burner according to the invention also can be used as a chemical reactor for the primary conversion of chemically reactive gases.
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