DE2832115C2 - Zündvorrichtung für ein in einem Brennraum zu verbrennendes Gasgemisch - Google Patents
Zündvorrichtung für ein in einem Brennraum zu verbrennendes GasgemischInfo
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Abstract
Es hat sich herausgestellt, dass es bei Vorliegen bestimmter Umstaende schwierig sein kann, brennbare Gasgemische, z.B. solche, die aus Wasserstoff und Luft bestehen, zu zuenden. Dies gilt insbesondere dann, wenn brennbare Gasgemische unter hohem Druck stehen. Die vorgeschlagene Neuerung besteht darin, dass die aus sauerstoffhaltigem Gas und Brenngas bestehenden Komponenten eines Z nd-Gasgemisches ueber getrennte Rohrleitungssysteme in den Zuendbereich einfuehrbar sind. Das Rohrleitungssystem zumindest einer der Komponenten ist als elektrischer Heizwiderstand ausgebildet. Zum Feststellen der Temperatur der erwaermten Komponente(n) und/oder des gezuendeten Zuend-Gasgemisches sind verschiedene Mittel vorgesehen. An den Ausgaengen der Rohrleitungssysteme entsteht eine Zuendflamme, die bezueglich Groesse, Temperatur und Bestaendigkeit ohne weiteres so eingestellt werden kann, dass eine sofortige und kontrollierte Zuendung des Haupt-Gasgemisches bei Kontakstem gebildet, das ohnehin aufgrund von vorhandener Feuchtigke
Description
Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für ein aus sauerstoffhaltigem Gas und Brenngas bestehendes.
in einem Brennraum zu verbrennendes Gasgemisch, bei welcher das Brenngas über ein als elektrischer Hei/widerstand
ausgebildetes Rohrleitungssystem in den Zündbereich führbar ist.
Bei einer durch die US-PS 19 81 299 bekannten derartigen
Zündvorrichtung erfolgt die Zündung des auf eine entsprechende Temperatur erhitzten Brenngases im
Augenblick des Austretens aus dem ihm zugeordneten Rohrleitungssystem, wenn es mit dem im Brennraum
befindlichen Sauerstoff zusammentrifft. Die entstehende Zündflamme wird zum Entzünden eines darunter angeordneten
Gasbrenners benutzt. Eine derartige Zündvorrichtung ist bei Vorliegen bestimmter Umstände,
nämlich insbesondere dann, wenn unter hohem Druck stehende brennbare Gasgemische entzündet werden
sollen, nicht verwendbar.
Als Beispiel sei hier die hydrierende Vergasung von festem Kohlenstoff genannt. Es ist erforderlich, den als
Vergasungsmittel benutzten Wasserstoff auf eine für die
Vergasung geeignete Temperatur zu bringen, die beispielsweise in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der
zu vergasenden Kohle bei 900°C liegen kann. Übliche Erwärmungseinrichtungen. beispielsweise Wärmetauscher,
reichen normalerweise nicht aus. um diese Temperatur
zu erreichen. Mithin ist es erforderlich, einen Teil des Wasserstoffes zu verbrennen, um das erforderliche
Temperaturniveau zu erreichen.
Die bekannten Möglichkeiten zur Zündung dieses oder eines anderen brennbaren Gasgemisches haben
sich als wenig zuverlässig herausgestellt. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die Sicherheit betreffende Belange.
Wenn z. B. Wasserstoff, Methan, Heizgas oder dgl. einzeln oder in Mischung miteinander mit einem
sauerstoffhaltigen Gas, z. B. Luft, vermischt werden, muß in der Mehrzahl der praktischen Anwcndungsfülle
sichergestellt sein, daß am Ort der Vermischung unter kontrollierbaren Umständen auch die Umsetzung. ;ils<
> die Verbrennung, stattfindet, da sonst die Gefahr besteht, daß das brennbare Gasgemisch in hinsichtlich Zeit
und/oder Ort und/oder Menge und/oder Gescbwindig-
b5 keil unkontrollierter Weise umgcsct/t wird. /.. II. explodiert.
Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer Ziincl vorrichtung, die auf einfache und zuverlässige, insbcson
dere auch kontrollierbare Weise die Zündung des Gas
gemisches bewirkt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Zündvorrichtung der eingangs beschriebenen Art so
auszugestalten, daß sie unter allen im praktischen Betrieb vorkommenden Bedingungen, insbesondere unter
hohen Drücken, einwandfrei und auf Dauer funktioniert. Es soll die Möglichkeit bestehen, das Funktionieren dieser
Zündvorrichtung jederzeit ohne Schwierigkeiten festzustellen und zu überwachen. Die Zündvorrichtung
soll darüber hinaus in ihrem Aufbau einfach und wenig störanfällig sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß auch das sauerstoffhaltige Gas durch ein ggf. auch
als elektrischer Heizwiderstand ausgebildetes Rohrleitungssystem in den Zündbereich führbar ist und Mittel
zum Feststellen der Temperatur der erwärmten Komponente(n) und/oder des gezündeten Gasgemisches
vorgesehen sind.
Die Komponenten werden in den elektrisch beheizten Rohrleitungssystemen so weit erhitzt, daß das am
Ausgang der Rohrleitungssysteme sich bildende Gasgemisch eine Temperatur aufweist, die nicht unterhalb der
Zündtemperatur dieses Gemisches liegt Dieb ist ohne weiteres durch entsprechende Einstellung der elektrischen
Heizleistung regbar. Aufgrund der Tatsache, daß die sauerstoffhaltige Komponente, beispielsweise Luft,
und das brennbare Gas, beispielsweise Wasserstoff oder Methan, voneinander getrennt dem Zündbereich zugeführt
werden, ist eine Gewähr dafür gegeben, daß die Zündung erst nach Ausströmen der Komponenten aus
den sie führenden Rohrleitungssystemen erfolgt. Somit entsteht an den Ausgängen der Rohrleitungssysteme eine
Zündflamme, die bezüglich Größe, Temperatur und Beständigkeit ohne weiteres so eingestellt werden kann,
daß eine sofortige und kontrollierte Zündung des Haupt-Gasgemisches bei Konakt mit dieser Zündflamme
gewährleistet ist. Die Praxis hat gezeigt, daß diese Zündvorrichtung auch dann einwandfrei funktioniert,
wenn das zu zündende Haupt-Gasgemisch unter einem Druck von 120 bar und mehr steht.
Das Vorhandensein einer Zündflamme kann in einfacher
Weise dadurch festgestellt bzw. überwacht werden, daß in oder nahe dem Zündbereich des Zünd-Gasgemisches
ein Temperaturfühler angebracht ist. Das heißt, daß dieser Temperaturfühler sich in der Nähe der Mündung
sämtlicher Rohrleitungssystem« befindet, aus denen die das Zünd-Gasgemisch bildenden Komponenten
austreten. Es ist aber auch möglich, die Temperatur an einem oder allen Rohrleitungssystemen festzustellen —
ggf. zusätzlich, um daraus Schlüsse auf den jeweiligen Betriebszustand zu ziehen.
Durch die DE-AS 23 06 840 ist zwar ein Brenner für leicht- und schwerflüssiges Heizöl sowie fließfähige Fette
mit einem als elektrischem Heizwiderstand ausgebildeten Verdampfungsrohr bekannt, an dessen Ende eine
Austrittsdüse für den verdampften Brennstoff angeordnet ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine
Zündvorrichtung im Sinne der Erfindung, sondern vielmehr um einen Brenner, der zudem auch dazu dient, vor
der Zündung den flüssigen Brennstoff zu verdampfen. Das der Erfindung zugrunde liegende Problem tritt dabei
nicht auf. Ein derartiger Brenner wäre auch nicht geeignet, die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe
zu lösen.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung
kiinn wenigstens eines der Rohrleitungssysteme alternativ an eine Zuleitung ΐ·>
inertes Gas, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, anschließbar sein. Dadurch
besteht die Möglichkeit, daß beim Anfahren der Zündvorrichtung beispielsweise anstelle des sauerstoffhaltigen
Gases ein inertes Gas durch das Rohrleitungssystem geführt wird, und zwar so lange, bis die Zündtemperatur
des resultierenden Zünd-Gasgemisches erreicht worden ist. Alsdann wird das Rohrleitungssystem
auf eine Zuleitung für sauerstoffhaltiges Gas umgeschaltet, worauf die Zündung erfolgt sobald dieses sauerstoffhaltige
Gas die für die Zündung erforderliche
ίο Temperatur erreicht hat. Die Umschaltung von inertem
Gas auf das andere Gas kann durch ein Signal oder Steuerkommando bewirkt werden, welches ein Temperaturfühler
auslöst Der Sinn der Verwendung eines inerten Gases während der Anfahrphase besteht darin,
die Bildung eines brennbaren Gasgemisches vor Erreichen der Zündiemperatur zu vermeiden. Auch hier geht
es darum, das Entstehen von zündbaren Gasgemischen auszuschließen, solange eine Zündung nicht gewährleistet
ist Normalerweise wird auch das Haupt-Gasgemisch nicht in den Brennraum oder dgl. eingeführt, bevor
nicht die Mittel zum Feststellen ό -, Temperatur des Zünd-Gasgemisches anzeigen, daß eine Zündflamme
vorhanden ist Auch hier gilt, daß der Temperaturfühler
oder dgl. ein Steuerkommando auslösen kann, welches das Einströmen des Haupt-Gasgemisches oder der dieses
bildenden Komponenten in die Brennkammer veranlaßt.
Es wird im allgemeinen zweckmäßig sein, daß das Zünd-Gasgemisch aus den gleichen Komponenten zusammengesetzt
ist wie das in der Brennkammer oder dgl. zu verbrennende Haupt-Gasgemisch. Dies ist jedoch
nicht notwendig. So ist es im Fall der eingangs erwähnten Verbrennung eines Wasserstoff-Luft-Gemisches
ohne weiteres möglich, zur Bildung des Zünd-Gasgemisches Luft und Methan oder andere sauerstoffhaltige
Gase und/oder Brenngase zu verwenden.
Die Temperatur-Zündvorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen einfachen und übersichtlichen
Aufbau aus. Bewegliche Teile sind nicht nt^twendig. Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, diese
Zündvorrichtung immer in Betrieb zu lassen, also auch nacii Zündung des Haupt-Gasgemisches im Brennraum.
Auf diese Weise ist unter allen im Betrieb vorkommenden Umständen eine Gewähr dafür gegeben, daß ein in
die Brennkammer einströmendes Gasgemisch immer sofort gezündet und somit dort verbrannt wird.
Es wird im allgemeinen vorteilhaft sein, die Rohrleitungssysteme aller Komponenten des Zünd-Gasgemisches
als elektrische Heizwiderstände auszubilden.
Sämtliche Rohrleitungssysteme können ein gemeinsames elektrisches Hrizwiderstands-System bilden. Das
heißt, daß sie elektrisch in Reihe geschaltet sind. Es ist aber auch möglich, daß jedes Rohrleitungssystem ein
brsoi.Je-selektrisches Heizwiderstands-System bildet.
Vorteilhaft sind die Rohrleitungssysteme in einem Gehäuse angeordnet, das an der Wandung der Brennkammer
angebracht ist.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung
ein Längsschnitt durch eine Zündvorrichtung dargestellt.
Die Zündvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem mittels einer keramischen oder sonstwl·; ausgebildeten
Auskleidung 12 thermisch isolierenden Gehäuse 11, in welchem zwei Rohrleitungssysteme 13 und 14
angeordnet sind. Da : eine Ende 15 bzw. 16 jedes Rohrleitungssystems 13 bzw. 14 ist unter Zwischenschaltung
eines thermisch isolierenden Elementes 17 bzw. 18, das in einer stirnseitigen Gehäusewandung 19 angesetzt ist.
aus dem Gehäuse 11 herausgeführt. Die Elemente 17 und 18 sind von Kühlwasser durchflossen, das durch
Leitungen 20 und 21 zu- und abgeführt wird.
Die beiden offenen anderen Enden 23 und 24 der beiden Rohrleitungssysteme 13 und 14 sind an den der
Stirnwand 19 abgekehrten Ende des Gehäuses 11 in einem geringen Abstand voneinander so angeordnet,
daß aus diesen beiden Enden unter Druck austretende Medien sich miteinander vermischen. Zur Verbesserung
dieses Mischeffektes sind die beiden Endabschnitte 26 und 27 so abgebogen, daß sie gegeneinander gerichtet
sind.
In dem der stirnseitigen Gehäusewandung 19 zugekehrten Bereich dient das im Querschnitt zweckmäßig
etwa zylindrische Gehäuse zur Aufnahme von Rohrschlangen 28,29, die Teile der beiden Rohrleitungssysteme
13 bzw. 14 sind. Hier weist der Innenraum des Gehäuses einen verhältnismäßig großen Querschnitt a"f;
der in dem der stirnseitigen Wandung 19 abgekehrten Teil in einen merklich kleineren Querschnitt übergeht.
In diesen Teil 30 ragt der Endbereich 32 bzw. 34 jedes Rohrleitungssystems 13 bzw. 14 hinein, der den abgebogenen
Endabschnitt 26 bzw. 27 trägt, die sich an oder nahe dem Übergang von Teil 30 des Gehäuses 11 in eine
Brennkammer 33 befinden, an deren Wandung 35 das Gehäuse 11 angebracht ist. Die Komponenten des in der
Brennkammer 33 zu verbrennenden Haupt-Gasgemisches werden über Leitungen 37 und 3S zugeführt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sind außerhalb des Gehäuses 11 das Rohrlei-
tungssystem 13 an die positive und das Rohrleitungssystem 14 an die negative Elektrode einer Spannungsquelle
angeschlossen. Der Kreis wird durch ein Verbindungsglied 40 geschlossen, welches die Endbereiche 32
und 34 der beiden Rohrleitungssysteme 13 und 14 über- 35 Luft brückt Im Ergebnis stellen somit die beiden Rohrleitungssysteme
13 und 14 zwischen den beiden Anschlußpunkten 42 und 43 einerseits und den Verbindungsglied
40 andererseits einen elektrischen Heizwiderstand dar, dessen beide hinsichtlich der darin zu führenden gasförmigen
Komponenten abhängigen Rohrleitungssysteme 13 und 14 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Beheizung
der beiden Rohrleitungssysteme 13 und 14 ist somit auf einfache Weise und genau regelbar möglich mit
dem Ergebnis, daß durch die beiden Rohrleitungssysteme strömende gasförmige Medien bei Austritt an den
abgebogenen Endabschnitte 26 und 27 eine bestimmte Temperatur aufweist, die ohne weiteres so eingestellt
werden kann, daß das resultierende Gasgemisch zumindest die für seine ZiLidung notwendige Temperatur aufweist.
Wenn beispielsweise durch das Rohrleitungssystem 13 ein sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft, wie durch
den Pfeil 45 angedeutet, und durch das Rohrleitungssystem 14 Wasserstoff, wie durch den Pfeil 46 angedeutet,
geführt werden, ergibt sich im Bereich 48 nahe den Enden 23 und 24 ein Gasgemisch, das ohne weiteres zündet,
wenn seine Temperatur beispielsweise bei Verwendung von Luft als sauerstoffhaltiges Gas oberhalb von
5100C liegt Bei Verwendung anderer Brenngase sind
die Zündtemperaturen entsprechend zu wählen, z. B. etwa
bei Methan 650° C. Bei Verwendung von reinem Sauerstoff oder von mit Sauerstoff angereicherter Luft
ist die Zündtemperatur in vielen Fällen niedriger.
In die Verbindung zwischen den beiden Rohrleitungssystemen 13 und 14 einerseits und den in Strömungsrichtung
45 bzw. 46 jeweils vorgeschalteten Zuführleitungen 52 und 53 ist jeweils eine elektrische Trennstelle
54 bzw. 55 eingeschaltet
Die in der Zeichnung dargestellte Zündvorrichtung ist weiterhin mit einem Temperaturfühler 56 versehen,
dessen auf die Temperatur ansprechendes F.lcment 57 in unmittelbarer Nähe der beiden abgebogenen Endahschnitte
26 und 27 der beiden Rohrleitungssysteme 13 und 14 angeordnet ist, so daß das Zünden des Gasgemisches
durch entsprechende Temperatursteigerung sofort festgestellt und gemeldet wird. Der Temperaturfühler
kann dazu benutzt werden, in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand bestimmte Steuersignale zu
geben, beispielsweise bezüglich der Zufuhr eines inerten Gases in eines der oder beide Rohrleitungssysteme 13
bzw. 14 sowie Umschalten auf die Zuführung eines anderen, z. B. sauerstoffhaltigen oder brennbaren Gases,
sobald aufgrund der Erwärmung der beiden Rohrleitungssysteme 13 und 14 die für die Zündung notwendige
Temperatur erreicht werden kann.
Fs ist. abweichend von der zeichnerischen Darstellung,
auch möglich, nur eines der beiden Rohrleitungssysteme zu beheizen oder beide Rohrleitungssysteme unabhängig
voneinander zu beheizen. Letzteres hätte gegebenenfalls den Vorteil, daß in beiden Systemen unterschiedliche
Temperaturen ohne Schwierigkeiten eingestellt werden könnten. Dies kann natürlich auch durch
unterschiedlich lange beheizte Rohrleitungssysteme 13 und 14 ei reicht werden. Hierbei ist zu berücksichtigen,
daß normalerweise die durch die beiden Rohrleitungssysteme 13 und 14 strömenden gasförmigen Medien bezüglich
der Menge pro Zeiteinheit keineswegs übereinstimmen. Dies ergibt sich beispielsweise aus folgendem
Beispiel, bei dem es darum geht, ein zündbares Luft-Wasserstoff-Gemisch
auf die Zündtemperatur zu bringen:
Menge
Druck
Eintritt
Austritt
Rohrlänge
Menge
Druck
Eintritt
Austritt
Rohrlänge
Elektrische Leistung
50 NmVh
125
200C
75O°C
9.2 m
125
200C
75O°C
9.2 m
30 NmVh
125 bar
20°C
7500C
5m
125 bar
20°C
7500C
5m
3OkW
Das Gehäuse 11 muß selbstverständlich so ausgebildet und angebracht sein, daß es den jeweiligen Betriebsdruck aufzunehmen in der Lage ist.
Mit 58 sind Halterungen für die Anbringung der Rohrleitungssysteme 13 und 14 bezeichnet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (14)
1. Zündvorrichtung für ein aus sauerstoffhaltigem Gas und Brenngas bestehendes, in einem Brennraum
zu verbrennendes Gemisch, bei welcher das Brenngas über ein als elektrischer Heizwiderstand ausgebildetes
Rohrleitungssystem in den Brennraum führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch
das sauerstoffhaltige Gas durch ein ggf. auch als elektrischer Heizwiderstand ausgebildetes Rohrleitungssystem
(13) in den Zündbereich (48) führbar ist und Mittel (56,57) zum Feststellen der Temperatur
der erwärmten Komponente^) und/oder des gezündeten Gasgemisches vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in oder nahe dem Zündbereich (48) des
Zünd-Gas-Gemisches ein Temperaturfühler (57) angeordnet ist
3. Vorrichtvirtg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Rohrleitungssysteme (13, 14) alternativ an eine Zuleitung für
inertes Gas anschließbar ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohrleitungssystem (13) für das sauerstoffhaltige Gas an die Zuführung (52) für ein
inertes Gas anschließbar ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. die Rohrleitungssystem^)
(13, 14) an jeweils andere Zuleitungen in Abhängigkeil ·\ >n der Temperatur des elektrischen
Heizwiderstand-Systems anschließbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß b^i Erreichen der
Temperatur, bei welcher das Leitungssystem von der Zuleitung für inertes Gas an die Zuleitung an
saurstoffhaltiges Gas oder Brenngas angeschlossen wird, der Temperaturfühler ein diese Änderung auslösendes
Signal bewirkt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zünd-Gas-Gemisch
aus den gleichen Komponenten zusammengesetzt ist wie das in der Brennkammer (33)
zu verbrennende Haupt-Gasgemisch.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungssysteme
(13,14) aller Komponenten als elektrische Heizwiderstände ausgebildet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder
mehr Rohrleitungssysteme (13,14) ein gemeinsames, elektrisches Heizwiderstands-System bilden.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes
Rohrleitungssystem ein besonderes elektrisches Heizwiderstands-System bildet.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungssysteme (13, 14) in einem Gehäuse (11) angeordnet
sind, das an der Wandung (35) der Brennkammer (33) angebracht ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die als
elektrische Heizwiderstände ausgebildeten Teile der Rohrleitungssysteme (13, 14) aufnehmende Bereich
des Gehäuses (11) über einen Durchgang (30) kleineren
Durchmessers mil der Brennkammer (33) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Rohrleitungssysteme
(13, 14), an denen die gasförmigen Komponenten austreten, sich an der Brennkammer (33) zugekehrten
Ende des Durchganges (30) kleineren Durchmessers befinden.
14. Vorrichtung zum Zünden brennbarer Gasgemische nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die aus sauerstofrhultigem
Gas und Brenngas bestehenden Komponenten getrennt in den Zündbereich führbar sind und wenigstens
eine der Komponenten auf eine Temperatur oberhalb der Zündtemperatur mittels elektrischer
Beheizung der die Komponenten führenden Rohrleitungen erhitzbar ist und nach Erreichen der
Zündtemperatur die die Rohrleitungssysteme verlassenden Komponenten zwecks Zündung zusammenführbar
sind.
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Family Applications (1)
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