DE2916324A1

DE2916324A1 - Verbrennungsgeraet

Info

Publication number: DE2916324A1
Application number: DE19792916324
Authority: DE
Inventors: Allan Inovius
Original assignee: Individual
Current assignee: Rcwo Reactor Combustion World Organization Sa
Priority date: 1978-04-26
Filing date: 1979-04-23
Publication date: 1979-11-15
Also published as: NL7903324A; NO147654C; US4262609A; GB2019735A; NL9001074A; NO147654B; FI791367A; NO151181B; FI65133B; ATA307279A; JPH01291011A; GB2046619A; FR2424478B1; GB2102693A; NL186535C; IT1113906B; FR2424478A1; AU536781B2; DK155234B; DK172979A

Description

Die" Erfindung betrifft ein Verbrennungsgerät zur Verbrennung eines Gemisches aus gasförmigem oder partikulärem, brennbarem Material und Verbrennungsluft, welches Gerät aus einem Behälter mit einem Eintritt für gasförmiges oder partikuläres, brennbares Material -nebst Verbrennungsluft raid mit einem Austritt for Verbrennungsprodukt© be= stehtο - " -

Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde sin Gerät su schaffen,? in t-jelehera die seist verschiedenartigen gas= förmigea. oder partikulären Materialien, die Kohle oder !kohlenstoffverbindungen enthalten, in einer derart voll= ständigen Weise verbrannt werden können, dass die ausgestossenen Verbrennungsgase praktisch von Kuss„ Kohlenmonoxyd und"Kohlenwasserstoffresten frei sind= Das Gs= rät hat viele verschiedene Anwendungsgebiete, wo man das Hauptgewicht auf die Wärmeerzeugung oder das Sr= reichen einer praktisch vollständigen Verbrennimg von gasförmigem oder partikulärem, brennbarem Material l©gt„ Diese Aufgabe wird erfindungsniässig dadurch gelöst^ dass die Wände des Behälters und etwaige im Innern des Behälters angeordnete Wände zur Erzeugung von Wirbeln in dem durch den Behälter vom Eintritt sum Austritt strömenden Material ausgebildet sind and dass zumindest die dem inneren Raum des Behälters zugewandten Flächen der Wände über ihre ganse Ausdehnung oder einen Teil derselben ein Material enthalten„ das imstande ist^ Oxydation von Kohle und Kohlenstoffverbindungen bei der Ver=*

30- brenneng im Garät su katalysieren ο

Weitere Merkmale der Hrf inetaag m±nä -aus Sea ünteranaprSclien ersi

JLusf ülirtmgsbsispiel® äer Erf i&etaig - siiad xb äer Seieh= (äargestellt w&&^: i-s<3Z&<sn im folgenden «Sher bessbrie Bs seigsn

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Verbrennungsgeräts nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Zwischenwand des Geräts, von rechts In FIg. I gesshea,

- FIg. 3 eins Kasdpartle der Zwischenwand, von der

Linie 1II-III in Fig. 2 gesehen _e

IQ FIg. 4 eiae andere A^isflihruiigsform des Geräts nach der Erfindung teilweise In Projektion und teilweise Im Schnitt nach der Linie IV-IV

in Fig. 6,

Fig a 5 einen Schnitt nach der gebrocfes-nen Linie V-V Ia Fig» 4-, und

Fig. 6 einen Selmlfct nach der gebrochenen Linie VI-VI In FIg. 4.

Bas in FIg. 1-3 dargestellte Gerät hat &±n Gehäuse HtIt eine™ etwa zylindrischen Mantel 1, der an den Enden mittels einer Slntrittswand 2 mit einer mittleren Eintrittsöffnung 3 fur gasförmiges oder partikuläres, brennbares Material asfest Verbrennungsluft und einer Äiistrifctswaad 4 mit eisisr mittleren Austrittsöffnung

5 für Verbrennung sprecht te verscfeiossen Ist. Im Inneren Mantels 1 ist eise Durchläufe δ aufweisende Zwischen-7 vsrgsseiiea_f eis das Innere des MsEtels in sine Slntrlttskanatier 8 wid sine ÄisibrlttskaiBiser 9 aufteilt.

Die AustrittswsEid 4 1st sphärisch doiaförrr-ig und kshzz. Ihre konkave Seite dsr Austrittskainmer 9 au. Zwect'ässlgerwelss Ist die Äusürittswand 4 einstückig mit i,V*n Mantel 1

EintrlttswarES 2 ist als besonderer Teil ausgeführt

der an dem einen Ende des Mantels 1 mittels zweckmässiger, nicht näher gezeigter Montageglieder befestigbar ist_r und hat eine die Eintrittsöffnung 3 umgebende, ringförmige Vertiefung 10, deren Begrenzungsfläche im Querschnitt sanft gerundet, z.B. kreisbogenförmig ist. Die Eintrittsöffnung 3 ist in dem schmalen Ende einer konischen Hülsenpartie 11 gelegen, deren Aussenseite sanft in die ringförmige Vertiefung 10 übergeht. Das freie Ende der Hülsenpartie 11 weist einen nach innen gerichteten Flansch 12 auf, der als Wärmeschutz für das Ende eines Rohres 13 dient, welches von aussen her in die Hülsenpartie 11 eingeführt ist und zum Einblasen in das Gerät von einem Gemisch aus Verbrennungsluft und gasförmigem oder partikulärem, brennbarem Material dient.

Die Zwischenwand 7 ist scheibenförmig und weist eine mittlere Partie 14 auf, die zu einem konischen Mantel ausgebildet ist, dessen Aussenseite der Austrittskammer 9 zugekehrt ist und dessen Innenseite der Eintrittskammer 8 zugekehrt ist. Die Zwischenwand 7 ist als besonderer Teil ausgeführt, welcher im Innern des Mantels 1 mittels nicht gezeigter Befestigungsglieder zweckmässiger Art befestigt ist. Die ümfangs- kante der Zwischenwand 7 weist zumindest drei rund um den Umfang gleichmässig verteilte Randausnehmungen 15 auf, die sich schräg durch die Zwischenwand erstrecken, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Diese Ausnehmungen begrenzen zusammen mit dem Mantel 1 die Durchläufe 6, die die Eintrittskammer 8 mit der Austrittskammer 9 verbinden.

Um eine möglichst vollständige Verbrennung im Gerät zu erreichen, soll wenigstens einer der und vorzugsweise sämtliche Teile des Geräts, der zylindrische Mantel 1, die Eintritts- und Austrittswände 2 und 4 und die Zwischenwand 7, in ihrer Gesamtheit oder zumindest an

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ihren dem Innern des Geräts zugewandten Flächen über die ganze Ausdehnung der Flächen oder über einen Teil davon ein Material enthalten, das imstande ist, Oxydation von Kohle und Kohlenstoffverbindungen bei der Verbrennung im Gerät zu katalysieren. Ein zweckmässiges Material, aus dem einer oder mehrere der genannten Geräteteile konstruiert werden können, ist eine Legierung aus 20-30 Gewichts-% Chrom, 4-6 Gewichts-% Aluminium, und 0-3 Gewichts-% Kobalt, während der Rest Eisen ist. Bei Verwendung einer solchen Legierung im Gerät wird eine katalytisch wirkende Aluminiumoxydschicht auf der Legierungsoberfläche gebildet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass wenigstens einen der genannten Geräteteile, vorzugsweise der zylindrische Mantel 1 und die Austrittswand 4, aus gegen häftige Temperaturänderungen widerstandsfähiger Keramik ausgeführt wird. Ferner ist es möglich, wenigstens einer der genannten Geräteteile, vorzugsweise die Zwischenwand 7 und die Eintrittswand 2, aus Keramik auszuführen, die einen überwiegenden Gehalt, z.B. mindestens 60 Gewichts-%, an Al-O-^-Fasern enthält.

Das in Fig. 1-3 dargestellte Gerät wird zweckmässigerweise als wärmeerzeugender Einsatz in der Feuerung eines ölgeheizten Heizkessels für Zentralwärmeanlagen angewendet, wobei das Rohr 13 das Düsenrohr eines herkömmlichen ölbrenners ist. Das dabei durch das Rohr

13 eingeblasene Gemisch aus öl und Verbrennungsluft wird angezündet und von dem Rohr 13 als eine Flamme in die Eintrittskammer 8 gegen die konische Partie

14 der Zwischenwand 7 eingeblasen, von wo das brennende Gemisch gegen die ringförmige Vertiefung 10 in der Eintrittswand 2 unter Erzeugung einer kräftigen Turbulenz abgelenkt wird, wonach das brennende Gemisch durch die Durchläufe 6 in die Austrittskammer 9 gelangt, wo das Gemisch turbulent zu strömen fortsetzt. Durch die Schrägstellung der Ausnehmungen 15 am Umfang der Zwischen-

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wand 7 wird auch die in die Austrittskammer 9 hineinströmende Gasmasse um die Längsachse des Geräts in Drehung versetzt. Schliesslich. entweichen die Verbrennungsprodukte durch den Austritt 5 in die Feuerung des Heizkessels und allmählich in einen Schornstein. Durch die beschriebene, turbulente Strömung des brennbaren Gemisches und der Verbrennungsprodukte erhält man eine langwierige und innige Berührung mit den katalytisch wirkenden Flächen des Geräts in der Eintrittskammer 8 und der Austrittskammer 9, so dass die Verbrennung vollständig wird ohne Russ, Kohlenmonoxyd oder Kohlenwasserstoff verbindungen in den durch den Austritt 5 entweichenden Verbrennungsprodukten.

Anstelle eines brennbaren Öl-Luft-Gemisches aus einem öl-• brenner kann dem Gerät auch durch das Rohr 13 ein Gemisch aus Kohlepulver und Luft zugeführt werden, z.B. wenn das Gerät als Einsatz in der Feuerung eines Dampfkessels verwendet wird. Es ist ferner möglich, das Gerät zum endgültigen Verbrennen von Abgasen aus einer Feuerung, zu verwenden welche noch brennbare Produkte enthalten. Dabei werden die Abgase durch die Eintrittshülse 13 gegebenenfalls zusammen mit zusätzlich zugeführter Verbrennungsluft in das Gerät eingeführt. Wenn das Gerät mit senkrechter Längsachse und mit unten liegender Eintrittswand 2 angeordnet wird, empfiehlt es sich, in der Eintrittswand öffnungen vorzusehen, die sich durch die Eintrittswand vom Boden der ringförmigen Vertiefung 10 zur Unterseite der Eintrittswand erstrecken, an welcher Stelle die Öffnungen mittels entfernbarer Deckel verschlossen sind. Bei der Verbrennung im Gerät eventuell gebildete, unverbrennbare Asche wird dabei während der turbulenten Strömung zwischen der Eintrittswand 2 und der Zwischenwand 7 auf den Mantel 1 treffen und sich diesen entlang in die Vertiefung 10 hinunter bewegen, um sich schliesslich in den genannten öffnungen anzusammeln,

aus welchen die Asche dann durch Entfernen der Deckel

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herausgenommen werden kann.

Das in Fig. 4-6 gezeigte Gerät hat eine Büchse mit zwei Stirnwänden 16 und 17 und eine den Raum zwischen den Stirnwänden in zwei Kammern 18 und 19 aufteilende Zwischenwand, die aus zwei Teilen 20 und 21 besteht. Die Stirnwände 16 und 17 sind in der Hauptsache eben und langgestreckt mit gerundeten Enden, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Stirnwände 16 und 17 haben je einen rund herum laufenden Randflansch 22 bzw. 23, die zusammen mit ümfangspartien der Zwischenwandteile 20 und 21 die Seitenwände der Büchse bilden.

Eine oder mehrere und vorzugsweise sämtliche der genannten Wände der Büchse sind in ihrer Gesamtheit oder wenigstens auf ihren dem Inneren der Büchse zugewandten Flächen über die ganze Ausdehnung der Flächen oder über einen Teil davon aus einem Material gebildet, das Oxydation von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffverbindungen katalysierendes Material enthält. Beispiele zweckmässiger Materialien von solcher Art sind oben bei der Beschreibung der Ausfuhrungsform gemäss Fig. 1-3 gegeben worden.

Die aus den Teilen 20 und 21 gebildete Zwischenwand enthält einen ringförmigen Kanal 24, der sich gleich innerhalb der Seitenwände der Büchse erstreckt. An diesen Kanal 24 ist ein Austritt 25 für heisse Verbrennungsgase, z.B. von einem Verbrennungsmotor oder einer Feuerung, angeschlossen. Die von den Teilen 20 und 21 gebildete Zwischenwand hat eine mittlere öffnung 26, die die beiden Kammern 18 und 19 miteinander verbindet und die durch einen Schlitz (oder mehrere Schlitze) 27 in der Zwischenwand mit dem ringförmigen Kanal 24 in Verbindung steht. Der Schlitz 27 kann sich ganz rund um die öffnung 26 und den Kanal 24 erstrecken. In der

Ausführung nach Fig. 4-6 erstreckt er sich jedoch nur über die Hälfte (die in Fig. 4 obere Hälfte) des äusseren ümfanges der Öffnung 26 und des inneren Umfanges des Kanals 24, wie durch die Endbegrenzung 28 des Schlitzes in Fig. 4 und 5 angedeutet ist. Die Stirnwände 16 und 17 sind gegenüber der mittleren Öffnung 26 der Zwischenwand mit je einem gegen die mittlere Öffnung gerichteten, konischen Vorsprung 29" versehen. Im Abstand von der mittleren öffnung 26 der Zwischenwand weisen die Kammern 18 und 19 Austritte für die Verbrennungsgase in der Form von vier Löchern 30 in jeder Stirnwand 16, 17 auf.

Die aus den Teilen 16, 17, 20 und 21 gebildete Büchse ist mit Zwischenraum von einem Gehäuse in der Form einer Schale 31 und eines mit Wärmeisolierung 32 versehenen Deckels 33 umgeben. Die Büchse wird im Abstand von den Wänden des Gehäuses 31, 33 durch eine Anzahl Distanzglieder 34 gehalten. Der Austritt 30 der Kammern 18, 19 mündet in das Gehäuse 31, 33, das einen Austritt 35 für die Verbrennungsgase aufweist. Die Gehäuseschale 31 ist mit Zwischenraum von einem mit Wärmeisolierung 36 versehenen Mantel 37 umgeben, in welchen der Austritt 35 des Gehäuses mündet und welcher einen Austritt 38 für die Verbrennungsgase hat.

Bei Verwendung des Geräts gemäss Fig. 4-6 werden heisse Verbrennungsgase, die Kohlenmonoxyd und Kohlenwasser-Stoffverbindungen enthalten, durch den Eintritt 25 dem ringförmigen Kanal 24 zugeführt, in welchem die Gase mit hoher Geschwindigkeit im Kreislauf strömen werden. Allmählich strömen sie weiter durch den Schlitz 27 in die mittlere Öffnung der Zwischenwand 20, 21. In der Öffnung 26 weichen die Gase nach beiden Seiten in die Kammern 18 und 19 ab, wo sie auf die konischen Vorsprünge 29 der Stirnwände 16,

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treffen, welche die Gase in den Kammern 18, 19 verteilen. Allmählich entweichen die Gase aus den Kammern 18, 19 durch die Austritte 30 in den Zwischenraum zwischen der Büchse 16, 17, 20, 21 und dem Gehäuse 31, 33, wo die Gase rund um die Büchse in den Austritt 35 des Gehäuses strömen, um danach in den Zwischenraum zwischen der Schale 31 und dem Mantel 37 zu strömen und schliesslich durch den Austritt 38 zu entweichen. Während der Strömung im Innern der Büchse 16, 17, 20, 21 und ausserhalb derselben, kommen die Gase in innige und langwierige Berührung mit dem von den Gasen auf eine hohe Temperatur erhitzten Büchsenmaterial, welches hierbei zur Oxydation von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffverbindungen in den Gasen katalysierend wirkt, so dass die durch den Austritt 38 entweichenden Verbrennungsprodukte praktisch von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffverbindungen völlig frei sind.

Zusammenfassung

Verbrennungsgerät, das aus einem Behälter mit einem Eintritt für gasförmiges oder partikuläres _s brennbares Material nebst Verbrennungsluft und mit einem Austritt für Verbrennungsprodukte besteht, wobei die Wände (1, 2, A₁ 16, 17) des Behälters und etwaige im Innern des Behälters vorgesehene Wände (7_P 20, 21) zur Erzeugung von Wirbeln in dem durch den Behälter vom Eintritt zum Austritt strömenden Material ausgebildet sind und wobei wenigstens die dem inneren Raum des Behälters zugewandten Flächen der Wände ein Material enthält, das imstande ist, Oxydation von Kohle und Kohlenstoffverbindungen bei der Verwendung im Gerät zu katalysieren»

Claims

Patentanwälte

Manitz, Finsterwald & Grämkow 8 München 22, R

Allan INOVIÜS

Building Ie Continental

Block A

MONTE CARLO

Monaco

Verbrennungsgerät

Patentansprüche:

( 1.) Verbrennungsgerät, bestehend aus einem Behälter mit einem Eintritt für gasförmiges oder partikuläres brennbares Material nebst Verbrennungsluft und mit einem Austritt für Verbrennungsprodukte, dadurch g ekennzeichnet, dass die Wände (1, 2, 4, 16, 17) des Behälters und etwaige im Innern des Behälters angeordnete Wände (7, 20, 21) zur Erzeugung von Wirbeln in dem durch den Behälter vom Eintritt zum Austritt strömenden Material ausgebildet sind und dass zumindest die dem inneren Raum des Behälters zugewandten Flächen der Wände über ihre ganze Ausdehnung oder einen Teil derselben ein Material enthalten, das imstande ist, Oxydation von Kohle und Kohlenstoffverbindungen bei der Verbrennung im Gerät zu katalysieren.

2, Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das katalysierende Material der Wände aus einer Legierung von 20—30 Gewichts-% Chrom, 4-6 Gewichts-% Aluminium, und 0-3 Gewichts-% Kobalt besteht, während der Rest Eisen ist.

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3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das katalysierende Material der Wände aus gegenüber heftigen Temperaturänderungen widerstandsfester Keramik besteht.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das katalysierende Material der Wände aus Keramik besteht, die einen überwiegenden Gehalt, z.B. zumindest 60 Gewichts-% Al-C^-Fasern, enthält.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter aus einem Gehäuse mit einem etwa zylindrischen Mantel (1) besteht, welcher an den Enden durch eine Eintrittswand (2) mit einer zentralen Eintrittsöffnung (3) für das gasförmige oder partikuläre brennbare Material nebst der Verbrennungsluft und einer Austrittswand (4) mit einer zentralen Austrittsöffnung

(5) für die Verbrennungsprodukte verschlossen ist, dass im Mantel eine Durchläufe (6) aufweisende Zwischenwand (7) vorgesehen ist, die das Innere des Mantels in eine Eintrittskammer (8) und eine Austrittskammer (9) aufteilt, dass die Eintrittswand auf ihrer der Eintrittskammer zugewandten Seite eine die Eintrittsöffnung umgebende, ringförmige Vertiefung (10) hat, deren Begrenzungsfläche im Querschnitt sanft gerundet ist, dass die Austrittswand domförmig ist mit der konkaven Seite der Austrittskammer zugewandt, dass die mittlere Partie

(14) der Zwischenwand in Form eines konischen Mantels ausgebildet ist, dessen Aussenseite der Austrittskammer und dessen Innenseite der Eintrittskammer zugewandt ist, und dass die Durchläufe (6) der Zwischenwand die Form von zumindest drei rund um den Umfang der Zwischenwand verteilten Randausnehmungen (15) haben.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η -

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zeichnet,, dass die Randausnehmungen (15) der Zwischenwand (7) schräg durch die Zwischenwand verlaufen.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1-4 zur katalytischen Oxydation von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffverbindungen in heissen Verbrennungsgasen, dadurch g ekennzeichnet/ dass der Behälter die Form einer Büchse (16, 17, 20, 21) mit Seitenwänden und Stirnwänden (16, 17) und einer den Raum zwischen den Stirnwänden in zwei Kammern (18, 19) aufteilenden Zwischenwand (20, 21) hat, welche einen ringförmigen Kanal (24) enthält, an den ein Eintritt (25) für die heissen Verbrennungsgase angeschlossen ist, und eine mittlere öffnung (26) hat, die die beiden Kammern miteinander verbindet und die durch einen oder mehrere Schlitze (27) in der Zwischenwand mit dem ringförmigen Kanal über die ganze Länge des Kanals oder einen Teil desselben in Verbindung steht, und dass die Kammern im Abstand von der mittleren öffnung der Zwischenwand Austritte (30) für die Verbrennungsgase aufweisen.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch g e k en η zeichnet, dass die Stirnwände (16, 17) gegenüber der mittleren öffnung (26) der Zwischenwand (20,

21) mit je einem gegen die mittlere öffnung gerichteten, konischen Vorsprung (29) versehen sind.

9. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e η nzeichnet, dass die Büchse (16, 17, 20, 21) mit

Zwischenraum von einem Gehäuse (31, 33) umgeben ist, in welches die Austritte (30) der Kammern (18, 19) münden und welches einen Austritt (35) für die Verbrennungsgase aufweist.
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10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (31, 33) mit Zwischen-

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raum von einem vorzugsweise wärmeisolierten Mantel (37) umgeben ist,in den der Austritt (35) des Gehäuses mündet und der einen Austritt (38) für die Verbrennungsgase hat.