DE68909851T2

DE68909851T2 - Incinerator.

Info

Publication number: DE68909851T2
Application number: DE1989609851
Authority: DE
Inventors: Saburo Maruko
Original assignee: Nippon Chemical Plant Consultant Co Ltd
Current assignee: Nippon Chemical Plant Consultant Co Ltd
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2009-07-07
Also published as: EP0350032B1; EP0493376A3; DE68924539D1; EP0493376A2; EP0350032A3; DE68924539T2; EP0493376B1; DE68909851D1; EP0350032A2

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a combustion device according to the preamble of claim 1.

Das in dieser Art von Verbrennungsvorrichtung produzierte Gas wird vorzugsweise erzeugt durch vollständige Verbrennung dergestalt, dass es frei von Verunreinigern wie Stickoxyden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd ist und einen ausreichend niedrigen Gehalt an Restsauerstoff aufweist.The gas produced in this type of combustion device is preferably produced by complete combustion such that it is free from contaminants such as nitrogen oxides (NOx), unburned hydrocarbons and carbon monoxide and has a sufficiently low residual oxygen content.

Bisher wurden für diese Art von Verbrennungsvorrichtungen drei verschiedene Einrichtungen wie folgt vorgeschlagen:So far, three different devices have been proposed for this type of combustion device as follows:

(1) Eine Verbrennungsvorrichtung, in welcher Brennstoff mit Luft zur Herstellung eines Luft-Brennstoff-Mischgases vermischt wird, dessen Mischungsverhaltnis im zündfähigen Grenzbereich liegt; ein elektrischer Funke von einer Zündkerze der Vorrichtung leitet die Verbrennung des Mischgases ein, wobei das Luft-Brennstoff-Mischgas anschliessend kontinierlich verbrannt wird;(1) A combustion device in which fuel is mixed with air to produce an air-fuel mixture whose mixing ratio is in the ignitable limit range; an electric spark from a spark plug of the device initiates the combustion of the mixture whereby the air-fuel mixture gas is then continuously combusted;

(2) eine Verbrennungsvorrichtung gemäss der von den Erfindern der vorliegenden Erfindung eingereichten Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 62-33213, in welcher Brennstoff mit vorgewärmter Luft zu einem vorgewärmten Luft-Brennstoff- Mischgas vermischt wird, das in Reaktion mit Katalysatoren eine katalytische Verbrennung erfährt; und(2) a combustion device according to Japanese Laid-Open Publication No. 62-33213 filed by the inventors of the present invention, in which fuel is mixed with preheated air to form a preheated air-fuel mixed gas which undergoes catalytic combustion in reaction with catalysts; and

(3) eine Verbrennungsvorrichtung gemäss der von den Erfindern der vorliegenden Erfindung eingereichten Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 62-226808, in welcher eine äussere Umfangsfläche eines Heizrohrs eines Hauptverbrennungsaggregats mittels einer Hilfsverbrennungseinheit kontinuierlich auf die Zündpunkttemperaturen der Brennstoffe erhitzt wird und die Brennstoffe für eine kontinuierliche Verbrennung in Kontakt mit dem so erwärmten Heizrohr gebracht werden.(3) a combustion apparatus according to Japanese Laid-Open Publication No. 62-226808 filed by the inventors of the present invention, in which an outer peripheral surface of a heating tube of a main combustion unit is continuously heated to ignition point temperatures of fuels by means of an auxiliary combustion unit, and the fuels are brought into contact with the thus heated heating tube for continuous combustion.

Diese vorstehend unter (1) bis (3) beschriebenen Verbrennungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik sind mit den folgenden Nachteilen behaftet:These prior art combustion devices described above under (1) to (3) suffer from the following disadvantages:

Bei der Verbrennungsvorrichtung gemäss Punkt (1) besteht der Nachteil in der Tatsache, dass das Verbrennungsgas zum Teil auf einer hohen Temperatur gehalten wird, um die Flamme am Brennen zu halten: diese hohe Temperatur macht es unmöglich, das Auftreten von Stickoxyden (NOx) im Verbrennungsgas zu verhindern. Da ausserdem die Zeit für das Vermischen von Brennstoff und Luft sowie auch für die Verbrennung des so hergestellten Luft-Brennstoff-Mischgases sehr kurz ist, ist diese unter (1) beschriebene Verbrennungsvorrichtung durch Verunreiniger wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe und dergleichen belastet und verbleibt eine beträchtliche Menge an Restsauerstoff.The disadvantage of the combustion device according to point (1) is that the combustion gas is kept partly at a high temperature in order to keep the flame burning: this high temperature makes it impossible to prevent the appearance of nitrogen oxides (NOx) in the combustion gas. Moreover, since the time for mixing fuel and air and also for burning the air-fuel mixture gas thus produced is very short, this combustion device described in point (1) is contaminated by contaminants such as unburned hydrocarbons and the like and a considerable amount of residual oxygen remains.

(2) Bei der unter (2) beschriebenen Verbrennungsvorrichtung kann das Luft-Brennstoff-Mischgas bei relativ niedriger Temperatur entflainmen. Wenn jedoch das Mischgas bei höheren Temperaturen als 1300 ºC verbrannt wird, verringert diese Hochtemperaturverbrennung des Mischgases die Nutzungsdauer der in der Verbrennungsvorrichtung eingesetzten Katalysatoren, wodurch es unmöglich ist, die Vorrichtung über längere Zeiten zu betreiben. Darüberhinaus lassen sich in dieser Verbrennungsvorrichtung keine schwefelhaltigen Brennstoffe einsetzen, weil der Schwefel sich vergiftend auf die Katalysatoren auswirkt.(2) In the combustion device described in (2), the air-fuel mixture gas can ignite at a relatively low temperature. However, if the mixture gas is burned at temperatures higher than 1300 ºC, this high-temperature combustion of the mixture gas reduces the service life of the catalysts used in the combustion device, making it impossible to operate the device for a long time. In addition, sulfur-containing fuels cannot be used in this combustion device because the sulfur has a poisonous effect on the catalysts.

Die Verbrennungsvorrichtung gemäss Punkt (3) hat den Nachteil, dass die Hilfsverbrennungseinheit mit dem Hauptverbrennungsaggregat zusammen ständig in Betrieb ist, so dass der Bedienungsperson für die Vorrichtung durch die doppelte Kontrolle die Bedienung erschwert wird. Darüberhinaus ist es bei dieser Verbrennungsvorrichtung nicht möglich, das Auftreten von Stickoxyden (NOx) im Verbrennungsgas weitgehendst vollständig auszuschliessen.The combustion device according to point (3) has the disadvantage that the auxiliary combustion unit is constantly in operation together with the main combustion unit, so that the double control makes it more difficult for the operator to operate the device. In addition, with this combustion device it is not possible to completely exclude the occurrence of nitrogen oxides (NOx) in the combustion gas.

In der in dieser Art von Verbrennungsvorrichtung eingesetzten Mischeinheit wird ein sauerstoffhaltiges Gas wie beispielsweise Luft in einem vorgegebenen Verhältnis mit Brennstoff zu einem Luft-Brennstoff-Mischgas vermischt, das mit einem vorgegebenen Druck in die Verbrennungseinheit der Vorrichtung eingeleitet wird. Die Luft-Brennstoff-Mischeinheit umfasst ein Venturi-Rohr mit einer Venturi-Engstelle, in der eine Brennstoffaustrittsdüse angeordnet ist. Beim Durchgang vorgewärmter Luft durch die Engstelle des Venturi-Rohrs der Luft-Brennstoff-Mischeinheit entsteht im Engstellenbereich ein Teilvakuum, durch das anschliessend die Brennstoffaustrittsdüse Brennstoff in die den Venturi-Engstellenbereich durchströmende vorgewärmte Luft einsprüht.In the mixing unit used in this type of combustion device, an oxygen-containing gas such as air is mixed with fuel in a predetermined ratio to form an air-fuel mixed gas, which is introduced into the combustion unit of the device at a predetermined pressure. The air-fuel mixing unit comprises a venturi tube with a venturi throat in which a fuel outlet nozzle is arranged. When preheated air passes through the throat of the venturi tube of the air-fuel mixing unit, a partial vacuum is created in the throat area, through which the fuel outlet nozzle then sprays fuel into the preheated air flowing through the venturi throat area.

Bei Ablauf des Verbrennungsvorgangs mit einer Temperatur zwischen 1200 bis 1400 ºC in der vorbeschriebenen Verbrennungsvorrichtung wird Brennstoff mit sauerstoffhaltigen Gas bzw. Luft, das bzw. die auf eine Temperatur zwischen 500 und 900 ºC vorgewärmt wurde, in der Mischeinheit vermischt. In diesem Falle wird auch die in der Engstelle des Venturi- Rohrs befindliche Brennstoffaustrittsdüse und das mit dieser verbundene Brennstoffzufuhrrohr auf diese Temperatur von 500 bis 900 ºC erhitzt. Dies hat zur Folge, dass der Brennstoff oft thermisch zersetzt wird und dass Kohlenstoffteilchen in der Brennstoffaustrittsdüse und im Brennstoffzufuhrrohr ausgefällt werden. Die so abgeschiedenen Kohlenstoffteilchen führen häufig zu einer Verstopfung von Düse und Rohr.During the combustion process at a temperature between 1200 and 1400 ºC in the combustion device described above, fuel is mixed with oxygen-containing gas or air, which has been preheated to a temperature between 500 and 900 ºC, in the mixing unit. In this case, the fuel outlet nozzle located in the narrow part of the Venturi tube and the fuel supply pipe connected to it are also heated to this temperature of 500 to 900 ºC. This means that the fuel is often thermally decomposed and that carbon particles are precipitated in the fuel outlet nozzle and in the fuel supply pipe. The carbon particles thus deposited often lead to a blockage of the nozzle and pipe.

Besonders in dem Falle, da die Verbrennungsvorrichtung für die Zufuhr eines Hochtemperatur-Verbrennungsgases (dessen Temperatur ca. 1400 ºC beträgt) zu einer Anzahl in Reihe geschalteter Kessel im vorderen Bereich eines jeden der Kesselaggregate angeordnet ist, gilt Folgendes: das von der ersten Verbrennungsvorrichtung gelieferte Verbrennungsgas wird dem ersten Kessel zugeführt; nach dem Passieren des ersten Kessels geht das Gas zur zweiten Verbrennungsvorrichtung und nach Durchströmen derselben zum zweiten Kesselaggregat, wobei in dieser Reihenfolge die übrigen Kessel und Verbrennungsvorrichtungen durchströmt werden, bis schliesslich das Verbrennungsgas den letzten Kesel passiert hat. Es wird hier also eine Mehrstufennutzung des Verbrennungsgases erreicht. In diesem Falle wird das Verbrennungsgas in jeden der Kessel mit einer Temperatur von 1400 ºC eingeleitet, um nach Durchströmen eines jeden Kesselaggregats mit einer Temperatur von 700 ºC aus diesem auszutreten. Das so abgegebene Verbrennungsgas wird jeweils in die Luft-Brennstoff-Mischeinheit der jeweils nächsten Verbrennungsvorrichtung eingeleitet, mit Brennstoff vermischt und zur erneuten Erhitzung auf eine Temperatur von 1400 ºC zur Verbrennung gebracht. Da das Venturi-Rohr der Luft-Brennstoff-Mischeinheit in einem Bereich nahe der Brennstoffaustrittsdüse auf eine beträchtlich hohe Temperatur erhitzt wurde, erfährt der Brennstoff in der Düse eine wiederholte thermische Zersetzung unter Ausfällung von Kohlenstoffteilchen mit dem Nachteil, dass die Brennstoffdüse im Venturi-Rohr der Luft-Brennstoff- Mischeinheit zugesetzt wird.In particular, in the case where the combustion device for supplying a high-temperature combustion gas (the temperature of which is approximately 1400 ºC) to a number of boilers connected in series is arranged in the front part of each of the boiler units, the following applies: the combustion gas supplied by the first combustion device is supplied to the first boiler; after passing through the first boiler, the gas goes to the second combustion device and, after flowing through it, to the second boiler unit, passing through the other boilers and combustion devices in this order until the combustion gas finally passes through the last boiler. In this case, multi-stage utilization of the combustion gas is achieved. In this case, the combustion gas is introduced into each of the boilers at a temperature of 1400 ºC and, after passing through each boiler unit, exits from it at a temperature of 700 ºC. The combustion gas thus released is fed into the air-fuel mixing unit of the next combustion device, mixed with fuel and heated again to a temperature of 1400 ºC for combustion. the venturi tube of the air-fuel mixing unit has been heated to a considerably high temperature in a region near the fuel outlet nozzle, the fuel in the nozzle undergoes repeated thermal decomposition with precipitation of carbon particles with the disadvantage that the fuel nozzle in the venturi tube of the air-fuel mixing unit is clogged.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Der vorliegenden Erfindung liegen die vorgeschilderten Umstände zugrunde.The present invention is based on the circumstances described above.

Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Verbrennungsgas herzustellen, das praktisch frei ist von allen Verunreinigern wie Stickoxyden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und dergleichen.Thus, an object of the invention is to provide a combustion device capable of producing a combustion gas which is practically free of all contaminants such as nitrogen oxides (NOx), unburned hydrocarbons, carbon monoxide and the like.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, in welcher eine vollständige Verbrennung eines aus sauerstoffhaltigem Gas bzw. Luft und Brennstoff bestehenden Mischgases möglich ist, indem das Mischgas in Kontakt gebracht wird mit einer grossen Anzahl von hohe Temperatur führenden Oberflächen, und die in mehrstufigen mit Verbrennungsgas betriebenen Systemen eingesetzt werden können, welche in Reihe geschaltet sind und eine wirksame Ausnutzung des Verbrennungsgases und damit eine beträchtliche Energieeinsparung gewährleisten.A further object of the present invention is to provide a combustion device in which a complete combustion of a mixed gas consisting of oxygen-containing gas or air and fuel is possible by bringing the mixed gas into contact with a large number of high temperature surfaces, and which can be used in multi-stage combustion gas-operated systems which are connected in series and ensure effective utilization of the combustion gas and thus considerable energy savings.

Schliesslich sieht eine weitere Aufgabe der Erfindung vor die Schaffung einer Luft-Brennstoff-Mischeinheit für die Verbrennungsvorrichtung, bei der praktisch keinerlei Gefahr besteht, dass die Brennstoffaustrittsdüse und das mit dieser verbundene Brennstoffzufuhrrohr der Mischeinheit mit Kohlenstoffteilchen, die durch thermische Zersetzung des Düse und Rohr zugeführten Brennstoffs entstehen, zugesetzt werden.Finally, a further object of the invention is to provide an air-fuel mixing unit for the combustion device in which there is practically no risk that the fuel outlet nozzle and the connected fuel supply pipe of the mixing unit may be clogged with carbon particles resulting from thermal decomposition of the fuel supplied through the nozzle and pipe.

In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die vorstehend beschriebenen Aufgaben gelöst durch Schaffung einer:In a first embodiment of the present invention, the objects described above are achieved by creating a:

Verbrennungsvorrichtung mit:Combustion device with:

(a) einem Eintrittskanal zum Einlassen eines Verbrennungsgases in einer vorgegebenen Richtung, welcher Eintrittskanal begrenzt wird durch wärmeisolierendes Material, das im wesentlichen im mittleren Bereich eines äusseren Gehäuses angeordnet und an seinem stromaufwärtigen Ende geschlossen ist;(a) an inlet channel for admitting a combustion gas in a predetermined direction, which inlet channel is delimited by heat-insulating material arranged substantially in the central region of an outer casing and closed at its upstream end;

(b) einem Austrittskanal zum Auslassen des Verbrennungsgases in Richtung entgegengesetzt zu der vorgegebenen Richtung, nachdem das Verbrennungsgas durch den Eintrittskanal geströmt ist, welcher Austrittskanal an seinen gegenüberliegenden Endbereichen offen und in dem Eintrittskanal so angeordnet ist, dass er mit dem Eintrittskanal an dessen stromabwärtigen Ende über einen am stromabwärtigen Endbereich des Eintrittskanals gebildeten Raum verbunden istin Verbindung steht;(b) an outlet passage for discharging the combustion gas in a direction opposite to the predetermined direction after the combustion gas has flowed through the inlet passage, the outlet passage being open at its opposite end portions and arranged in the inlet passage so as to be connected to the inlet passage at its downstream end via a space formed at the downstream end portion of the inlet passage;

(c) einer Mischgas-Haupteintrittsleitung zum Einleiten eines Mischgases aus sauerstoffhaltigem Gas und Brennstoff, welche Mischgas-Haupteintrittsleitung direkt verbunden ist mit dem stromaufwärtigen Ende des Eintrittskanals durch dessen Umfangswand hindurch;(c) a mixed gas main inlet line for introducing a mixed gas of oxygen-containing gas and fuel, which mixed gas main inlet line is directly connected to the upstream end of the inlet channel through the peripheral wall thereof;

(d) einer Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff zum Mischen eines vorerwärmten sauerstoffhaltigen Gases mit Brennstoff in einem vorgegebenen Verhältnis und zum Herstellen des Mischgases, welche Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff mit der Mischgas-Haupteintrittsleitung verbunden ist und Mischgas in die Mischgas- Haupteintrittsleitung mit einem vorgegebenen Druck einleitet;(d) an oxygen-containing gas and fuel mixing unit for mixing a preheated oxygen-containing gas with fuel in a predetermined ratio and for producing the mixed gas, which oxygen-containing gas and fuel mixing unit is connected to the mixed gas main inlet line and feeds mixed gas into the mixed gas main inlet line with a predetermined pressure;

(e) einer Verbrennungsgas-Hilfseintrittsleitung zum Einleiten eines anderen Verbrennungsgases in den Eintrittskanal, welches andere Verbrennungsgas hergestellt wird durch Verbrennen von ein sauerstoffhaltiges Gas enthaltenden Brennstoff mit Hilfe eines Steuerbrenners, welche Verbrennungsgas-Hilfseintrittsleitung mit einem Endbereich des Eintrittskanals diametral gegenüber der Mischgas-Haupteintrittsleitung verbunden ist; und(e) an auxiliary combustion gas inlet line for introducing into the inlet channel another combustion gas, which other combustion gas is produced by burning fuel containing an oxygen-containing gas by means of a control burner, which auxiliary combustion gas inlet line is connected to an end portion of the inlet channel diametrically opposite the main mixed gas inlet line; and

(f) einer Verbrennungsgas-Auslassleitung in einem Seitenbereich des äusseren Gehäuses und des wärmeisolierenden Materials, welche Verbrennungsgas-Auslassleitung mit einem stromabwärtigen Auslassbereich des Austrittskanals verbunden ist.(f) a combustion gas outlet line in a side portion of the outer casing and the heat insulating material, which combustion gas outlet line is connected to a downstream outlet portion of the exhaust duct.

In einer zweiten Ausführungsform werden die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, welche die gleiche Konstruktion wie die vorbeschriebene erste Ausführungsform aufweist und versehen ist mit einem bienenwabenförmigen Durchlassglied in jedem der Auslassbereiche des Eintritts- und des Austrittskanals.In a second embodiment, the objects underlying the present invention are achieved by creating a combustion device which has the same construction as the above-described first embodiment and is provided with a honeycomb-shaped passage member in each of the outlet regions of the inlet and outlet channels.

Weiter werden nach einer dritten Ausführungsform die Aufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst durch Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, welche die gleiche Konstruktion wie die vorbeschriebene erste Ausführungsform aufweist und in welcher der Eintritts- und der Austrittskanal aus Hülsenelementen gebildet sind dergestalt, dass das den Austrittskanal bildende Hülsenelement einen unterschiedlichen Durchmesser gegenüber dem Hülsenelement aufweist, das den Eintrittskanal bildet.Furthermore, according to a third embodiment, the objects of the present invention are achieved by providing a combustion device which has the same construction as the above-described first embodiment and in which the inlet and outlet channels are formed from sleeve elements such that the sleeve element forming the outlet channel has a different diameter than the sleeve element forming the inlet channel.

Die Lösung der Aufgaben der Erfindung erfolgt nach einer vierten Ausführungsform durch Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, welche die gleichen konstruktiven Merkmale aufweist wie die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und in welcher der Eintritts- und der Austrittskanal aus Hülsenelementen gebildet sind derart, dass eine Anzahl der Hülsenelenente, die den Austrittskanal bilden, einen kleineren Durchmesser als das Hülsenelement aufweist, das den Eintrittskanal bildet, und in dem Eintrittskanal angeordnet ist.The objects of the invention are achieved according to a fourth embodiment by creating a combustion device which has the same design features as the first embodiment of the present invention and in which the inlet and outlet channels are formed from sleeve elements such that a number of the sleeve elements forming the outlet channel have a smaller diameter than the sleeve element forming the inlet channel and are arranged in the inlet channel.

In einer fünften Ausführungsform werden die Aufgaben der Erfindung gelöst durch Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung mit den konstruktiven Merkmalen der vierten Ausführungsform, in welcher wenigstens eine Ablenkplatte derart in dem Eintrittskanal angeordnet ist, dass sie senkrecht zu einer Längsrichtung des Eintrittskanals verläuft.In a fifth embodiment, the objects of the invention are achieved by creating a combustion device with the structural features of the fourth embodiment, in which at least one baffle plate is arranged in the inlet channel such that it runs perpendicular to a longitudinal direction of the inlet channel.

Mit einer sechsten Ausführungsform wird die Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben erreicht durch Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung mit den konstruktiven Merkmalen der ersten Ausführungsform, in der die Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff umfasst ein Venturi-Rohr, das mit einer Venturi-Engstelle versehen und von wärmeisolierendem Material umgeben ist; ein Brennstoffzufuhrrohr mit seiner Brennstoffaustrittsdüse in der Venturi-Engstelle des Venturi-Rohres, welche Brennstoffaustrittsdüse im vorderen Endbereich des Brennstoffzufuhrrohres angeordnet ist; und eine Kühleinheit zum Kühlen geeigneter Teile der Brennstoffaustrittsdüse und des Brennstoffszufuhrrohres, das mit der Brennstoffaustrittsdüse in Verbindung steht.With a sixth embodiment, the solution of the objects underlying the present invention is achieved by creating a combustion device with the design features of the first embodiment, in which the mixing unit for oxygen-containing gas and fuel comprises a venturi tube provided with a venturi throat and surrounded by heat-insulating material; a fuel supply tube with its fuel outlet nozzle in the venturi throat of the venturi tube, which fuel outlet nozzle is arranged in the front end region of the fuel supply tube; and a cooling unit for cooling suitable parts of the fuel outlet nozzle and the fuel supply tube which is in connection with the fuel outlet nozzle.

Weitere Aufgaben, Aus führungs formen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen:Further objects, embodiments and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following Detailed description of the invention in conjunction with the accompanying drawings:

Es bedeutet:It means:

Figur 1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung;Figure 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the combustion device according to the invention;

Figur 2 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung in ihrer ersten Ausführungsform auf der Linie 11-11 in Figur 2;Figure 2 is a cross-sectional view of the combustion device according to the invention in its first embodiment on the line 11-11 in Figure 2;

Figur 3 eine Längsschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung;Figure 3 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of the combustion device according to the invention;

Figur 4 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung in ihrer zweiten Ausführungsform auf der Linie IV-IV in Figur 3;Figure 4 is a cross-sectional view of the combustion device according to the invention in its second embodiment on the line IV-IV in Figure 3;

Figur 5 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung in ihrer zweiten Ausführungsform auf der Linie V-V in Figur 3;Figure 5 is a cross-sectional view of the combustion device according to the invention in its second embodiment on the line V-V in Figure 3;

Figur 6 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung eingesetzten Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff; undFigure 6 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the mixing unit for oxygen-containing gas and fuel used in the combustion device according to the invention; and

Figur 7 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung eingesetzten Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff.Figure 7 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of the mixing unit for oxygen-containing gas and fuel used in the combustion device according to the invention.

DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Es folgt nunmehr die detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung sowie der in der Verbrennungsvorrichtung eingesetzten Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.The following is a detailed description of preferred embodiments of the combustion device according to the invention and of the mixing unit for oxygen-containing gas and fuel used in the combustion device with reference to the accompanying drawings.

Zunächst zeigen die Figuren1 und 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung, in welcher die Bezugsziffer 1 eine äussere Hülse und die Bezugsziffer 2 eine konzentrisch in der äusseren Hülse angeordnete innere Hülse bezeichnen. Beide Hülsen 1, 2 sind aus Keramikmaterial hergestellt. Wie aus Figur 1 ersichtlich, befindet sich ein ringförmiger Eintrittskanal für aus sauerstoffhaltigem Gas und Brennstoff bestehendes Mischgas zwischen einer inneren Umfangsfläche der äusseren Hülse 1 und einer äusseren Umfangsfläche der inneren Hülse 2, wobei der innere Bereich der inneren Hülse 2 einen Austrittskanal 4 für ein Verbrennungsgas bildet. Der Eintrittskanal 3 ist an seinem stromaufwärtigen Ende geschlossen und mündet mit seinem anderen Endbereich in einen am stromabwärtigen Ende der Mischgasbahn gebildeten kaum in einem Endbereich der äusseren Hülse 1, der mit einer Eintrittsöffnung des Austrittskanals 4 in Verbindung steht. Somit ist der Eintrittskanal 3 über diesen Raum mit dem Austrittskanal 4 verbunden. Eine Haupteintrittsleitung 5 mündet nahe ihrem Endbereich auf der stromaufwärtigen Seite des Mischgasstroms in die Umfangswand des Eintrittskanals 3. Andererseits mündet eine Hilfseintrittsleitung 6 ebenfalls in die Umfangswand des Ein 3trittskanals, und zwar an einem von der Haupteintrittsleitung 5 umfangsmässig abgesetzten Punkt. Eine Austrittsöffnung des Austrittskanals 4 ist mit einer Verbrennungsgas- Auslassleitung 7 verbunden. Im stromabwärtigen Endbereich des Eintritsskanals 3 ist ein ringförmiges bienenwabenartiges Durchlassglied 8 aus Keramikmaterial fest montiert. Andererseits befindet sich in der Auslassöffnung des Austrittskanals 4 ein festmontiertes stopfenförmiges, bienenwabenartiges Durchlassglied 9 aus Keramik. Diese bienenwabenförmigen Durchlassglieder 8, 9 vergrössern die Zahl der mit dem Verbrennungsgas in Kontakt gelangenden Strömungsflächen.Firstly, Figures 1 and 2 show a first embodiment of the combustion device according to the invention, in which the reference number 1 designates an outer sleeve and the reference number 2 designates an inner sleeve arranged concentrically in the outer sleeve. Both sleeves 1, 2 are made of ceramic material. As can be seen from Figure 1, an annular inlet channel for a mixed gas consisting of oxygen-containing gas and fuel is located between an inner peripheral surface of the outer sleeve 1 and an outer peripheral surface of the inner sleeve 2, the inner region of the inner sleeve 2 forming an outlet channel 4 for a combustion gas. The inlet channel 3 is closed at its upstream end and opens with its other end region into a space formed at the downstream end of the mixed gas path in an end region of the outer sleeve 1, which is connected to an inlet opening of the outlet channel 4. The inlet channel 3 is thus connected to the outlet channel 4 via this space. A main inlet line 5 opens into the peripheral wall of the inlet channel 3 near its end region on the upstream side of the mixed gas flow. On the other hand, an auxiliary inlet line 6 also opens into the peripheral wall of the inlet channel, namely at a point circumferentially offset from the main inlet line 5. An outlet opening of the outlet channel 4 is connected to a combustion gas outlet line 7. In the downstream end region of the inlet channel 3, an annular honeycomb-like passage member 8 made of ceramic material is permanently mounted. On the other hand, in the outlet opening of the outlet channel 4, there is a permanently mounted plug-shaped, honeycomb-like passage member 9 made of ceramic. These honeycomb-shaped passage members 8, 9 increase the number of flow surfaces that come into contact with the combustion gas.

Wie die Figur 1 zeigt, ist die äussere Hülse 1 über wärmeisolierendes Material 10 fest in einem äusseren Gehäuse 10a montiert.As Figure 1 shows, the outer sleeve 1 is firmly mounted in an outer housing 10a via heat-insulating material 10.

Eine Mischeinheit 11 für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff ist mit dem Haupteintrittskanal 5 auf der stromaufwärtigen Seite der Eintrittsleitung 3 verbunden. Andererseits steht ein Steuerbrenner 12 mit der Hilfseintrittsleitung 6 auf der stromaufwärtigen Seite der Eintrittsleitung 3 in Verbindung. Mit der Mischeinheit 11 verbunden sind ein Zufuhrrohr 13 für vorgewärmtes sauerstoffhaltiges Gas bzw. vorgewärmte Luft sowie ein Brennstoffzufuhrrohr 14. Der über das Brennstoffzufuhrrohr 14 zugeführte Brennstoff wird mit einem über das Zufuhrrohr 13 für vorgewärmte Luft gelieferten vorgewärmten sauerstoffhaltigen Gas (nachstehend der Einfachheit halber als vorgewärmte Luft bezeichnet) in einem vorgegebenen Verhältnis im Luft-Brennstoff-Mischerteil 15 der Mischeinheit vermischt zu einem Luft-Brennstoff-Mischgas, das zur stromaufwärtigen Seite des Eintrittskanals 3 strömt. Mit dem Steuerbrenner 12 sind ein Lufteinlassrohr 16 sowie ein Brennstoffzufuhrrohr 17 verbunden. Das aus dem Steuerbrenner 12 austretende Verbrennungsgas geht über die Hilfseintrittsleitung 6 zur stromaufwärtigen Seite des Eintrittskanals 3.A mixing unit 11 for oxygen-containing gas and fuel is connected to the main inlet channel 5 on the upstream side of the inlet line 3. On the other hand, a control burner 12 is connected to the auxiliary inlet line 6 on the upstream side of the inlet line 3. Connected to the mixing unit 11 are a supply pipe 13 for preheated oxygen-containing gas or preheated air and a fuel supply pipe 14. The fuel supplied via the fuel supply pipe 14 is mixed with a preheated oxygen-containing gas (hereinafter referred to as preheated air for the sake of simplicity) supplied via the supply pipe 13 for preheated air in a predetermined ratio in the air-fuel mixer part 15 of the mixing unit to form an air-fuel mixed gas which flows to the upstream side of the inlet channel 3. Connected to the control burner 12 are an air inlet pipe 16 and a fuel supply pipe 17. The combustion gas exiting from the control burner 12 goes to the upstream side of the inlet channel 3 via the auxiliary inlet line 6.

Beim Betrieb der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung in ihrer ersten Ausführungsform mit den vorbeschriebenen Merkmalen liefert zunächst der Steuerbrenner 12 das Verbrennungsgas zur stromaufwärtigen Seite des Eintrittskanals 3 derart, dass dieses Verbrennungsgas sowohl die äussere Hülse 1 als auch die innere Hülse 2 auf der stomaufwärtigen Seite des Eintrittskanals 3 erhitzt. Nachdem die Innere Hülse 1 und die äussere Hülse 2 die jeweils vorgegebene Temperatur von über 900 ºC erreicht haben, tritt die Mischeinheit 11 in Funktion und gibt ein Mischgas aus sauerstoffhaltigem Gas und Brennstoff, d.h. ein Luft-Brennstoff-Mischgas, über die Haupeintrittsleitung 5 zur stromaufwärtigen Seite des Eintrittskanals. Zu diesem Zeitpunkt wird der Steuerbrenner 12 sofort stillgesetzt bzw. allmählich heruntergefahren, um noch eine gewisse Zeit lang mit der Mischeinheit 12 zusammenzuwirken.When operating the combustion device according to the invention in its first embodiment with the features described above, the control burner 12 first supplies the combustion gas to the upstream side of the inlet channel 3 in such a way that this combustion gas heats both the outer sleeve 1 and the inner sleeve 2 on the upstream side of the inlet channel 3. After the inner sleeve 1 and the outer sleeve 2 have reached the respective predetermined temperature of over 900 ºC, the mixing unit 11 comes into operation and supplies a mixed gas of oxygen-containing gas and fuel, i.e. an air-fuel mixed gas, via the main inlet line 5 to the upstream side of the inlet channel. At this point, the control burner 12 is immediately shut down or gradually shut down in order to continue to work with the mixing unit 12 for a certain period of time.

Unter diesen Bedingungen tritt das so abgegebene Luft-Brennstoff-Mischgas über die Haupteintrittsleitung 5 in den Eintrittskanal 3 ein und wird mit sowohl der inneren Umfangsfläche der äusseren Hülse 1 als auch der äusseren Umfangsfläche der inneren Hülse 2 in Kontakt gebracht, nachdem diese Umfangsflächen auf eine so hohe Temperatur erhitzt worden sind, dass das Mischgas entflammt und ein Verbrennungsgas erzeugt. Dieses Verbrennungsgas strömt durch den Eintrittskanal 3 in den Austrittskanal 4 und wird über die Verbrennungsgas-Auslassleitung 7 ausgestossen. Somit erhitzt das Verbrennungsgas nacheinander die äusseren und inneren Umfangsflächen des Eintrittskanals 3 sowie die innere Umfangsfläche des Austrittskanals 4, so dass eine vollständige Verbrennung des aus der Mischeinheit 11 in den Eintrittskanal 3 gelangten Mischgases erreicht wird. Wie an anderer Stelle bereits beschrieben, wird der in die Mischeinheit 11 eingeleitete Brennstoff in dieser Mischeinheit 11 so mit der vorgewärmten Luft vermischt, dass das Verbrennungsgas konstant auf einer vorgegebenen Temperatur zwischen 1200 und 1400 ºC gehalten wird.Under these conditions, the air-fuel mixture gas thus discharged enters the inlet passage 3 through the main inlet pipe 5 and is brought into contact with both the inner peripheral surface of the outer sleeve 1 and the outer peripheral surface of the inner sleeve 2 after these peripheral surfaces are heated to such a high temperature that the mixture gas ignites and generates a combustion gas. This combustion gas flows through the inlet passage 3 into the outlet passage 4 and is discharged through the combustion gas discharge pipe 7. Thus, the combustion gas successively heats the outer and inner peripheral surfaces of the inlet passage 3 and the inner peripheral surface of the outlet passage 4, so that complete combustion of the mixture gas discharged from the mixing unit 11 into the inlet passage 3 is achieved. As already described elsewhere, the fuel introduced into the mixing unit 11 is mixed with the preheated air in this mixing unit 11 in such a way that the combustion gas is constantly kept at a predetermined temperature between 1200 and 1400 ºC.

Im Rahmen des vorbeschriebenen Verfahrensablaufs geht der auf der stromaufwärtigen Seite des Eintrittskanals 3 eingeleitete Verbrennungsvorgang weiter zur stromabwärtigen Seite des Eintrittskanals 3 und schliesslich zur Auslassöffnung des Austrittskanals 4. Infolgedessen werden die inneren und äusseren Umfangsflächen der zwischen dem Eintrittskanal 3 und dem Austrittskanal 4 angeordneten Inneren Hülse 2 von dem Verbrennungsgas erhitzt. Die bienenwabenförmnigen Durchlassglieder 8 und 9 im stromabwärtigen Endbereich des Eintrittskanals 3 bzw. im Bereich der Auslassöffnung der Auslassleitung 9 tragen weiter dazu bei, dass eine vollständige Verbrennung sichergestellt wird. Ist die innere Umfangsfläche der äusseren Hülse 1 mit einem Material mit hervorragenden Infrarotabsorptionseigenschaften beschichtet, so besteht darüberhinaus die Möglichkeit einer weiteren Temperaturerhöhung für die innere Umfangsfläche der äusseren Hülse 1, weil von der äusseren Umfangsfläche der inneren Hülse 2 abgegebene Infrarotstrahlung von der inneren Umfangsfläche der äusseren Hülse 1 wirksam aufgenommen und so die Temperatur der inneren Umfangsfläche dieser äusseren Hülse 1 erhöht wird. Die so beschichtete Innenfläche der äusseren Hülse 1 dient als wirksame Heizfläche, welche die Verbrennung des Mischgases fördert und verstärkt.As part of the process sequence described above, the combustion process initiated on the upstream side of the inlet channel 3 continues to the downstream side of the inlet channel 3 and finally to the outlet opening of the outlet channel 4. As a result, the inner and outer peripheral surfaces of the inner sleeve 2 arranged between the inlet channel 3 and the outlet channel 4 are heated by the combustion gas. The honeycomb-shaped passage members 8 and 9 in the downstream end region of the inlet channel 3 and in the region of the outlet opening of the outlet line 9 further contribute to ensuring complete combustion. If the inner peripheral surface of the outer sleeve 1 is coated with a material with excellent infrared absorption properties, there is also the possibility of a further increase in temperature for the inner peripheral surface of the outer sleeve 1, because infrared radiation emitted by the outer peripheral surface of the inner sleeve 2 is effectively absorbed by the inner peripheral surface of the outer sleeve 1 and thus the temperature of the inner peripheral surface of this outer sleeve 1 is increased. The inner surface of the outer sleeve 1 coated in this way serves as an effective heating surface which promotes and intensifies the combustion of the mixed gas.

Die Figuren 3 bis 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung, deren einzelne Komponenten denen der ersten erfindungsgemässen Ausführungsform nach Figur 1 und 2 mit den jeweils gleichen Bezugsziffern entsprechen, so dass in der nachfolgenden Beschreibung auf eine erneute Erläuterung verzichtet wird.Figures 3 to 5 show a second embodiment of the combustion device according to the invention, the individual components of which correspond to those of the first embodiment according to the invention according to Figures 1 and 2 with the same reference numbers, so that a further explanation is omitted in the following description.

Wie aus Figur 3 ersichtlich sind in der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung eine Anzahl innerer Hülsen 22 aus Keramikmaterial fest in der ebenfalls aus Keramikmaterial bestehenden äusseren Hülse 21 angeordnet derart, dass zwischen der Inneren Umfangsfläche der äusseren Hülse 21 und den äusseren Umfangsflächen der inneren Hülsen 22 der Eintrittskanal 23 gebildet wird. Andererseits bildet der Innenbereich jeder inneren Hülse 22 den Austrittskanal 24. Ein stromaufwärtiges Ende des Eintrittskanals 23 ist durch ein die Auslassbereiche der inneren Hülsen 22 tragendes Stützwandelement 25 verschlossen. Bienenwabenförmige Durchlassglieder 26 und 27 sind fest im stromabwärtigen Bereich des Eintrittskanals 23 bzw. den Auslassöffnungsbereichen der Austrittskanäle 24 angeordnet. Darüberhinaus ist wenigstens eine Anlenkplatte 28 im Eintrittskanal fest montiert, wobei für diese zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung wie aus Figur 3 ersichtlich drei dieser Ablenkplatten vorgesehen sind.As can be seen from Figure 3, in the second embodiment of the combustion device according to the invention, a number of inner sleeves 22 made of ceramic material are arranged firmly in the outer sleeve 21, which is also made of ceramic material, in such a way that the inlet channel 23 is formed between the inner peripheral surface of the outer sleeve 21 and the outer peripheral surfaces of the inner sleeves 22. On the other hand, the inner region of each inner sleeve 22 forms the outlet channel 24. An upstream end of the inlet channel 23 is closed by a support wall element 25 supporting the outlet regions of the inner sleeves 22. Honeycomb-shaped passage members 26 and 27 are arranged firmly in the downstream region of the inlet channel 23 and the outlet opening regions of the outlet channels 24. In addition, at least one deflection plate 28 is fixedly mounted in the inlet channel, whereby for this second embodiment of the combustion device according to the invention, as can be seen from Figure 3, three of these deflection plates are provided.

Hinsichtlich des Betriebsablaufs entspricht die in Figur 3 bis 5 dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung im wesentlichen der ersten Ausführungsform nach Figur 1 und 2, wobei die erfindungsgemässe Verbrennungsvorrichtung in ihrer zweiten Ausführungsform besonders vorteilhaft ist für die Verbrennungsgasproduktion in grossen Mengen.With regard to the operating sequence, the second embodiment of the combustion device according to the invention shown in Figures 3 to 5 essentially corresponds to the first embodiment according to Figures 1 and 2, whereby the combustion device according to the invention in its second embodiment is particularly advantageous for the production of combustion gas in large quantities.

Im Rahmen des Verfahrensablaufs bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung nach Figur 3 bis 5 werden zunächst mittels des auf der stromaufwärtigen Seite des Eintrittskanals 23 angeordneten Steuerbrenners 12 die Wandungen dieses Eintrittskanals 23 auf die jeweils vorgegebene Temperatur von ca. 900 ºC erhitzt. Danach wird das in der Mischeinheit 11 hergestellte Luft-Brennstoff-Mischgas in das Innere des Eintrittskanals 23 eingeleitet, wo es unter Herstellung von Verbrennungsgas entflammt. Das so hergestellte Verbrennungsgas durchströmt ein Labyrinth aus Ablenkplatten 28 im Eintrittskanal 23 und geht anschliessend zur stromabwärtigen Seite des Eintrittskanals 23. Beim Durchströmen des Eintrittskanals 23 wird infolgedessen das Verbrennungsgas so ausreichend verwirbelt, dass eine vollständige Verbrennung desselben erreicht wird. Nach Erreichen des stromabwärtigen Endes des Eintrittskanals 23 tritt das Verbrennungsgas in die bienenwabenförmigen Durchlasglieder 26 und nach Passieren derselben in die Austrittskanaäle 24 ein, in denen es zur weiteren Erhitzung zwecks vollständiger Verbrennung des Mischgases mit den Inneren Umfangswandungen der inneren Hülsen 22 in Kontakt gebracht wird. Schliesslich strömt das Verbrennungsgas durch die bienenwabenförmigen Durchlassglieder 27 und in die Verbrennungsgas-Auslassleitung 7, von der es austritt.As part of the process sequence in the second embodiment of the combustion device according to the invention according to Figures 3 to 5, the walls of this inlet channel 23 are first heated to the respective predetermined temperature of approximately 900 ºC by means of the control burner 12 arranged on the upstream side of the inlet channel 23. The air-fuel mixture gas produced in the mixing unit 11 is then into the interior of the inlet channel 23, where it ignites to produce combustion gas. The combustion gas produced in this way flows through a labyrinth of baffle plates 28 in the inlet channel 23 and then goes to the downstream side of the inlet channel 23. As it flows through the inlet channel 23, the combustion gas is swirled sufficiently to achieve complete combustion. After reaching the downstream end of the inlet channel 23, the combustion gas enters the honeycomb-shaped passage members 26 and, after passing through them, into the outlet channels 24, in which it is brought into contact with the inner peripheral walls of the inner sleeves 22 for further heating for complete combustion of the mixed gas. Finally, the combustion gas flows through the honeycomb-shaped passage members 27 and into the combustion gas outlet line 7, from which it exits.

In jeder der vorbeschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung besteht das zur Herstellung der äusseren Hülsen 1, der inneren Hülsen 2, 22, des hülsenartigen Gehäuses 31 und der bienenwabenförmigen Durchlassglieder 8, 9, 26, 27, 32 aus Siliziumkarbid, das hervorragende Eigenschaften hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Hitzeschockfestigkeit besitzt. Es ist aber auch möglich, diese Komponenten aus anderen geeigneten Keramikmaterialien, beispielsweise solchen auf Zirkonoxyd- und Kordieritbasis, herzustellen.In each of the above-described embodiments of the combustion device according to the invention, the outer sleeves 1, the inner sleeves 2, 22, the sleeve-like housing 31 and the honeycomb-shaped passage members 8, 9, 26, 27, 32 are made of silicon carbide, which has excellent properties in terms of mechanical strength, heat resistance and heat shock resistance. However, it is also possible to manufacture these components from other suitable ceramic materials, for example those based on zirconium oxide and cordierite.

Weiterhin können die äusseren Hülsen 1, 21 und das hülsenartige Gehäuse 31 aus Aluminiumoxydfaserkeramik gefertigt sein. In diesem Falle wird vorzugsweise im Wege eines geeigneten Auftragsverfahrens wie beispielsweise durch Aufsprühen eine feste Farbbeschichtung, deren Hauptbestandteil ein entsprechendes Oxyd wie SiZrO&sub4;, MnO&sub2;, MnO&sub2;.Cr&sub2;O&sub3; oder dergleichen mit ausgezeichneten Infrarotabsorptionseigenschaften ist, auf die Innenflächen dieser Teile aufgebracht.Furthermore, the outer sleeves 1, 21 and the sleeve-like housing 31 can be made of aluminum oxide fiber ceramic. In this case, a solid color coating is preferably applied by means of a suitable application process such as spraying, the main component of which is a corresponding oxide such as SiZrO₄, MnO₂, MnO₂.Cr₂O₃ or the like. with excellent infrared absorption properties is applied to the inner surfaces of these parts.

Es folgt nunmehr mit Bezug auf Figur 6 und 7 eine detaillierte Beschreibung zweier unterschiedlicher Ausführungsformen der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung mit den vorbeschriebenen Merkmalen einzusetzten Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff (nachfolgend bezeichnet als Luft-Brennstoff-Mischeinheit).There now follows, with reference to Figures 6 and 7, a detailed description of two different embodiments of the mixing unit for oxygen-containing gas and fuel (hereinafter referred to as air-fuel mixing unit) to be used in the combustion device according to the invention with the features described above.

In der ersten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemässe Luft-Brennstoff-Mischeinheit gemäss Figur 6 ein Venturi-Rohr 50 mit einem Einlassreduzierbereich 51, einem Auslassdiffusorbereich 52 und einer zwischen diesen Bereichen 51 und 52 befindlichen Venturi-Engstelle 53. Ein Leistungsregelgestänge 54 mit kegeliger Spitze ist mit einem Lagerelement 55 so verschraubt, dass es in Bezug auf das fest im Venturi-Rohr 50 sitzende Lagerelement 55 axial verschiebbar ist. Ein Einlassrohr 13 für vorgewärmte Luft ist verbunden mit einer Lufteinlassöffnung des Venturi-Rohrs 50, das seinerseits über eine Gasauslassöffnung mit der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung in Verbindung steht.In the first embodiment, the air-fuel mixing unit according to the invention according to Figure 6 comprises a venturi tube 50 with an inlet reduction region 51, an outlet diffuser region 52 and a venturi constriction 53 located between these regions 51 and 52. A power control rod 54 with a conical tip is screwed to a bearing element 55 in such a way that it can be moved axially with respect to the bearing element 55 firmly seated in the venturi tube 50. An inlet pipe 13 for preheated air is connected to an air inlet opening of the venturi tube 50, which in turn is connected to the combustion device according to the invention via a gas outlet opening.

Auf einer inneren Umfangsfläche der Engstelle 53 des Venturi-Rohrs 50 sind eine Anzahl von in Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche der Engstelle 53 im Abstand voneinander angeordneter Brennstoffaustrittsöffnungen 56 vorgesehen, mit denen ein Brennstoffzufuhrrohr 14 verbunden ist. Wie klar aus Figur 6 ersichtlich, ist die Venturi-Engstelle 53 von einem umlaufenden Wassermantel 57 umgeben, der diesen Engstellenbereich 53 kühl halten soll. Mit diesem Wassermantel 57 verbunden sind ein Kühlwassereinlassrohr 58 und ein Kühlwasserauslassrohr 59.On an inner circumferential surface of the constriction 53 of the Venturi tube 50, a number of fuel outlet openings 56 are provided, arranged at a distance from one another in the circumferential direction of the inner circumferential surface of the constriction 53, to which a fuel supply pipe 14 is connected. As can be clearly seen from Figure 6, the Venturi constriction 53 is surrounded by a circumferential water jacket 57, which is intended to keep this constriction area 53 cool. A cooling water inlet pipe 58 and a cooling water outlet pipe 59 are connected to this water jacket 57.

Bei dieser ersten Ausführungsform der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung einzusetzenden Luft-Brennstoff-Mischeinheit gemäss Figur 6 wird ein aus vorgewärmter Luft und dem sauerstoffhaltigen Gas wie dem Verbrennungsgas bestehender eintretender Gasstrom aus dem Einlassrohr 13 für vorgewärmte Luft zur Venturi-Engstelle 53 geleitet, wo der eintretende Gasstrom beschleunigt und über die Brennstoffaustrittsöffnungen 56 zur Herstellung des Luft-Brennstoff -Mischgases Brennstoff eingesprüht wird. Das so anfallende Mischgas geht sodann unter Verwirbelung im anschliessenden Auslassdiffusorbereich 52 des Venturi-Rohrs 50 zu der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung.In this first embodiment of the air-fuel mixing unit to be used in the combustion device according to the invention according to Figure 6, an incoming gas flow consisting of preheated air and the oxygen-containing gas such as the combustion gas is guided from the inlet pipe 13 for preheated air to the Venturi constriction 53, where the incoming gas flow is accelerated and fuel is sprayed in via the fuel outlet openings 56 to produce the air-fuel mixed gas. The mixed gas thus produced then goes to the combustion device according to the invention with swirling in the subsequent outlet diffuser region 52 of the Venturi tube 50.

Wird im Falle der vorbeschriebenen Luft-Brennstoff-Mischeinheit zur Herstellung des Luft-Brennstoff-Mischgases der Brennstoff in den eintretenden Strom vorgewärmten Gases eingesprüht, so erreicht ein Teil dieses Mischgases einen Entflammbarkeitsgrenzbereich. Um zu verhindern, dass das Luft- Brennstoff-Gemisch innerhalb des Venturi-Rohrs 50 verbrennt, muss das so hergestellte Luft-Brennstoff-Mischgas im Venturi-Rohr 50 mit grosser Geschwindigkeit umgewirbelt werden. Somit besteht bei der erfindungsgemässen Luft-Brennstoff- Mischeinheit die Notwendigkeit, das einströmende Gas in der Venturi-Engstelle auf mindestens 100 m/s zu beschleunigen, damit das anfallende Luft-Brennstoff-Mischgas entsprechend schnell verwirbelt werden kann.If, in the case of the air-fuel mixing unit described above, the fuel is sprayed into the incoming stream of preheated gas to produce the air-fuel mixed gas, a portion of this mixed gas reaches a flammability limit range. In order to prevent the air-fuel mixture from burning within the Venturi tube 50, the air-fuel mixed gas produced in this way must be swirled around in the Venturi tube 50 at high speed. Thus, in the air-fuel mixing unit according to the invention, it is necessary to accelerate the incoming gas in the Venturi constriction to at least 100 m/s so that the resulting air-fuel mixed gas can be swirled around accordingly quickly.

Da das LeistungsRegelgestänge 54 im axialen Mittelbereich der Venturi-Engstelle 53 angeordnet ist, wird ein axialer mittlerer Kanal für einströmendes Gas in der Venturi-Engstelle 53 in seinem Querschnitt so verringert, dass die Dicke des eintretenden Gasstroms innerhalb der Engstelle 53 gering gehalten wird. Infolgedessen ist es selbst bei einer Venturi-Engstelle 53 verhältnismässig grossen Querschnitts möglich, eine ausreichende Beschleunigung des eintretenden Gases und damit eine schnelle Durchwirbelung des resultierenden Luft-Brennstoff-Mischgases im angrenzenden Auslassdiffusorbereich 52 des Venturi-Rohrs 50 zu bewirken.Since the power control rod 54 is arranged in the axial middle area of the Venturi throat 53, an axial middle channel for incoming gas in the Venturi throat 53 is reduced in its cross section so that the thickness of the incoming gas flow within the throat 53 is kept small. As a result, even with a Venturi throat 53 of relatively large cross section, it is possible to achieve sufficient acceleration of the incoming gas flow. gas and thus a rapid swirling of the resulting air-fuel mixture gas in the adjacent outlet diffuser region 52 of the Venturi tube 50.

Der Querschnitt der Venturi-Engstelle 53 wird durch axiale Verschiebung des Leistungsregelgestänges 54 so gesteuert, dass die Durchflussrate des eintretenden Gases in der Venturi-Engstelle 53 selbst dann konstant gehalten wird, wenn die eintretende Gasmenge schwankt, so dass also der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung ein Luft-Brennstoff- Mischgas in einem allzeit konstanten Mischungsverhältnis zugeführt werden kann.The cross-section of the Venturi constriction 53 is controlled by axial displacement of the power control rod 54 so that the flow rate of the incoming gas in the Venturi constriction 53 is kept constant even if the incoming gas quantity fluctuates, so that an air-fuel mixture gas can be supplied to the combustion device according to the invention in a mixture ratio that is always constant.

Bei der ersten Ausführungsform der Luft-Brennstoff-Mischeinheit gemäss Figur 6 wird zur Kühlung der Venturi-Engstelle 53 Kühlwasser in den Wassermantel 57 geleitet. Da die Engstelle 53 auf diese Weise ausreichend gekühlt wird, erfahren auch die Brennstoffaustrittsöffnungen 56 und der hiermit verbundene vordere Endbereich des Brennstoffzufuhrrohrs 14 eine so ausreichende Kühlung, dass der Brennstoff in den Austrittsöffnungen 56 nicht thermisch zersetzt wird. Bei einer thermischen Zersetzung des Brennstoffs unter Bildung von Kohlenstoffteilchen würden diese die Brennstoffaustrittsöffnungen 56 verstopfen. Somit wird also das Zusetzen der Brennstoffaustrittsöffnungen 56 durch Kohlenstoffteilchen im Wege einer ausreichenden Kühlung der Venturi-Engstelle 53 verhindert.In the first embodiment of the air-fuel mixing unit according to Figure 6, cooling water is fed into the water jacket 57 to cool the Venturi constriction 53. Since the constriction 53 is sufficiently cooled in this way, the fuel outlet openings 56 and the front end region of the fuel supply pipe 14 connected to it are also sufficiently cooled so that the fuel in the outlet openings 56 is not thermally decomposed. If the fuel were to thermally decompose to form carbon particles, these would clog the fuel outlet openings 56. The fuel outlet openings 56 are thus prevented from becoming clogged by carbon particles by adequately cooling the Venturi constriction 53.

Figur 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung einzusetzenden Luft- Brennstoff-Mischeinheit, die mit konstanter Leistung arbeitet. Wie aus dieser Zeichnung ersichtlich, ist die Brennstoffaustrittsdüse 56 so in der Engstelle 53 des Venturi- Rohrs 50a angeordnet, dass sie gegen die stromabwärtige Seite des Venturi-Rohrs 50a gerichtet ist. Die Brennstoffaustrittsdüse 56 ist in einem vorderen Endbereich des Brennstoffzufuhrrohrs 14 ausgebildet, das vom Wassermantel 57 mit daran geschlossenem Kühlwassereinlassrohr 58 und Kühlwasserauslassrohr 59 umgeben ist.Figure 7 shows a second embodiment of the air-fuel mixing unit to be used in the combustion device according to the invention, which operates at constant power. As can be seen from this drawing, the fuel outlet nozzle 56 is arranged in the constriction 53 of the venturi tube 50a so that it is directed towards the downstream side of the venturi tube 50a. The fuel outlet nozzle 56 is formed in a front end portion of the fuel supply pipe 14, which is surrounded by the water jacket 57 with the cooling water inlet pipe 58 and the cooling water outlet pipe 59 closed thereto.

Bei dieser in Figur 7 dargestellten zweiten Ausführungsform der Luft-Brennstoff-Mischeinheit wird Kühlwasser zum Wassermantel 57 für eine ausreichende Kühlung sowohl der Austrittsdüse 56 als auch des Brennstoffzufuhrrohrs 14 geleitet, so dass keine thermische Zersetzung des Brennstoffs und keine Bildung von Kohlenstoffteilchen in der Brennstoffaustrittsdüse 56 und dem Brennstoffzufuhrrohr 14 stattfinden können und Verstopfungen dieser Bauteile 56, 14 durch die sonst anfallenden Kohlenstoffpartikel wirksam verhindert werden.In this second embodiment of the air-fuel mixing unit shown in Figure 7, cooling water is fed to the water jacket 57 for sufficient cooling of both the outlet nozzle 56 and the fuel feed pipe 14, so that no thermal decomposition of the fuel and no formation of carbon particles in the fuel outlet nozzle 56 and the fuel feed pipe 14 can take place and blockages of these components 56, 14 by the carbon particles that would otherwise arise are effectively prevented.

Nebenbei besteht bei der ersten Ausführungsform der Luft- Brennstoff-Mischeinheit gemäss Figur 6 auch die Möglichkeit einer automatischen Steuerung des Leistungsregelgestänges 54 in Abhängigkeit von der eintretenden Menge vorgewärmten Gases bzw. vorgewärmter Luft.In addition, in the first embodiment of the air-fuel mixing unit according to Figure 6, there is also the possibility of automatically controlling the power control rod 54 depending on the incoming quantity of preheated gas or preheated air.

In den Figuren 6 und 7 bezeichnet die Bezugsziffer 61 ein wärmeisolierendes Material.In Figures 6 and 7, reference numeral 61 denotes a heat-insulating material.

Bei den vorbeschriebenen Luft-Brennstoff-Mischeinheiten nach Figur 6 und 7 besteht die Venturi-Engstelle 53 vorzugsweise aus einer geeigneten hitzebeständigen Legierung wie Inconel und Hastelloy, während jeweils der Einlassreduzierbereich 51, der Auslassdiffusorbereich 52 sowie sonstige Innenteile des Venturi-Rohrs aus geeignetem Keramikmaterial wie Siliziumkarbid, Zirkonoxyd, Kordierit usw. hergestellt sind.In the above-described air-fuel mixing units according to Figures 6 and 7, the venturi throat 53 is preferably made of a suitable heat-resistant alloy such as Inconel and Hastelloy, while the inlet reducing region 51, the outlet diffuser region 52 and other internal parts of the venturi tube are made of suitable ceramic material such as silicon carbide, zirconium oxide, cordierite, etc.

Claims

1. Combustion device, characterized by

a) an inlet channel (3,23) for admitting a combustion gas in a predetermined direction, which inlet channel is delimited by heat-insulating material (10) which is arranged substantially in the central region of an outer casing (10a) and is closed at its upstream end;

b) an outlet channel (4,24) for discharging the combustion gas in a direction opposite to the predetermined direction after the combustion gas has flowed through the inlet channel (3,23), which outlet channel (4,24) is open at its opposite end portions and is arranged in the inlet channel so as to be connected to the inlet channel at its downstream end via a space formed at the downstream end portion of the inlet channel (3,23);

c) a mixed gas main inlet line (5) for introducing a mixed gas of oxygen-containing gas and fuel, which mixed gas main inlet line (5) is directly connected to the upstream end of the inlet channel (3,23) through its peripheral wall;

d) an oxygen-containing gas and fuel mixing unit (14) for mixing a preheated oxygen-containing gas with fuel in a predetermined ratio and for producing the mixed gas, which mixing unit for oxygen-containing gas and fuel is connected to the mixed gas main inlet line (5) and introduces mixed gas into the mixed gas main inlet line at a predetermined pressure; e) an auxiliary combustion gas inlet line (6) for introducing another combustion gas into the inlet channel (3,23), which other combustion gas is produced by burning fuel with an oxygen-containing gas by means of a control burner, which auxiliary combustion gas inlet line (6) is connected to an end region of the inlet channel (3,23) diametrically opposite the main mixed gas inlet line (5), and

f) a combustion gas outlet line (7) in a side region of the outer casing (10a) and the heat insulating material (10), which combustion gas outlet line (7) is connected to a downstream outlet region of the outlet channel (4,24).

2. Combustion device according to claim 1, characterized in that a honeycomb-shaped passage member (8,9,26,27) is provided in each of the outlet regions of the inlet channel (3,23) and the outlet channel (4,24).

3. Combustion device according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet channel and the outlet channel are formed from sleeve elements (1, 2, 21, 22) such that the sleeve element forming the outlet channel has a different diameter than the sleeve element forming the inlet channel.

4. Combustion device according to claim 1 or 2, characterized in that the inlet channel (3) and the outlet channel (4) are formed from sleeve elements (1, 2) such that the sleeve element which forms the outlet channel has a smaller diameter than the sleeve element which forms the inlet channel and lies concentrically in the inlet channel.

5. Combustion device according to claim 3, characterized in that the inlet channel and the outlet channel are formed from sleeve elements (21, 22) such that a number of the sleeve elements form the outlet channel, each of the sleeve elements forming the outlet channel having a smaller diameter than the sleeve element forming the inlet channel and being arranged in the inlet channel.

6. Combustion device according to claim 3 or 5, characterized in that at least one deflection plate (28) is arranged in the inlet channel (23) in such a way that it runs perpendicular to a longitudinal direction of the inlet channel.

7. Combustion device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mixing unit (15) for oxygen-containing gas and fuel comprises a Venturi tube (50) which is provided with a Venturi constriction (53) and is surrounded by heat-insulating material (61), a fuel supply pipe with its fuel outlet nozzle (56) in the venturi throat of the venturi tube, which fuel outlet nozzle is arranged in the front end region of the fuel supply pipe, and a cooling unit (57,58,59) for cooling suitable parts of the fuel outlet nozzle and the fuel supply pipe which is connected to the fuel outlet nozzle.