DE1259494B

DE1259494B - Mit gasfoermigem Brennstoff beheizter Tauchbrenner

Info

Publication number: DE1259494B
Application number: DET17803A
Authority: DE
Original assignee: Thermal Research and Engineering Corp
Current assignee: Thermal Research and Engineering Corp
Priority date: 1959-02-12
Filing date: 1960-01-30
Publication date: 1968-01-25
Also published as: US3088812A; FR1250099A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F23d

Deutsche Kl.: 24 c - IO

1 259 494
T 178031 a/24 c
30. Januar 1960
25. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit gasförmigem Brennstoff beheizten Tauchbrenner zur Erwärmung von Flüssigkeiten mit einem zentralen Rauchgasrohr, dem stirnseitig einerseits eine abwärts gerichtete Brennereinrichtung zugeordnet ist und das andererseits mit einer offenen Stirnseite in die zu erwärmende Flüssigkeit eintaucht und das unter Bildung eines brennerseitig geschlossenen Ringkanals ein Mantel konzentrisch umgibt.

Bei einer bekannten derartigen Tauchbrenner- ίο anlage ist das zentrale Rauchgasrohr mit seinem unteren Abschnitt in die in einem Behälter befindliche und zu erwärmende Flüssigkeit eingetaucht, wobei der Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen und der Flüssigkeit im wesentlichen nur beim Durchströmen der Gase durch den mit Flüssigkeit gefüllten Behälterteil und daneben nur in geringfügigem Ausmaß beim Durchströmen des unteren Abschnittes des Rauchgasrohres erfolgt.

Bei einem anderen bekannten, mit gasförmigem Brennstoff beheizten Tauchbrenner zur Erwärmung von Flüssigkeiten ist das zentrale Rauchgasrohr ebenfalls nur mit einem begrenzten unteren Abschnitt in die zu erwärmende Flüssigkeit eingetaucht, und das vorzugsweise aus keramischem Stoff hergestellte Rauchgasrohr ist mit einem weiteren Schutzrohr unter Ausbildung eines Ringkanals umgeben, damit verhindert ist, daß Spritzer der Flüssigkeit, die beim Durchtritt der Verbrennungsgase durch die Flüssigkeit entstehen können, an die hocherhitzte Rauchgasrohrwand gelangen und dort verdampfen. Dadurch soll eine bei gewissen Flüssigkeiten mögliche starke Nebelbildung vermieden werden. Auch bei dieser Tauchbrennerausführung findet aber der Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen und der Flüssigkeit nur beim Durchströmen der Gase durch die Flüssigkeit und über den begrenzten, eingetauchten Abschnitt des Rauchgasrohres statt. Außerdem bedingt diese Konstruktionsart die Verwendung äußerst wärmefester Werkstoffe für das Rauchgasrohr, das entlang seines größten Teils ungekühlt ist. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Tauchbrenneranlage besteht darin, daß in dem Flüssigkeitsbehälter ein Unterdruck erzeugt werden muß, um das Einsaugen der Flammengase in das Rauchgasrohr und das Hindurchperlen der Gase an dessen in die Flüssigkeit eintauchenden Ende zu bewirken. Zur Erzeugung dieses Unterdruckes ist eine besondere regelbare Saugvorrichtung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obigen Mängel zu beseitigen und einen mit gasförmigem Brennstoff beheizten Tauchbrenner zu schaffen, Mit gasförmigem Brennstoff beheizter
Tauchbrenner

Anmelder:

Thermal Research & Engineering Corporation,

Conshohocken, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,
6200 Wiesbaden, Hildastr. 18

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 12. Februar 1959 (792912)

der einen sehr wirtschaftlichen Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen und der zu erwärmenden Flüssigkeit gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ringkanal nahe der geschlossenen Stirnseite über einen Stutzen an einem Rauchgasabzug angeschlossen ist und eine konzentrische Zuführung mit stromauf der Rauchgase gerichteten Austrittsdüsen für die aufzuwärmende Flüssigkeit aufweist.

Die aus diesen Austrittsdüsen ausströmende Flüssigkeit fließt entlang dem unisolierten Rauchgasrohr nach unten, wobei die durch das Rauchgasrohr streichenden Verbrennungsgase vorgekühlt werden. Die erwärmte Flüssigkeit wird am unteren Ende des Rauchgasrohres aufgefangen und dient hier zum weiteren Kühlen der Verbrennungsgase, die aus dem unteren Ende des Rohres austreten und durch die Flüssigkeit nach oben in den Ringkanal aufsteigen. Die Verbrennungsgase strömen hierauf im Ringkanal nach oben und über den Stutzen in den Rauchgasabzug, wobei sie durch die aus den Austrittsdüsen nach unten fließende Flüssigkeit weiter gekühlt werden und schließlich an dem Abzugsstutzen eine gegenüber der Einlaßtemperatur erheblich verringerte Auslaßtemperatur aufweisen. Auf Grund der Abkühlung der Verbrennungsgase entlang dem Rauchgasrohr durch die an dessen Außenseite abwärts rieselnde Flüssigkeit wird der rückwirkende Druck auf die Flamme der Brennereinrichtung vermindert und so die Gefahr eines Auslöschens der Flamme herabgesetzt. Diese Gefahr besteht bei allen bekannten Anlagen, bei denen die Verbrennungsgase im wesent-

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faß mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, das Auslaßende des Rauchgasrohres in diese Flüssigkeit eintaucht. Es hat sich gezeigt, daß die Eintauchtiefe des Rauchgasrohres in das Überlaufgefäß etwa 25,4 bis 152,4 mm betragen sollte, und zwar vorzugsweise 76.2 bis 101,6 mm, um eine möglichst starke Drosselung des Brenners ohne nachteilige Beeinflussung seiner Wirkungsweise zu ermöglichen. Bei dieser Eintauchtiefe kann der Brenner wirtschaftlich und wirksam innerhalb eines breiten Leistungsbereiches betrieben werden, und ein Übergang von einer Einstellung zur anderen kann ohne nachteilige Einflüsse infolge des Druckanstieges und der Turbulenz der Flüssigkeit vorgenommen werden. Während des Be-

lichen ohne Vorkühlung in die zu erwärmende Flüssigkeit eintreten.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles naher erläutert.

F i g. 1 ist ein Längsschnitt des Tauchbrenners mit in eine Flüssigkeit eintauchendem Rauchgasrohr gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist ein Querschnitt entlang der in F i g. 1 eingezeichneten Linie 2-2;

F i g. 3 ist ein Querschnitt entlang der in F i g. 1 eingezeichneten Linie 3-3.

In F i g. 1 ist ein einen geschlossenen Ringkanal 11
bildender Mantel 10 dargestellt. Außerhalb des Mantels 10 ist ein mit dem Ringkanal 11 in Verbindung 15 triebes wird die Auswirkung des Gegendruckes auf

stehender Brenner 13 derart angeordnet, daß die einen Minimalwert herabgedrückt, weil jeglicher

Verbrennungsgase in den Ringkanal ausströmen kön- Druckanstieg lediglich ein Überfließen der Flüssig-

nen. Als Brenner kann jeder übliche Brenner ver- keit über die Oberkante des Überlaufgefäßes bewirkt,

wendet werden, der entweder gasförmigen oder flüs- während bei bekannten Apparaten besondere Steuersigen Brennstoff oder beide Brennstoffarten gemein- 20 einrichtungen zur Steuerung der Flüssigkeitshöhe

sam verbrennt, wobei die Verbrennung vollständig verwendet werden müssen.

innerhalb des Brenners selbst stattfindet und die Ver- Wenn der Tauchbrenner gemäß der Erfindung zur brennungsgase aus dem Brenner mit verhältnismäßig Erzeugung inerter Gase u. dgl. verwendet wird, ist hoher Geschwindigkeit austreten. In dem Mantel 10 es wichtig, die Gase auf eine möglichst niedrige Temist ein an den Brennerauslaß angeschlossenes Rauch- 25 peratur abzukühlen, damit diese beim Verlassen des gasrohr 14 angeordnet, das sich vorzugsweise durch Ringkanals einen möglichst geringen Wasserdampfdie obere Wand des Mantels hindurcherstreckt und gehalt aufweisen. Zu diesem Zweck ist neben dem unten in Nähe des Bodens des Ringkanals 11 endet. oberen Ende des Ringkanals 11 eine den oberen Teil Die Verbrennungsgase strömen vom Brenner 13 des Rauchgasrohres 14 umgebende Kühlflüssigkeitsdurch das Rauchgasrohr 14 in den Ringkanal 11 und 30 kammer 19 vorgesehen. Das flüssige Kühlmittel wird verlassen diesen über den Auslaßstutzen 18. der Kammer 19 in beliebig regelbarer Menge durch Da im allgemeinen in einem Brenner keine wirklich eine Einlaßleitung 20 zugeleitet und fließt aus der vollständige Verbrennung des Brennstoffes erzielt Kammer 19 durch eine Reihe von Öffnungen 21 im werden kann, ist ein Rauchgasrohr 14 vorgesehen, so Boden dieser Kammer, die das Rauchgasrohr 14 umdaß die Verbrennung vor dem Austritt der Abgase aus 35 geben und unmittelbar neben diesem liegen, ab. Die dem Rauchgasrohr in den Ringkanal 11 beendigt wer- Öffnungen 21 sind derart angeordnet, daß die Kühlden kann. Es hat sich gezeigt, daß 1,2 bis 1,5 m die flüssigkeit entlang der Außenfläche des Rauchgasoptimale Länge des Rauchgasrohres zur Erzielung rohres nach unten bis in das Überlaufgefäß fließt, einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes ist. wobei die Temperatur des Rauchgasrohres verhältnis-Wie in der Zeichnung dargestellt ist, taucht das 40 mäßig niedrig gehalten und das Abgas gekühlt wird. Auslaßende des Rauchgasrohres 14 in eine Flüssig- Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, ist in dem keit ein, so daß die Verbrennungsgase zum Zwecke Mantel 10 in Nähe des oberen Endes des Ringkanals ihrer Kühlung durch eine Kühlflüssigkeit, z. B. Was- 11 eine konzentrische Zuführung 23 mit mehreren ser, oder durch eine durch die Abgase zu erhitzende Austrittsdüsen 22 angebracht, durch die eine Kühl-Flüssigkeit oder durch ein chemisches Reagenz bei 45 flüssigkeit in die aufwärtsströmenden Abgase gespritzt der Durchführung einer Stufe eines chemischen Pro- wird.

zesses geleitet werden können. Es ist äußerst wichtig, Mit dem geschilderten Kühlsystem kann die Temdie Eintauchtiefe des Auslaßendes des Rauchgas- peratur der Verbrennungsgase von etwa 1650 bis rohres in die Flüssigkeit genau festzulegen, um den 1950° C am Brenner auf etwa 21 bis 26,5° C am Gesamtdruckabfall im Brenner und in dem Rauch- 50 Austritt aus dem Ringkanal 11 gesenkt werden. Die gasrohr genau konstant zu halten. Gase werden zunächst von 1650 bis 1950° C am Bei bekannten derartigen Apparaten werden bei Brenner auf etwa 1350° C beim Eintritt in das ÜberVeränderung der Betriebsbedingungen des Brenners, laufgefäß durch die Wirkung der Kühlflüssigkeit abd. h. bei Vergrößerung oder Verringerung der Brenn- gekühlt, die das Abgasrohr umgibt. Beim Durchgang stoffzufuhr infolge der Druckerhöhung und der Tür- 55 der Gase durch die Kühlflüssigkeit im Überlaufgefäß bulenz der Flüssigkeit am Auslaßende des Rauchgas- wird die Gastemperatur auf etwa 93° C gesenkt, und rohres gewisse Gleichgewichtsverhältnisse hergestellt. bei der Aufwärtsbewegung der Gase durch den Ring-Der Überdruck äußert sich in einem veränderlichen kanal 11 bewirkt der Flüssigkeitsnebel eine letzte Rückdruck, bis das Gleichgewicht hergestellt ist, und Temperaturabsenkung auf einen Wert, der etwa dem in den bisher bekannten Apparaten dieser Bauart 60 des Sprühstrahles entspricht und in der Größenordvergrößerte sich der Rückdruck häufig bis auf einen nung von 21 bis 27° C oder darunter liegt.
Wert, der eine Auslöschung des Brenners zur Folge Wenn der Tauchbrenner gemäß der Erfindung als hatte. Dies wird beim vorliegenden Tauchbrenner Wärmeaustauscher zur Erhitzung einer Flüssigkeit durch ein durch eine Ringwand 17 am Boden des oder zur Durchführung eines Schrittes in einem che-Ringkanals 11 gebildetes Überlaufgefäß, das das 65 mischen Prozeß verwendet wird, so kann die zu er-

Rauchgasrohr 14 umgibt und koaxial zu diesem liegt,
vermieden. Das Rauchgasrohr 14 verläuft bis in das
Überlaufgefäß hinein, so daß dann, wenn dieses Gewärmende Flüssigkeit oder der Reaktionsstoff durch
die Austrittsdüsen 22 oder durch die Kammer 19 oder
durch beide in den Ringkanal 11 eingeführt werden.

Nachdem die Verbrennungsgase den Ringkanal 11 durch den Auslaßstutzen 18 verlassen haben, strömen sie durch einen Separator 14, der sich in einem neben dem Mantel 10 gelagerten Gehäuse 25 befindet. Dieser Separator kann von üblicher Bauweise sein und dient dazu, mitgerissene Flüssigkeit aus dem Gas auszuscheiden. Die ausgeschiedene Flüssigkeit wird sodann mittels einer Leitung 26 in den Ringkanal 11 zurückgeleitet; die Leitung 26 verbindet den unteren Teil des Gehäuses 25 mit dem unteren Teil des Ringkanals 11. Diese Leitung 26 kann außerdem zum Ausgleich des Druckes zwischen dem unteren Teil des Ringkanals 11 und dem Ringkanalauslaßstutzen 18 dienen, um jeglichen plötzlichen Druckanstieg, der den ordnungsgemäßen Betrieb des Tauchbrenners unterbrechen würde, zu verhindern. Nach Hindurchtreten durch den Separator 24 werden die Gase einem weiteren Behandlungsapparat od. dgl. zugeleitet.

Um ein kontinuierliches Hindurchfließen der Flüssigkeit durch das System zu bewirken, sind am Boden des Ringkanals 11 Einrichtungen zum Abzug der Flüssigkeit aus diesem Ringkanal angeschlossen. Die Abzugseinrichtung muß derart ausgebildet sein, daß sie ein Austreten der Verbrennungsgase oder sonstigen Gase zusammen mit der Flüssigkeit verhindert. Zu diesem Zweck ist in dem Ringkanal 11 eine Auslaßleitung 28 derart angeordnet, daß ihr Auslaßende 29 unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Überlaufgefäß liegt, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Das Einlaßende 30 der Auslaßleitung liegt beträchtlich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Überlaufgefäß und taucht, wie dargestellt, in einen flüssigkeitsgefüllten Behälter 31 ein, wodurch eine Gasfalle gebildet wird. Der vertikale Abstand zwischen dem Auslaß- und dem Einlaßende dieser Auslaßleitung ist derart gewählt, daß auch bei Auftreten des maximal möglichen Druckes in dem Ringkanal 11 der Flüssigkeitsspiegel in dem die Leitung 28 umgebenden flüssigkeitsgefüllten Kanal nicht bis unter das Einlaßende der Auslaßleitung 28 sinken kann.

Claims

Patentanspruch:

Mit gasförmigem Brennstoff beheizter Tauchbrenner zur Erwärmung von Flüssigkeiten mit einem zentralen Rauchgasrohr, dem stirnseitig einerseits eine abwärts gerichtete Brennereinrichtung zugeordnet ist und das andererseits mit einer offenen Stirnseite in die zu erwärmende Flüssigkeit eintaucht und das unter Bildung eines brennerseitig geschlossenen Ringkanals ein Mantel

ao konzentrisch umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (11) nahe der geschlossenen Stirnseite über einen Stutzen (18) an einen Rauchgasabzug angeschlossen ist und eine konzentrische Zuführung (23) mit stromauf der Rauchgase gerichteten Austrittsdüsen (22) für die aufzuwärmende Flüssigkeit aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 697 233, 969 771;
französische Patentschrift Nr. 1097 030;

Zeitschrift: »GWF« (Gas- und Wasserfach), H. 15 vom 15. 8. 1951, S. 203 und 204.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen