DE2203083A1

DE2203083A1 - Nachbrenner fuer die abgase von verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2203083A1
Application number: DE19722203083
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Linde Joachim Von; Dipl-Ing Linde Robert Von
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-22
Filing date: 1972-01-22
Publication date: 1973-07-26

Description

Nachbrenner für die Abgase von Verbrennungskrafernaschinen Die vorliegende Erfindung betrifft Vorschläge zur besseren Ausnutzung der fuhlbaren Wärme im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Gasturbinen und Kolbenmaschinen mit SpUlung.
Bekanntlich wird bei den Brennkraftmaschinen nur ein Teil - etwa ein Drittel - der im Brennstoff zugefuhrten Energie in mechanische Leistung umgesetzt, während der Rest zum größten Teil als fühlbare Wärme der heißen Abgase verloren geht, wenn er nicht in Abhitzekesseln oder Lufterwärmern nutzbar gemacht wird. FUr Abgase, die mit verhältnismaßig niederen Temperaturen, dafür aber noch mit einem hohen Sauerstoffgehalt anfallen - wie dies z,B. bei Gasturbinen der Fall ist - ist auch schon vorgeschlagen worden, sie einer zweiten Verbrennung zu unterziehen, bei der zusätzlicher Brennstoff mit dem Sauerstoff der Abgase reagiert. So sind z.B. Winderhitzer fUr Hochöfen mit Nachbrennern betrieben worden, in denen Gichtgas in das Abgas seiner Gasturbine eingebrannt wird.
Die Durchführung einer solchen Zweitverbrennung stößt nun auf erhebliche Schwierigkeiten, wenn ein solcher Brenner in größerem Abstand von der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und das Abgas daher größere Leistungswidersttlnde überwinden muß oder wenn der Brenner gegen Drucke arbeiten muß, weil z,B. statische Widerstände wie bei Tauchbrennern oder hohe Austrittsgeschwindigkeiten der Abgase höhere DrUcke im Brennraum des Nachbrenners bedingen. In diesen Fallen müssen die Maschinenabgase unter höherem Druck zur Verfugung stehen. Ein erhöhter Gegendruck am Abgasaustritt der Maschine beeinflußt aber Leistung oder Spulung der Brennkraftmaschine in erheblichem Umfange. Gasturbinen sind im allgemeinen für den Druck der Atmosphäre als Gegendruck ausgelegt und die Erhöhung des Auspuff-Gegendrucks bedingt erhebliche Einbußen an Leistung. So sinkt die Leistung je 100 mm WS Gegendruck um 1 % oder macht Sonderausführungen (z.B. andere Schaufelformen) erforderlich. Oft soll auch nur ein Teil der Abgasmenge der weiteren Nutzung zuganglich gemacht werden und es wäre wirtschaftlich nicht vertretbar, das gesamte Abgas am Maschinenauspuff unter Druck zu setzen.
Die vorliegende Erfindung soll diese Nachteile beseitigen und eine besonders anpassungsfahige Form der Abgasnutzung dadurch schaffen, daß der Zustrom der Abgase zu einem Nachbrenner durch die dynamische Wirkung eines der Verbrennung zugefuhrten Gases bewirkt oder unterstützt wird. Dabei kann dieses die Abgase fördernde Gas das Brenngas des Nachbrenners - z.B. Erdgas - sein, dem zwecks Erhöhung der Menge und zur Erhöhung der Treibwirkung Luft bis zu dem Maße zugesetzt wird, daß das Gemisch noch außerhalb der Brenngrenzen bleibt. Die Druckerhöhung im Abgasstrom kann gemaß der Erfindung auch wesentlich erhöht werden, wenn dem Treibgas vor dem Eintritt in die Treibdüse Wärme zugeführt wird. Der Impuls erhöht sich infolge des bei gleicher Masse erhöhten Volumens. Diese Erwärmung erfolgt hinter dem Fördergebläse und vor der TreibdUse und kann durch einen Zweigstrom des heißen Abgases erfolgen. Sofern der einzubrennende Brennstoff flüssig ist, kann ein Luftstrahl verwendet werden, um die Förderwirkung auf das Turbinenobgas auszuüben. Eine Vergrößerung der Treibgasmenge ist auch durch Zumischung von Abgas möglich. Dieses Treibgas ist in der Regel kalt oder mäßig warm, so dai3 es durch übliche Bauelemente leicht auf höhere Drücke gebracht werden kann, während sich die Maschinenabgase wegen ihrer hohen Temperatur (450 - 600 0 C) und geringen Wichte wesentlich schwieriger fördern lassen. Die Erfindung erlaubt es auch, den Brenner gegen höhere Widerstände arbeiten zu lassen, z.B. zur Überwindung von hydraulischen Widerständen, oder in geschlossenen Öfen oder um die Verbrennungsgase des Brenners mit hoher Geschwindigkeit austreten zu lassen.
Die dynamische Wirkung des Gasstrahls kann auch neben der Förderung der heißen Maschinenabgase zur Abgasruckfuhrung aus dem Brennraum des Brenners herangezogen werden. Insbesondere dann, wenn anstelle von Brenngas Heizöl bei der Nachverbrennung benützt wird, kann die Abgasrückfuhrung die Brennstoffaufbereitung fördern und die Verwendung von Hochleistungsbrennern überhaupt erst ermöglichen.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 - 3 im folgenden näher beschrieben.
In Fig. 1 stellt 1 die Zuleitung der heißen Abgase einer Brennkraftmaschine mit einer isolierten Leitung dar, die das Abgas dem Brennraum 2 zuführt. Diese Abgase enthalten bei Gasturbinen oder Zweitaktmotoren ca. 15 - 18 Vol % so daß eine weitere Verbrennung von Brennstoff möglich ist und haben eine Tem-0 peratur von 450 - 600 ° C. Ein Gebläse 3 bringt das Brenngas aus einer Leitung 12 auf einen höheren Druck und bläst das Gas mit hoher Geschwindigkeit aus einer Treibdüse 4 in das Mischrohr 5, in dem sich das Brenngas mit dem heissen Abgas mischt. Das Gemisch brennt hinter der Schulter 6 des Mischrohres, das ausgebrannte Verbrennungsgas verläßt die Brennkammer 2 mit hoher Geschwindigkeit bei 7. Die Saugwirkung im Mischrohr fördert auch heißes Verbrennungsgas aus dem Brennraum durch Öffnung 8 in das Mischrohr, wo die heißen Verbrennungsgase zum Aufbereiten des Brennstoffs beitragen. Heißes oder kaltes Druckgas aus Verbrennung in der Brennkammer 2 oder auch Maschinenabgas läßt sich auch schon am Ansaug 11 des Gebläses 3 ansaugen und dem Treibgas beimischen Fig. 2 stellt eine andere AusfUhrung der Treib- und Mischeinrichtung vor der Brennkammer 2'dar. Ein Teilstrom 9 der heißen, noch °2 - haltigen Abgase wird hier dazu verwendet, das Treibgas nach seinem Austritt aus dem Verdichter 3'vorzuwärmen, ehe es aus der Düse 4' im Mischrohr 5'mit dem Abgas der Brennkraftmaschine gemischt wird. Auch diese Mischdüse ist so ausgebildet, daß der Gasstrahl das Abgas aus 1 ansaugt, bzw. dessen Strömungsenergie erhöht.
In Fig. 3 ist gezeigt, wie von einem Gebläse in Leitung 10 kommende Luft als Treibstrahl dient. Sie tritt bei 4 H in das Mischrohr des Injektors 5 " aus, in den sie das heiße Maschinenabgas 1 " "hineinsaugt. In diesem Fall wird bei 15 Heizöl in die Treibluft bzw. die Injektordüse eingesprüht, das mit dem Sauerstoff der Maschinenabgase in der Brennkammer 2 "verbrennt.
Die Menge des eingebrannten Brennstoffes kann ein Mehrfaches der Brennstoffmenge - z.B. bei Methan das 3 - 4 - fache - sein, die zur Erzeugung des Maschinenabgases benötigt wurde. Dabei ergeben sich die heißesten Flammen bei stöchiometrischer Verbrennung. Insbesondere fUr Öfen zur Warmebehandlung von Mehilen kann auch eine reduzierende Fahrweise, bei der noch brennbare Bestandteile wie CO und H2 im Abgas der Nachbrenner enthalten sind, zweckmäßig sein. Gemaß dem Erfindungsvorschlag ist diese Fahrweise besonders leicht möglich, da die Treibgasmenge im Verhaltnis zur Menge der Maschinenabgase hier besonders hoch ist.
- Patenhnsprüche -

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur Ausnutzung der im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Gasturbine enthaltenen Wärme durch Einbrennen von Brennstoff in das Abgas in einem nachgeschalteten Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustrom der Abgase zu diesem Brenner durch die dynamische Wirkung eines gleichfalls der Verbrennung zugeführten Gases unterstützt oder bewirkt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fördernde Gas das Brenngas der Nachverbrennung ist oder dieses enthalt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenngas Luft beigemengt ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fördernde Gas 21 Vol % oder mehr Sauerstoff enthält.
5. Einrichtung nach einem der Anspruche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem fördernden Gas Abgas des Nachbrenners beigemischt ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem fördernden Gas vor seinem Eintritt in den Injektor Wärme zugeführt wird.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Fördergases durch Wärmeabgabe von einem an der zweiten Verbrennung nicht teilnehmenden Strom der Maschinenabgase erfolgt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektorwirkung des fördernden Gases auch zur Rückführung der Verbrennungsgase des Nachbrenners in den Brenner dient.

- 2 FRatentansprüche -9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nachbrenner mehr Brennstoff zugeführt wird als zur stöchiometrischen Umsetzung mit dem vorhandenen Sauerstoff erforderlich ist.