DE4208951A1 - Heissgaserzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgaserzeuger mit Schwach­ gasbrenner gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Heißgaserzeuger mit Schwachgasbrenner sind ins­ besondere aus dem Verhüttungsprozeß von Eisenerzen bekannt. Bei der Verhüttung von Eisenerzen im Hochofenprozeß ent­ stehen gasförmige Produkte, die hinreichend unter dem Namen "Gichtgase" bekannt sind und die zu einem gewissen Teil aus brennbaren Bestandteilen (CO; H₂) zum überwiegenden Teil jedoch aus inerten gasförmigen Bestandteilen (CO₂, N₂) bestehen.

Der Begriff des "Schwachgases" wird im weiteren vor allen Dingen am Gichtgas orientiert, wobei dies jedoch nicht im Sinne einer Beschränkung zu verstehen ist. Der im Rahmen dieser Erfindung verwendete Begriff des Schwachgases be­ trifft daher einen Bereich des spezifischen Wärmeinhalts bzw. der Wärmedichte von kleiner 1.200 kcal/ Normkubikmeter bzw. ca. 5 MJ/m³.

Die Kombination eines Schwachgasbrenners mit einem Heißgas­ erzeuger wird daher in vielen verfahrenstechnischen Prozes­ sen für wünschenswert erachtet, in denen Schwachgase anfal­ len und die dementsprechend auch weiterverwendet und ent­ sorgt werden müssen, wobei es vor allen Dingen wünschens­ wert ist, mittels des relativ geringen Heizwertes dieser Schwachgase vorhandene Prozeßluft aufzuheizen, um mittels dieser aufgeheizten Prozeßluft Trocknungsprozesse oder der­ gleichen im Verfahren durchführen zu können.

Die bisherigen Konstruktionen von Heißgaserzeugern mit Schwachgasbrennern haben jedoch den gravierenden Nachteil, daß für einen technisch optimalen Ausbrannt die Brennkam­ mer mit nachgeschaltetem Mischkammerteil komplett feuer­ fest ausgemauert werden muß. Vor allen Dingen unter dem Gesichtspunkt eines optimalen Ausbranntgrades, z. B. des CO-Gehaltes im Rauchgas, sind bisher sehr lange und groß­ volumige Brennkammern erforderlich. Derartige Heißgaser­ zeuger, bestehend aus Brennkammer und Mischkammer, weisen ein erhebliches Gewicht auf, was von der Konstruktion und Statik, aber auch von der Wärmewirtschaftlichkeit beträcht­ liche Nachteile mit sich bringt.

Das Problem einer effizienten Schwachgasverbrennung gewinnt aber stark an Bedeutung, da Schwachgase der vorgenannten Art in den unterschiedlichsten technischen Prozessen anfal­ len und in den meisten Fällen nur sehr schlecht oder mit sehr hohem apparativem Aufwand einer Verbrennung mit gutem Ausbranntgrad unterzogen werden können. Diese Schwachgase bestehen zu einem hohen Anteil aus inerten, also nicht brennbaren Bestandteilen, so daß die einer Verbrennung zugänglichen Bestandteile zum Teil in sehr geringen Konzen­ trationen vorliegen, was in den niedrigen Heizwerten der Schwachgase seinen Ausdruck findet.

Derartige Schwachgasbrennstoffe, wie sie als "Abfallproduk­ te" oder Nebenprodukte aus unterschiedlichsten Verfahren bekannt sind, z. B. Gichtgas oder Schwelgas aus dem Alumi­ nium-Recycling oder dergleichen, sind mehrheitlich dadurch charakterisiert, daß ihr Hauptbestandteil, der verbrannt werden kann, Kohlenmonoxid (CO) ist.

Gase der vorgenannten Art besitzen meist CO-Gehalte, die weit unter 45 Vol.-% liegen, während die Hauptbestandteile nichtbrennbare Komponenten, wie CO₂ und N₂, sein können. Weitere brennbare gasförmige Bestandteile können ebenso wie andere, sehr unterschiedliche gasförmige organi­ sche Verbindungen bei den hier mit "Schwachgas" bezeichne­ ten Gasen hinzutreten.

Herkömmliche Schwachgasbrenner sind in ihrer konstruktiven Lösung immer im Zusammenhang mit der Gestaltung des Ver­ brennungsraums bzw. des Brennkammergehäuses zu betrachten. Bei diesen Aggregaten kommt der Brennkammer in entschei­ dendem Maße nahezu stets eine die Verbrennung unterstüt­ zende Funktion zu. Hierzu ist üblicherweise ein komplett feuerfest ausgemauerter Verbrennungsraum mit Brennermuffel und Brennkammergehäuse vorgesehen. Hinzu tritt bei dieser Auslegung, daß die Dimensionierung der Brennkammer und spe­ ziell die Dimension der Brennermuffel in Abhängigkeit von den erforderlichen Vermischungseffekten getroffen wird. Dies bedeutet, daß bei herkömmlichen Schwachgasbrennern mit Heißgaserzeugern ein sehr hoher Aufwand bei der die Ver­ brennung unterstützenden Brennkammer-Konstruktion betrieben wird, was zu verhältnismäßig großen Abmessungen der Brenn­ kammer einerseits und massiven, feuerfesten Auskleidungen andererseits führt, die letztlich zu einer unwirtschaftli­ chen Größenordnung des kombinierten Aggregates führen.

Bei herkömmlichen Heißgaserzeugern mit Schwachgasbrenner wird das zu verbrennende Schwachgas häufig durch eine tan­ gentiale Zuführung im Brennerkopf in eine mehr oder weniger intensiv rotierende Bewegung versetzt. Der Schwachgasstrom und die Verbrennungsluft werden hierbei in der Regel zu­ nächst über zwei getrennte Kammern dem Brenner zugeführt, wobei das eine Medium gegebenenfalls in Art einer spiral­ förmigen Öffnung mit dem anderen Medium in die eigentliche Brennkammer eingeströmt wird. Die Vermischung zwischen Schwachgas und Verbrennungsluft erfolgt daher erst in der Brennkammer sozusagen bei ablaufendem Verbrennungsprozeß.

Ein Beispiel eines derartigen Brenners ist aus "Verbren­ nung und Feuerungen" (Rudolf Günther, Springer-Verlag, Ber­ lin 1974, S. 227, Bild 4.91) bekannt.

Um bei dieser Brennerauslegung und Einströmtechnik der bei­ den Medien eine hinreichend gute Verbrennung gewährleisten zu können, ist es erforderlich, die Brennkammer möglichst groß zu dimensionieren, damit ausreichende Verbrennungs­ zeiten zur Verfügung stehen.

Daneben ist es bei diesen Aggregaten erforderlich, eine die Verbrennung unterstützende "heiße" Umgebung zu schaffen, die dadurch realisiert wird, daß die Brennkammer sehr lang und feuerfest ausgekleidet erstellt wird. Diese feuerfesten Auskleidungen werden auf hohe Temperaturen aufgeheizt und unterstützen somit den Verbrennungsvorgang, wodurch letzt­ lich, aber mit erheblichen Nachteilen, ebenfalls ein zu­ friedenstellendes Ausbranntergebnis erreichbar ist.

Bekannte Aggregate eines Heißgaserzeugers mit kombiniertem Schwachgasbrenner erfordern daher aufgrund der massiven Auslegung mit feuerfesten Auskleidungen der gesamten Brenn­ kammer hohe Aggregatgewichte. Hinzu treten lange Anfahrzei­ ten, um die Feuerfestauskleidungen auch auf die meist über dem Brennpunkt liegenden Temperaturen aufheizen zu können, was erhebliche Anfahrkosten mit sich bringt. Meist ist zu­ dem ein kontinuierlich betriebener Brenner, der nicht nur als Start- oder Zündbrenner eingesetzt wird, erforderlich, um die kontinuierliche und gute Verbrennung aufrechtzuer­ halten. Aber auch das Abfahren, also Abschalten, dieses Ag­ gregates ist mit Problemen verbunden, da in diesen Aggrega­ ten eine sehr große Speicherwärme vorhanden ist. In Fällen einer Notabschaltung muß diese Speicherwärme zur Vermei­ dung von Schäden infolge Überhitzung abgeführt werden. Aus diesem Grund ist es bei derartigen herkömmlichen Heißgas­ erzeugern mit Schwachgasbrennern erforderlich, einen Not­ kamin zu installieren, über den die Speicherwärme im Falle von raschen Abschaltmaßnahmen abgeführt werden kann. Hierzu ist es erforderlich eine ausreichende Menge von Kühlluft dem Heißgaserzeuger zuzuführen. Bei Stromausfall müssen die Kühlluftaggregarte mittels Notstromaggregat in Betrieb ge­ halten werden.

Ausgehend von diesen Nachteilen bei bekannten Heißgaser­ zeugern mit Schwachgasbrennern, die insbesondere für die Verbrennung von Gichtgas ausgelegt sind, ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung aus Heißgaserzeuger mit Schwachgasbrenner wärmewirtschaftlich, gewichtsmäßig und verbrennungstechnisch effizienter auszulegen als bisherige Konstruktionen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist daher einerseits die Gestaltung des Schwachgasbrenners dahingehend, daß dort eine optimale Vermischung zwischen dem zu verbrennenden Schwachgas und der erforderlichen Verbrennungsluft auf sehr kurzem Raum erreicht wird. Hierfür wird der Brenner im we­ sentlichen als Mehrlanzenbrenner ausgelegt, in dem die Ver­ brennungsluft und das Schwachgas über einander umgebende Düsen unter hoher Geschwindigkeit in die Brennkammer ein­ strömen, so daß eine hohe Verbrennungsoberfläche im Hin­ blick auf eine optimale Verbrennung des Schwachgases er­ zeugt wird. Zudem wird aber andererseits davon abgegangen, die zur Erhitzung der Prozeßluft erforderliche Brennkammer als Kammer mit einer Feuerfestmaterial-Auskleidung auszu­ statten, sondern hierfür eine Lochmanteleinrichtung aus vorzugsweise Stahlblechmänteln zu wählen, die etwa koaxial und mit einem Ringspalt ineinander übergehen. Aufgrund die­ ser Maßnahmen und einer relativ kurzen Brennermuffel er­ reicht man mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand bzw. Aggre­ gat eine erhebliche Gewichtsersparnis in der Gesamtanlage. Die durchgeführten konstruktiven Maßnahmen führen daher zu einer Schwachgasverbrennung auch bei niedrigen Heizwerten im Bereich von 1000 kcal/m (Normzustand) mit einem selbständigen Verbrennungsablauf, so daß lediglich ein Startbrenner erforderlich ist. Mittels dieses Startbren­ ners wird die Brennermuffel kurzzeitig z. B. in einer An­ fahrtszeit von 10 bis 15 min. auf die erforderliche Tem­ peratur aufgeheizt. Die intensive Vermischung des Schwach­ gases mit der erforderlichen Verbrennungsluft erlaubt es aber auch, eine sehr kurze Brennermuffel vorzusehen, der sich dann aufgrund der wesentlichen Verbrennung über die Dimension der Brennermuffel eine Lochmanteleinrichtung zur Einströmung des zu erhitzenden Prozeßgases anschließt.

Diese Kombination aus einer relativ kurzen Brennermuffel mit einer Lochmanteleinrichtung, z. B. aus Stahlblech, hat erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Wärmewirtschaft­ lichkeit einer derartigen Anlage, da nur sehr geringe Spei­ cherwärme beim Anfahrprozeß erforderlich ist. Auch beim Ab­ fahren der Anlage kann das gesamte Aggregat sehr rasch ab­ geschaltet werden, ohne daß Notkamine erforderlich sind. Hinzu tritt eine sehr breite Regelfähigkeit der für die Nachfolgeprozesse erforderlichen Wärmemenge, wobei diese sowohl auf die gute Regelbarkeit des einzuströmenden Schwachgases wie auch der zugeführten Prozeßluft zurück­ führbar ist. Darüber hinaus zeichnet sich das erfindungs­ gemäße Aggregat auch durch die gute Belastbarkeit im Hin­ blick auf starken Temperaturwechsel aus.

Das erfindungsgemäße Aggregat ist daher so ausgelegt, daß innerhalb der sehr kurzen Brennermuffel, die zweckmäßiger­ weise in einem Verhältnis von 1 : 3 bis 1 : 5 zur Länge der Lochmanteleinrichtung steht, durch eine aufgefächerte kurze Flamme und den mittels hohen Strömungsgeschwindigkeiten über Düsen eingeblasenen Schwachgas- und Verbrennungsluftme­ dien eine intensive Vermischung mit nachfolgend hohem Aus­ branntgrad der brennbaren Bestandteile des Schwachgases er­ reicht wird.

Zweckmäßigerweise sieht man hierzu vor, das Gichtgas und die Verbrennungsluft in viele Einzelströme aufzuteilen, wo­ bei die beiden Medien über ineinanderliegende Düsen zum Brenneraustritt geführt werden. Durch Dralleinsätze, insbe­ sondere gasseitige und luftseitige Düsenbohrungen, die es gestatten, daß Verbrennungsluftanteil auch rechtwinklig in die einzelnen Gasströme eintritt, werden die Berührungs- und Reaktionsflächen der beiden Medien miteinander vergrös­ sert.

Zudem werden auch bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten der Medien aus den Düsen durch die an den Kanten auftretenden örtlichen Wirbel eine gute Vermischung und Unterstützung einer sicheren Zündung gewährleistet.

Die optimale Vermischung der beiden miteinander reagieren­ den Medien sollte es auch gestatten, die Nennleistung bei sorgfältiger Mischungseinstellung erheblich herabregeln zu können. Andererseits ist es auch vorstellbar, daß die Gas­ menge bei ausreichendem Vordruck erheblich erhöht werden kann, ohne daß ein Abreißen der Flamme zu befürchten wäre.

Die einzelnen Rohre bzw. Lanzen, durch die die Verbren­ nungsluft oder alternativ auch das Gas zum Brenneraustritt über die Düsen geführt werden kann, sind mindestens im Düsenbereich aus hochhitzebeständigem Werkstoff ausgelegt, um ein Verbrennen bzw. Schmelzen der Düsen auch bei dieser Schwachgasverbrennung zu vermeiden.

Zur Verdeutlichung der Vorteile, die beim erfindungsgemäßen Aggregat erreicht werden, wird insbesondere im Hinblick auf die Dimensionsabmessungen nachstehendes Beispiel angeführt:

Für die Verbrennung von Gichtgas in einem erfindungsgemäßen Heißgaserzeuger wurde bei maximaler Wärmeleistung von ca. 6,8×10⁶ kcal/h, was einem Gichtgasvolumendurchsatz von ca. 9.500 m³/h (Normzustand) entspricht, die axiale Länge der Brennermuffel mit ca. 2 m gewählt, wobei am Bren­ nermuffelaustritt gute Ausbranntergebnisse erzielt wurden. Die Verbrennung erfolgte in einem Temperaturbereich größer 700°C.

Im Rahmen einer Rauchgasanalyse wurden hierbei am Brennkam­ meraustritt CO-Werte zwischen 50 bis 250 ppm erreicht, was den sehr hohen Ausbranntgrad charakterisiert.

Der anschließende Mischraumteil, der sich an die Brennermuf­ fel anschließt, und in deren Bereich die zu erhitzende Pro­ zeßluft eingeströmt wird, ist hierbei erfindungsgemäß von einer Lochmanteleinrichtung, insbesondere aus gelochten Stahlblechen, umgeben. Diese gelochten Zylindermäntel be­ wirken, daß die z. B. über ein Spiralgehäuse rotierend ein­ tretende aufzuheizende Prozeßluft die heißen Rauchgase von den stählernen Lochmäntel abhält, also quasi kühlt, und an­ dererseits die aus der Flamme austretenden Rauchgase eben­ falls in eine rotierende Bewegung versetzt, wodurch somit eine gute strähnenfreie Vermischung zwischen Rauchgas und Prozeßluft erreicht wird.

Gerade im Hinblick auf die bisher erforderliche Feuerfest­ material-Auskleidung über die gesamte Länge von Brenner­ muffel und Mischkammer zeigt sich hier der eklatante Vor­ teil beim erfindungsgemäßen Aggregat.

Bei einem Vergleich mit einem herkömmlichen Heißgaserzeuger wäre bei der vorgenannten Wärmeleistung von 6,8×10⁶ kcal/h eine feuerfest ausgemauerte Brennkammer von ca. 7 m Länge erforderlich, wobei sich dieser Brennkammer ein wei­ terer Raum von ca. 2 m Länge zur Vermischung der aufzuhei­ zenden Prozeßluft anschließen müßte. Es entstünde daher ei­ ne Gesamtlänge von ca. 9 m. Diese Gesamtlänge wäre daher aufgrund der hohen Temperaturen feuerfest auszukleiden.

Unterstellt man einen Brennkammerdurchmesser von ca. 2,2 m und eine Wandstärke von ca. 200 mm des Feuerfestmaterials, so ergäbe sich über diese Gesamtlänge von 9 m ein Gewicht der Feuerfestauskleidung von etwa 25 t.

Bei einem erfindungsgemäßen Aggregat steht dem nur ein Ge­ wicht von Feuerfestmaterial von ca. 2,5 t entgegen, was nur 10% des herkömmlichen Gewichts entspricht.

Bei Betrachtung der Regelfähigkeit und Wärmewirtschaftlich­ keit des erfindungsgemäßen Aggregats mit einem herkömmli­ chen, vorausgehend umrissenen Heißgaserzeuger zeigt die Er­ findung auch diesbezüglich gravierende Vorteile.

Aus der nachfolgenden Betrachtung wird der gravierende Un­ terschied in der Speicherwärmeaufnahme der entsprechenden Brennkammern sehr deutlich.

Bei einer mittleren Temperatur der vorgenannten Ausklei­ dung von ca. 800°C und einer angesetzten spezifischen Wär­ mekapazität für das Feuerfestmaterial von 0,21 kcal/kg×grd., sind beispielsweise nachstehende Brennstoffmengen zum Auf­ heizen der entsprechenden Brennkammern beim Anfahren er­ forderlich:

Herkömmliche Brennkammer
M = 0,21 kcal/kg × grd. × 25 000 kg × 800°C;
M = 4,2 × 10⁶ Kcal
Bedarf = 420 kg Heizöl;

Erfindunsgemäße Brennkammer
M = 21 kcal/kg × grd. × 2500 kg × 800°C;
M = 0,42 × 10⁶ Kcal
Bedarf = 42 kg Heizöl.

Hieraus wird erkennbar, daß bei einer herkömmlichen Brenn­ kammer das ca. Zehnfache an Energie aufgebracht werden muß, um die Masse der Feuerfestmaterialien auf die gewünschte Betriebstemperatur z. B. beim Anfahren aufheizen zu können.

Beim Abfahren, also Abschalten der Anlage, bedingt dies bei herkömmlichen Aggregaten, daß diese über viele Stunden dem Abkühlprozeß unterzogen werden müssen, wobei die Wärmemen­ ge üblicherweise über Dach abgefahren werden muß, um nach­ folgende, sonst mit erhitzter Prozeßluft versorgte Verbrau­ cher nicht zu gefährden oder zu beschädigen.

Bei einem erfindungsgemäßen Aggregat erübrigen sich daher ein Notkamin und wärmebeständige Absperrklappen hierfür.

Obwohl die Vorteile des erfindungsgemäßen Aggregats gerade in der Kombination des Heißgaserzeugers mit dem Schwachgas­ brenner und der spezifischen Auslegung zum Tragen kommen, ist es auch denkbar, daß der derart konstruierte und ausge­ legte Schwachgasbrenner als eigenständiger Erfindungsgedan­ ke genutzt werden kann.

Hierbei können alternativ sowohl die Luftaustrittsdüsen in­ nen liegen und von Gasdüsen umgeben sein, als auch eine umgekehrte Beschickung der Medien vorhanden sein. Diese Konstruktion erlaubt es, Schwachgase bis zu einem Bereich von etwa 600 kcal/m³ (Normzustand) optimal zu verbren­ nen und zur Heißgaserzeugung nutzen zu können.

Die beim erfindungsgemäßen Aggregat der Brennermuffel nach­ geschaltete Lochmanteleinrichtung macht durch die Art und Weise der Einströmcharakteristik der Prozeßluft in die Mischkammer eine Feuerfestauskleidung des Mischkammerteils nicht erforderlich, da die zu erhitzende Prozeßluft die zylindrischen Stahlmäntel des Rohrmantels kühlt. Weiterhin wird durch die spiralförmig ausgeführte Prozeßluft die aus der Muffel austretenden heißen Rauchgase in eine spiral­ förmige Bewegung versetzt und es gelingt hiermit neben dem Kühleffekt eine sehr intensive Vermischung zwischen den heißen Rauchgasen und der aufzuheizenden Prozeßluft.

Diese erfindungsgemäße Vorrichtung bietet die Möglichkeit Schwachgase unterschiedlichster Herkunft für wärmewirt­ schaftliche Prozesse einzusetzen, in denen bisher vor­ zugsweise hochwertige Energieträger wie Öle, Erdgase, Kohle etc. verwendet werden. Besonders hervorzuheben sind hierbei wärmewirtschaftliche, verfahrenstechnische und kostenmäßige Aspekte. Auch aufgrund der sich ver­ schärfenden Umweltschutzbedingungen ist man in immer größer werdendem Umfang bemüht, gasförmige Produkte für Zwecke einzusetzen, bei denen man normalerweise nur in sehr geringem Umfang oder überhaupt nicht technisch Schwachgase verwertet. Eine Vielzahl dieser Produkte wurden und werden auch heute noch abgefackelt, ohne daß deren Energieinhalt genutzt wird. Die dabei entstehenden Rauchgase werden einfach in die Atmosphäre emittiert.

Mittels des erfindungsgemäßen Aggregates kann daher der Ausstoß an umweltschädlichen Rauchgasbestandteilen, wie CO, Ruß, NO_x, erheblich minimiert werden, so daß auch die gesetzlichen Normen damit erreicht werden können.

So kann der Anteil an CO des mit dem erfindungsgemäßen Ag­ gregat genutzten Schwachgases zwischen 18 Vol.-% und ca. 30 Vol.-% liegen.

Ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet für das erfindungs­ gemäße Aggregat kann bei der Verhüttung von Eisenerzen ge­ sehen werden. Bei diesen Prozessen ist man seit Jahren be­ strebt, den für den Reduktionsprozeß bei der Verhüttung er­ forderlichen Koks zum Teil durch Kohlenstaub zu substituiere Hierdurch könnte erreicht werden, daß die umweltbelastenden Auswirkungen bei der Koksherstellung verringert werden, zum anderen könnte Kohle direkt ohne die Zwischenstufe der Ver­ kokung eingesetzt werden, was zu erheblichen Kosteneinspa­ rungen führen würde.

Der direkte Einsatz der Kohle erfordert jedoch, daß diese getrocknet werden muß, wofür sich aber gerade ein Trock­ nungsprozeß mit im erfindungsgemäßen Aggregat erhitzter Prozeßluft bei der Ausnutzung des Energieinhalts von Schwachgas dann anbieten würde.

Ein weiterer Anwendungsbereich für die Verbrennung von stark CO-haltigen Schwachgasen tritt im Zusammenhang mit der Vergasung von Kohle auf. Auch könnte der Wirkungsgrad von Kraftwerken im Rahmen einer Minimierung von Rauchgas­ emissionen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ver­ bessert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch ein erfindungsge­ mäßes Aggregat mit einem spezifisch ausgelegten Brenner im rechten Bereich und einer Lochmantel­ einrichtung im linken Bereich, und

Fig. 2 einen radialen Schnitt längs der Linie A-A nach Fig. 1.

Ein Beispiel einer Heißgaserzeuger-Vorrichtung 10 ist sche­ matisch in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellt. Die weitest­ gehend koaxial zur Längsachse ausgelegte Vorrichtung weist im rechten Bereich einen Startbrenner 1 mit Luftzufuhr L und Erdgaszufuhr E auf. Diesem Startbrenner 1 schließt sich ein Luftgehäuse 2 mit Zuführstutzen für die Verbrennungs­ luft L an. Das Luftgehäuse 2 ist gekoppelt mit einer Gas­ kammer 4, in die das Gichtgas über einen Zuführstutzen ein­ geleitet wird.

Diese bisher genannten Baugruppen des Startbrenners 1, des Luftgehäuses 2 und der Gaskammer 4 stellen im wesentlichen den Schwachgasbrenner 18 dar.

Die Zuführung der Luft aus dem Luftgehäuse 2 zum Austritt des Brenners 18 erfolgt hierbei über einzelne Rohre 3 bzw. Lanzen, die die Gaskammer durchsetzen und austrittsseitig im Beispiel von Gasdüsen 5 umgeben sind. Die Aufteilung der Verbrennungsluft und des zugeführten Gichtgases in Einzel­ ströme, die über die Düsen 15 bzw. 5 in die Brennkammer eintreten, bewirkt daher eine intensive Vermischung und Oberflächenvergrößerung, so daß in der sich nach links anschließenden Brennermuffel 6 eine relativ kurzflammige optimale Verbrennung des Schwachgases, insbesondere Gicht­ gases, realisiert werden kann.

Die Brennermuffel 6 ist mit feuerfestem Material, z. B. Schamotte, ausgekleidet, wobei zur Messung und Kontrolle der Innenwandtemperatur ein stabförmiges Thermoelement 7 in der Wandung der Brennkammer vorgesehen sein muß. Am Brennereintritt ist des weiteren eine UV-Zelle 17 vorge­ sehen.

Die Brennermuffel 6 wird nach außen hin von einem Spiralge­ häuse 8 zur Zuführung der zu erhitzenden Prozeßluft P umge­ ben. Von diesem Spiralgehäuse 8 geht einerseits nach links in achsparalleler Richtung ein Schutzmantel 9 und im Bei­ spiel 4 teleskopartig ineinandergreifende Lochmäntel 11,12, 13 und 14 aus. Insbesondere die Lochmäntel 11 bis 14 und der Schutzmantel 9 sind zweckmäßigerweise aus einem Stahl­ blech hergestellt. Von rechts nach links in Richtung der Brennerflamme und Strahlung ist eine Durchmessererweite­ rung der einzelnen Lochmäntel vorgesehen, wobei am stufen­ artigen Übergangsbereich Ringspalte 16 gebildet sind, durch die die Prozeßluft eingeströmt wird. Die Lochmäntel 11 bis 14 sind mit einer Vielzahl von Löchern 17 ausgestattet, so daß hierüber und über die Ringspalte ein optimales Ein­ strömen der kälteren Prozeßluft in die Rauchgasströmung möglich ist.

Diese einströmende kältere Prozeßluft P bewirkt einerseits ein Kühlen der Lochmäntel 11 bis 14 und andererseits durch entsprechend konstruktive Auslegung eine spiralartige Um­ mantelung der vor der Flamme entstehenden Rauchgase, so daß eine Führung und gleichzeitige Abkühlung in diesem Bereich erfolgt.

In der Darstellung nach Fig. 2 ist ein Radialschnitt längs der Linie A-A dargestellt. Hierbei wird die Auslegung des Brenners 18 koaxial zur Achse mit einer Vielzahl von Lan­ zen 3 erkennbar. In den Kammern für die Verbrennungsluft und das Gichtgas liegt zunächst eine Art tangentiale Ein­ strömung vor, die jedoch druckmäßig aufgeteilt wird in ein­ zelne Lanzen bzw. Düsen, wobei deren Durchmesserverringe­ rung eine gleichmäßige Beaufschlagung über den Gesamtquer­ schnitt der Kammer ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Aggregat ist daher durch die Kombi­ nation eines Schwachgasbrenners, insbesondere eines Nieder­ druck-Schwachgas-Mehrlanzenbrenners mit einer Lochmantel­ einrichtung gekennzeichnet, wobei einerseits im Brenner eine optimale Vermischung mit technisch vollständiger Ver­ brennung auch des Schwachgases erzielt wird, so daß am Aus­ tritt der Brennkammer sehr niedrige CO-Konzentrationen er­ reicht werden. Dieser Verbrennungsprozeß wird mit der ge­ wichtssparenden Maßnahme einer Lochmanteleinrichtung kom­ biniert, die durch ihre Strömungsführung eine Stabilisie­ rung der Gesamtverbrennung unter wärmewirtschaftlich gün­ stigsten Aspekten ermöglicht.

Claims (8)

1. Heißgaserzeuger mit Schwachgasbrenner, wobei dem Schwachgasbrenner Schwachgas und Verbren­ nungsluft zugeführt ist, die mindestens austritts­ seitig vermischt werden,
mit einer austrittsseitig am Brenner anschließenden Brennermuffel und
mit einer mindestens umfangsmäßig im Austrittsbe­ reich der Brennermuffel vorgesehenen, weitgehend parallel zur Achse der Brennermuffel vorhandenen Einströmungseinrichtung für aufzuheizende Prozeß­ luft, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brenner (18) als Mehrlanzenbrenner (3) mit einander umgebenden Schwachgas-Verbrennungsluft- Düsen (5, 15) ausgelegt ist,
daß der Brennermuffel (6) eine nachfolgende Loch­ manteleinrichtung (11 bis 14) aus Metall zur Ein­ strömung der aufzuheizenden Prozeßluft (P) zuge­ ordnet ist, und
daß die Brennermuffel (6) in axialer Richtung in Relation zur Lochmanteleinrichtung (11 bis 14) wesentlich kürzer ausgelegt ist.

2. Heißgaserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der axialen Länge von Brenner­ muffel (6) zur Lochmanteleinrichtung (11 bis 14) etwa 1 : 3 bis 1 : 5 beträgt.

3. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochmanteleinrichtung (11 bis 14) in axia­ ler Richtung mehrere, weitgehend zylindrische und koaxiale Lochmäntel (11, 12, 13, 14) aufweist, daß die Lochmäntel (11 bis 14) ineinandergreifend mit in axialer Richtung größer werdendem Durchmes­ ser angeordnet sind und an ihren Übergängen einen Ringspalt (16) zur Einströmung von aufzuheizender Prozeßluft bilden.

4. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochmanteleinrichtung innere, gelochte Stahlblechmäntel (11, 12, 13, 14) und einen äußeren, geschlossenen Stahlblechmantel (9) aufweist, die zur Führung der einströmenden Prozeßluft (P) die­ nen.

5. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Startbrenner (1) vorgesehen ist, der nach kurzer Anfahrzeit abschaltbar ist.

6. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Brenner (18) eine Vielzahl von Einzelstrom­ aufteilungen (3) der Verbrennungsluft (L) und des Schwachgases (G) vorgesehen ist, und daß austrittsseitig am Brenner (18) ineinandergrei­ fende Austrittsdüsen (5, 15) beider Medien vorge­ sehen sind.

7. Heißgaserzeuger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Dralleinsätze und/oder radial gerichtete Düsen­ bohrungen vorgesehen sind.

8. Heißgaserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß allein die Brennermuffel (6) mit feuerfestem Material ausgekleidet ist.