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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Doppelzweckbrenner für
normale und für
pulsierende Verbrennung, der sich insbesondere zur Installation an
einem Sprühtrockner
eignet. Der Brenner wird nicht nur als zweckmäßiger, üblicher, geräuschfreier Verbrennungsgasgenerator
verwendet, sondern auch als pulsierender Verbrennungsgasgenerator, der
zur Erzeugung von Heißluft
und Hochfrequenz-Schallwellen auch bei hoher Kapazität zur Aufrechterhaltung
eines hohen Trocknungswirkungsgrads befähigt ist.
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Sprühtrockner (Sprühtrocknungseinrichtungen)
werden in breitem Umfang in der Nahrungsmittelindustrie, der chemischen
Industrie und dergl. verwendet. Heißluft aus üblichen Brennern (LPG-Brennern,
d. h. Brenner für
verflüssigtes
Erdgas) werden üblicherweise
als deren Trocknungswärmequellen verwendet. Übliche Brenner
sind im allgemeinen in kastenförmiger
Gestalt (rechteckige Kanäle)
im Verlauf von Trocknungsluftkanälen
angeordnet, wobei sich ein Brenner im Mittelbereich des Kastens
befindet. Übliche
Sprühtrockner
weisen die folgende Anordnung auf: Lufteinlassgebläse → Lufteinlasskanal → LPG-Brenner → isolierter
Lufteinlasskanal → Trockner → Heißluftkammer.
Die Anordnung benötigt
einen relativ großen
Installationsraum. Die Kosten, einschließlich der Kosten für den isolierten
Lufteinlasskanal, betragen das 3- bis 5-fache der Kosten eines LPG-Brenners.
Ferner werden einige Materialien durch herkömmliche Verbrennungsgase nur
unzureichend getrocknet.
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Abweichend von üblichen Brennern erzeugen pulsierende
Brenner pulsierende Hochtemperatur-Verbrennungsgase, die bei explo sionsartigen Verbrennungen
mit 10 bis mehreren 100 Zyklen/Sekunde entstehen. Wenn wasserhaltige
Ausgangsmaterialien in das Verbrennungsgas gesprüht werden, wird das Material
neben der Trocknungswirkung durch die Heißluft auch stoßartigen
Wirkungen (Schallwellen und Druckwellen) ausgesetzt. Da infolgedessen
im Vergleich zur Sprühtrocknung
mit üblicher
Heißluft
wesentlich höhere
Trocknungsraten erreichbar sind, hat man sich in den letzten Jahren
pulsierenden Brennern als Einrichtungen zum Trocknen von Ausgangsmaterialien
zugewandt, bei denen bekannt ist, dass sie durch herkömmliche
Heißluft-Trocknungseinrichtungen
nur schwer zu trocknen sind.
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Pulsierende Brenner, wie sie beispielsweise in
WO-91/9941A beschrieben sind, beruhen auf der Technik von Strahltriebwerken.
Verschiedene Typen von Brennern wurden zur Trocknung von wasserhaltigen
Materialien vorgeschlagen. Als ein typisches Beispiel hierfür wird nachstehend
der in JP-B-6-33939 beschriebene Impulswandler unter Bezugnahme
auf 6 erläutert. Beim
Impulswandler ist die Verbrennungskammer 3, die einen engen Auslassbereich 4 aufweist,
koaxial mit einer sich allmählich
erweiternden Abgaskammer 5 verbunden. Ein Brennstoff-Zufuhrrohr 9,
ein Verbrennungsluft-Zufuhrrohr 10 und eine Zündvorrichtung 41,
z. B. eine Zündkerze,
sind für
die Verbrennungskammer 3 vorgesehen. Wenn die Verbrennungskammer
mit Luft, die durch das Verbrennungsluft-Zufuhrrohr 10 zugeführt wird,
gefüllt
wird und das Brennöl
aus dem Brennstoff-Zufuhrrohr 9 versprüht wird
oder gasförmiger
Brennstoff, wie LPG, vorgelegt wird, so erfolgt eine explosionsartige
Verbrennung des Brennstoffes bei der Zündung. Die entstehende Heißluft gelangt
in die Abgaskammer 5. Die Zufuhr von Luft und Brennstoff
wird aufgrund des zeitweiligen hohen Drucks in der Verbrennungskammer 3 vorübergehend
unterbrochen, wobei aber die Zufuhr von Luft und Brennstoff wieder
aufgenommen wird, wenn die Verbrennungskammer 3 durch Entleerung
des Verbrennungsgases in die Abgaskammer 5 zu verminderten Druckbedingungen
zurückkehrt.
Dieser Vorgang, der die Zündung,
die die explosionsartige Verbrennung und die stoßartige Abgabe des Abgases
umfasst, wird wiederholt. Dieser intermittierende "Sprengvorgang" erzeugt in pulsierender
Weise Heißluft
und Schallwellen. Wenn ein wasserhaltiges Ausgangsmaterial durch
das Zufuhrrohr 15 für
das wasserhaltige Ausgangsmaterial dem Abgasrohr 5 oder
am Auslassbereich des Abgasrohrs 5 zugeführt wird,
so wird das wasserhaltige Ausgangsmaterial nicht nur einer Trocknung
durch die Heißluft,
sondern auch durch die pulsierenden physikalischen Stöße (Schallwellenkraft,
Druck und dergl.) unterzogen, so dass es augenblicklich dehydratisiert
wird. Im weiteren Verlauf nehmen nach dem auf diese Weise erfolgten Start
des pulsierenden Brenners die Innenwände der Brennkammer 3 einen
Glühzustand
an, so dass die Zündung
von zugeführter
Luft und Brennstoff mit der Zündvorrichtung 41 entfällt und
eine automatische Zündung
dieser Bestandteile durch Kontakt mit der glühenden Innenwand ermöglicht wird,
wodurch wiederholte intermittierende explosionsartige Brennvorgänge entstehen.
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Es gibt Brenner vom Ventiltyp und
ventillose Brenner für
pulsierende Brenner. Ein Brenner vom erstgenannten Typ steuert die
Verbrennung mittels Ventilen, die am Verbrennungslufteinlaß und am Brennstoffeinlaß angeordnet
und beide mit der Brennkammer verbunden sind. Die Ventilbrenner können die
Explosionsverbrennungsfrequenz steuern. Jedoch sind Frequenzen bis
zu einigen 10 Zyklen/Sekunde aufgrund der mechanischen Schaltvorgänge das
erreichbare Maximum. Ventilfreie Brenner erreichen eine Frequenz
der explosionsartigen Brennvorgänge
von mehreren 100 Zyklen/Sekunde durch kleine Brenner mit einigen
10 000 kcal/h. Im Hinblick darauf, dass sich eine wirksamere Trocknung
bei einer höheren
Frequenz der Explosionsverbrennung erreichen lässt, werden ventillose Brenner aufgrund
ihrer Fähigkeit
zur Erreichung höherer
Frequenzen und aufgrund der Tatsache, dass sie keine mechanischen
Schwierigkeiten verursachen, als überlegen angesehen. Jedoch
sind ventillose Brenner insofern nachteilig, als bei größeren Brennern
die Frequenz der Explosionsverbrennung abnimmt und der Trocknungswirkungsgrad
sinkt, was darauf zurückzuführen ist,
dass die Frequenz der Explosionsverbrennung umgekehrt proportional
zum Volumen der Brennkammer ist. Ferner kann eine verringerte Frequenz
der Explosionsverbrennung eine Resonanz mit dem Installationsgehäuse hervorrufen.
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Auf Kosten der besseren Trocknungswirkung erzeugen
pulsierende Brenner wesentliche lautere Geräusche, die überhaupt nicht mit herkömmlichen Heißluft-Trocknungsanlagen
vergleichbar sind, so dass es erforderlich ist, Lärmschutzmaßnahmen
zu ergreifen. Was die Schallisolierung von Trocknungsanlagen betrifft,
wird aufgrund der Tatsache, dass die Schallisolierung von Geräuschen mit
höherer
Frequenz einfacher ist und eine Schallisolierung bei Geräuschen mit
geringer Frequenz recht schwierig ist, eine maximale Trocknungskapazität von etwa
800 000 kcal/h als Obergrenze für
herkömmliche
pulsierende Brenner angesehen. Für
einen Trockner mit einer Trocknungskapazität von mehr als einigen Millionen
kcal/h wird es in Betracht gezogen, eine Anzahl von kleinen pulsierenden
Brennern am oberen Bereich des Trocknungsturms anzuordnen, um insgesamt
eine Trocknungsanlage mit hoher Kapazität zu bilden. Jedoch ergeben
sich dann zu hohe Kosten für die
Anlage und ein zu kompliziertes Rohrsystem. Demzufolge besteht ein
Bedürfnis
zur Bereitstellung von pulsierenden Brennern mit hoher Kapazität und hoher
Impulsfrequenz der Verbrennung.
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Wie in 6 dargestellt,
ist das Zufuhrrohr 15 für
das wasserhaltige Ausgangsmaterial entlang der Mittelachse des pulsierenden
Brenners angeordnet. Das Zufuhrrohr für das wasserhaltige Ausgangsmaterial
wird auf 1200°C
oder darüber
erwärmt. Durch
Verkohlen von Ausgangsmaterial an der inneren Oberfläche des
Zufuhrrohrs für
das wasserhaltige Ausgangsmaterial und an den Sprühdüsen entstehen
beim Langzeitbetrieb oder bei kontinuierlichem intermittierendem
Betrieb Schwierigkeiten. Selbst wenn das Zufuhrrohr 15 für das wasserhaltige Ausgangsmaterial
in ein wärmeisoliertes
Schutzrohr eingesetzt wird und Außenluft in das Schutzrohr eingeblasen
wird, lässt
sich das Zufuhrrohr für
das wasserhaltige Ausgangsmaterial nicht in ausreichendem Maße kühlen. Ferner
stellt die Wahl der Baumaterialien für das Zufuhrrohr für das wasserhaltige
Ausgangsmaterial und das wärmeisolierte
Schutzrohr ein Problem dar. Wie in 7 dargestellt,
besteht eine Möglichkeit
zum seitlichen Einsetzen des Zufuhrrohrs 15 für das wasserhaltige
Ausgangsmaterial und zur Anordnung der Sprühdüse am Auslassbereich der Abgaskammer 5.
Jedoch treten bei kontinuierlichem Betrieb Schwierigkeiten auf,
da das Ausgangsmaterial-Zufuhrrohr und die Sprühdüse erwärmt werden und dabei verkohlte
Teilchen entstehen, die an den Oberflächen des Rohrs und der Düse haften.
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Eine weitere Schwierigkeit besteht
darin, dass der zulässige
Bereich der Verbrennungskapazität
von pulsierenden Brennern unter Aufrechterhaltung einer stabilen
pulsierenden Verbrennung sehr eng ist und etwa ±30% beträgt, während der für übliche Sprühtrockner erforderliche Bereich
von mehr als ±50%
nicht erreicht werden kann.
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Zahlreiche vorhandene Sprühtrocknungsanlagen
sind im allgemeinen auf Vorrichtungen für allgemeine Zwecke zum Trocknen
verschiedener Arten von Materialien abgestellt. Dabei werden hauptsächlich herkömmliche
indirekte Heißluft-Heizverfahren oder
kontinuierliche direkte Verbrennungsluft-Heizverfahren herangezogen.
Obgleich durch Trocknungsverfahren mit pulsierendem Verbrennungsgas höhere Trocknungsgeschwindigkeiten
erzielbar sind, führt
der höhere
Geräuschpegel
dazu, dass nur wenige Anwender einer Umstellung ihrer Trockner für Materialien,
die durch übliche
Heißluft-Trocknungsverfahren
handhabbar sind, auf pulsierende Verbrennungsgas-Trocknungsverfahren
lediglich aufgrund der Verbesserungen bezüglich des Trocknungswirkungsgrads
zustimmen. Somit werden pulsierende Verbrennungsverfahren nicht
in breitem Umfang eingesetzt.
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Abgesehen vom Geräuschproblem besteht eine weitere
Schwierigkeit von pulsierenden Verbrennungsgas-Trocknungsverfahren
für die
Anwender von herkömmlichen
Heißluft-Sprühtrocknern
darin, dass sich pulsierende Brenner nicht zur Installation in Kombination
mit Weitwinkel-Zerstäubungsdüsen, wie Drucksprühdüsen und
Rotationszerstäuber,
die herkömmlicherweise
in Gebläsetrocknern
verwendet werden, eignen, da das Abgas der pulsierenden Verbrennung
mit einem geringen Durchmesser ausgestoßen wird und somit nur Doppelfluid-Zerstäubungsdüsen, die
enge Sprühwinkel
aufweisen, verwendbar sind.
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Verbesserte Trocknungswirkungen,
die durch pulsierendes Verbrennungsgas erreicht werden, sind für die Anwender
von herkömmlichen
Heißluft-Sprühtrocknern
attraktiv, da sie eine Verwendung zum Trocknen von wasserhaltigen
Ausgangsmaterialien ermöglichen,
bei denen man bisher eine Trocknung durch Sprühtrocknungsverfahren nicht
für möglich hielt.
Jedoch verlieren diese Anwender ihr Interesse fast vollständig, wenn sie
neben den Schwierigkeiten des Einbaus in vorhandene Anlagen auch
die Geräuschprobleme
und die mangelnde Anwendbarkeit von vorhandenen Flüssigkeitszerstäubungseinrichtungen
erfahren. Die Schwierigkeiten ließen sich durch Einrichtungen
lösen,
mit denen man je nach Verwendung bei der Verbrennung von einem Verfahren
zu einem anderen übergehen
könnte.
Jedoch werden derartige Brenner nicht hergestellt. Der Grund liegt
darin, dass es zwar bei herkömmlichen pulsierenden
Brennern möglich
ist, die kontinuierliche Verbrennung durch Verringerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
(Menge von zugeführter
Luft/für eine
vollständige
Verbrennung des zugeführten Brennstoffes
theoretisch erforderliche Luftmenge) auf einen Wert unter 0,7 aufrechtzuerhalten,
jedoch eine sekundäre
Verbrennung mit einer langen Flamme am Auslaß des Abgasrohrs auftritt,
so dass es unmöglich
ist, in herkömmlicher
Weise installierte pulsierende Brenner für Sprühtrockner heranzuziehen.
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Die vorliegende Erfindung ist auf
die Bereitstellung eines Doppelzweckbrenners für normale und für pulsierende
Verbrennung abgestellt und eignet sich insbesondere zur Installation
in einem Sprühtrockner,
wobei der Brenner in zweckmäßiger Weise
nicht nur als normaler Verbrennungsgasgenerator ohne Lärmentwicklung,
sondern auch als ein mit hoher Frequenz pulsierender Verbrennungsgasgenerator
mit hoher Kapazität
verwendet werden kann, wodurch die stark eingeschränkten Verbrennungsbereiche
von pulsierenden Brennern erweitert werden können. Ferner ist der Brenner
an Weitwinkel-Flüssigkeitszerstäuber, wie
Druckzerstäuberdüsen und rotierende
Zerstäuber
anpassbar, deren Verwendung bisher als unmöglich galt.
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Der erfindungsgemäße Doppelzweckbrenner für normale
und für
pulsierende Verbrennung besteht im wesentlichen aus aufeinanderfolgend
verbundenen Kammern mit einer Zufuhrspaltkammer in Form eines konzentrischen
engen Rings für
ein Brennstoff/Verbrennungsluft-Gasgemisch, einer in Form eines
konzentrischen breiteren Rings ausgebildeten Verbrennungskammer
mit einer Zündvorrichtung
und einem engen Auslassabschnitt, einer konzentrischen, in Form
eines engen Rings ausgebildeten Abgaskammer, einer konzentrischen,
in Form eines breiteren Rings ausgebildeten oberen Sekundärverbrennungskammer
und einer zylindrischen unteren Sekundärverbrennungskammer mit dem
gleichen Durchmesser wie dem Außendurchmesser
der konzentrischen, in Form eines breiteren Rings ausgebildeten
oberen Sekundärverbrennungskammer.
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1 ist
ein senkrechter Schnitt, der die grundlegenden Bestandteile des
vorliegenden Brenners zeigt.
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2 ist
ein senkrechter Schnitt zur Darstellung einer Ausführungsform
des vorliegenden Brenners.
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3 ist
ein horizontaler Schnitt entlang X-X des in 2 dargestellten Brenners.
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4 ist
ein horizontaler Schnitt entlang Y-Y des in 2 dargestellten Brenners.
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5 ist
eine Darstellung zur Erläuterung der
Verfahren zur Zufuhr von Verbrennungsluft und Brennstoff für den in 2 dargestellten Brenner.
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6 ist
eine Darstellung eines herkömmlichen
pulsierenden Brenners mit der Anordnung eines Zufuhrrohrs für wasserhaltiges
Ausgangsmaterial.
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7 ist
eine Darstellung eines herkömmlichen
pulsierenden Brenners mit einer unterschiedlichen Anordnung des
Zufuhrrohrs für
das wasserhaltige Ausgangsmaterial.
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Nachstehend werden die Bestandteile
unter Bezugnahme auf 1 erläutert. Der
erfindungsgemäße Doppelzweckbrenner 1 für normale
und pulsierende Verbrennung weist in aufeinanderfolgender Verbindung
folgende Bestandteile auf:
den Zufuhrspalt 2 in Form
eines konzentrischen engen Rings für ein Brennstoff-Verbrennungsluft-Gasgemisch,
die in Form eines konzentrischen breiteren Rings ausgebildete Verbrennungskammer 3 mit
der Zündvorrichtung 41 und
dem engen Auslassabschnitt 4, die konzentrische, in Form
eines engen Rings ausgebildete Abgaskammer 5, die konzentrisch,
in Form eines breiteren Rings ausgebildete obere Sekundärverbrennungskammer 6 und
die zylindrische untere Sekundärverbrennungskammer 7 mit
dem gleichen Durchmesser wie dem Außendurchmesser der konzentrischen,
in Form eines Rings ausgebildeten oberen Sekundärverbrennungskammer.
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Ein derart ausgestalteter Brenner
lässt sich leicht
montieren, indem man den in 1 im
Schnitt dargestellten kurzen Innenzylinder 12 in den in 1 ebenfalls im Schnitt dargestellten
langen Außenzylinder 11 einsetzt.
Gemäß dieser
Anordnung des Brenners ist es möglich,
die horizontale Querschnittfläche des
Raums zwischen dem Außenzylinder
und dem Innenzylinder zu vergrößern, indem
man die seitliche Oberfläche
des Außenzylinders 11 und
die seitliche Oberfläche
des Innenzylinders 12 abhobelt. Das Volumen der Verbrennungskammer
lässt sich
auf etwa das 3-fache erhöhen.
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Eine Erweiterung der Querschnittfläche der Abgaskammer 5 und
der übrigen
Bestandteile kann auf ähnliche
Weise erreicht werden.
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Vergleicht man den vorliegenden Brenner mit
herkömmlichen
pulsierenden Brennern, so weisen beide zwar im wesentlich den gleichen
Längsschnitt
(axialer Schnitt) auf, unterscheiden sich aber deutlich insofern,
als die Verbrennungskammer und die Abgaskammer von herkömmlichen
pulsierenden Brennern zylindrische horizontale Schnitte aufweisen,
während
im Gegensatz dazu der vorliegende Brenner im Querschnitt für die Verbrennungskammer und
dergl. eine konzentrische Ringform (Doughnut-Form) aufweist und
die sekundäre
Verbrennungskammer unter der Abgaskammer angeordnet ist. Sofern
nicht nur eine übliche
(kontinuierliche) Verbrennung, sondern auch eine pulsierende Verbrennung
durchgeführt
wird, machen Verbrennungen, die mit einer über der vorgesehenen oder üblichen
Kapazität
liegenden Menge an Brennstoff und Luft durchgeführt werden, die vollständige Verbrennung
innerhalb der Verbrennungskammer schwierig und bewirken das Ausstoßen einer
Flamme aus der Abgaskammer. Um die Nachbrennflamme soweit wie möglich zu
verkürzen,
werden die ringförmige
obere Sekundärverbrennungskammer 6 und die
zylindrische untere Sekundärverbrennungskammer 7 angeordnet.
Die untere Sekundärverbrennungskammer 7 weist
eine Querschnittfläche
auf, die plötzlich
so stark vergrößert ist,
dass die Sekundärverbrennungsluft
einen Wirbelstrom bildet und sich in die obere Sekundärverbrennungskammer
unter Vermischung durch den Wirbelstrom ausbreitet, was die vollständige Verbrennung
mit einer verkürzten
Flamme ermöglicht.
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Ein Brennstoff/Verbrennungsluft-Mischgas wird
durch den Zufuhrspalt 2 zugeführt. Das Mischgas, dessen Verhältnis der
Menge an zugeführter Luft
zur theoretischen Luftmenge für
eine vollständige
Verbrennung des Brennstoffes (nachstehend als Anteil der zugeführter Luft
bezeichnet) mehr als 0,7 und üblicherweise
0,8–1,5
beträgt,
kann auf der Basis des vorerwähnten
Prinzips ein pulsierendes Verbrennungsgas ergeben. Pulsierendes
Verbrennungsgas mit hoher Temperatur, das am Auslaß der konzentrischen,
ringförmigen
(Doughnut-Form) Abgaskammer 5 ausgetragen wird, vermischt
sich mit der Luft, die direkt der Sekundärverbrennungskammer zugeführt wird,
wodurch ein pulsierendes Gas von geeigneter Temperatur entsteht.
Anschließend
erfolgt eine Entleerung aus der unteren Sekundärverbrennungskammer 7 in
Form eines pulsierenden Gases mit der großen Querschnittfläche entsprechend dem
Innendurchmesser der unteren Sekundärverbrennungskammer 7.
Selbst wenn der Anteil der zugeführten
Luft unter 1,0 (jedoch über
0,7) liegt, erreicht aufgrund der Tatsache, dass Sekundärluft vom Auslaß der Abgaskammer
nach der explosionsartigen Verbrennung unter vermindertem Druck
in die Verbrennungskammer zurückfließt, der
Anteil der zugeführten
Luft bei der folgenden Explosion einen Wert über 1,0, wodurch eine vollständige Verbrennung
erreicht wird und keine Flammenbildung nach außen entsteht.
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Wenn ein Gemisch aus Brennstoff und
Luft mit einem Anteil an zugeführter
Luft unter 0,7 und üblicherweise
von 0,4–0,6
der Verbrennungskammer zugeführt
wird, so erfolgt in der Verbrennungskammer aufgrund des Sauerstoffmangels
keine pulsierende Verbrennung, sondern es kommt zu einer kontinuierlichen
Verbrennung unter Bildung von unvollständigem Verbrennungsgas und
einer Nachverbrennung unter Entwicklung einer Flamme außerhalb
der Abgaskammer. Der für
die Nachverbrennung er forderliche Sauerstoff wird durch Sekundärluft zugeführt. Bei
einer normalen Verbrennung wirkt die Sekundärluft als Quelle für den für die Nachverbrennung
erforderlichen Sauerstoff und auch als Kühlgas zum Abkühlen des
Verbrennungsgases auf geeignete Temperaturen. Das abgekühlte Sekundärverbrennungsgas
wird aus der unteren Sekundärverbrennungskammer 7 als
Gas mit einer geeigneten Temperatur und mit einem großen Querschnittbereich entsprechend
der unteren sekundären
Verbrennungskammer 7 ausgestoßen.
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Bei der vorerwähnten geeigneten Temperatur
handelt es sich um eine entsprechend der Wärmestabilität des zu trocknenden Materials
festgelegte Temperatur. Ansätze
mit Gasen von relativ hoher Temperatur für Materialien mit hoher Wärmestabilität lassen
sich vom Fachmann leicht durch Verringerung des Anteils der Sekundärluft erreichen,
während Gase
mit relativ niedriger Temperatur für Materialien mit geringer
Wärmestabilität durch
Erhöhung
des Sekundärluftanteils
erhalten werden.
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Obgleich der vorliegende Brenner
in unabhängiger
Weise als Vorrichtung zur Erzeugung von Heißluft für Sprühtrockner verwendet werden
kann, kann er auch für
Zweiweg- oder Dreiweg-Heißlufterzeugungssysteme
verwendet werden, indem man ihn mit vorhandenen Sprühtrocknern
mit indirekten Heizsystemen oder normalen direkten Heizsystemen kombiniert,
um pulsierendes Verbrennungsgas zu erzeugen. Wenn nur ein pulsierender
Verbrenner als Wärmequelle
für einen
großen
Sprühtrockner
verwendet wird, macht der unnötig
hohe Geräuschpegel übermäßige Kosten
für die
Schalldämmung
und die Verhinderung einer Resonanzbildung an der Vorrichtung oder
am Gehäuse
erforderlich. Somit besteht bei derartigen großen Sprühtrocknern die effektivste Konstruktionsweise
in einer Doppelsystem-Konstruktion, die als Hauptquelle für Warmluft
eine normale Verbrennung (oder indirekte Heizung) aufweist, wobei
ein pulsierender Verbrenner angeordnet wird, der dazu befähigt ist,
in der Heißluftkammer
eines Sprühtrockners
einen ausreichenden Schallpegel (Energie) zu liefern.
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Die Menge an Luft, die für die Verbrennung der
gleichen Treibstoffmenge unter pulsierender Verbrennung oder durch
normale Verbrennung erforderlich ist, um Verbrennungsgase mit Temperaturen
zu erhalten, die sich für
die Sprühtrocknung
eignen, ist die gleiche. Jedoch läuft eine pulsierende Verbrennung
ab, wenn die der Verbrennungskammer zugeführte Primärluft einen Anteil an zugeführter Luft
von mehr als 0,7 und üblicherweise
von 0,8–1,5
aufweist, wobei der Rest durch die Sekundärluft zugeführt wird. Eine normale Verbrennung
läuft ab,
wenn die Primärluft
so verringert wird, dass der Anteil der zugeführten Luft unter 0,7 und üblicherweise
bei 0,4–0,6
liegt, wobei der Rest durch die Sekundärluft zugeführt wird. Die Wahl des Trocknungsverfahrens mit
pulsierendem Verbrennungsgas, wobei ein erhöhter Trocknungswirkungsgrad
erzielt wird, jedoch eine Lärmentwicklung
entsteht, oder des Trocknungsverfahrens mit normalem Verbrennungsgas, bei
dem sich ein geringerer Trocknungswirkungsgrad ergibt, jedoch keine
Geräuschprobleme
auftreten, hängt
von der Art des zu trocknenden Materials, der Bearbeitungszeit (z.
B. während
der Nacht), der Wirtschaftlichkeit und dergl. ab. Demzufolge können zur Trocknung
verschiedenartiger Ausgangsmaterialien ein normaler Verbrennungsbetrieb
während
der Nacht und ein pulsierender Verbrennungsbetrieb während des
Tages in Betracht gezogen werden.
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Da die Verbrennungsgase der pulsierenden Verbrennung
oder der normalen Verbrennung des vorliegenden Brenners aus der
unte ren Sekundärverbrennungskammer 7 mit
einem großen
Durchmesser entsprechend dem Innendurchmesser der unteren Sekundärverbrennungskammer 7 ausgestoßen werden, sind auch Druckzerstäuberdüsen oder Rotationszerstäuber mit
großen
Sprühwinkeln,
die üblicherweise
für Heißluftgebläse verwendet
werden, ebenfalls einsetzbar.
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In herkömmlichen pulsierenden Verbrennern werden
der Brennstoff und die Verbrennungsluft der Verbrennungskammer getrennt
zugeführt,
jedoch kann ein Mischgas, das vorher mit einem bestimmten Zufuhrluftanteil
hergestellt worden ist, aus einem Spalt zugeführt werden, um den Verbrennungswirkungsgrad
zu erhöhen.
Ein Mischgas mit einem bestimmten Luftzufuhranteil, das in einer
Brennstoff- und Verbrennungsluft-Zufuhrkammer 8 in Form
eines konzentrischen Rings hergestellt worden ist, wird dem unterhalb
der Gaszufuhrkammer 8 angeordneten Zufuhrspalt 2 für ein Brennstoff/Verbrennungsluft-Gasgemisch in Form
eines konzentrischen Rings zugeführt.
Der Brennstoff und die Verbrennungsluft können entweder der Brennstoff-
und Verbrennungsluft-Zufuhrkammer 8 unabhängig durch
eine Brennstoffzufuhrleitung 9 und eine Verbrennungsluftzufuhrleitung 10 zur
Mischung innerhalb der Zufuhrkammer 8 zugeführt werden
oder sie können
der Zufuhrkammer 8 (durch die Zufuhrleitung 18)
als eine Gasvormischung, die in einer außerhalb angeordneten Einrichtung
in einem bestimmten Luftzufuhranteil hergestellt worden ist, zugeführt werden.
Die erstgenannte Zufuhrart ist in 1 dargestellt,
die letztgenannte in 2.
Im allgemeinen wird die Zufuhrart unter Verwendung einer Gasvormischung
für kleine
Brenner bevorzugt. Die getrennte Zufuhr von Brennstoff und Luft
zur Zufuhrkammer für
das Brennstoff/Verbrennungsluft-Mischgas ist für große Brenner günstiger.
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Der am oberen Abschnitt eines Sprühtrocknungsturms 25 angeordnete
vorliegende Brenner 1 wird nachstehend unter Bezugnahme
auf 2 erläutert. Da
die Brennstoff- und Verbrennungsluft-Zufuhrkammer 8, der
Spalt 2, die Verbrennungskammer 3 und die Abgaskammer 5 jeweils
eine konzentrische Ringform aufweisen, ist im Mittelbereich ein
zylindrischer Hohlraum 13 ausgebildet. Ein Zufuhrrohr 15 für wasserhaltiges
Ausgangsmaterial ist im Hohlraum 13 entlang der Mittelachse
der konzentrischen Ringform angeordnet. In 2 ist dargestellt, dass das Zufuhrrohr 15 für das wasserhaltige
Ausgangsmaterial mit einem Schutzrohr 16 versehen ist.
Die Sprühdüse 17 ist
am Kopf des Zufuhrrohrs 15 für das wasserhaltige Ausgangsmaterial
angeordnet. Die Sekundärluft
tritt am Lufteinlass 14 ein, der am oberen Abschnitt des Hohlraums
in Form eines konzentrischen Rings innerhalb des Hohlraums 13,
jedoch außerhalb
des Schutzrohrs 16 ausgebildet ist, und wird durch den am
unteren Abschnitt des Hohlraums angeordneten Bienenwabenring 19 ausgerichtet
und sodann in die untere Sekundärverbrennungskammer 7 eingeleitet. Das
Bezugszeichen 20 bezeichnet eine poröse Platte zur Einführung von
verteilter Sekundärluft
in den Bienenwabenring 19, das Bezugszeichen 18 ein
Zufuhrrohr für
ein Brennstoff- und Verbrennungsluft-Gasgemisch, das Bezugszeichen 29 das
wasserhaltige Ausgangsmaterial und das Bezugszeichen 30 einen
Lufteinlass für
das Schutzrohr. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet einen am
oberen Abschnitt des Sprühtrocknungsturms 25 angeordneten
Lufteinlass. Die eintretende Luft kühlt die Verbrennungskammer von
außen
ab und wird selbst erwärmt,
durch den Bienenwabenring 27 ausgerichtet und anschließend in
den Sprühtrocknungsturm 25 eingeleitet.
Das Bezugszeichen 28 bezeichnet eine poröse Platte
zum Verteilen der aus dem Lufteinlass eintretenden Luft, die dann
dem Bienenwabenring 27 zugeführt wird.
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Da das Zufuhrrohr 15 für das wasserhaltige Ausgangsmaterial
entlang der Mittelachse des zylindrischen Hohlraums 13 eingesetzt
ist, kann das wasserhaltige Ausgangsmaterial ohne Durchlaufen der Hochtemperatur-Verbrennungskammer
in Richtung zu den Mittelabschnitten von normalem Verbrennungsgas
oder pulsierendem Verbrennungsgas versprüht werden. Ferner verläuft der
Vorgang teilweise aufgrund der Abkühlwirkung des Sekundärluftstroms aus
dem Lufteinlass 14 glatt über einen langen Zeitraum oder
intermittierend, ohne dass eine Verkohlung an der Innenseite des
Zufuhrrohrs für
das wasserhaltige Ausgangsmaterial oder in der Zerstäubungsdüse auftritt.
Bei Vornahme eines Wechsels des Zufuhrrohrs für das wasserhaltige Ausgangsmaterial
und der Sprühdüse entsprechend
der Art des Ausgangsmaterials lässt
sich die Arbeit leicht durchführen,
indem man lediglich das Zufuhrrohr für das wasserhaltige Ausgangsmaterial
und die Sprühdüse nach
oben herauszieht.
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Da die Pulsverbrennungsfrequenzen
in einem Brenner von großem
Fassungsvermögen
mit einer großvolumigen
Verbrennungskammer in Form eines konzentrischen Rings (in 3 als Schnitt entlang der
Linie X-X von 2 dargestellt)
verringert werden, sind Trennwände 21,
die die Verbrennungskammer in Form des konzentrischen Rings in eine Mehrzahl
von unterteilten Kammern 22 mit einem geringeren Volumen
aufteilen, vorgesehen. Eine Zündeinrichtung
ist für
jede unterteilte Verbrennungskammer angeordnet. Da somit die Verbrennungskammer in
eine Vielzahl von kleinvolumigen unterteilten Kammern aufgeteilt
ist, kann das Verbrennungsgas die hohe Frequenz aufrechterhalten,
wobei das große Volumen
insgesamt beibehalten bleibt. Die einzelnen Verbrennungskammern
(unterteilte Kammern) sind vorzugsweise so aufgeteilt, dass sie
eine Verbrennungskapazität
von etwa einigen 10 000 bis 100 000 kcal/h aufweisen. Die Trennwände 21 sind
vorzugsweise so angeordnet, dass sie die Verbrennungskammer 3 entlang
des Umfangs so aufteilen, dass die einzelnen unterteilten Verbrennungskammern 22 in
analoger Weise ausgestaltet sind. Wenn die Trennwand 21 von
der Verbrennungskammer 3 abnehmbar ist, lässt sich
bei Bedarf leicht eine Umwandlung des pulsierenden Brenners zu Brennern
mit unterschiedlichen Frequenzen vornehmen. Durch Bereitstellung
von Einführschlitzen
an geeigneten Abschnitten des äußeren Zylinders 11 und
des inneren Zylinders 12 lässt sich die Trennwand 21 leicht
einsetzen und herausnehmen. Wenn 12 Einführschlitze in
einem Abstand von 30° vorgesehen
sind, lässt
sich die Anzahl der Verbrennungskammern 6-fach variieren, nämlich 1, 2, 3, 4, 6 und 12 Kammern,
wobei pulsierende Verbrennungsgase mit entsprechend unterschiedlichen
Frequenzen erzeugt werden können.
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Wenn man nicht nur die Verbrennungskammer,
sondern auch die Zufuhrkammer für
das Verbrennungsgas/Brennstoff-Gasgemisch sowie den Zufuhrspalt
für das
Gasgemisch in eine Mehrzahl von unterteilten Kammern aufteilt und
wenn man ferner Maßnahmen
trifft, für
jede unterteilte Verbrennungskammer in unabhängiger Weise das Brennstoff/Verbrennungsluft-Gasgemisch
zuzuführen
oder zu stoppen, so ist es möglich,
den Brenner unter Bedingungen zu betreiben, dass eine oder eine
Mehrzahl von unterteilten Verbrennungskammern (unterteilte Kammer 22)
geschlossen sind.
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Entsprechend dem Betrieb können die
Steuerbereiche der Verbrennungskapazität erweitert werden (1 : 2 für kleine
Brenner, 1 : 8 für
große
Brenner).
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Die Zündeinrichtung 41,
z. B. eine Zündkerze,
die in der Verbrennungskammer angeordnet ist, nimmt aufgrund der
Einwirkung von hohen Temperaturen rasch Schaden. Die Zündein richtung
ist nur im Anfangsstadium des Betriebs erforderlich und wird nach
der Zündung
für eine
normale Verbrennung oder nach Rotglühen der Verbrennungskammerwände für eine pulsierende
Verbrennung überflüssig. Somit
ist es nicht nötig,
die Zündvorrichtung
ständig
hohen Temperaturen auszusetzen. Die Zündeinrichtung 41 bleibt
lange funktionsfähig,
wenn sie in einer Pilotverbrennungskammer 23 nahe am Einlass
der Verbrennungskammer angeordnet wird, wie in 2 dargestellt ist, so dass sie durch
das kalte Brennstoff/Luft-Gasgemisch gekühlt wird, das aus der Zufuhrkammer 8 durch
eine am oberen Abschnitt der Pilot-Verbrennungskammer angeordneten
Einlassöffnung 24 für ein Pilot-Brennstoff/Luft-Gasgemisch strömt.
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Das Gasgemisch mit einem bestimmten
Luftzufuhranteil wird der Verbrennungskammer 3 aus der Brennstoff-
und Verbrennungsluft-Zufuhrkammer 8 in Form eines konzentrischen
Rings durch den Spalt 2 zugeführt. Das Gasgemisch soll geradewegs
ohne Ausführung
von Umkehrbewegungen der Verbrennungskammer zugeführt werden,
und zwar im Hinblick auf einen verbesserten Verbrennungswirkungsgrad.
wenn der Zufuhrspalt in Form eines engen konzentrischen Rings in
eine Anzahl von länglichen Schlitzen 2A (heller
Abschnitt) unterteilt ist (wie in 4 als
Schnittansicht entlang der Linie Y-Y von 2 dargestellt), wird das Gasgemisch geradewegs
durch den engen länglichen
Schlitz 2A in die Verbrennungskammer 3 ausgestoßen.
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Die konzentrische Ringform der erfindungsgemäßen Verbrennungskammer
ist nicht notwendigerweise so beschaffen, dass der äußere und
innere Umfang geometrisch kreisförmig
sind, sie können vielmehr
unterschiedlich ausgebildet sein, z. B. polygonal, indem man Verbrennungskammern
in trapezoidaler Form zusammensetzt.
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Nachstehend werden die Verfahren
zur Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zum vorliegenden
Brenner, um ein Umschalten von normaler Verbrennung zu pulsierender
Verbrennung oder von pulsierender Verbrennung zu normaler Verbrennung zu
ermöglichen,
unter Bezugnahme auf 5 erläutert. Das
Brennstoffgas wird durch das Rohr 31, das Schaltventil 32 und
das Einstellventil 33 der Brennstoffgas/Luft-Mischvorrichtung 40 zugeführt. Die
für die
normale Verbrennung erforderliche Luft (Luftzufuhranteil unter 0,7, üblicherweise
0,4–0,6)
wird der Brennstoffgas/Luft-Mischvorrichtung 40 durch die Leitung 34,
das Schaltventil 35 und das Einstellventil 36 zugeführt, mit
dem Brennstoffgas aus dem Einstellventil 33 vermischt und
sodann in den Brenner 1 geleitet. Wenn das Brennstoffgas-Einstellventil 33 vorher
auf eine bestimmte Brennstoffgas-Strömungsgeschwindigkeit
eingestellt worden ist und das Verbrennungsluft-Einstellventil 36 für den normalen
Betrieb auf eine bestimmte Luftströmungsgeschwindigkeit eingestellt
worden ist, so ist es möglich,
das Gasgemisch für
die durch den Brenner 1 erfolgende normale Verbrennung
durch bloßes
Schalten der Ventile 32 und 35 zuzuführen oder
abzusperren. Da das aus der Brennstoffgas/Luft-Mischvorrichtung 40 dem Brenner 1 zugeführte Gasgemisch
einen Luftzufuhranteil aufweist, der unter dem für die pulsierende Verbrennung
erforderlichen Anteil liegt (über
0,7, üblicherweise
0,8–1,5)
wird die Fehlmenge an Luft (zusätzliche
Luft für
die pulsierende Verbrennung) durch das Rohr 37, das Schaltventil 38 und
das Einstellventil 39 dem Gasgemisch aus der Brennstoffgas/Luft-Mischvorrichtung 40 zugeführt. Wenn
das Einstellventil 39 für
zusätzliche
Luft zur pulsierenden Verbrennung vorher auf eine bestimmte Luftströmungsgeschwindigkeit
eingestellt worden ist, so wird ein Umschalten zwischen normaler
Verbrennung und pulsierender Verbrennung durch eine bloße Betätigung des
Schaltventils 38 erreicht. Der Zufuhrdruck des Brennstoffgases
kann durch Verwendung eines Ejektors für die Brennstoffgas/Luft-Mischvorrichtung 40 reduziert
werden. Für
den Einsatz ist der Leitungsdruck von normalem Stadtgas (280 mmAq)
zur Verwendung ausreichend. Der Luftdruck für die Primärverbrennung wird durch den
Zufuhrdruck von normalen Hochdruck-Turbogebläsen (unter 1 500 mmAq) in zufriedenstellender
Weise erreicht (Aq = Druck einer Wassersäule).
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Die vorerwähnten verschiedenen Ausführungsformen
können
selektiv eingesetzt werden. Es besteht keine Notwendigkeit, sie
gleichzeitig einzusetzen.
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Da der Brenner in Form eines konzentrischen
Rings in eine Heißluftgebläsekammer
am oberen Abschnitt von Sprühtrocknern
installiert werden kann, entfallen Teile, die außerhalb des Bereiches von normalen
LPG-Brennern anzuordnen sind, was sich in Bezug auf Raumbedarf und
Kosten als vorteilhaft erweist.
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Der vorliegende Brenner kann nicht
nur als normaler Verbrennungsgasgenerator, der keinen Lärm entwickelt,
sondern auch als eine hohe Kapazität aufweisender, mit hoher Frequenz
pulsierender Verbrennungsgasgenerator verwendet werden, wobei sich
der enge Verbrennungsbereich von herkömmlichen pulsierenden Brennern
erweitern lässt. Der
Brenner ist auch an Weitwinkel-Flüssigkeitszerstäuber anpassbar,
da bisher als nicht realisierbar geltende Druckzerstäuberdüsen und
Rotationszerstäuber
möglich
sind. Somit ist insbesondere eine Eignung zur Installation in Sprühtrocknern
gegeben.