Einrichtung zum Vermischen von Gasen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Vermischen von brennbaren und zur Verbrennung nötigen Gasen, die einen Brenner zur Verbrennung von Kohlenwasserstoffen speisen, vorzugsweise solche Brenner, die zur teilweisen Verbrennung gasförmiger oder vergaster Kohlenwasserstoffe, zwecks Umwandlung derselben in solche geringerer Sättigung, bestimmt sind. Sie bezieht sich speziell auf solche Mischeinrichtungen vom Ringraumtyp, bei denen die Mischung über einen Verteiler in die Verbrennungskammer getrieben wird.
Man hat schon zur Speisung von Brennern mitbrenn- baren und zur Verbrennung nötigen Gasen dieVerwendung von Einrichtungen vorgeschlagen, die eine ringförmige Leitung, welche einen zentralen Kern umgibt, umfasst; eine Mischung von Kohlenwasserstoffen und Primärluft wird in der Weise in die Ringleitung eingebracht, dass ihr darin eine Richtungs- und Geschwindigkeitsänderung und in bezug auf den Querschnitt der Leitung eine Wirbelbewegung widerfährt, ehe sie mit der Sekundärluft in Kontakt kommt.
Daraufhin wird die Gas-Primärluft-Mischung einerseits und die Sekundärluft anderseits in den Brenner in Form getrennter, wirbelnder Schichten eingeführt (vgl. US-Patent Nr. 1 805 066).
Im Falle der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu deren Umwandlung in Ace tylene und/oder Olefine ist es notwendig, um eine maximale Wirkungsweise und einen maximalen Wirkungsgrad zu erzielen, dass die Mischung, bevor sie in die Brennkammer eintritt, vollständig homogen ist und eine praktisch laminare Bewegung ausführt.
Diese wichtige Bedingung wird durch die erfindungsgemässe Mischvorrichtung vom Ringraumtyp realisiert, die gekennzeichnet ist durch eine ringtör- mige Kontaktkammer, in der das brennbare und das zur Verbrennung nötige Gas unter Verwirbelung in Kontakt kommen, und eine anschliessende ringförmige Mischkammer, die sich über einen zentralen, konisch auslaufenden Kern erstreckt und in Strömungsrichtung erweitert und über den Verteiler in die Brennkammer mündet, und die ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass der Winkel, den die innere und die äussere Begrenzungsfläche der Mischkammer an deren engsten Stelle miteinander einschliessen, einen Wert zwischen 5 und 10 besitzt, und dass die Spitze des Kerns in der Mitte des Verteilers liegt.
Die Natur vorliegender Erfindung wird näher aus der nun folgenden Beschreibung eines Brenners hervorgehen, wie ein solcher in einem Längsschnitt in der Fig. 1 beispielsweise schematisch dargestellt ist.
Die Mischkammer 1, aussen begrenzt durch die Wand 2 aus feuerfestem Stahl, umgibt einen zentralen hohlen Kern 3 von konischer Form, dessen Wand 4 ebenfalls aus feuerfestem Stahl besteht. Das Ende des Kerns liegt in der Mitte des Verteilers 5.
Dieser Art wird die Mischkammer von einem Ringraum gebildet, der sich nach unten zu erweitert und in den Verteiler 5 mündet, der das Gasgemisch in die Verbrennungskammer 6 weitergibt. Die Neigung der Wände 2 und 4 der Mischkammer ist derart gewählt, dass der von ihren Kammerbegrenzungsflächen eingeschlossene Winkel a am Scheitel oder engsten Teil der Kammer zwischen 5 und 10 , vorzugsweise etwa 70, beträgt, und die gedachte, vom Mittelkreis des Scheitels der Kammer senkrecht nach unten verlaufende Zylinderfläche auf dem Verteiler einen ringförmigen Teil AB von einem zentralen Teil CD trennt, der an ersteren anschliesst, wobei beide Teile praktisch gleich grosse Oberflächen besitzen.
Der zentrale Kern 3 und der kegelstumpfförmige Teil 7 mit feuerfesten Stahlwänden, der den ersteren überragt, umgeben ein axiales Rohr 8 zur Zufuhr von einem der reagierenden Gase. Das Rohr 9, welches das andere reagierende Gas zuführt, mündet in eine Ringkammer 10, die in einen Sammelraum 11 führt, dessen oberer Rand 12 geneigt ist, um eine gleichmässige Zufuhr und homogene Verteilung des Gases im Raum 11 zu sichern, dessen Querschnitt sich in der Strömungsrichtung des Gases verengt.
Der Sammelraum 11 und die Mischkammer 1 sind durch eine Ringzone 13 geringen Querschnitts verbunden, um die beiden reagierenden Gase in Kontakt zu bringen (Kontaktkammer), während die Wand 4 des zentralen Kerns mehrere Reihen von Löchern 14 aufweist, um das Medium, das durch das Rohr 8 zugeführt wird und den zentralen Kern 3 durchfliesst, wenigstens annähernd senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases, das vom Raum 10 kommt, zuzuführen. Die Räume 11, 13 und 1 bilden einen konvergent-divergenten ringförmigen Kanal nach Art eines Venturirohres.
Diese erläuterte Mischvorrichtung gemäss der Erfindung, welche der Speisung von Brennern für die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen dient, wirkt wie folgt:
Eines der beiden Gase, z. B. das brennbare, wird durch das Rohr 9 eingeführt, steigt im Raum 10 empor und gelangt in den Sammelraum 11, wo es, infolge der fortschreitenden Minderung des Querschnitts, eine sich steigernde kinetische Energie annimmt, während sein Druck abfällt. Das andere reagierende Gas, das heisst der Sauerstoff, wird durch das Rohr 8 zugeführt, fliesst durch den Ringraum zwischen Rohr 8 und Wand 4 und wird durch die Öffnungen 14 in den verengten Teil des Kanals gedrückt, wo es wenigstens annähernd senkrecht zur Strömungsrichtung des brennbaren Gases eingedrückt wird und so eine wirbelnde Mischung erzeugt.
Diese letztere tritt alsdann in die Mischkammer 1 ein, die den divergierenden Teil des (Venturi-)Rohres bildet, von wo beide Gase sich nach dem Verteiler 5 wenden, in einer Bewegung, die praktisch laminar ist, ohne dynamische Vorzugswirkung des einen oder des anderen der reagierenden Gase.
Indem solcher Art, infolge der erfindungsgemässen Massnahmen, eine völlige Gleichmässigkeit des Gehaltes an Sauerstoff an allen Punkten des untersten Endes der Mischkammer wie auch des Ausflusses aus jedem Kanal des Verteilers erzielt wird, erreicht man eine bessere Ausbeute an ungesättigten Kohlenwasserstoffen, insbesondere im Falle einer unvollkommenen Verbrennung zu Acetylenkohlenwasserstoffen. Man vermeidet gleichermassen Flammenrückschläge von der Verbrennungskammer 6 in die Mischkammer 1 und eine eventuelle Rückwanderung der Flamme wird durch die Kühlwirkung des unteren Endes des konischen Kerns 3 gedämpft.
Die Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die beiden reagierenden Gase nicht senkrecht, sondern im Gegenstrom in Kontakt miteinander gebracht werden.
Das Rohr 9, welches das brennbare Gas führt, mündet in den Ringraum 10, der mit dem Sammelraum 11 verbunden ist, dessen innere Wand 15 mehrere Reihen von Löchern 16 besitzt, die ihrerseits gegenüber den Löchern 14 für den Sauerstoff schachbrettartig versetzt sind.
Die beiden reagierenden Gase dringen also im Gegenstrom in die Kontaktkammer ein, strömen von oben her in die ringförmige, divergierende Mischkammer 1 (die ähnlich wie in der Fig. 1 gezeigt ausgebildet ist) ein und fliessen in Form einer praktisch laminaren Mischung gegen den Verteiler, der sie wieder an die Brennkammer weitergibt.