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Brenner für Industrieöfen, und Verfahren zur Regulierung desselben
Die Erfindungbezieht sichauf einen Brenner für Industrieöfen, der auseiner Kammer mit einem Ausströmende sowie Einrichtungen für die Zuführung der Verbrennungsluft und aus einer Stauplatte, die das Ausströmende der Kammer bündig abschliesst, ferner aus einem Brennstoff-Zuführungsrohr zur Zuführung der gesamten zerstäubten flüssigen oder gasförmigen Brennstoffmenge durch eine zentrale Öffnung in der Stauplatte besteht, wobei das Brennstoff-Zuführungsrohr durch die Kammer hindurch mindestens bis zur Aussenwand der Stauplatte reicht, die ausserdem im wesentlichen parallele Bohrungen für die Zuführung der gesamten Verbrennungsluft aufweist, welche die Stauplatte rings um das Brennstoff-Zuführungsrohr durchsetzen.
Bisher wurden solche Brenner vorzugsweise als kleine Brenner nach Art von Glasbläser-Brennern ausgebildet, die beider Erzeugung von geschmolzenen Quarz-Gegenständen Verwendung finden. Das Brennen dieser Brenner ist nicht stabil in dem Sinne wie dieser Ausdruck in der Fachsprache verwendet wird und wie er auch eine ausserordentliche Drosselfähigkeit einschliesst, Es ist bei einem solchen Brenner zwar möglich, eine Änderung der Intensität der Flamme, welche denselben Charakter beibehält, zu erreichen, gleichgültig'ob ihr mehr oder weniger Brennstoff zugeführt wird, es ist aber nicht möglich, mit einem bekannten Brenner dieser Art eine beständige Flamme von unterschiedlichem Charakter für verschiedene Verwendungszwecke zu erzielen, was aber gerade für bestimmte Industrieöfen, z. B.
Tieföfen, unbedingt erforderlich ist.
Ziel der Erfindung ist es nun, die aufgezeigten Mängel zu vermeiden und einen Brenner herzustellen, der bei hoher Luftgeschwindigkeit und niedriger Brenngasgeschwindigkeit eine verhältnismässig klare Flam- me liefert, bei dem aber ein vorwiegend leuchtender Flammencharakter erzielt wird, wenn die Geschwindigkeiten von Luft und Brenngas im Brenner sich einander nähern bzw. angleichen.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss dadurch, dass das Ende des Brennstoff-Zuführungsrohres bündig abschliessend mit der Aussenwand der Stauplatte oder in unmittelbarer Nähe ausserhalb derselben endigt und die Austrittsöffnungen für die Verbrennungsluft mit radialem Abstand vom Brennstoffzuführungsrohr in an sich bekannter Weise am Umfang eines Kreises voneinander getrennt angeordnet sind, wobei die Verbrennungsluft, welche in vom Brennstoff getrennten Einzelströmen austritt, und der Brennstoff sich erst ausserhalb des Brenners treffen.
Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung verläuft das Brennstoff-Zuführungsrohr in an sich bekannter Weise koaxial mit der Bohrung eines Lochsteines, wobei die Einlassöffnung dieses Lochsteines annähernd den gleichen Durchmesser wie die Stauplatte besitzt.
Nach einem andern Merkmal der Erfindung schliesst das Brennergehäuse mit der Stauplatte bündig ab und das Ende des Brennstoffrohres ist in an sich bekannter Weise mit einer Düse versehen, die mit diesem und der Brennerkammer koaxial verläuft, wobei das Ende der Düse aus der Stauplatte in die Bohrung des Lochsteines hineinragt und die Austrittsbohrungen der Düse radial angeordnet sind oder ihre Achsen auf einer Kegelfläche verlaufen.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die Luftzuführungsbohrungen der Stauplatte zylindrisch geformt, wobei die Länge grösser als der Durchmesser der Bohrung ist, z. B. zum Durchmesser der Bohrung im Verhältnis 3 : 1 steht.
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Gemäss einem noch weiteren Erfindungsmerkmal sind die Achsen der Brennstoffaustrittsöffnungen in der Düse in radialen Ebenen angeordnet, die zwischen den Achsen der Verbrennungsluftzuführungen hindurchgehen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahrenzur Regulierung eines erfindungsgemässen Brenners.
Dieses besteht darin, dass die Eigenschaften der Flamme durch eine Änderung des Druckes der in Einzelströmen austretenden Verbrennungsluft im Verhältnis zum Druck des gasförmigen Brennstoffes willkürlich eingestellt werden.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger beispielsweiser Ausführungsformen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner zur Erzeugung einer verhältnismässig reinen Flamme, Fig. 2 einenschnitt nachlinie U-II in Fig. l, Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Tiefofen mit einem Brenner gemäss Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Brenner in geänderter Ausführungsform, Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5, Fig. 7 einen Teillängsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Brenners und Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen Brammen- bzw.
Knüppelheizofen mit Brennern gemäss Fig. 7, die mit verhältnismässig leuchtender Flamme zum Erwärmen von durch den Ofen geführten Werkstücken eingesetzt werden können.
Der in den Fig. l und 2 dargestellte Brenner besteht aus einer rohrförmigen Kammer 10 für die Verbrennungsluft, die mit einer giessbaren feuerfesten Auskleidung 11 versehen sein kann. Eine Zweigleitung 12 kann mit der Verbrennungskammer 10 aus einem Stück bestehen und dient zur Zuführung der Verbrennungsluft in das Innere 13 des Brenners, in welchem ein aus einer geeigneten Legierung bestehendes Brennstoffrohr 14 liegt. Die rückwärtige Seite der Brennerkammer 10 kann durch eine entfernbare Abdeckplatte 15 geschlossen sein, die mit einer feuerfesten Abdeckung 16 versehen ist und eine Mittelöffnung 17 für die Durchführung des hinteren Endes des Brennstoffrohres-14 aufweist. Das hintere Ende des Brennstoffrohres 14 ist in einen Flansch 18 eingeschraubt, der mit Löchern für Gewindebolzen 19 versehen ist.
Ein Rohrstück 21 hat einen ebenfalls mit Löchern zum Hindurchstecken der Gewindebolzen 19 versehenen Flansch. Durch auf die Gewindebolzen 19 aufgeschraubte Muttern 20 werden die Abdeckwand 15, der Flansch 18 und der Flansch des Rohrstückes 21 unter Zwischenschaltung einer Dichtungspackung 22 zusammengehalten. Der durch das Rohrstück 21 zugeführte Brennstoff kann entweder ein Brenngas, beispielsweise Naturgas, Koksofengas oder ein anderes Gas sein, oder er besteht aus einem verhältnismässig flüssigen Heizöl in zerstäubter Form, dem ein zur Zerstäubung dienendes Medium, beispielsweise Dampf oder Luft zugefügt ist. Das Zerstäuben des Öles kann durch einen sogenannten Emulsionszerstäuber oder durch eine andere Art von Ölzerstäubem erreicht werden.
Am vorderen Ende des Raumes 13 ist innerhalb der Kammer 10 eine Stauplatte 23 für die Verbrennungsluft vorgesehen, die vorteilhaft aus feuerfestem Material besteht und mit der Kammerwand an ihrer Umfangsfläche 24 verbunden ist. Die Vorderseite 27 und die Rückseite 28 der Stauplatte 23 liegen senkrecht zur Achse des Brenners und des Brennstoffrohres 14, dessen Achse mit der Brennerachse zusammenfällt.
Die Stauplatte 23 ist mit mehreren sich in axialer Richtung erstreckenden Durchgangsöffnungen 25 versehen, deren Einlassende 26 abgerundet ist, um den Durchfluss der Verbrennungsluft zu erleichtern.
Der Gesamtquerschnitt der Öffnungen 25 Ist gross genug für die Verbrennungsluft, die für den aus dem Brennstoffrohr 14 zugeführten Brennstoff benötigt wird. Die Länge jeder Öffnung 25 ist im Verhältnis zu ihrem Durchmesser so gross, dass der ausströmenden Verbrennungsluft eine Richtung verliehen wird, die praktisch unabhängig von dem. gewählten Druck der Verbrennungsluft und der Verwendung des Brenners ist.
Die dargestellten Öffnungen 25 haben eine Länge, die über dreimal grösser ist als ihr Durchmesser. Besonders bei verhältnismässig hohen Geschwindigkeiten, die durch Einlassdrticke der Verbrennungsluft im Raum 13 von etwa 12 cm Wassersäule und mehr erzeugt werden, wirken die Öffnungen 25 wie Luftdüsen und üben eine ansaugende Wirkung aus. Die Verbrennungsluft kann dem Brenner nach der Erfindung bei Raumtemperatur oder auch bei einer andern gewünschten Temperatur zugeführt werden.
In der Mitte der Stauplatte 23 ist eine Öffnung 29 vorgesehen, durch die das Brennstoffrohr 14 dichtend hindurchgeführt ist. Die Wandung der Öffnung 29 kann mit der Aussenfläche des Brennstoffrohres 14 fest verbunden sein ausser in den Fällen, wo das Brennstoffrohr 14 herausnehmbar sein soll, um es mit einem andern Brennstoffrohr auszuwechseln, damit eine andere Art der stabilen Flamme entsprechend einem andern Verwendungszweck des Brenners erzielt werden kann. Wenn die Wandung der Öffnung 29 mit dem Brennstoffrohr nicht fest verbunden ist, so kann das Brennstoffrohr durch die Öffnung 29 beim Zusammenbau oder beim Auseinandernehmen des Brenners hindurchgeschoben werden.
Nach dem Ab-
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schrauben der Muttern 20 kann das Brennstoffrohr 14 entfernt und durch ein anderes Rohr, beispielsweise durch dasjenige gemäss Fig. 7, ersetzt werden, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, die Art der Flamme zu verändern.
Die Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2 stellt einen Brenner mit einer verhältnismässig reinen Flamme dar. Um eine beständige Flamme dieser Art zu erreichen, ist eine Düse 30 vorgesehen, die etwas aus der Vorderseite 27 herausragt und Brennstoffdurchlassöffnungen 31 aufweist, die sich am Umfang der Düse 30 durch deren Wandung hindurch erstrecken. Die Achsen der Brennstoffauslassöffnungen 31 stehen im Winkel zu den Achsen des Brenners und des Brennstoffrohres 14. Die Achsen der Brennstoffauslässe 31 liegen vorteilhaft zwischen den Rändern benachbarter Öffnungen 25 für die Verbrennungsluft, wie es Fig. 2 zeigt. Die Düse 30 ist in den Fig. l und 2 am vorderen Ende des Brennstoffrohres 14 angeschweisst. Sie kann aber auch als abnehmbares Ende des Brennstoffrohres 14 ausgebildet sein, wenn sie unabhängig von diesem ausbaubar sein soll.
Das vordere Ende des Brenners grenzt an das hintere Ende eines Lochsteines 32 aus feuerfestem Material. Der Zwischenraum zwischen diesen beiden Teilen ist abgedichtet. Der Stein 32 ist in der Regel in der Wandung aus feuerfestem Material eines Ofens eingebaut und hat eine Durchlassöffnung 33, in der das brennbare Gemisch durch die Zumischung des aus den Auslässen 31 austretenden Brennstoffes zu der aus den Öffnungen 25 austretenden Verbrennungsluft gebildet wird.
In den Fig. 3 und 4 ist der in den Fig. l und 2 dargestellte Brenner in einem Einbaubeispiel dargestellt.
Ein rechteckiger, oben beheizter Tiefofen 34 ist mit feuerfestem Material ausgekleidet und weist an der einen Stirnfläche 35 einen Lochstein 32 auf, an den der Brenner gemäss den Fig. l und 2 angebaut ist. Der Ofen hat einen feuerfest ausgekleideten Deckel 36. In seinem Innern stehen auf dem Boden 38 Stahlblöcke 37. In der Stirnwand 35 ist nahe dem Boden des Ofens 34 ein Abgasdurchlass 39 für den Abzug der Abgase vorgesehen, die in den Abzugskanal 40 gelangen, der zum Schornstein führt. Während des Betriebes des Ofens 34 findet eine Zirkulation der heissen Gase darin statt, wie es durch die Pfeile 41 in der Zeichnung angedeutet ist.
Mit dem erfindungsgemässen Brenner kann ein Tiefofen in Betrieb genommen und die Temperatur im unteren Teil des Tiefofens 34 unmittelbar nach dem Anheizen auf die Temperatur im oberen Teil gesteigert werden, ohne dass eine Überhitzung der oberen Enden der Blöcke zu befürchten ist. Die bekannten Öfen mussten erst so lange gewärmt werden, bis die unteren Teile die Temperatur des oberen Teiles des Ofens angenommen hatten, bevor schliesslich auch die unteren Teile der Blöcke auf die gewünschte Temperatur gebracht werden konnten.
Es wurde gezeigt, dass der Brenner gemäss der Erfindung bei Verwendung in einem Tiefofen die oben erwähnten Vorteile bietet, wobei eine Zirkulation der heissen Gase stattfindet. Die durch den Brenner erzeugte Flamme ist verhältnismässig kurz und rein bei intensiver Hitze. Sie strahlt keine übermässige Wärme auf die oberen Enden der Blöcke 37 aus. Darüber hinaus erzeugt der Brenner eine beständige Flamme bei verschiedenen Brennstoffen mit relativ hohem Dämpfungsverhältnis und mit relativ grossen Druckbereichen der Verbrennungsluft und Schwankungen der Menge derselben für eine bestimmte Grösse des Brenners.
Beispielsweise arbeitet ein Brenner gemäss den Fig. 1 und 2 erfolgreich bei verhältnismässig geringen Geschwindigkeiten des Brennstoffes oder der Verbrennungsluft, die einem Druck entsprechen, der nicht grösser als der Druck einer Wassersäule von 2,5 cm oder sogar geringer ist. Er arbeitet aber auch erfolgreich bei Geschwindigkeiten, die einem Druck bis zu 7,5 cm Wassersäule und mehr entsprechen. Aber auch bei relativ hohen Geschwindigkeiten, z. B. solchen, die durch Drücke von 25 cm Wassersäule und mehr erzeugt werden, arbeitet der Brenner erfolgreich, Gleichzeitig ist der Dämpfungsbereich des Brenners hervorragend, wobei sogar dann die Flamme stabil bleibt, wenn der Brennstofffluss beträchtlich reduziert wird oder die Verbrennungsluft gegenüber dem theoretischen Luftbedarf übermässig steigt.
Dabei hält sich die von dem Brenner erzeugte Flamme auch bei hohen Betriebsdrücken dicht an der Vorderwand 27 der Stauplatte 23, insbesondere rund um die Auslassenden der Öffnungen 25 und in dem Durchlass 33. Bei Anordnung der dargestellten Stauplatte 23 ist keine besondere Vorrichtung für die Verteilung der Verbrennungsluft erforderlich, wie sie bisher notwendig war.
Die geänderte Ausführungsform der Erfindung gemäss den Fig. 5 und 6 erzeugt ebenfalls eine verhältnismässig kurze, sehr heisse und reine, beständige Flamme, da sie die im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2 beschriebenen Vorteile besitzt. Für entsprechende Teile sind entsprechende gestrichene Bezugszahlen verwendet. Der Durchlass 33'im Lochstein 32'verjüngt sich, so dass der Auslassquerschnitt 42 kleiner ist als der Einlassquerschnitt des Durchlasses 33'. Der durch den Rand der Öffnung 42 bedingte Querschnitt kann kreisförmig oder auch eckig sein, wie dies zweckmässig der Fall ist,
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wenn der Brenner gemäss den Fig. 5 und 6 bei einem Fretz-Moon-Ofen verwendet wird, um die Ränder des Röhrenstreifens zur Herstellung von Rohren zu erwärmen.
Die Düse 30'ist mit Brennstoffauslassöff- nungen 31'versehen, deren Achsen von der Senkrechten zur Achse des Brenners starker abweichen, als dies bei der Ausführungsform gemäss Fig. l der Fall war.
In Fig. 7 isteine weitere geänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dieser Brenner erzeugt eine stabile und verhältnismässig helle Flamme oder eine verhältnismässig reine Flamme. Bei einer verhältnismässig niedrigen Geschwindigkeit der aus den Öffnungen 25"austretenden Verbrennungsluft wird eine verhältnismässig helle Flamme erzeugt. Anderseits wird bei einer verhältnismässig hohen Geschwindigkeit der Verbrennungsluft, die einem Druck in der Grössenordnung von 13 cm Wassersäule und darüber an der Rückseite der Stauplatte 23"entspricht, durch die im Kreis angeordneten Luftstrahlen eine Saugund Mischwirkung erzielt, die eine stabile verhältnismässig reine Flamme erzeugt.
Je höher der Druckder den Brennern zugeführten Verbrennungsluft ist, umso reiner und kürzer ist die erzeugte Flamme. Bei allen Brücken der Verbrennungsluft ergibt sich ein gleichförmiger Querschnitt der Flamme rund um die Achse des Brenners.
Diejenigen Einzelteile der Fig. 7, die in der Ausführungsform und in der Wirkung solchen der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2 entsprechen, sind mit entsprechenden, doppelt gestrichenen Bezugszahlen versehen. In Fig. 7 nicht dargestellte Teile entsprechen vollständig denen der Ausführungform gemäss den Fig. 1 und 2. Diejenigen Vorteile der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2, die sich auf die Beständigkeit derFlamme undaufdieFähigkeitdesBrenners beziehen, einvorzügliches Dämpfungsverhältnis zu erreichen, einen grossen Bereich des Druckes der Verbrennungsluft anzuwenden und Mengen von Verbrennungsluft weit über den theoretischen Bedarf des Brennstoffes zuzuführen, sind auch bei der Ausführungsform gemäss Fig. 7 vorhanden.
Das Brennstoffrohr 14" der Ausführungsform gemäss Fig. 7 bläst den Brennstoff parallel zu den Achsen der Verbrennungsluftöffnungen 25"aus. Die erzeugte Flamme ist verhältnismässig leuchtend und verhältnismässig klein bei niedrigen Drücken und Geschwindigkeiten der Verbrennungsluft, sogar mit einem verhältnismässig schnell brennenden, zerstäubten oder gasförmigen Brennstoff. Ein Anwendungsgebiet des in Fig. 7 dargestellten Brenners, bei dem solche Luftdrücke. angewendet werden, dass sich eine verhältnismässig leuchtende Flamme ergibt, wie es bei vielen Brammenund Knüppel-Heizöfen angestrebt wird, ist in Fig. 8 dargestellt.
Fig. 8 zeigt einen aus drei Zonen bestehenden Brammen-Heizofen 43, bei dem Brenner 10"entspre-
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durchlaufen haben. Diese Heizzonen werden mit die Brammen erwärmenden verhältnismässig leuchtenden Flammen mit Hilfe der Brenner 10" in der dargestellten Weise ohne Umlauf der heissen Gase beheizt, die durch den Rauchkanal 51 austreten, der nahe dem vorderen Ende des Ofens angeordnet ist. Eine solche Flamme des Brenners gemäss Fig. 7 ist verhältnismässig lang und heizt während des Verbrennungsvorganges über eine verhältnismässig grosse Entfernung hin.
PATENTANSPRÜCHE : l. Brenner für Industrieöfen, bestehend aus einer Kammer mit einem Ausströmende sowie Einrichtungen für die Zuführung der Verbrennungsluft und aus einer Stauplatte, die das Ausströmende der Kammer bündig abschliesst, ferner aus einem Brennstoff-Zuführungsrohr zur Zuführung der gesamten zerstäubten flüssigen oder gasförmigen Brennstoffmenge durch eine zentrale Öffnung in der Stauplatte, wobei das Brennstoffzuführungsrohr durch die Kammer hindurch mindestens bis zur Aussenwand der Stauplatte reicht, die ausserdem im wesentlichen parallele Bohrungen für die Zuführung der gesamten Verbrennungsluft aufweist, welche die Stauplatte rings um das Brennstoff-Zuführungsrohr durchsetzen, dadurch gekennzeichnet,
dass das Ende des Brennstoff-Zuführungsrohres bündig abschliessend mit der Aussenwand der Stauplatte oder in unmittelbarer Nähe ausserhalb derselben endigt und die Austrittsöffnungen für die Verbrennungsluft mit radialem Abstand vom Brennstoff-Zuführungsrohr in an sich bekannter Weise am Umfang eines Kreises voneinander getrennt angeordnet sind, wobei die Verbrennungsluft, welche in vom Brennstoff getrennten Einzelströmen austritt, und der Brennstoff sich erst ausserhalb des Brenners treffen.