AT412236B

AT412236B - Verfahren zum erwärmen eines behandlungsofens für glühgut

Info

Publication number: AT412236B
Application number: AT0101003A
Authority: AT
Original assignee: Ebner Peter Dipl Ing
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-11-25
Also published as: DE112004000023D2; WO2005003630A1; ATA10102003A

Description


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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erwärmen eines Behandlungsofens für Glüh- gut mit einem in eine Brennkammer mündenden Brenner und mit einem die Brennkammer mit radialem Abstand umschliessenden, stirnseitig verschlossenen Strahlrohr, wobei der Gehalt der Abgase des unter Luftmangel verbrannten, gasförmigen Brennstoffes an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid nach einem Rückströmen zwischen der Brennkammer und dem Strahlrohr unter Zufuhr von Luftsauerstoff in einem abgasseitigen Katalysator verringert wird. 



   Um das in Öfen zur Wärmebehandlung eingesetzte Glühgut, insbesondere Metallteile, nicht mit den Abgasen der zur Erwärmung des Ofens verwendeten vorzugsweise gasförmigen Brennstoffe beaufschlagen zu müssen, mündet die einem Brenner nachgeschaltete Brennkammer in einem stirnseitig geschlossenen Strahlrohr, über das die Wärme auf das Schutzgas im Ofen bzw. auf das zu behandelnden Glühgut überwiegend durch Strahlung übertragen wird. Die an der geschlosse- nen Stirnseite des Strahlrohrs umgelenkten Abgase strömen im Ringspalt zwischen der Brenn- kammer und dem Strahlrohr zu einer Abgasleitung, die am brennerseitigen Ende an das Strahlrohr angeschlossen ist. Die bei solchen Strahlrohren zu fordernde hohe Verbrennungstemperatur führt jedoch zu einer übermässigen Belastung der Abgase an Stickoxiden.

   Zur Vermeidung einer sich daraus ergebenden Umweltbelastung wurde bereits vorgeschlagen (US 6 425 754 B1), den gas- förmigen Brennstoff bei einem Luftverhältnis, also bei einem Verhältnis der zugeführten Luftmenge zum stöchiometrischen Luftbedarf, von   A   = 0,94 bis 0,99 zu verbrennen, und zwar mit einem ver- gleichsweise hohen Kohlenmonoxidanteil, um die Stickoxide in einem nachgeschalteten Katalysa- tor zu Stickstoff zu reduzieren. Zum Abbau des vergleichsweise hohen Anteils an Kohlenmonoxid und an den bei der Verbrennung entstandenen Kohlenwasserstoffen ist in die Abgasleitung ein weiterer Katalysator eingeschaltet, wobei der zum Abbau des Kohlenmonoxids und der Kohlen- wasserstoffe benötigte Sauerstoff den Abgasen zwischen den beiden Katalysatoren in Form von Luftsauerstoff zugeleitet wird.

   Mit Hilfe dieser beiden Katalysatoren gelingt es, die Schadstoffemis- sion auf zulässige Werte zu begrenzen. Der Aufwand hiefür ist allerdings vergleichsweise hoch, weil der Katalysator zum Abbau der Stickoxide unter einem vergleichsweise hohen Temperaturni- veau betrieben werden muss. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erwärmen eines Behand- lungsofens für Glühgut der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass sich ein eigener Katalysator zur Reduktion der Stickoxide erübrigt, ohne ein Überschreiten der Emissionsgrenzwer- te für Stickoxide befürchten zu müssen. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der gasförmige Brennstoff in zwei auf- einanderfolgenden Stufen zunächst mit einem Luftverhältnis   A   kleiner 0,8 bei einer Temperatur über 1600 C und anschliessend mit einem Luftverhältnis   A   kleiner als 1, aber grösser als 0,95 unter Zumischung von Abgasen bei einer Temperatur unter 1300 C verbrannt wird. 



   Durch die zweistufige Verbrennung gelingt es, die Entstehung von Stickoxiden weitgehend zu unterbinden, ohne auf hohe Verbrennungstemperaturen verzichten zu müssen, wenn der Brenn- stoff zunächst mit einem vergleichsweise hohen Luftmangel verbrannt wird. Die Nachverbrennung, die zwar ebenfalls mit Luftmangel durchgeführt wird, allerdings im Bereich stöchiometrischer Ver- hältnisse, erfolgt jedoch bei Verbrennungstemperaturen unterhalb von 1300 C, also in einem Temperaturbereich, in dem Stickoxide in deutlich geringeren Mengen entstehen. Die niedrigen Verbrennungstemperaturen können in einfacher Weise durch ein Zumischen von kühleren Abga- sen aus dem Strahlrohr sichergestellt werden.

   Die im Abgas enthaltene Menge an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen können in herkömmlicher Weise unter zusätzlicher Zufuhr von Luftsauer- stoff in einem entsprechenden Katalysator in der Abgasleitung zu Kohlendioxid und Wasser oxi- diert werden. Es zeigt sich somit, dass aufgrund der zweistufigen Verbrennung mit zunächst grösse- rem Luftmangel bei hohen Verbrennungstemperaturen und dann unter beinahe stöchiometrischen Verhältnissen bei niedrigen Verbrennungstemperaturen der Brennstoff trotz einer niedrigen Emis- sion von Stickoxiden gut ausgenützt werden kann, so dass der Einsatz eines gesonderten Katalysa- tors zur Reduktion der Stickoxide überflüssig wird. 



   Der konstruktive Aufwand zur Durchführung der erfindungsgemässen zweistufigen Verbrennung ist vergleichsweise gering, weil die Brennkammer innerhalb des Strahlrohres lediglich in zwei in Richtung des Strahlrohres mit gegenseitigem Abstand aufeinanderfolgende Abschnitte zu untertei- len ist, denen die Verbrennungsluft gesondert zugeführt wird, und zwar in den vorgegebenen unterstöchiometrischen Verhältnissen. Aufgrund des axialen Abstandes der beiden Brennkammer- 

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 abschnitte wird durch eine Injektorwirkung ein Teil der entlang des Strahlrohres rückströmenden Abgase dem zweiten Brennkammerabschnitt zugeführt, so dass mit Hilfe dieser zugemischten, kühleren Abgase die Verbrennungstemperatur in diesem nachfolgenden Brennkammerabschnitt unter 1300 C gehalten werden kann.

   Der Mantel des dem Brenner zugeordneten Abschnittes der Brennkammer kann vorteilhaft zur Verbrennungsluftzufuhr zum nachfolgenden Abschnitt doppel- wandig ausgebildet sein und stirnseitige Austrittsdüsen für die Verbrennungsluft aufweisen, die gegen den nachfolgenden Brennkammerabschnitt geblasen wird und einen Teil der rückströmen- den Abgase mitreisst. Der doppelwandige Mantel des dem Brenner zugeordneten Brennkammerab- schnittes wirkt ausserdem als Rekuperator für die Vorwärmung der Verbrennungsluft. 



   Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert und zwar wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Erwärmen eines Behandlungsofens für Glühgut in einem vereinfachten Axialschnitt gezeigt. 



   Die dargestellte Vorrichtung zum Erwärmen eines Behandlungsofens für Glühgut weist ein das Ofengehäuse 1 durchsetzendes Strahlrohr 2 auf, das an seiner Stirnseite durch eine Prallwand 3 verschlossen ist. Mit radialem Abstand innerhalb des Strahlrohres 2 ist eine Brennkammer 4 vor- gesehen, die aus zwei voneinander getrennten Abschnitten 5 und 6 besteht. Im Brennkammerab- schnitt 5 mündet ein Brenner 7, dem der gasförmige Brennstoff über eine Brennstoffleitung 8 zugeführt wird, die eine koaxiale Zündeinrichtung 9 aufnimmt. Die Verbrennungsluftzufuhr 10 für den Brennkammerabschnitt 5 wird durch ein die Brennstoffleitung 8 mit radialem Abstand um- schliessendes Rohr 11gebildet, das mit dem Brennkammerabschnitt 5 durch Bodendurchtrittsöff- nungen in Strömungsverbindung steht. 



   Die Verbrennungsluftzufuhr 12 zum Brennkammerabschnitt 6, der mit axialem Abstand vom Brennkammerabschnitt 5 innerhalb des Strahlrohres 2 angeordnet ist, ist im doppelwandigen Mantel 13 des Brennkammerabschnittes 5 untergebracht. Wie sich aus der Zeichnung ablesen lässt, ist die Innenwand des Mantels 13 an das Rohr 11 für die Verbrennungsluftzufuhr 10 ange- setzt, während die Aussenwand durch ein Mantelrohr 14 verlängert ist, so dass sich im Ringspalt zwischen dem Rohr 11 und dem Mantelrohr 14 ein über einen Anschluss 15 mit Verbrennungsluft versorgbarer Strömungskanal ergibt, der auf der Stirnseite des Mantels 13 des Brennkammerab- schnittes 5 mit gegen den Brennkammerabschnitt 6 gerichteten Austrittsdüsen 16 versehen ist. 



   Aufgrund einer Injektorwirkung wird ein Teil der aus dem Brennkammerabschnitt 6 austreten- den und an der Prallwand 3 des Strahlrohres 2 umgelenkten, im Ringspalt zwischen dem Strahl- rohrmantel und dem Brennkammerabschnitt 6 rückströmenden Abgase wieder in den Brennkam- merabschnitt 6 geleitet, was eine entsprechende Verringerung der Verbrennungstemperatur im Bereich des Brennkammerabschnittes 6 zur Folge hat. Der zwischen dem Strahlrohrmantel und dem Brennkammerabschnitt 5 weiterströmende Abgasanteil gelangt ausserhalb des Ofengehäuses 1 zu einer an das Strahlrohr 2 angeschlossenen Abgasleitung 17, in die eine Zuleitung 18 für Luftsauerstoff mündet.

   In Strömungsrichtung hinter der Zuleitung 18 ist in die Abgasleitung 17 ein Katalysator 19 eingeschaltet, in dem die Anteile des Abgases an Kohlenmonoxid und an Kohlen- wasserstoffen mit Hilfe des Luftsauerstoffs zu Kohlendioxid und zu Wasser oxidiert werden. 



   Da die Verbrennung des über die Brennstoffleitung 8 zugeführten gasförmigen Brennstoffs im Brennkammerabschnitt 5 stark unterstöchiometrisch abläuft, und zwar mit einem Luftverhältnis   A   kleiner 0,8, entstehen trotz hoher Verbrennungstemperaturen, die je nach den Vorwärmbedingun- gen der Verbrennungsluft im Bereich von 1800 C liegen können, kaum Stickoxide. Die Nach- verbrennung im Brennkammerabschnitt 6 erfolgt zwar ebenfalls mit Luftmangel, jedoch nahe dem stöchiometrischen Luftverhältnis   von}.   grösser gleich 0,95, doch kann auch während der Nach- verbrennung das Entstehen von Stickoxiden weitgehend unterdrückt werden, weil die Verbren- nungstemperatur durch das Zumischen von kühleren Abgasen unter 1300 C gehalten wird.

   Um die Wärmeübertragung durch den Mantel 20 des Brennkammerabschnittes 6 zu verbessern, können die am Mantel 20 vorgesehenen Abstandhalter 21 als Wärmeleitrippen ausgebildet sein. In ähnli- cher Weise kann mit Hilfe von Wärmeleitrippen 22 die Vorwärmung der Verbrennungsluft in den Verbrennungsluftzuführungen 10 und 12 verbessert werden. Das Mantellrohr 14 bildet zusammen mit dem Rohr 11einen Rekuperator zur Vorwärmung der durch das Mantelrohr 14 und durch das Rohr 11strömenden Verbrennungsluft für die Brennkammerabschnitte 5 und 6. 

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   PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Erwärmen eines Behandlungsofens für Glühgut mit einem in eine Brenn- kammer mündenden Brenner und mit einem die Brennkammer mit radialem Abstand um- schliessenden, stirnseitig verschlossenen Strahlrohr, wobei der Gehalt der Abgase des un- ter Luftmangel verbrannten, gasförmigen Brennstoffes an Kohlenwasserstoffen und Koh- lenmonoxid nach einem Rückströmen zwischen der Brennkammer und dem Strahlrohr un- ter Zufuhr von Luftsauerstoff in einem abgasseitigen Katalysator verringert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Brennstoff in zwei aufeinanderfolgenden Stufen zu- nächst mit einem LuftverhältnisA kleiner 0,8 bei einer Temperatur über 1600 C und an- schliessend mit einem Luftverhältnis   A   kleiner als 1, aber grösser als 0,95 unter Zumischung von Abgasen bei einer Temperatur unter 1300 C verbrannt wird.

Claims

2. Vorrichtung zum Erwärmen eines Behandlungsofens für Glühgut zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Brennkammer, mit einem in die Brennkammer mün- denden Brenner, mit einem die Brennkammer mit radialem Abstand umschliessenden, stirnseitig geschlossenen Strahlrohr und mit einem Katalysator in der Abgasleitung des Strahlrohres, an die eine Luftleitung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (4) aus zwei in Richtung des Strahlrohres (2) mit gegenseitigem Abstand aufeinanderfolgenden Abschnitten (5,6) mit gesonderter Verbrennungsluftzufuhr (10,12) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (13) des dem Brenner (7) zugeordneten Abschnittes (5) der Brennkammer (4) für die Verbrennungsluft- zufuhr (12) zum nachfolgenden Abschnitt (6) doppelwandig ausgebildet ist und stirnseitige Austrittsdüsen (16) für die Verbrennungsluft aufweist.

HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN