DE10036774A1 - Furnace used for thermally cleaning waste gases produced during the treatment of workpieces has an eddying effect in the region of the combustion chamber so that waste gases produced - Google Patents
Furnace used for thermally cleaning waste gases produced during the treatment of workpieces has an eddying effect in the region of the combustion chamber so that waste gases producedInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Ofen mit einer Prozeßkammer zur thermischen Behandlung eines in die Prozeßkammer eingebrachten Gutes, mit einem in einer Brennkammer angeordneten Brenner und mit einem Heißgaskanal zum Einleiten eines in der Brennkammer verbrannten Gasgemisches in die Prozeßkammer.The invention relates to an oven with a process chamber for thermal treatment of an introduced into the process chamber Good, with a burner and arranged in a combustion chamber with a hot gas channel for introducing one into the combustion chamber burned gas mixture into the process chamber.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur thermischen Reinigung von Abgasen, die bei der thermischen Behandlung eines in eine Prozeßkammer eines Ofens eingebrachten Gutes entstehen. The invention also relates to a method for thermal Purification of exhaust gases that occur during the thermal treatment of a good introduced into a process chamber of a furnace.
Bei der thermischen Behandlung von Werkstücken entstehen häufig Abgase, die umweltbelastende Schadstoffe enthalten und aufgrund der strenger gewordenen gesetzlichen Auflagen nicht mehr ungereinigt ins Freie gelangen dürfen. In Härtereien beispiels weise entstehen beim Anlassen gehärteter, mit einem Ölfilm bedeckter Stahlteile Abgase, die Öldämpfe enthalten, während beim Trocknen in Lackieranlagen lösungsmittelhaltige Abgase anfallen. Aber auch bei anderen thermischen Behandlungsprozes sen, etwa beim Rösten oder beim Ausbrennen von Formkernen in der Gießereitechnik, entstehen umweltbelastende Abgase, die einer Reinigung unterzogen werden müssen.The thermal treatment of workpieces often results Exhaust gases that contain polluting pollutants and due to the stricter legal requirements no longer are allowed to get into the open without being cleaned. In hardening shops, for example wise arise when tempered, with an oil film covered steel parts exhaust gases that contain oil vapors during exhaust gases containing solvents when drying in paint shops attack. But also with other thermal treatment processes such as when roasting or burning out mold cores in of the foundry technology, environmentally harmful exhaust gases arise must be subjected to cleaning.
Bei der Reinigung gelangen sowohl mechanische Verfahren, bei denen die Abgase durch ein Filter geleitet werden, als auch chemische Verfahren zur Anwendung. Bei den chemischen Verfahren hat insbesondere die sogenannte thermische Nachverbrennung Bedeutung erlangt. Hierbei werden die Abgase über eine bestimmte Zeitspanne hinweg auf hoher Temperatur (ca. 800°C) gehalten, und zwar unter dauernder Zufuhr von Sauerstoff. Bei den hohen Temperaturen reagieren die im Abgas enthaltenen Schadstoffe mit dem Sauerstoff, wobei als Reaktionsprodukte im wesentlichen Kohlendioxid und Wasser entstehen. Diese Stoffe können dann bedenkenlos an die Umgebung abgegeben werden.Both mechanical processes are used for cleaning which the exhaust gases are passed through a filter as well chemical processes for use. In the chemical process has in particular the so-called thermal afterburning Gained meaning. Here, the exhaust gases over a certain period of time at high temperature (approx. 800 ° C) kept, with constant supply of oxygen. at the high temperatures react in the exhaust gas Pollutants with the oxygen, being the reaction products in the essential carbon dioxide and water. These substances can then be safely released to the environment.
Ein Ofen und ein Verfahren der eingangs genannten Art sind aus der EP-B1-0 306 695 bekannt. Der dort beschriebene Ofen weist eine Brennkammer auf, der über einen Heißgaskanal mit einer Prozeßkammer zur thermischen Behandlung eines dort eingebrach ten Gutes verbunden ist. Neben dem Heißgaskanal ist außerdem ein Abgaskanal vorgesehen, über den in der Prozeßkammer entstandene Abgase in die Brennkammer eingeleitet werden. Ein in der Brennkammer angeordneter Brenner hält mit seinem Flammimpuls einen Strömungskreislauf in Gang, bei dem Heißgas von der Brennkammer in die Prozeßkammer und die dort entstande nen Abgase zurück in die Brennkammer geleitet werden.A furnace and a method of the type mentioned are out known from EP-B1-0 306 695. The oven described there has a combustion chamber that is connected to a hot gas duct with a Process chamber for thermal treatment of a broken in there ten good things. In addition to the hot gas duct is also an exhaust duct is provided, via which in the process chamber Exhaust gases are introduced into the combustion chamber. On burner arranged in the combustion chamber holds with its Flame pulse starts a flow cycle at which hot gas from the combustion chamber into the process chamber and the one created there exhaust gases are returned to the combustion chamber.
Bei diesem bekannten Ofen findet die thermische Nachverbrennung jedoch nicht ausschließlich in der Brennkammer, sondern zusätzlich auch in einer mit der Brennkammer verbundenen Nachverbrennungskammer statt. Die Nachverbrennungskammer grenzt dabei derart an die Brennkammer an, daß sie von dieser mit beheizt wird, wodurch in der Nachverbrennungskammer die zur thermischen Nachverbrennung erforderlichen Temperaturen ohne zusätzliche Heizmittel erreicht werden. Allerdings ist die zusätzliche Nachverbrennungskammer auch nur deswegen erforder lich, weil die thermische Nachverbrennung in der Brennkammer alleine nur unvollständig abläuft. Nur infolge der zusätzlichen Verweildauer der Abgase in der Nachverbrennungskammer findet eine ausreichende Zersetzung der Abgase statt.Thermal afterburning takes place in this known furnace however not exclusively in the combustion chamber, but additionally also in one connected to the combustion chamber Post combustion chamber instead. The afterburning chamber borders thereby in such a way to the combustion chamber that it with this is heated, which in the afterburning chamber for thermal afterburning required temperatures without additional heating means can be achieved. However, it is additional post-combustion chamber required only for this reason Lich, because the thermal afterburning in the combustion chamber only runs incompletely. Only as a result of the additional Exhaust gases stay in the post-combustion chamber there is sufficient decomposition of the exhaust gases.
Aus der DE-A1-30 31 935 ist ein Ofen zur thermischen Nachver brennung bekannt, bei dem ebenfalls in einer Brennkammer erzeugtes Heißgas über einen Heißgaskanal in eine Prozeßkammer gelangt. Die in der Prozeßkammer entstandenen Abgase werden mit Hilfe eines Saugzuggebläses zurück in die Brennkammer geführt und dort thermisch nachverbrannt. Wenn die Schadstoffkonzentra tion in den Abgasen ein vorgegebenes Maß überschreitet, wird ein Tangentialbrenner zugeschaltet, in dessen Flamme die eingeleiteten Abgase verwirbeln und sich thermisch zersetzen. Nachteilig bei diesem Ofen ist jedoch, daß neben dem Brenner zur Heißgaserzeugung ein zusätzlicher Brenner für die thermi sche Nachverbrennung vorzusehen ist.From DE-A1-30 31 935 is a furnace for thermal post-processing known combustion, also in a combustion chamber generated hot gas via a hot gas channel into a process chamber arrives. The exhaust gases generated in the process chamber become with With the help of an induced draft fan led back into the combustion chamber and burned there thermally. If the pollutant concentration tion in the exhaust gases exceeds a predetermined level a tangential burner switched on, in the flame of which swirl exhaust gases introduced and thermally decompose. A disadvantage of this furnace, however, is that in addition to the burner an additional burner for the thermi Afterburning must be provided.
Aufgabe der Erfindung ist es deswegen, einen Ofen der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die vorstehend beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Notwendigkeit entfallen, für die thermische Nachverbrennung eine Nachverbrennungskammer oder zusätzliche Brenner vorzuse hen. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren anzugeben, bei dem die angesprochenen Nachteile vermieden werden.The object of the invention is therefore, an oven of the beginning mentioned type in such a way that the above described disadvantages can be avoided. In particular, the No need for thermal afterburning a post-combustion chamber or additional burners hen. The object of the invention is also a method specify where the disadvantages mentioned avoided become.
Bei einem Ofen der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch den Brenner eine Sogwirkung in einem Bereich der Brennkammer erzeugbar ist, der sich in Verlängerung der Brennerlängsachse befindet, und daß Abgase, die bei der thermischen Behandlung in der Prozeßkammer entstehen, infolge der Sogwirkung aus der Prozeßkammer in eine Flamme des Brenners gesaugt werden.In a furnace of the type mentioned above, this task solved according to the invention in that a Suction can be generated in a region of the combustion chamber is in extension of the longitudinal axis of the burner, and that Exhaust gases from thermal treatment in the process chamber arise as a result of the suction effect from the process chamber into a Flame of the burner to be sucked.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese
Aufgabe durch die folgenden Schritte gelöst:
In a method of the type mentioned at the outset, this task is solved by the following steps:
- a) Verbrennen eines Gasgemisches in einer Brennkammer unter Verwendung eines darin angeordneten Brenners, durch den eine Sogwirkung in einem Bereich der Brennkammer erzeugt wird, der sich in Verlängerung der Brennerlängsachse befin det;a) Burning a gas mixture in a combustion chamber under Use of a burner arranged therein, through which creates a suction effect in an area of the combustion chamber which is located in the extension of the longitudinal axis of the burner det;
- b) Einleiten des verbrannten Gasgemisches in die Prozeßkammer über einen Heißgaskanal;b) introducing the burned gas mixture into the process chamber via a hot gas duct;
- c) Ansaugen der Abgase aus der Prozeßkammer in eine Flamme des Brenners infolge der von dem Brenner erzeugten Sogwirkung; c) sucking the exhaust gases from the process chamber into a flame of the Burner due to the suction created by the burner;
- d) zumindest zeitweises Ableiten eines Anteils von in der Brennkammer (14) enthaltenen Gasen über einen Auslaß.d) at least temporarily deriving a portion of gases contained in the combustion chamber ( 14 ) via an outlet.
Es hat sich gezeigt, daß es durch verschiedene, noch näher zu erläuternde Maßnahmen möglich ist, in einem Bereich vor dem Brenner eine Sogwirkung zu erzeugen, durch die Abgase aus der Prozeßkammer unmittelbar in die Flamme des Brenners gesaugt werden. Unter einer Sogwirkung wird in diesem Zusammenhang die Wirkung verstanden, die ein Unterdruck im Vergleich zu dem in der Prozeßkammer herrschenden Druck erzeugt. Die Abgase können dabei beispielsweise über eine Öffnung in einer die Prozeßkam mer von der Brennkammer trennenden Wand, ebenso aber auch über beliebig ausgebildete Kanäle oder Rohrleitungen von der Prozeßkammer in den angesprochenen Bereich gesaugt werden. Es ist dabei lediglich sicherzustellen, daß die entsprechende brennkammerseitige Öffnung oder Mündung in oder genügend nah an dem Bereich angeordnet ist, von dem die Sogwirkung ausgeht.It has been shown that through various, even closer to explanatory measures is possible in an area before Burner to create a suction effect by the exhaust gases from the Process chamber sucked directly into the flame of the burner become. In this context, the Understood effect that a negative pressure compared to that in pressure prevailing in the process chamber. The exhaust gases can the process came, for example, through an opening in one wall separating the combustion chamber, but also above arbitrarily designed channels or pipes from the Process chamber are sucked into the area mentioned. It it is only necessary to ensure that the corresponding combustion chamber opening or mouth in or close enough the area from which the suction effect originates.
Aufgrund der Sogwirkung entfällt, zumindest für räumlich eng benachbarte Brenn- und Prozeßkammern, die Notwendigkeit, die in der Prozeßkammer entstandenen Abgase mit Hilfe eines Gebläses zurück in die Brennkammer zu führen. Vor allem jedoch wird durch die zentrale Einspeisung der Abgase unmittelbar vor der brennkammerseitigen Stirnseite des Brenners erreicht, daß die angesaugten Abgase vollständig in die vom Brenner erzeugte Flamme gelangen und aufgrund der dort herrschenden, sehr hohen Temperaturen in kurzer Zeit annähernd vollständig zersetzt werden. Auf eine Nachverbrennungskammer kann deswegen, sofern keine besonderen Umstände vorliegen wie etwa ungewöhnlich strenge gesetzliche Abgasauflagen, in der Regel verzichtet werden. Due to the suction effect, at least for spatially narrow neighboring combustion and process chambers, the need that in the process chamber exhaust gases with the aid of a blower lead back into the combustion chamber. Most of all, however through the central feed of the exhaust gases immediately before the front end of the burner reaches the combustion chamber sucked exhaust gases completely into those generated by the burner Flame and due to the very high prevailing there Temperatures almost completely decomposed in a short time become. A post-combustion chamber can therefore, provided that there are no special circumstances, such as unusual strict legal exhaust gas regulations, usually waived become.
Vorteilhaft ist außerdem, daß bei dem erfindungsgemäßen Ofen die thermische Nachverbrennung nicht erst nach einer Vorwärm zeit, sondern bereits bei Aufnahme des Betriebs stattfindet. Dies hängt damit zusammen, daß die Abgase unmittelbar in der Flamme und nicht in einer erst noch zu erwärmenden Kammer zersetzt werden, wie dies etwa bei dem Ofen der Fall ist, der aus der eingangs genannten EP-B1-0 306 695 bekannt ist.It is also advantageous that in the furnace according to the invention thermal afterburning not only after preheating time, but already at the start of operations. This is due to the fact that the exhaust gases are directly in the Flame and not in a chamber to be heated decomposed, as is the case with the furnace, for example is known from the aforementioned EP-B1-0 306 695.
Die meisten Arten von Brennern haben eine rotationssymmetri sche, z. B. zylindrische, Grundform, so daß die Brennerlängsach se mit der Symmetrieachse des Brenners zusammenfällt. Meist erfolgt auch die Gaszufuhr in dieser Richtung. Davon zu unterscheiden ist die Richtung, in der die zu verbrennenden Gas aus der Brennermündung ausströmen. Diese Richtung kann zur Brennerlängsachse geneigt oder sogar senkrecht dazu sein, wie dies beispielsweise bei einigen Drallbrennern der Fall ist. Bei Brennern, deren Grundform nicht oder nur annähernd rotations symmetrisch ist, wird als Brennerlängsachse eine Achse definiert, die durch den Brenner hindurchgeht und die senkrecht zu einer Brennkammerwand steht, in die der Brenner eingebaut ist.Most types of burners have a rotational symmetry cal, e.g. B. cylindrical, basic shape, so that the Brennerlängsach se coincides with the axis of symmetry of the burner. Most of time the gas is also supplied in this direction. Of that too distinguish is the direction in which the gas to be burned flow out of the burner mouth. This direction can lead to Burner longitudinal axis inclined or even perpendicular to it, such as this is the case for example with some swirl burners. at Burners whose basic shape is not or only approximately rotating is symmetrical, the axis is the burner longitudinal axis defined that passes through the burner and that is vertical to a combustion chamber wall in which the burner is installed is.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es besonders bevor zugt, wenn der Brenner so ausgeführt ist, daß eine durch den Brenner erzeugte Flamme sich im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Brennerlängsachse ausbreitet.In one embodiment of the invention, it is particularly imminent moves if the burner is designed so that one by the Burner generated flame essentially in one plane spreads perpendicular to the longitudinal axis of the burner.
Dies hat den Vorteil, daß derart ausgeführte Brenner selbstän dig eine Sogwirkung in einem Bereich der Brennkammer erzeugen, der sich in Verlängerung der Brennerlängsachse befindet. Durch das annähernd radiale Ausbreiten der Flamme entsteht nämlich im Zentrum, d. h. in dem Bereich in Verlängerung der Brennerlängs achse, ein Unterdruck, da die sich in der Ebene ausbreitende Flamme von dort Gase mitreißt.This has the advantage that burners designed in this way are self-sufficient dig create a suction effect in an area of the combustion chamber, which is in the extension of the longitudinal axis of the burner. By the almost radial spreading of the flame occurs in the Center, d. H. in the area extending the Brenner Pass axis, a negative pressure, because the spreading in the plane Flame carries gases away from there.
Bei einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist der Brenner als Drallbrenner ausgeführt.In a further development of this embodiment, the burner designed as a swirl burner.
Dies hat den Vorteil, daß durch die Verdrallungen der aus dem Brenner strömenden Gase eine besonders gute Durchmischung der eingesaugten Abgase mit der Flamme und eine gleichmäßige Flammausbreitung innerhalb des Brennraumes gewährleistet wird.This has the advantage that the twists from the Gases flowing through the burner provide particularly good mixing of the sucked in exhaust gases with the flame and a uniform Flame spread is guaranteed within the combustion chamber.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind in der Brennkammer Ablenkmittel angeordnet, mit denen eine Flammaus breitung in eine zur Brennerlängsachse im wesentlichen senkrechte Ebene erzwungen wird.In another embodiment of the invention are in the Combustion chamber deflection means arranged with which a flame out spread in a direction to the burner longitudinal axis essentially vertical plane is forced.
Dies hat den Vorteil, daß die Sogwirkung aufgrund des sich bei der Ablenkung der Flamme einstellenden Coanda-Effekts zusätz lich erhöht wird. Dadurch lassen sich auch Brenner einsetzen, deren bauartbedingte Sogwirkung alleine nicht für ein wirkungs volles Ansaugen der Abgase aus der Prozeßkammer ausreichen würde.This has the advantage that the suction effect due to the the deflection of the flame-setting Coanda effect Lich is increased. This means that burners can also be used their design-related suction effect alone is not effective full suction of the exhaust gases from the process chamber is sufficient would.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist als Ablenkmittel ein Ablenkkörper vorgesehen, der gegenüber der brennkammerseitigen Stirnseite des Brenners angeordnet ist.In an advantageous development of this embodiment as a deflecting means, a deflector is provided, which is opposite the combustion chamber end face of the burner is arranged.
Dies hat den Vorteil, daß mit Hilfe des Ablenkkörpers bei praktisch allen Arten von Drall- oder Flachflammbrennern eine Flammausbreitung erzwungen wird, die zur Erzeugung der gewünschten Sogwirkung führt.This has the advantage that with the help of the deflector practically all types of swirl or flat flame burners Flame spread is forced to produce the desired suction effect leads.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der Ablenkkörper einen mit der Prozeßkammer verbundenen Abgaskanal aufweist, dessen brennkam merseitige Mündung innerhalb des Bereichs angeordnet ist, in dem die Sogwirkung erzeugbar ist.It is preferred if the deflector has one with the Process chamber connected exhaust duct, the combustible mers mouth is located within the area in which the suction effect can be generated.
Dies hat den Vorteil, daß auf zusätzliche Rohrleitungen o. ä. verzichtet werden kann, um die Abgase aus der Prozeßkammer in den Bereich zu führen, in dem die Sogwirkung erzeugt wird.This has the advantage that additional pipes or the like. can be dispensed to the exhaust gases from the process chamber in the area where the suction is generated.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn der Ablenkkörper die Trennwand zwischen der Prozeßkammer und der Brennkammer bildet.It is particularly preferred if the deflecting body Partition between the process chamber and the combustion chamber forms.
Dies hat den Vorteil, daß in konstruktiv besonders einfacher Weise die thermische Trennwirkung zwischen der Prozeßkammer und der Brennkammer und die Ablenkung zur Erzeugung der Sogwirkung in einem Bauteil vereint wird.This has the advantage that it is structurally particularly simple Way, the thermal separation effect between the process chamber and the combustion chamber and the deflection to produce the suction effect is united in one component.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausgestaltung weist der Ablenkkörper einen ersten, zur Brennkammer weisenden Abschnitt und einen zweiten, zur Prozeßkammer weisenden Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt eine höhere Tempera turbeständigkeit als der zweite Abschnitt aufweist.In an advantageous further development of this embodiment the deflecting body has a first, facing the combustion chamber Section and a second, facing the process chamber Section on, the first section being a higher tempera resistance to turbidity than the second section.
Ein solcher Aufbau des Ablenkkörpers aus Teilen mit unter schiedlichen Materialeigenschaften erlaubt eine optimale Anpassung an die Funktionen, die der Ablenkkörper zum einen als Trennwand, zum anderen als Ablenkmittel für die vom Brenner erzeugte Flamme hat. Während nämlich der brennkammerseitige Abschnitt des Ablenkkörpers aufgrund der in der Brennkammer herrschenden sehr hohen Temperaturen aus einem besonders temperaturbeständigen Material gefertigt sein sollte, kann für den prozeßkammerseitigen Abschnitt des Ablenkkörpers ein Material mit geringerer Temperaturbeständigkeit, dafür aber besseren thermischen Isolationseigenschaften gewählt werden. Durch eine gute thermische Isolierung läßt sich eine zu starke Wärmekopplung zwischen der Brennkammer und der Prozeßkammer vermeiden, wodurch die Temperatur in der Prozeßkammer leichter steuerbar wird.Such a structure of the deflector from parts with below Different material properties allow an optimal Adaptation to the functions of the deflector as one Partition, on the other hand as a deflecting agent for those from the burner generated flame. While the combustion chamber side Section of the deflector due to the in the combustion chamber prevailing very high temperatures from a particular temperature resistant material should be made for the process chamber side portion of the deflector Material with lower temperature resistance, however better thermal insulation properties can be selected. Good thermal insulation makes it too strong Heat coupling between the combustion chamber and the process chamber avoid making the temperature in the process chamber easier becomes controllable.
Der Heißgaskanal kann durch eine eigens zu diesem Zweck vorgesehene Rohrverbindung zwischen der Brennkammer und der Prozeßkammer ausgeführt sein. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird jedoch der Heißgaskanal durch einen Spalt gebildet, der zwischen dem Ablenkkörper und einer Innenaus kleidung eines die Prozeßkammer und die Brennkammer aufnehmen den Gehäuses verbleibt.The hot gas duct can be used for this purpose provided pipe connection between the combustion chamber and the Process chamber to be executed. In a particularly preferred However, the hot gas duct is developed through a gap formed between the deflector and an interior clothing one of the process chamber and the combustion chamber the housing remains.
Dies hat den Vorteil, daß ein erfindungsgemäßer Ofen im wesentlichen nur aus einem Gehäuse und einem darin befestigten Ablenkkörper bestehen kann, der das Gehäuseinnere in die Brennkammer und die Prozeßkammer unterteilt. Der zumindest teilweise verbleibende Spalt zwischen dem Ablenkkörper und der Innenauskleidung des Gehäuses bildet dann den Heißgaskanal des Ofens.This has the advantage that an oven according to the invention in essentially only from a housing and one fastened in it Deflector can consist of the inside of the housing Combustion chamber and the process chamber divided. At least partially remaining gap between the deflector and the Inner lining of the housing then forms the hot gas duct of the Oven.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung geht von der Brennkammer ein Auslaß ab, der mit einem Wärmetauscher zur Vorwärmung der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft verbunden ist. Dadurch werden die heißen Verbrennungsprodukte, die bei der thermischen Nachverbrennung in der Brennkammer entstehen, in wirkungsvoller Weise dazu verwendet, die dem Brenner zugeführte Verbrennungsluft vorzuwärmen. Der Energiebe darf des Ofens läßt sich auf diese Weise erheblich reduzieren.In another embodiment of the invention, the Combustion chamber an outlet from which with a heat exchanger Preheating the combustion air supplied to the burner connected is. So the hot combustion products, the thermal afterburning in the combustion chamber emerge, used in an effective manner to help the Preheat the combustion air supplied to the burner. The energy love The furnace can be considerably reduced in this way.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Heißgaskanal durch Absperrmittel zumindest teilweise absperrbar.In a further advantageous embodiment of the invention is the hot gas duct through shut-off means at least partially shut off.
Dies hat den Vorteil, daß die Temperatur in der Prozeßkammer unabhängig von der Brennerleistung innerhalb kurzer Zeit reduziert werden kann.This has the advantage that the temperature in the process chamber regardless of the burner output within a short time can be reduced.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist zur Regelung der Absperrmittel eine Regeleinrichtung vorgese hen, der von einem in der Prozeßkammer angeordneten Temperatur fühler Temperaturdaten zuführbar sind. Dadurch läßt sich die Einhaltung eines Temperatursollwertes oder einer Temperatur sollwertkurve in der Prozeßkammer ohne menschliches Eingreifen realisieren.In a preferred development of this embodiment A control device provided for regulating the shut-off means hen, of a temperature arranged in the process chamber temperature data can be fed. This allows the Compliance with a temperature setpoint or a temperature setpoint curve in the process chamber without human intervention realize.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigtAn embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail in the following description explained. It shows
Fig. 1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Ofen in vereinfachter Darstellung; Figure 1 in a longitudinal section an oven according to the invention in a simplified representation.
Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten Brenner in einer vergrößer ten geschnittenen Darstellung; Fig. 2 shows the burner shown in Figure 1 in an enlarged section;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie II-II durch den in Fig. 2 gezeigten Brenner; und FIG. 3 shows a section along the line II-II through the burner shown in FIG. 2; and
Fig. 4 eine stark vereinfachte perspektivische Darstellung eines weiteren Brenners, der zur Verwendung im Ofen aus Fig. 1 geeignet ist. Fig. 4 is a greatly simplified perspective view of another burner which is suitable for use in the furnace of Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäß ausgeführter Ofen insgesamt mit 10 bezeichnet. Der dargestellte Ofen 10 ist zum Anlassen von Stahlteilen vorgesehen und ist Bestandteil einer Härte reianlage, die u. a. mehrere hintereinander angeordnete Öfen, Abschreckbecken und Fördereinrichtungen aufweist. Das thermisch zu behandelnde Gut, in Fig. 1 durch die Rechtecke 18 angedeu tet, ist aufgrund eines vorhergehenden Abschreckvorgangs mit einem Ölfilm bedeckt, der im Ofen 10 in einem als Anlassen bezeichneten Vorgang verdampft und dadurch entfernt werden soll.In Fig. 1, an oven designed according to the invention is designated by 10 in total. The furnace 10 shown is intended for tempering steel parts and is part of a hardness reianlage, which has, inter alia, several ovens, quenching basins and conveyors arranged one behind the other. The material to be thermally treated, indicated by the rectangles 18 in FIG. 1, is covered due to a previous quenching process with an oil film which is evaporated in the furnace 10 in a process called tempering and is to be removed thereby.
Zu diesem Zweck wird in der Art eines Durchlaufverfahrens das Gut 18 auf Rollen 20, die sich in der durch die Pfeile 22 angedeuteten Richtung drehen, in Richtung des Pfeiles 24 durch eine Prozeßkammer 12 des Ofens 10 geführt. Über der Prozeßkam mer 12 befindet sich eine Brennkammer 14, die über zwei Heißgaskanäle 16, 17 mit der Prozeßkammer 12 verbunden ist.For this purpose, in the manner of a continuous process, the material 18 is guided through a process chamber 12 of the furnace 10 on rollers 20 , which rotate in the direction indicated by the arrows 22 , in the direction of the arrow 24 . About the Prozesskam mer 12 is a combustion chamber 14 which is connected to the process chamber 12 via two hot gas channels 16 , 17 .
In der Brennkammer 14 ist ein Brenner 26 angeordnet, dessen Längsachse 28 senkrecht zur Wandung der Brennkammer 14 ausgerichtet ist. Über eine Gaszuleitung 30 ist dem Brenner 26 ein zu verbrennendes Verbrennungsgas zuführbar. Der Brenner 26 ist außerdem an eine Luftzuleitung 32 angeschlossen, die über einen Wärmetauscher 34 geführt ist, so daß die dem Brenner 26 zugeführte Luft vorwärmbar ist.A burner 26 is arranged in the combustion chamber 14 , the longitudinal axis 28 of which is oriented perpendicular to the wall of the combustion chamber 14 . A combustion gas to be burned can be fed to the burner 26 via a gas feed line 30 . The burner 26 is also connected to an air supply line 32 which is guided via a heat exchanger 34 , so that the air supplied to the burner 26 can be preheated.
Die Prozeßkammer 12 und die Brennkammer 14 werden durch ein geeignet ausgekleidetes Gehäuse 35 des Ofens 10 gebildet, das durch einen rechteckigen, im Inneren des Gehäuses 35 angeordne ten Ablenkkörper 36 in die beiden Kammern unterteilt wird. Der prozeßkammerseitige Teil 38 des Ablenkkörpers 36 besteht aus einem thermisch isolierenden Material, während der brennkammer seitige Teil 40 aus einem hochtemperaturbeständigen Material gefertigt ist. Der Ablenkkörper 36 ist in seiner Mitte mit einer zentralen Durchgangsbohrung versehen, die einen Abgaska nal 42 für in der Prozeßkammer 12 entstandene Abgase bildet. Die brennkammerseitige Mündung 44 des Abgaskanals grenzt an einen Sogbereich 45 an, der sich in Verlängerung der Brenner längsachse 28 in der Brennkammer 14 befindet.The process chamber 12 and the combustion chamber 14 are formed by a suitably lined housing 35 of the furnace 10 , which is divided into two chambers by a rectangular deflector 36 arranged inside the housing 35 . The process chamber-side part 38 of the deflector 36 consists of a thermally insulating material, while the combustion chamber-side part 40 is made of a high-temperature resistant material. The deflector 36 is provided in its center with a central through hole which forms an Abgaska channel 42 for exhaust gases formed in the process chamber 12 . The combustion chamber-side mouth 44 of the exhaust gas duct adjoins a suction region 45 , which is located in the combustion chamber 14 as an extension of the burner longitudinal axis 28 .
Im dargestellten Ausführungsbeispiel geht der Ablenkkörper 36 in der zum Betrachter weisenden Richtung sowie auf der gegenüber liegenden Seite nahtlos in das Gehäuse 35 über und ist darin verankert. Auf den anderen beiden Seiten verbleiben zwischen dem Ablenkkörper 36 und der Innenauskleidung des Gehäuses 35 Spalte, die die beiden Heißgaskanäle 16, 17 bilden. Die beiden Heißgaskanäle 16, 17 sind durch Stellklappen 46, 48 stufenlos absperrbar, wodurch sich die Temperatur in der Prozeßkammer 12 verändern läßt. Die Stellklappen 46, 48 sind zu diesem Zweck mit einer Regeleinrichtung 50 verbunden, die ihrerseits von einem in der Prozeßkammer 12 angeordneten Temperaturfühler 52 Temperaturdaten erhält. Die Übermittlung der Temperaturdaten zwischen dem Temperaturfühler 52 und der Regeleinrichtung 50 kann leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen.In the exemplary embodiment shown, the deflection body 36 merges seamlessly into the housing 35 in the direction facing the viewer and on the opposite side and is anchored therein. On the other two sides, gaps remain between the deflection body 36 and the inner lining of the housing 35 , which gaps form the two hot gas channels 16 , 17 . The two hot gas channels 16 , 17 can be shut off continuously by means of flaps 46 , 48 , as a result of which the temperature in the process chamber 12 can be changed. For this purpose, the control flaps 46 , 48 are connected to a control device 50 , which in turn receives temperature data from a temperature sensor 52 arranged in the process chamber 12 . The temperature data can be transmitted between the temperature sensor 52 and the control device 50 in a wired or wireless manner.
Die Brennkammer 14 ist außerdem mit einem Auslaß 54 versehen, der über den Wärmetauscher 34 mit einem Kamin 56 verbunden ist.The combustion chamber 14 is also provided with an outlet 54 which is connected to a chimney 56 via the heat exchanger 34 .
Im folgenden wird nun die Funktion des erfindungsgemäßen Ofens 10 erläutert.The function of the furnace 10 according to the invention will now be explained in the following.
Der Brenner 26 erzeugt eine Flamme, die sich nicht in der Längsrichtung 28 des Brenners 26, sondern schräg oder sogar senkrecht dazu ausbreitet. Bei dem Brenner 26, der weiter unten unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben wird, handelt es sich um einen herkömmlichen Drallbrenner, wie er bspw. aus der DD-A1-268 046 oder DD-A1-210 412 bekannt ist. Die vom Brenner 26 erzeugte Flamme wird vom Ablenkkörper 36 so seitwärts abgelenkt, daß sie sich im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Brennerlängsachse 28 ausbreitet. Das erzeugte Heißgas strömt dann aufgrund des von der Flamme erzeugten Impulses in der durch die Pfeile 60 angedeuteten Richtung in die Prozeßkammer 12.The burner 26 generates a flame which does not propagate in the longitudinal direction 28 of the burner 26 , but rather at an angle or even perpendicular to it. The burner 26 , which is described below with reference to FIGS. 2 and 3, is a conventional swirl burner, as is known, for example, from DD-A1-268 046 or DD-A1-210 412. The flame generated by the burner 26 is deflected sideways by the deflecting body 36 such that it spreads essentially in a plane perpendicular to the longitudinal axis 28 of the burner. The hot gas generated then flows into the process chamber 12 in the direction indicated by the arrows 60 due to the pulse generated by the flame.
Da sich die Flamme nicht in Richtung der Brennerlängsachse 28, sondern annähernd senkrecht dazu ausbreitet, entsteht unmittel bar vor dem Brenner 26 in Verlängerung der Brennerlängsachse 28 ein Sogbereich 45, in dem der Druck aufgrund des von der Flamme mitgerissenen Gases erniedrigt ist. Der durch diesen Sogbereich 45 ausgehende Sog bewirkt, daß nunmehr Abgase aus der Prozeß kammer 12 (siehe Pfeile 62) durch den Abgaskanal 42 hindurch in den Sogbereich 45 hineingesaugt werden und von dort von der vom Brenner erzeugten Flamme mitgerissen werden. Da die in Fig. 1 gezeigte Anordnung im Bereich des Brenners annähernd radialsym metrisch ist, werden die angesaugten Abgase gleichmäßig in dem von der Flamme erfüllten Brennerraum verteilt. Damit ist außerdem sichergestellt, daß kein Abgas an der Flamme vorbei und somit nur teilweise nachverbrannt zum Auslaß 54 und schließlich über den Kamin 56 in die Umgebung gelangt.Since the flame does not spread in the direction of the burner longitudinal axis 28, but approximately perpendicular thereto, is formed immediacy bar upstream of the burner 26 in extension of the longitudinal axis of the burner 28, a suction area 45 in which the pressure due to the entrained gas from the flame is lowered. The outgoing suction through this suction area 45 causes exhaust gases from the process chamber 12 (see arrows 62 ) to be sucked in through the exhaust duct 42 into the suction area 45 and from there are entrained by the flame generated by the burner. Since the arrangement shown in FIG. 1 is approximately radially symmetrical in the area of the burner, the sucked-in exhaust gases are distributed uniformly in the burner chamber filled by the flame. This also ensures that no exhaust gas passes the flame and thus only partially burned to the outlet 54 and finally reaches the surroundings via the chimney 56 .
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Tempera tur in der Prozeßkammer 12 etwa 650°C und in der Brennkammer 14 etwa 1000°C. Zur Regelung der Temperatur in der Prozeßkam mer 12 werden die Stellklappen 46, 48 verwendet, mit denen sich die beiden Heißgaskanäle 16, 17 ganz oder teilweise abgesperren lassen. Die zur Einstellung einer Solltemperatur erforderliche Stellung der Stellklappen 46, 48 wird von der Regeleinrichtung 50 unter Verwendung der vom Temperaturfühler 52 zugeführten Temperaturdaten bestimmt.In the illustrated embodiment, the temperature in the process chamber 12 is about 650 ° C and in the combustion chamber 14 about 1000 ° C. To regulate the temperature in the Prozesskam mer 12 , the flaps 46 , 48 are used, with which the two hot gas channels 16 , 17 can be shut off completely or partially. The position of the control flaps 46 , 48 required for setting a target temperature is determined by the control device 50 using the temperature data supplied by the temperature sensor 52 .
Die thermisch nachverbrannten Abgase gelangen teilweise, nachdem sie in der Brennkammer 14 erneut erwärmt wurden, über die Heißgaskanäle 16, 17 erneut in die Prozeßkammer 12 des Ofens 10. Teilweise entweichen sie auch über den Auslaß 54 und geben einen Teil ihrer Wärme an den Wärmetauscher 34 ab, wodurch diese Wärmemenge dem Prozeß weiter zur Verfügung steht.The thermally post-combusted exhaust gases, after having been reheated in the combustion chamber 14 , reach the process chamber 12 of the furnace 10 again via the hot gas channels 16 , 17 . In part, they also escape through the outlet 54 and give off part of their heat to the heat exchanger 34 , as a result of which this amount of heat is still available to the process.
In den Fig. 2 und 3 ist der Brenner 26 in einem Längsschnitt bzw. einem Schnitt entlang der Linie II-II gezeigt. Bei dem Brenner 26 handelt es sich um einen Drallbrenner, der eine verdrallte, sich flach von der Brenneröffnung 68 ausbreitende Flamme erzeugt. Drallbrenner werden daher gelegentlich auch als Flachflammbrenner bezeichnet. In FIGS. 2 and 3 of the burner is shown in a longitudinal section and a section along the line II-II 26th The burner 26 is a swirl burner that generates a swirled flame that spreads out flat from the burner opening 68 . Swirl burners are therefore sometimes referred to as flat flame burners.
Der Brenner 26 weist ein Außenrohr 70 und ein koaxial darin aufgenommenes doppelwandiges Innenrohr 72 auf. Die Außenwand des Innenrohres 72 ist mit einem Stutzen 74 versehen, über den Gas in den von den Wänden des Innenrohrs 72 gebildeten Zwischenraum 76 eingeführbar ist. Der Zwischenraum 76 ist zur Brenneröffnung 68 hin von einem Gasdrallring 78 verschlossen, der rundum mit Durchgangsbohrungen 80 versehen ist. Durch die Durchgangsbohrungen 80 kann Gas vom Zwischenraum 76 in einen sich unterhalb des Gasdrallrings 78 befindenden Mischraum 81 austreten.The burner 26 has an outer tube 70 and a double-walled inner tube 72 received coaxially therein. The outer wall of the inner tube 72 is provided with a nozzle 74 , through which gas can be introduced into the space 76 formed by the walls of the inner tube 72 . The space 76 is closed towards the burner opening 68 by a gas swirl ring 78 which is provided with through bores 80 all around. Through the through bores 80 , gas can escape from the intermediate space 76 into a mixing space 81 located below the gas swirl ring 78 .
Ein am Außenrohr 70 ausgebildeter Stutzen 82 dient zur Zufuhr von Verbrennungsluft in einen zwischen dem Außenrohr 70 und dem Innenrohr 72 gebildeten Zwischenraum 84. Am unteren Ende des Zwischenraums 84 sind Leitbleche 85 zwischen dem Außenrohr 70 und dem Innenrohr 72 befestigt, die, wie in Fig. 3 gut erkennbar ist, geneigt zur Brennerlängsachse 28 angeordnet sind. Die über den Stutzen 82 zugeführte Verbrennungsluft erhält dadurch beim Eintritt in den Mischraum 81 einen Drall und reißt das aus den Durchgangsbohrungen 80 austretende Gas derart mit, daß sich eine in Richtung der Pfeile 86 strömende Flamme ausbildet. Die Flamme legt sich dabei flach an einen Brennerstein 88 an, der sich vor der Brenneröffnung 68 trichterartig aufweitet. Als Folge davon bildet sich vor dem Brenner 26 in Verlängerung der Brennerlängsachse 28 der bereits erwähnte Sogbereich 45 aus. Um den Drall der Flamme zu ver stärken, können die Durchgangsbohrungen 80 im Gasdrallring 78 ebenfalls in entsprechender Weise geneigt zur Brennerlängsachse 28 ausgeführt sein. A nozzle 82 formed on the outer tube 70 serves for supplying combustion air into an intermediate space 84 formed between the outer tube 70 and the inner tube 72 . At the lower end of the intermediate space 84 , baffles 85 are fastened between the outer tube 70 and the inner tube 72 , which, as can be clearly seen in FIG. 3, are arranged inclined to the longitudinal axis 28 of the burner. The combustion air supplied via the connecting piece 82 thereby receives a swirl when entering the mixing chamber 81 and entrains the gas emerging from the through bores 80 in such a way that a flame flowing in the direction of the arrows 86 is formed. The flame lies flat against a burner block 88 , which widens like a funnel in front of the burner opening 68 . As a result, the burner longitudinal axis 28 of the above-mentioned suction area 45 forms ahead of the torch 26 in extension from. In order to strengthen the swirl of the flame, the through bores 80 in the gas swirl ring 78 can also be designed to be inclined in a corresponding manner to the longitudinal axis 28 of the burner.
In Fig. 4 ist in stark vereinfachter perspektivischer Darstel lung ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Brenner dargestellt, der neben üblichen Drall- oder Flachflammbrennern für den erfindungsgemäßen Ofen geeignet ist. Die Längsachse 128 des Brenners 126 ist durch die Richtung der Gaszuleitung 130 und der Luftzuleitung 132 vorgegeben. Am unteren Ende der beiden Zuleitungen 130, 132 befindet sich eine Mischkammer 90, in der das zu verbrennende Gas mit der Luft vermischt wird. Von der Mischkammer 90 gehen mehrere Arme 92 in radialer Richtung, d. h. senkrecht zur Brennerlängsachse, ab. Am Ende der Arme 92 sind Düsen 94 vorgesehen, aus denen das Gas/Luft-Gemisch in der durch die Pfeile 96 angedeuteten Richtung ausströmt. Auf diese Weise erzeugt der Brenner 126 eine Flamme, die sich in der durch die Arme 92 festgelegten Ebene ausbreitet.In Fig. 4, an alternative embodiment for a burner is shown in a greatly simplified perspective presen- tation, which is suitable for the furnace according to the invention in addition to conventional swirl or flat flame burners. The longitudinal axis 128 of the burner 126 is predetermined by the direction of the gas feed line 130 and the air feed line 132 . At the lower end of the two feed lines 130 , 132 there is a mixing chamber 90 in which the gas to be burned is mixed with the air. Several arms 92 extend from the mixing chamber 90 in the radial direction, ie perpendicular to the longitudinal axis of the burner. At the end of the arms 92 , nozzles 94 are provided, from which the gas / air mixture flows out in the direction indicated by the arrows 96 . In this way, the burner 126 creates a flame that spreads in the plane defined by the arms 92 .
Das an den Düsen 94 ausströmende Gas/Luft-Gemisch reißt das Gas in der Nähe der Düsen 94 mit, so daß sich, wenn der obere Teil des Brenners 26 wie in Fig. 1 dargestellt in ein Gehäuse 35 des Ofens 10 eingesetzt ist, auf der Unterseite des Brenners 126 ein Sogbereich 145 bildet.The gas / air mixture flowing out at the nozzles 94 entrains the gas in the vicinity of the nozzles 94 , so that when the upper part of the burner 26 is inserted into a housing 35 of the furnace 10 as shown in FIG. 1 a suction area 145 forms the underside of the burner 126 .
Zur Erzeugung einer Drallwirkung können die Arme 92 eine zusätzliche Krümmung aufweisen, so daß die aus den Düsen 94 nach außen tretende Gasströmung eine zusätzliche Tangentialkom ponente erhält.To produce a swirl effect, the arms 92 can have an additional curvature, so that the gas flow emerging from the nozzles 94 receives an additional Tangentialkom component.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Brenner 126 ist ein zusätzli cher Ablenkkörper 36 grundsätzlich nicht erforderlich, da der sich unterhalb des Brenners 126 bildende Sogbereich 145 in der Regel so ausgeprägt ist, daß die in der Prozeßkammer 12 entstehenden Abgase abgesaugt werden können. Falls die Arme 92 des in Fig. 2 dargestellten Brenners jedoch nicht senkrecht, sondern in einem kleineren Winkel als 90° zur Brennerlängsachse angeordnet sind, so bilden sich die Flammen nicht in einer Ebene, sondern entlang eines Kegelmantels aus. In diesen Fällen kann es zweckmäßig sein, zur Verstärkung der Sogwirkung einen Ablenkkörper 36, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, zu verwen den.In the burner 126 shown in FIG. 4, an additional deflector 36 is fundamentally not necessary, since the suction region 145 forming below the burner 126 is generally so pronounced that the exhaust gases arising in the process chamber 12 can be extracted. However, if the arms 92 of the burner shown in FIG. 2 are not arranged perpendicularly, but at a smaller angle than 90 ° to the longitudinal axis of the burner, the flames do not form in one plane, but along a conical surface. In these cases, it may be appropriate to use a deflector 36 , as shown in FIG. 1, to reinforce the suction effect.
Claims (15)
- a) Verbrennen eines Gasgemisches in einer Brennkammer (14) unter Verwendung eines darin angeordneten Bren ners (26, 126), durch den eine Sogwirkung in einem Be reich (45, 145) der Brennkammer (14) erzeugt wird, der sich in Verlängerung der Brennerlängsachse (28, 128) befindet;
- b) Einleiten (60) des verbrannten Gasgemisches in die Prozeßkammer (12) über einen Heißgaskanal (16, 17);
- c) Ansaugen (62) der Abgase aus der Prozeßkammer (12) in eine Flamme des Brenners (26, 126) infolge der von dem Brenner (26, 126) erzeugten Sogwirkung;
- d) zumindest zeitweises Ableiten eines Anteils von in der Brennkammer (14) enthaltenen Gasen über einen Auslaß (54).
- a) Burning a gas mixture in a combustion chamber ( 14 ) using a burner arranged therein ( 26 , 126 ), through which a suction effect in a loading area ( 45 , 145 ) of the combustion chamber ( 14 ) is generated, which is an extension of the Longitudinal burner axis ( 28 , 128 );
- b) introducing ( 60 ) the burned gas mixture into the process chamber ( 12 ) via a hot gas channel ( 16 , 17 );
- c) sucking ( 62 ) the exhaust gases from the process chamber ( 12 ) into a flame of the burner ( 26 , 126 ) due to the suction effect generated by the burner ( 26 , 126 );
- d) at least temporarily deriving a portion of gases contained in the combustion chamber ( 14 ) via an outlet ( 54 ).
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