DE10046569A1 - Verfahren und Brenner zum Aluminiumschmelzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Brennerkopf, mindestens einer Brenngaszuleitung (1), mindestens einer Zuleitung (3) für ein erstes sauerstoffhaltiges Gas und mindestens einer Zuleitung (5) für ein zweites sauerstoffhaltiges Gas. Der Brennerkopf besitzt Austrittsöffnungen (6, 7, 8) aus der Brenngaszuleitung (1) und den Zuleitungen (3, 5) für die sauerstoffhaltigen Gase, welche so ausgeführt sind, dass das Brenngas, das erste sauerstoffhaltige Gas und das zweite sauerstoffhaltige Gas in im wesentlichen axialer Richtung aus dem Brennerkopf austreten. Die Austrittsöffnungen (8) aller Brenngaszuleitungen (1) befinden sich in Strömungsrichtung der Gase nach den Austrittsöffnungen (6, 7) der ersten und der zweiten Zuleitung (3, 5).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Brennerkopf, mindestens einer Brenngaszuleitung, mindestens einer Zuleitung für ein erstes sauerstoffhaltiges Gas und mindestens einer Zuleitung für ein zweites sauerstoffhaltiges Gas, wobei der Brennerkopf Austrittsöffnungen aus der Brenngaszuleitung und aus den Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase aufweist, welche so ausgeführt sind, dass das Brenngas, das erste sauerstoffhaltige Gas und das zweite sauerstoffhaltige Gas in im wesentlichen axialer Richtung aus dem Brennerkopf austreten. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Beheizen eines Ofens mit einem Brenner.

Bei der Befeuerung von Industrieöfen zum Einschmelzen von Metallen werden häufig Brennstoff-Luft-Brenner eingesetzt. Bei der Verbrennung von Brennstoff mit Luft wirkt der in der Luft als Hauptbestandteil enthaltene Stickstoff im wesentlichen als Ballastgas. Zur Verringerung des Abgasvolumens ist man dazu übergegangen, die Brenner zumindest teilweise mit reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel zu betreiben. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sich aufgrund des niedrigeren Stickstoffgehalts die Flammentemperatur erhöht und der Wärmegehalt im Abgas reduziert, wodurch ein höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht werden kann.

Zum Einschmelzen von Aluminium oder Aluminiumschrott ist es vorteilhaft, in der Einschmelzphase den hohen thermischen Wirkungsgrad von Brennstoff-Sauerstoff- Brennern zu nutzen, während in der anschließenden Warmhaltephase, in der nur eine relativ geringe thermische Leistung erforderlich ist, eine Befeuerung des Ofens mit Brennstoff-Luft-Brennern günstig ist.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, einen zwischen Brennstoff-Luft- und Brennstoff-Sauerstoff-Betrieb umschaltbaren Brenner und ein entsprechendes Verfahren zur Befeuerung eines Ofens zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch einen Brenner der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Austrittsöffnungen aller Brenngaszuleitungen in Strömungsrichtung der Gase nach den Austrittsöffnungen der ersten und der zweiten Zuleitung angeordnet sind.

Der erfindungsgemäße Brenner besitzt mindestens eine Brenngaszuleitung sowie mindestens eine Zuleitung für ein erstes sauerstoffhaltiges Gas und mindestens eine Zuleitung für ein zweites sauerstoffhaltiges Gas. Der Brenner kann zur Verbrennung des Brenngases mit dem ersten sauerstoffhaltigen Gas, mit dem zweiten sauerstoffhaltigen Gas oder auch zur Verbrennung mit beiden sauerstoffhaltigen Gasen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird als eines der sauerstoffhaltigen Gase Luft und als anderes sauerstoffhaltiges Gas sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff eingesetzt.

Erfindungsgemäß ist die Brenngaszuleitung gegenüber den Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase vorgezogen. Mit anderen Worten: in Austrittsrichtung der Gase ist die Austrittsöffnung der Brenngaszuleitung nach den Austrittsöffnungen der sauerstoffhaltigen Gase angeordnet. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass das aus den Austrittsöffnungen austretende sauerstoffhaltige Gas Turbulenzen erfährt und verwirbelt wird, bevor es mit dem Brenngas in Kontakt kommt. Das verwirbelte sauerstoffhaltige Gas vermischt sich dadurch besser mit dem Brenngas. Es wird eine stabile Verbrennung erzielt und ein Abreißen der Flamme verhindert.

Vorzugsweise beträgt der axiale Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Brenngaszuleitung und den Austrittsöffnungen der Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase das 0,5- bis 2fache, bevorzugt das 0,8- bis 1,2fache des Durchmessers der Brenngaszuleitung. Dieser Abstand ist einerseits groß genug, um eine ausreichende Verwirbelung der sauerstoffhaltigen Gase vor dem Kontakt mit dem Brenngas zu erzielen, andererseits nicht so groß, dass die Vermischung der sauerstoffhaltigen Gase mit dem Brenngas negativ beeinflusst wird.

Von Vorteil ist dem Brennerkopf in Strömungsrichtung der Gase eine Kammer nachgeschaltet. Die aus den Austrittsöffnungen austretenden Gase werden zunächst in der Kammer gemischt, bevor die entstehende Flamme beziehungsweise das Gasgemisch den Brenner verlässt.

Bevorzugt ist genau eine Brenngaszuleitung vorgesehen, die besonders bevorzugt zentral angeordnet ist und von den Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase umgeben wird.

Besonders günstig ist es, wenn die Brenngaszuleitung und die Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase durch drei koaxiale Rohre gebildet werden. Vorzugsweise bildet hierbei das zentrale Rohr die Brenngaszuleitung. Die sich zwischen den drei koaxialen Rohren ergebenden ringförmigen Leitungen dienen zur Zuleitung der sauerstoffhaltigen Gase. Das zentrale Rohr ist bei dieser Ausführung länger als die beiden anderen Rohre, so dass die Austrittsöffnung für das Brenngas in Strömungsrichtung nach den kreisringförmigen Austrittsöffnungen für die sauerstoffhaltigen Gase liegt.

Wie erwähnt werden von Vorteil reiner Sauerstoff und Luft als Oxidationsmittel eingesetzt. Bei einer Brennerausführung mit drei koaxialen Rohren als Zuleitungen wird vorzugsweise das innerste Rohr mit einer Brenngasquelle, die innere der ringförmigen Zuleitungen mit Mitteln zur Versorgung mit reinem Sauerstoff und die äußere der ringförmigen Zuleitungen mit Mitteln zur Versorgung mit Luft verbunden. Dadurch dass die Brenngaszuleitung erfindungsgemäß übersteht, wird trotz des relativ großen radialen Abstandes zwischen den Austrittsöffnungen für die Luft und der Austrittsöffnung für das Brenngas im Brenngas-Luft-Betrieb eine gute Vermischung zwischen dem Brenngas und der Luft erzielt.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Beheizen eines Ofens mit einem Brenner, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Brenner erfindungsgemäß zwischen Brenngas-Sauerstoff-Betrieb und Brenngas-Luft-Betrieb umgeschaltet wird. Vorzugsweise erfolgt die Umschaltung des Brenners in Abhängigkeit von der Zeit, der Ofentemperatur, der Zusammensetzung des Schmelzgutes und/oder der Abgaszusammensetzung.

Erfindungsgemäß wird derselbe Brenner je nach den Verfahrensbedingungen als Brenngas-Sauerstoff-Brenner oder als Brenngas-Luft-Brenner betrieben. Bei Anwendungen, bei denen beispielsweise zu verschiedenen Zeiten Brenner mit unterschiedlichen thermischen Leistungen eingesetzt werden müssen, ist es somit nicht mehr erforderlich, zwei Brennertypen, nämlich Brenngas-Sauerstoff-Brenner und Brenngas-Luft-Brenner, vorzusehen.

Die Erfindung hat sich insbesondere beim Befeuern von Aluminiumschmelzöfen und ganz besonders beim Schmelzen von Aluminium in einem Drehtrommelofen bewährt. Beim Schmelzen von Aluminium ist zunächst eine hohe thermische Leistung erforderlich, um das Aluminium oder den Aluminiumschrott einzuschmelzen. In dieser Phase werden die Brenner daher als Brenngas-Sauerstoff-Brenner eingesetzt. In der Warmhaltephase nach dem Einschmelzen ist dann eine geringe thermische Leistung ausreichend, um das geschmolzene Aluminium im flüssigen Zustand zu halten. Aus Kostengründen werden die Brenner daher in dieser Phase auf Brenngas-Luft-Betrieb umgestellt.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner.

Der erfindungsgemäße Brenner besitzt eine zentrale Brenngaszuleitung 1, die mit einem nicht dargestellten Erdgasspeicher verbunden ist. Koaxial mit der Brenngaszuleitung 1 ist ein zweites Rohr 2 angeordnet. Der Ringspalt 3 zwischen dem Rohr 2 und der Brenngaszuleitung 1 dient als Zuleitung für Sauerstoff und wird dementsprechend an eine geeignete Sauerstoffversorgung angeschlossen. Ein koaxial zu den Rohren 1 und 2 verlaufendes Rohr 4 bildet mit dem Rohr 2 einen weiteren Ringspalt 5, durch den Luft zugeführt werden kann.

Die Austrittsöffnungen 6, 7 der Ringspalte 3, 5 befinden sich auf gleicher Höhe, das heißt, in einer gemeinsamen, senkrecht zu der Brenngaszuleitung 1 und den Rohren 2, 4 verlaufenden Ebene. Die Brenngaszuleitung 1 ist dagegen gegenüber der Sauerstoffzuleitung 3 und der Luftzuleitung 5 vorgezogen. Die Austrittsöffnung 8 der Brenngaszuleitung 1 befindet sich in einer Ebene, die stromabwärts der die Austrittsöffnungen 6, 7 beinhaltenden Ebene liegt. Der axiale Abstand in Richtung der Achsen der Rohre 1, 2, 4 zwischen der Austrittsöffnung 8 der Brenngaszuleitung 1 und den Austrittsöffnungen 6, 7 der Sauerstoffzuleitung 3 und der Luftzuleitung 5 entspricht dem inneren Durchmesser der Brenngaszuleitung 1. Das äußerste Rohr 4 ist gegenüber den beiden anderen Rohren 1, 2 verlängert, so dass sich vor den Austrittsöffnungen 6, 7, 8 eine Kammer 9 bildet.

Im Sauerstoffbetrieb wird über die Brenngaszuleitung 1 Erdgas und über den Ringspalt 3 Sauerstoff zugeführt. Im Luftbetrieb wird dagegen Luft als Oxidationsmittel durch den Ringspalt 5 geleitet. Durch den erfindungsgemäßen axialen Abstand zwischen der Austrittsöffnung 8 der Brenngaszuleitung 1 und den Austrittsöffnungen 6, 7 für das jeweilige Oxidationsmittel, Sauerstoff oder Luft, wird das Oxidationsmittel verwirbelt, bevor es mit dem Erdgas in Kontakt kommt. Die Durchmischung des Erdgases mit dem Sauerstoff oder der Luft wird dadurch deutlich verbessert. Ein Abreißen der Flamme wird verhindert. Insbesondere im Luftbetrieb wird eine wesentlich stabilere Flamme erzielt.

Claims (11)

1. Brenner mit einem Brennerkopf, mindestens einer Brenngaszuleitung, mindestens einer Zuleitung für ein erstes sauerstoffhaltiges Gas und mindestens einer Zuleitung für ein zweites sauerstoffhaltiges Gas, wobei der Brennerkopf Austrittsöffnungen aus der Brenngaszuleitung und aus den Zuleitungen für die sauerstoffhaltigen Gase aufweist, welche so ausgeführt sind, dass das Brenngas, das erste sauerstoffhaltige Gas und das zweite sauerstoffhaltige Gas in im wesentlichen axialer Richtung aus dem Brennerkopf austreten, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Austrittsöffnungen (8) aller Brenngaszuleitungen (1) in Strömungsrichtung der Gase nach den Austrittsöffnungen (6, 7) der ersten und der zweiten Zuleitung (3, 5) befinden.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand zwischen der Austrittsöffnung (8) der Brenngaszuleitung (1) und den Austrittsöffnungen (6, 7) der Zuleitungen (3, 5) für die sauerstoffhaltigen Gase das 0,5- bis 2fache, bevorzugt das 0,8- bis 1,2fache des Durchmessers der Brenngaszuleitung (1) beträgt.

3. Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennerkopf in Strömungsrichtung der Gase eine Kammer (9) nachgeschaltet ist.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Brenngaszuleitung (1) vorgesehen ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenngaszuleitung (1) und die Zuleitungen (3, 5) für die sauerstoffhaltigen Gase durch drei koaxiale Rohre (1, 2, 4) gebildet werden.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Brenngaszuleitung (1) vorgesehen ist, die von zwei ringförmigen Zuleitungen (3, 5) für die sauerstoffhaltigen Gase umgeben ist.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die innere (3) der ringförmigen Zuleitungen (3, 5) mit Mitteln zur Versorgung mit reinem Sauerstoff und die äußere (5) der ringförmigen Zuleitungen (3, 5) mit Mitteln zur Versorgung mit Luft verbunden ist.

8. Verfahren zum Beheizen eines Ofens mit einem Brenner, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner zwischen Sauerstoff-Brenngas-Betrieb und Luft-Brenngas-Betrieb umgeschaltet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner in Abhängigkeit von der Zeit, der Ofentemperatur und/oder der Abgaszusammensetzung umgeschaltet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9 zum Schmelzen von Aluminium.

11. Verfahren nach Anspruch 10 zum Schmelzen von Aluminium in einem Drehtrommelofen.