Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, mit welchen eine wirtschaftliche und schadstoffarme
(NOx-arme) Verbrennung in herkömmlichen
Ofenanlagen möglich
ist.
Gelöst ist diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 13.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird mittels
des in einem Brennerstein einer feuerfesten Ausmauerung einer Ofenanlage
angeordneten Brenners ein Gemisch aus Oxidationsmittel und/oder
Ofenabgas und/oder Kohlendioxid und/oder Wasserdampf mit dem Brenner
separat zugeführtem
Brennstoff verbrannt.
Dazu
wird das Oxidationsmittel mit einem Druck von 0,2 bis 40 bar und
vorteilhaft in einem Wärmetauscher
mittels Ofenabgas auf 20 bis 900°C
erwärmt,
einem Injektor zugeführt.
Das Oxidationsmittel kann auch ohne Aufheizung direkt dem Injektor zugeführt werden.
Durch
das sich beim Ausströmen
aus der strömungsendseitig
im Injektor axial verschiebbaren Düse entspannende Oxidationsmittel
wird ein Gasstrahl mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 660m/s und
dadurch im Injektor ein Unterdruck erzeugt, durch dessen Saugwirkung
entweder Ofenabgas und/oder Kohlendioxid (CO2) und/oder aus Wasser durch
Wärmeaustausch
mit Ofenabgas erzeugter überhitzter
Wasserdampf in den Oxidationsmittelstrahl eingesaugt und in einer
den Injektor mit dem Brenner verbindenden Leitung unter Temperaturausgleich
gemischt dem Brenner zugeführt.
Anstelle
des, vorteilhaft in einem zur Abführung der Ofenabgase aus dem
Verbrennungsraum der Ofenanlage vorgesehenen Kamin angeordneten Injektors
kann auch eine herkömmliche
Treibdüse oder
ein anderweitiges, gleichwirkendes technisches Mittel eingesetzt
werden.
Anstelle
des Oxidationsmittels kann dem Injektor Brenngas mit einem Druck
von 0,2 bis 40 bar zugeführt
werden. In diesem Fall wird das Oxidationsmittel dem Brenner zugegeben.
Das
dem, Brenner mit einer Temperatur von 20°C bis 1600°C, vorzugsweise 900 °C und mit
einer Geschwindigkeit von 5 bis 70m/s zugeführte Gemisch aus Oxidationsmittel
und/oder Ofenabgasen und/oder Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf
weist einen Sauerstoffgehalt von mindestens 5 Vol.-% auf.
Vorteilhaft
ist der, beispielsweise zurückgesetzt
im Brennerstein angeordnete Brenner ein Parallelstrombrenner mit
zwei, im wesentlichen koaxial zueinander angeordneten Rohren (Innen-
und Außenrohr)
zur Zuführung
von Brennstoff und Oxidationsmittel und/oder Ofenabgasen und/oder
Kohlendioxid und/oder Wasserdampf zum Brennermund. Dabei kann der
Brennstoff oder das Oxidationsmittelgemisch durch das Innenrohr
oder durch das Außenrohr
zum Brennermund geführt
werden.
Als
Oxidationsmittel wird ein sauerstoffhaltiges Medium mit einem Sauerstoffgehalt
von mindestens 10 Vol.-% eingesetzt.
Als
Brennstoff können
alle herkömmlichen gasförmigen oder
flüssigen
Brennstoffe, besonders vorteilhaft Erdgas, Verwendung finden.
Zur
Regelung der Ansaugmenge und Konzentration sowie der Temperatur
des dem Brenner zugeführten
Gemisches ist der, vorteilhaft mit dem Oxidationsmittel betriebene,
Injektor mit einer axial verschiebbaren Düse ausgerüstet. Eine zusätzliche Kosten
verursachende Versorgung des Injektors mit Fremdenergie entfällt.
Der
zur Erwärmung
des Sauerstoffs, Kohlendioxids und des Wassers eingesetzte, vorteilhaft
im die Ofenabgase aus dem Verbrennungsraum der Ofenanlage abführenden
Kamin angeordnete, Wärmeaustauscher
ist vorteilhaft ein herkömmlicher
Rekuperator oder Regenerator.
Der
eingesetzte Brenner ist vorzugsweise ein herkömmlicher Parallelstrombrenner
mit mindestens einer Zuführung
für das
Oxidationsmittel und mindestens einer Zuführung für den Brennstoff mit vorzugsweise
zwei zylindrischen und konzentrisch angeordneten Rohren.
Die
erfindungsgemäße Brennerkonstruktion ermöglicht,
dass das Gemisch aus Oxidationsmittel und/oder Ofenabgasen und/oder
Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf mit einer 0,3 bis 4-fach
höheren
Geschwindigkeit als der Brennstoff aus dem Brennermund des Brenners
ausströmt,
wodurch ein auf die Brennerleistung bezogener Gesamtimpulsstrom
von 1,5 bis 8 N/MW sowie ein Verhältnis der Impulsstromdichten
des Gemisches aus Oxidationsmittel und Ofenabgasen zu Brennstoff
von 0,8 bis 31 gewährleistet
und dadurch am Austritt des Brennersteines eine Leistungsdichte
0,2 bis 0,5 KW/mm2 erreicht wird.
Die
Austrittsgeschwindigkeit des Gemisches aus Oxidationsmittel und/oder
Ofenabgasen und/oder Kohlendioxid (CO2) und/oder Wasserdampf liegt
zwischen 20 und 80 m/s am Brennermund.
Der
Brenner kann auch auf der Abgasseite der Ofenanlage, vorzugsweise
im die Ofenabgase aus dem Verbrennungsraum der Ofenanlage abführenden
Kamin angeordnet oder an einer anderweitigen, für seinen Einsatzzweck geeigneten
Stelle in der den Verbrennungsraum der Ofenanlage umschließenden Ofenwand
angeordnet sein.
Es
ist auch möglich,
den Injektor und Wärmeaustauscher
im Brenner anzuordnen. Eine diesbezügliche Injektor-Wärmeaustauscher-Anordnung ist
dann vorteilhaft, wenn das Ofenabgas durch einen Ringspalt um den
Brennermund abgesaugt wird, wie z. B. in Drehtrommelöfen, speziell
bei Einbau des Brenners auf der Abgasseite des Ofens. Dabei wird das
Gemisch aus Oxidationsmittel und/oder Ofenabgas und/oder Kohlendioxid
und/oder Wasserdampf von den Ofenabgasen rekuperativ erwärmt.
Die
das Oxidationsmittel, das Ofenabgas, das Kohlendioxid und den Wasserdampf
führenden Leitungen
bestehen aus hitzbeständigen
und korrosionsbeständigen
NiCr- oder ODS-Legierungen und sind mit einer, vorzugsweise aus
Keramikfasern bestehenden, den erforderlichen Wärmeschutz von innen und/oder
außen
gewährleistenden
Isolierung versehen.
Der
den Brenner enthaltene Brennerstein besitzt vorzugsweise eine zylindrische Öffnung.
Der
Brenner ist mit einem UV-Lichtempfänger zur Flammenüberwachung
ausgerüstet.
Durch
das erfindungsgemäß dem Brenner zugeführte Gemisch
aus Oxidationsmittel und/oder Ofenabgas und/oder Kohlendioxid und/oder
Wasserdampf wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Verbrennung verringert,
da die Reaktionen des Sauerstoffs mit dem Brennstoff durch die CO2-
und/oder H2O-Moleküle
behindert werden.
Durch
das Versetzen des Oxidationsmittels mit Ofengas und oder Kohlendioxid
und oder Wasserdampf wird eine voluminöse Verbrennungsflamme mit einer
hohen Konzentration an Kohlendioxid und Wasserdampf ausgebildet.
Durch das – gegenüber der
bekannten Verbrennung – erzielte
größere Flammenvolumen
und die höhere
Konzentration von Kohlendioxid und/oder Wasserdampf in der Brennerflamme
wird die Gasstrahlung von Kohlendioxid und/oder Wasserdampf, welche
im spektralem Bereich in Strahlungsbanden stattfindet, wesentlich
erhöht,
wodurch mit einer die NOx-Abgaswerte verringernden
Flammentemperatur das Behandlungsgut erhitzt werden kann. Die relevanten
Strahlungsbanden für
Kohlendioxid liegen im Bereich von 2,4 bis 3μm, 4 bis 4,8μm, 12,5 bis 16,4μm und die
von Wasserdampf im Bereich von 1,7 bis 2μm, 2,2 bis 3μm und 12 bis 30μm.
Durch
das mit einer Temperatur von 20°C
bis 1600°C,
vorzugsweise 900°C,
dem Brenner zugeführte
hochviskose Gemisch aus Oxidationsmittel und/oder Ofenabgasen und/oder
Kohlendioxid und/oder Wasserdampf wird dieses mit dem Brennstoff
am Brennermund derart gemischt, dass die Verbrennung mit einer das
thermische NOx-Abgaspotential der Ofenanlage wesentlich reduzierenden Flammentemperatur
von 800°C
bis 2700°C
erfolgt.
Durch
das dem Brenner zugeführte
Gemisch aus Oxidationsmittel und/oder Ofenabgasen und/oder Kohlendioxid
und/oder Wasserdampf und dem erfindungsgemäß eingesetzten Brenner wird der
Brennstoff im Brennstoffrohr des Brenners und bedingt durch die
Konstruktion des Brenners, im brennstoffreichen Kern der Brennerflamme
zumindest teilweise eigenkarburiert. Die Eigenkarburierung oder
Zersetzung findet in sauerstofffreien Zonen und bei Temperaturen
von größer 1000°C bei Kohlenwasserstoffen
unter Russbildung statt. Die Erhitzung der Russpartikel in der Brennerflamme
führt zu
einer kontinuierlichen Strahlung im Bereich von 0,2 bis 20 Mikrometern
und damit zur Flammenabkühlung,
sodass die NOx-Abgaswerte der Ofenanlage
zusätzlich verringert
werden.
Ein
weiterer Vorteil ist die bessere Erwärmung tieferer Schichten, z.
B. in einem Glasschmelzbad, da flüssiges Glas für Wellenlängen im
Bereich von 0,3 bis 4 Mikrometern semitransparent ist.
Durch
Einsatz von, vorzugsweise N2-armen Oxidationsmittelgemischen und
Brennstoffen werden die NOx-Abgaswerte zusätzlich verringert.
Durch
die zirkulierenden Ofengase werden im Verbrennungsraum der Ofenanlage
befindliche Stickoxide der Brennerflamme zugeführt, welche in den brennstoffreichen
Zonen der Brennerflamme zu Stickstoff (N2) reduziert werden.
Die
im Verbrennungsraum der Ofenanlage erzeugten sehr langen, weichen
und sichtbaren Flammen ermöglichen
eine besonders vorteilhafte NOx-arme Verbrennung
in Aluminium-Warmhalte- bzw. Drehtrommelöfen.
Zudem
ist die erfindungsgemäße Verbrennung
stabil und geräuscharm
Der Geräuschpegel
beträgt
50-80 Dezibel.
Vorteilhaft
wird bei der erfindungsgemäßen NOx-armen Verbrennung – im Unterschied zur bekannten
flammenlosen Verbrennung – die
Flammenstrahlung im sichtbaren Bereich die Wärmeübertragung an das Behandlungsgut
erhöht.
Durch
die hohe Konzentration und Volumen an CO2-/H2O-Dampf in der Brennerflamme
wird zusätzlich
die Gasstrahlung von CO2- und/oder H2O-Dampf, welche im spektralem
Bereich in Strahlungsbanden stattfindet, derart erhöht, daß eine verbesserte
Wärmeübertragung
an das Behandlungsgut, z. B. beim Glasschmelzen, gewährleistet
wird.
Weiterhin
entstehen geringere Turbulenzen und Verwirbelungen bei der Verbrennung,
welche bei staubhaltigen Produkteinträgen stören.
Mit
dem Injektoreinsatz werden der Verschleiß und die Wartungskosten der
Ofenanlage, die z.B. bei einem bisher eingesetzten, aus teuren hitzebeständigen Materialien
bestehenden Gebläses,
entstehen, wesentlich verringert.
Zudem
entfällt
die für
Betrieb des Gebläses bisher
erforderliche Zuführung
von Fremdenergie.
Weiterhin
wird die thermische Belastung und somit der Verschleiß der Leitungsrohre
verringert, da durch die Mischung des Oxidationsmittel mit Ofenabgasen
und/oder Kohlendioxid und/oder Wasserdampf die Temperatur der zu
transportierenden Medien verringert wird.
Durch
Vorwärmung
des als Oxidationsmittel eingesetzten Sauerstoffs und/oder Kohlendioxid und/oder
Wasserdampf mit Ofenabgasen im Wärmeaustauscher
kann zusätzlich
Primärenergie
eingespart und dadurch die die Betriebskosten der Ofenanlage weiter
reduziert werden.
Die
erfindungsgemäße, NOx-arme Verbrennung mit einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auf
niedrigem Temperaturniveau (Brennerflamme) im Verbrennungsraum und
damit mit wesentlich reduziertem NOx-Abgaspotential ist in jeder
herkömmlichen
Ofenanlage, besonders vorteilhaft in Aluminium-Warmhalteöfen oder Glasschmelzöfen, einsetzbar.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
Es
zeigen:
1 eine
schematische Darstellung einer Ofenanlage mit Verbrennungsvorrichtung;
2 eine
schematische Darstellung einer weiteren Ofenanlage mit Verbrennungsvorrichtung;
3 eine
schematische Darstellung einer dritten Ofenanlage mit Verbrennungsvorrichtung.
Die
in 1 dargestellte Ofenanlage besteht aus einer, einen
Verbrennungsraum umschließenden,
feuerfesten Ausmauerung 1 mit einer Abgasöffnung 19 und
einem die Ofenabgase abführenden
Kamin 2 und Rohrleitung 3 sowie einem Brennerstein 4 mit
einem Brenner 5, wobei der Brenner 5 durch eine Rohrleitung 7 mit
einem Injektor 6 und mit einem in dem Kamin 2 angeordneten
Wärmeaustauscher 8 verbunden
ist.
Die
aus dem Verbrennungsraum durch die Abgasöffnung 19 auströmenden Ofenabgase
werden beim Umströmen
des Wärmeaustauschers 8 abgekühlt und
entströmen
der Ofenanlage durch den Kamin 2.
Der
als Oxidationsmittel mit einer Temperatur von –20 bis 40°C und mit einem Druck von 0,2
bis 40 bar eingesetzte, gasförmige
Sauerstoff strömt durch
einen Eingang 9 in den Wärmeaustauscher 8 ein.
Der
den, als Rekuperator oder Regenerator ausgebildeten Wärmeaustauscher 8 durchströmende Sauerstoff
wird durch die den Wärmeaustauscher 8 umströmenden Ofenabgase
erwärmt
und strömt durch
einen Ausgang 10 des Wärmeaustauschers 8 mit
einer Temperatur von 20 bis 900°C
durch einen Eingang 11 in den Injektor 6 ein.
Der
aus der Ausströmdüse 12 des
Injektors 6 mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 660 m/s
ausströmende
Sauerstoff entspannt sich, wodurch ein mit einer Geschwindigkeit
von 20 bis 660 m/s strömender
Sauerstoffstrahl erzeugt wird.
Durch
die hohe Strömungsgeschwindigkeit des
Sauerstoffstrahls wird an Position 13 im Injektor 6 ein
Unterdruck erzeugt, durch dessen Saugwirkung die Ofenabgase aus
dem Verbrennungsraum durch die Rohrleitung 3 in den Sauerstoffstrahl
gesaugt und in der als Mischstrecke mit der Länge x ausgebildeten Rohrleitung 7 unter
Temperaturausgleich vermischt und das Gemisch aus Sauerstoff und
Ofenabgasen mit einer Temperatur von 20 bis 1600°C durch einen Anschluss 14 dem, über einen
weiteren Anschluss 15 mit Erdgas als gasförmigen Brennstoff
beaufschlagten, Brenner 5 zugeführt wird.
Die
den Sauerstoff und die Ofenabgase führenden Rohrleitungen bestehen
aus einer hitzebeständigen
NiCr- oder ODS-Legierung und sind innenseitig mit einem Wärmeschutz
und/oder außenseitig mit
einer Wärmeisolierung,
z. B. aus Keramikfasern oder Keramikstein, versehen.
Der
als Parallelstrombrenner eingesetzte Brenner 5 weist vorteilhaft
ein Innen- und Außenrohr auf,
wobei durch das als Innenrohr angeordnete Brennstoffrohr 18 das
als gasförmiger
Brennstoff eingesetzte Erdgas und durch das Brennstoffrohr 18 aufnehmende,
als Ringspalt 21 ausgebildete Außenrohr das Gemisch aus Sauerstoff
und Ofenabgas zum Brennermund 16 strömen und eine lange, weiche
und sichtbare Brennerflamme 17 im Verbrennungsraum der
Ofenanlage zur Erhitzung von Behandlungsgut erzeugen.
Dabei
findet in dem Brennstoffrohr 18 des Brenners 5 eine
teilweise Eigenkarburierung des Brennstoffes, durch rekuperativem
Wärmeaustausch mit
dem Gemisch aus Oxidationsmittel und Ofenabgasen, statt.
Die
erfindungsgemäße Brennerkonstruktion ermöglicht,
dass das Gemisch aus Oxidationsmittel und Ofenabgasen mit einer
0,3 bis 4-fach höheren Geschwindigkeit
als der Brennstoff aus dem Brennermund 16 des Brenners
ausströmt,
wodurch ein auf die Brennerleistung bezogener Gesamtimpulsstrom von
1,5 bis 8 N/MW sowie ein Verhältnis
der Impulsstromdichten des Gemisches aus Oxidationsmittel und Ofenabgasen
zu Brennstoff von 0,8 bis 31 gewährleistet
und dadurch am Austritt des Brennersteines 4 eine Leistungsdichte
0,2 bis 0,5 KW/mm2 erreicht wird.
Das
Gemisch aus Oxidationsmittel und Ofenabgasen strömt aus dem Brennermund 16 mit einer
Geschwindigkeit von 20 bis 80 m/s.
Die
im Verbrennungsraum das Behandlungsgut verbrennende Brennerflamme
weist eine Flammentemperatur von 800°C bis 2700°C auf.
Der
den Brenner 5 aufnehmende Brennerstein 4 weist
eine, vorzugsweise zylindrische Öffnung auf.
Der
Brenner ist vorteilhaft mit einem UV-Lichtempfänger 20 zur Flammenüberwachung ausgerüstet.
Die
in 2 schematisch dargestellte Ofenanlage wird vorteilhaft
eingesetzt, wenn die Ofenabgase mit Staub oder anderen aggressiven
oder oxidationsfördernden
Stoffen beladen sind. Diese Ofenanlage besteht aus der, einen Verbrennungsraum
einer Ofenanlage umschließenden,
feuerfesten Ausmauerung 1 mit einer Abgasöffnung 19 und
einem dem das Ofenabgas abführenden
und den Wärmeaustauscher 8 aufnehmenden
Kamin 2 sowie den, den Brenner 5 enthaltenen Brennerstein 4,
welcher durch eine Rohrleitung 7 mit dem Injektor 6 und
dem Wärmetauscher 8 verbunden
ist.
Die
aus dem Verbrennungsraum durch die Abgasöffnung 19 strömenden Ofenabgase
werden beim Umströmen
durch den mit Wasser beaufschlagten Wärmeaustauscher 8 abgekühlt und
strömen über den
Kamin 2 aus der Ofenanlage.
Das
durch den Eingang 9 dem Wärmeaustauscher 8 zugeführte Wasser
wird beim Durchströmen
des Wärmetauschers 8 durch
Wärmeaustausch mit
dem den Wärmeaustauscher 8 umströmenden Ofenabgas
verdampft und strömt
als überhitzter Wasserdampf
mit einer Temperatur von 20 bis 900°C an Position 13 in
den Injektor 6 ein.
Der
als Oxidationsmittel mit einer Temperatur von –20 bis 40°C und einem Druck von 0,2 bis
40 bar eingesetzte, gasförmige
Sauerstoff strömt
durch den Eingang 11 in den Injektor 6 ein. Durch
den sich beim Ausströmen
aus der Ausströmdüse 12 des
Injektors 6 entspannenden Sauerstoffstrahl wird dessen
Strömungsgeschwindigkeit
auf 20 bis 340m/s erhöht,
wodurch an Position 13 im Injektor 6 ein Unterdruck
erzeugt wird, durch dessen Saugwirkung der überhitzte Wasserdampf an Position 13 in
den Injektor 6 durchströmenden
Sauerstoffstrahl gesaugt wird und in der als Mischstrecke mit einer
Länge x
ausgebildeten Rohrleitung 7 unter Temperaturausgleich gemischt
und das Sauerstoff-Wasserdampfgemisch
mit einer Temperatur von 20 bis 1600°C durch den Anschluss 14 in
den, durch den Anschluss 15 mit Erdgas als gasförmigen Brennstoff
beaufschlagten, Brenner 5, einströmt.
Die
den Sauerstoff und den Wasserdampf führenden Rohrleitungen bestehen
aus einer hitzbeständigen
und korrosionsbeständigen
NiCr- oder ODS-Legierung und sind von innen mit einem Wärmeschutz
oder von außen
mit einer Wärmeisolierung,
z.B. aus einer Keramikfaser oder Keramikstein, ausgeführt.
Der
als Parallelstrombrenner eingesetzte Brenner 5 weist vorteilhaft
ein Innen- und Außenrohr auf,
wobei durch das als Innenrohr angeordnete Brennstoffrohr 18 als
gasförmiger
Brennstoff eingesetztes Erdgas und durch das Brennstoffrohr 18 aufnehmende,
als Ringspalt 21 ausgebildete Außenrohr das Gemisch aus Sauerstoff
und Wasserdampf zum Brennermund 16 strömen und die lange, weiche und sichtbare
Brennerflamme 17 mit einer Flammentemperatur von 800°C bis 2700°C im Verbrennungsraum der
Ofenanlage zur Erwärmung
von Behandlungsgut erzeugen.
Im
Brennstoffrohr 18 des Brenners 5 findet eine teilweise
Eigenkarburierung des Brennstoffes, durch rekuperativem Wärmeaustausch
mit dem Gemisch aus Oxidationsmittel und Wasserdampf statt..
Die
erfindungsgemäße Brennerkonstruktion ermöglicht,
dass das Gemisch aus Oxidationsmittel und Wasserdampf mit einer
0,3 bis 4-fach höheren Geschwindigkeit
als der Brennstoff aus dem Brennermund 16 des Brenners
ausströmt,
wodurch ein auf die Brennerleistung bezogener Gesamtimpulsstrom von
1,5 bis 8 N/MW sowie ein Verhältnis
der Impulsstromdichten des Gemisches aus Oxidationsmittel und Wasserdampf
zu Brennstoff von 0,8 bis 31 gewährleistet
und dadurch am Austritt des Brennersteines 4 eine Leistungsdichte
0,2 bis 0,5 KW/mm2 erreicht wird.
Das
Gemisches aus Oxidationsmittel und Wasserdampf strömt aus dem
Brennermund 16 mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 80
m/s.
Der
Brennerstein 4 weist eine, vorzugsweise zylindrische Öffnung auf.
Der
Brenner ist mit einem UV-Lichtempfänger 20 zur Flammenüberwachung
ausgerüstet.
Die
in 3 schematisch dargestellte Ofenanlage findet Verwendung,
wenn die Ofenabgase mit Staub oder anderen aggressiven oder oxidationsfördernden
Stoffen belastet sind. Diese Ofenanlage besteht aus der, einen Verbrennungsraum
umschließenden,
feuerfesten Ausmauerung 1 mit einer Abgasöffnung 19 und
dem zur Abführung
des Ofenabgases ausgebildeten und den Wärmeaustauscher 8 enthaltenen
Kamin 2 sowie dem Brennerstein 4 mit Brenner 5,
wobei Brenner 5 durch eine Rohrleitung 7 mit dem
Injektor 6 und mit dem Wärmetauscher 8 verbunden
ist.
Die
durch die Abgasöffnung 19 aus
dem Verbrennungsraum strömenden
Abgase werden beim Umströmen
des mit Kohlendioxid beaufschlagten Wärmeaustauschers 8 abgekühlt und
strömen
durch den Kamin 2 aus der Ofenanlage.
Durch
den Eingang 9 des Wärmeaustauschers 8 zugeführtes, flüssiges oder
vorzugsweise gasförmiges
Kohlendioxid wird durch den Wärmeaustauscher 8 umströmendes Ofenabgas
durch Wärmeaustausch
auf 20 C bis 900°C
erwärmt
und strömt durch
den Ausgang 10 an Position 13 in den Injektor 6 ein.
Der
als Oxidationsmittel mit einer Temperatur von –20 bis 40°C und einem Druck von 0,2 bis
40 bar eingesetzte, gasförmige
Sauerstoff wird durch den Eingang 11 dem Injektor 6 zugeführt. Der
den Injektor 6 durchströmende
Sauerstoff entspannt sich beim Ausströmen aus dessen Ausströmdüse 12,
wodurch dessen Strömungsgeschwindigkeit
auf 20 bis 340m/s erhöht
wird, wodurch an Position 13 im Injektor 6 ein
Unterdruck erzeugt wird, durch dessen Saugwirkung das Kohlendioxid
in den Sauerstoffstrahl gesaugt wird und in der als Mischstrecke mit einer
Länge x
ausgebildeten Rohrleitung 7 unter Temperaturausgleich gemischt
und das Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid mit einer Temperatur von
20 bis 1600°C
durch den Anschluss 14 in den, über einen weiteren Anschluss 15 mit
Erdgas als gasförmigen
Brennstoff beaufschlagten Brenner 5 einströmt.
Die
den Sauerstoff und das Kohlendioxid führenden Rohrleitungen bestehen
aus einer hitzbeständigen
und korrosionsbeständigen
NiCr- oder ODS-Legierung und sind innenseitig mit einem Wärmeschutz
und/oder außenseitig
mit einer Wärmeisolierung,
z.B. aus Keramikfasern, versehen.
Der
als Parallelstrombrenner eingesetzte Brenner 5 weist vorteilhaft
ein Innen- und Außenrohr auf,
wobei durch das als Innenrohr angeordnete Brennstoffrohr 18 als
gasförmiger
Brennstoff eingesetztes Erdgas und durch das Brennstoffrohr 18 aufnehmende,
als Ringspalt 21 ausgebildete Außenrohr das Gemisch aus Sauerstoff
und Kohlendioxid dem Brennermund 16 zugeführt werden
und eine lange, weiche und sichtbare Brennerflamme 17 mit
einer Flammentemperatur von 800 – 2700°C im Verbrennungsraum der Ofenanlage
zur Erhitzung von Behandlungsgut erzeugen.
Im
Brennstoffrohr 18 des Brenners 5 findet eine teilweise
Eigenkarburierung des Brennstoffes, durch rekuperativem Wärmeaustausch
mit dem Gemisch aus Oxidationsmittel und Kohlendioxid statt..
Die
erfindungsgemäße Brennerkonstruktion ermöglicht,
dass das Gemisch aus Oxidationsmittel und Kohlendioxid mit einer
0,3 bis 4-fach höheren Geschwindigkeit
als der Brennstoff aus dem Brennermund 16 des Brenners
ausströmt,
wodurch ein auf die Brennerleistung bezogener Gesamtimpulsstrom von
1,5 bis 8 N/MW sowie ein Verhältnis
der Impulsstromdichten des Gemisches aus Oxidationsmittel und Kohlendioxid
zu Brennstoff von 0,8 bis 31 gewährleistet
und dadurch am Austritt des Brennersteines 4 eine Leistungsdichte
0,2 bis 0,5 KW/mm2 erreicht wird.
Das
Gemisches aus Oxidationsmittel und Kohlendioxid strömt aus dem
Brennermund 16 mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 80
m/s.
Der
Brennerstein 4 weist eine, vorzugsweise zylindrische Öffnung auf.
Der
Brenner ist mit einem UV-Lichtempfänger 20 zur Flammenüberwachung
ausgerüstet.