DE102004035276A1 - Burner nozzle field with integrated heat exchangers - Google Patents

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Abstract

Ein neuartiges Brenner-Düsenfeld besteht aus Düsenfeldmodulen, die mit hoher Luftvorwärmung arbeiten, auf dem zu erwärmenden Material Gasauftreffflecken erzeugen, die vorzugsweise weniger als 150 mm und im besten Fall weniger als 100 mm Mittenabstand haben. Die Brenner arbeiten mit ungezündetem Gasaustritt und individueller Luftvorwärmung. Die einzelnen Düsenfeldmodule können in beliebigen räumlichen Orientierungen arbeiten. Brenner-Düsenfelder können zur Leistungserhöhung hintereinander angeordnet werden.A novel burner nozzle array consists of nozzle box modules that operate with high air preheat on which material to be heated produce gas strike spots which are preferably less than 150 mm and, at best, less than 100 mm center distance. The burners work with non-ignited gas outlet and individual air preheating. The individual nozzle field modules can work in any spatial orientation. Burner nozzle fields can be arranged one behind the other to increase the power.

Description

Zur Erwärmung von technischem Wärmegut, wie beispielsweise Stahlbändern, Stahlstangen, Rohren und dergleichen, werden in der Praxis häufig so genannte beheizte Düsenfelder verwendet. Diese erzeugen eine größere Anzahl von Prallstrahlflammen mit geringen seitlichen Abständen, d.h. in enger Teilung. Durch die Kombination von hohem konfektiven Wärmeübergang und hoher Temperatur bei der Verbrennung im Düsenfeld werden Wärmestromdichten von mehreren Hundert Kilowatt pro Quadratmeter erreicht, also wesentlich mehr als bei Strahlungserwärmung. Dieser Effekt wird technisch zur Schnellerwärmung von Oberflächen, insbesondere in der Metallindustrie aber auch in anderen Industriezweigen angewendet. Die wesentlichen Zielgrößen für die Optimierung von beheizten Düsenfeldern sind:

  • • eine möglichst hohe Wärmestromdichte an der Oberfläche,
  • • eine möglichst hohe Gleichmäßigkeit des Wärmeübergangs, insbesondere bei dünnwandigem Wärmegut, bei dem der Temperaturausgleich in der Fläche behindert ist und
  • • ein möglichst hoher Wirkungsgrad.
For heating of technical heat, such as steel strips, steel bars, tubes and the like, so-called heated nozzle fields are often used in practice. These produce a larger number of impact jet flame with small lateral distances, ie in close pitch. Through the combination of high confective heat transfer and high temperature during combustion in the nozzle field, heat flux densities of several hundred kilowatts per square meter are achieved, significantly more than with radiant heating. This effect is technically used for rapid heating of surfaces, in particular in the metal industry but also in other industries. The main parameters for the optimization of heated nozzle fields are:
  • • the highest possible heat flux density at the surface,
  • • the highest possible uniformity of heat transfer, especially in the case of thin-walled thermal material, in which the temperature compensation in the surface is hindered and
  • • the highest possible efficiency.

Insbesondere die Forderung nach hoher Wärmestromdichte, d.h. nach hoher spezifischer Leistung steht in gewissem Widerspruch zu der Forderung nach hoher Gleichmäßigkeit und hohem Wirkungsgrad.Especially the demand for high heat flux density, i.e. after high specific performance is in some contradiction to the requirement for high uniformity and high efficiency.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein hoch leistungsfähiges Brenner-Düsenfeld zu schaffen, das sich durch eine hohe Leistung, einen gleichmäßigen Wärmeübergang und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet. Dies soll insgesamt mit hoher Wirtschaftlichkeit erreicht werden.From that It is an object of the invention to provide a high-performance burner nozzle array create, characterized by a high performance, a uniform heat transfer and a high degree of efficiency. This is supposed to be a total of high efficiency can be achieved.

Diese Aufgabe wird durch das Brenner-Düsenfeld mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst:
Das erfindungsgemäße Brenner-Düsenfeld weist eine Anzahl von Düsenkörpern auf, denen jeweils individuell eine Luftvorwärmeinrichtung zugeordnet ist. Die Luftvorwärmeinrichtung kann durch eine Regeneratoranordnung oder auch durch eine Rekuperatoranordnung gebildet sein. Durch die unmittelbare individuelle Zuordnung zwischen Düsenkörper und Luftvorwärmeinrichtung lassen sich Luftvorwärmungen von über 500°C erreichen. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad gesteigert sondern auch der Wärmeübergang, denn mit der Luftvorwärmung nimmt der Volumenstrom zu.This object is achieved by the burner nozzle field having the features of claim 1:
The burner nozzle field according to the invention has a number of nozzle bodies, to each of which an air preheating device is assigned individually. The Luftvorwärmeinrichtung may be formed by a regenerator arrangement or by a Rekuperatoranordnung. Due to the direct individual allocation between the nozzle body and the air preheating device, air preheating of more than 500 ° C can be achieved. As a result, not only the efficiency is increased but also the heat transfer, because with the air preheating the volume flow increases.

Die Düsenkörper sind in einem seitlichen Abstand zueinander angeordnet, der geringer als 200 mm ist. Vorzugsweise ist er geringer als 150 mm. Im Idealfall überschreitet er 100 mm nicht. Durch diese enge Teilung wird eine hohe Gleichmäßigkeit des Wärmeübergangs erzielt. Des Weiteren sind die Düsenöffnungen des Düsenkörpers im Wesentlichen axial gerichtet. Sind mehrere Düsenöffnungen vorhanden, definieren diese beispielsweise einen schlanken Kegel, wobei die Austrittsrichtung der Düsenöffnungen benachbarter Düsenkörper so aufeinander abgestimmt sind, dass die Auftreffstellen aller Düsenstrahlen auf dem Wärmegut ein äquidistantes Muster bilden. Weist ein Düsenkörper beispielsweise vier Düsenöffnungen auf, beträgt der Teilungsabstand der Auftreffpunkte auf dem Wärmegut die Hälfte der von den Düsenkörpern durch ihre seitlichen Abstände definierten Teilung. Der Winkel, den der austretende Düsenstrahl mit der Düsenlängsachse einschließt ist dabei vorzugsweise geringer als 45°. Im weiter bevorzugten Fall beträgt er höchstens 30° (entspricht Kegelwinkel von 60°). Dies kann erreicht werden, indem die Düsenöffnungen an einem etwa zylindrischen Düsenkörper mit abgerundeter Endfläche auf einem Kranz verteilt sind. Durch den steilen Auftreffwinkel wird einerseits ein guter Wärmeübergang und andererseits erreicht, dass sich ein gleichmäßiges Strömungsmuster mit großräumiger Rezirkulation in dem zur Verfügung stehenden Reaktionsraum ausbilden kann. Die großräumige Rezirkulation erhöht zum einen den Massestrom des auf das Wärmegut auftreffenden heißen Gases und zum anderen ermöglicht es die Ausbildung einer flammenlosen Oxidation. Diese vermeidet wiederum das Auftreten lokaler Temperaturspitzen und kommt somit der gleichmäßigen Erwärmung des Wärmeguts entgegen. Dieser Maßnahme dient auch die Luftvorwärmung auf Temperaturen über 500°C und die Ausbildung der Düsenkörper so, dass an der Düsenöffnung ein Brennstoffluftstrahl unverbrannt austritt, d.h. im Wesentlichen liegen Brennstoff und Luft nebeneinander vor und haben noch nicht wesentlich miteinander reagiert.The Nozzle bodies are arranged at a lateral distance from each other, the lower than 200 mm. It is preferably less than 150 mm. Ideally, it exceeds he does not 100 mm. Due to this narrow division becomes a high uniformity the heat transfer achieved. Furthermore, the nozzle openings of the nozzle body in the Essentially directed axially. If there are several nozzle openings, define This example, a slender cone, the exit direction the nozzle openings adjacent nozzle body so are matched to each other, that the impact of all jets on the thermal property an equidistant pattern form. For example, if a nozzle body has four orifices on, amounts to the pitch of the impact points on the thermal material half the from the nozzle bodies through their lateral distances defined division. The angle that the exiting jet includes with the nozzle longitudinal axis is included preferably less than 45 °. in the further preferred case he at most 30 ° (corresponds Cone angle of 60 °). This can be achieved by the nozzle openings on an approximately cylindrical Nozzle body with rounded end surface are distributed on a wreath. Due to the steep angle of impact On the one hand, there is a good heat transfer and, on the other hand, achieves a uniform flow pattern with large-scale recirculation in the available can form standing reaction space. The large-scale recirculation increases on the one hand the mass flow of the heat hot Gas and the other allows it is the formation of a flameless oxidation. This avoids again the occurrence of local temperature peaks and thus comes the uniform heating of the Wärmeguts opposite. This measure also serves the air preheating to temperatures above 500 ° C and the formation of the nozzle body so, that at the nozzle opening a Fuel jet exits unburned, i. essentially Fuel and air are next to each other and have not yet significantly reacts with each other.

Der Düsenkörper und die Luftvorwärmeinrichtung (Regenerator oder Rekuperator) sind vorzugsweise zu einem Brenner, d.h. zu einer baulichen Einheit zusammengefasst, wobei mehrere solcher Brenner gemeinsam ein Düsenfeldmodul bilden. Das Düsenfeldmodul hat eine gemeinsame Luftzuführung und eine gemeinsame Abgasführung, beispielsweise ein Form eines Abgassammelkastens. Durch die solcher Art vorgeschlagene bauliche Zusammenfassung mehrerer Brenner zu einem Brennermodul wird die enge Teilung, d.h. der geringe Brennerabstand möglich.Of the Nozzle body and the air preheater (Regenerator or recuperator) are preferably to a burner, i.e. combined into a structural unit, with several such burners together a nozzle box module form. The nozzle box module has a common air supply and a common exhaust system, For example, a form of an exhaust manifold. By the such Art proposed structural summary of several burners too For a burner module, the narrow pitch, i. the small burner distance possible.

Vorzugsweise ist das Brennermodul derart ausgebildet, dass sich die Brenner rechtwinklig von der Luft- und Abgasführung weg erstrecken. Sie können somit durch eine entsprechende, mit Öffnungen versehene Wand durchgesteckt werden. Durch die Zusammenfassung der Brenner zu einem Modul wird die Erzielung der gewünschten engen Teilung möglich.Preferably, the burner module is designed such that the burners extend at right angles away from the air and exhaust gas duct. They can thus be pushed through a corresponding, provided with openings wall. By the Summing up the burner to a module will enable you to achieve the desired tight pitch.

Die Düsenkörper ragen über die Brennraumwand hinaus, so dass die Düsenöffnungen in einigem Abstand vor der Brennraumwand stehen. Somit wird zwischen den einzelnen Düsenkörpern ein Reaktionsvolumen geschaffen, das von einer großräumigen Rezirkulation eingenommen werden kann. Damit kann die Verweilzeit der Gase in dem Brennraum gerade angesichts der angestrebten geringen Abstände zwischen den Düsenöffnungen und dem Wärmegut erhöht werden. Diese Abstände liegen vorzugsweise unter 200 mm. In noch mehr bevorzugten Fällen liegen sie unter 150 mm und im besten Fall unter 100 mm. Das bei derart geringen Abständen zwischen Düsenöffnung und Wärmegut erforderliche Rezirkulationsvolumen, das insbesondere eine flammenlose Oxidation ermöglicht, wird durch den Überstand der Düsenkörper über die Brennraumwand hinaus geschaffen.The Nozzle bodies protrude over the Brennraumwand addition, so that the nozzle openings at some distance stand in front of the combustion chamber wall. Thus, between the individual Nozzle bodies Reaction volume created, which occupied by a large-scale recirculation can be. This allows the residence time of the gases in the combustion chamber especially in view of the desired small distances between the nozzle openings and the Wärmegut be increased. These distances are preferably less than 200 mm. In even more preferred cases lie they are less than 150 mm and, at best, less than 100 mm. That with such small distances between the nozzle opening and Wärmegut required recirculation volume, in particular a flameless oxidation allows is due to the supernatant the nozzle body over the Created combustion chamber wall addition.

Jeder Düsenkörper weist zumindest eine, vorzugsweise aber mehrere Düsenöffnungen auf, deren Austrittsrichtungen einen schlanken Kegel festlegen. Dieser Kegel ist so schlank, dass die Düsenstrahlen nahezu senkrecht auf das Wärmegut auftreffen.Everyone Nozzle body points at least one, but preferably a plurality of nozzle openings, whose exit directions set a slim cone. This cone is so slim that the jets almost perpendicular to the heat incident.

Zur Erhöhung des Massenstroms und somit zur Vergleichmäßigung des Wärmeeintrags kann dem Brennstoff/Luft-Gemisch Abgas beigefügt werden. Es kann außerdem mit Luftüberschuss, stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch gearbeitet werden.to increase the mass flow and thus to equalize the heat input may be added to the fuel / air mixture exhaust gas. It also works with Excess air, stoichiometric or substoichiometric to be worked.

Es ist des Weiteren möglich, das Düsenfeld sowohl oberhalb als auch unterhalb des Wärmeguts anzuordnen. Bei flächenhaftem Wärmegut, beispielsweise Blech, ist es möglich, dieses auf dem von dem Düsenfeld aufgebauten Gaspolster schwebend zu transportieren. Außerdem kann das Wärmegut beidseits von entsprechenden Brenner-Düsenfeldern beheizt werden. Das erfindungsgemäße Brenner-Düsenfeld gestattet die Schnellerwärmung von Wärmegut. Vorzugsweise sind die einzelnen Düsen in Reihen angeordnet, die bezüglich der Transportrichtung des Materials schräg orientiert sind. Dadurch wird die Ausbildung von Wärmestreifen vermieden.It is also possible the nozzle box both above and below the Wärmeguts to order. In areal Wärmegut, for example, sheet metal, it is possible this on the from the nozzle box floating gas cushion to transport. In addition, can the heat be heated on both sides of corresponding burner nozzle fields. The burner nozzle field according to the invention allows fast heating of heat. Preferably, the individual nozzles are arranged in rows, the in terms of the transport direction of the material are oriented obliquely. Thereby will the training of heat strips avoided.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung oder aus Ansprüchen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:Further Details of advantageous embodiments The invention will become apparent from the drawing, the description or from claims. In the drawing are exemplary embodiments of the invention illustrated. Show it:

1 ein Brenner-Düsenfeld mit Werkstück in einer Längsschnittdarstellung, 1 a burner nozzle field with workpiece in a longitudinal section,

2 das Brenner-Düsenfeld nach 1 in einer Querschnittsdarstellung, 2 the burner nozzle field after 1 in a cross-sectional view,

3 das Brenner-Düsenfeld in einer Rückansicht, 3 the burner nozzle field in a rear view,

4 das erwärmte Werkstück mit Auftreffstellen der Düsenstrahlen in einer schematisierten Draufsicht, 4 the heated workpiece with impact points of the nozzle jets in a schematic plan view,

5 eine abgewandelte Ausführungsform des Brenner-Düsenfelds in einer Längsschnittdarstellung, 5 a modified embodiment of the burner nozzle array in a longitudinal sectional view,

6 und 7 das Brenner-Düsenfeld nach 5 in unterschiedlichen Querschnittsdarstellungen, 6 and 7 the burner nozzle field after 5 in different cross-sectional representations,

8 das Brenner-Düsenfeld nach 5 in rückseitiger Ansicht, 8th the burner nozzle field after 5 in back view,

9 das Werkstück mit darauf veranschaulichten Auftreffstellen der Düsenstrahlen in schematisierter Draufsicht, 9 the workpiece with impact points of the jets illustrated thereon in a schematic plan view,

10 eine Düsenfeldanordnung für beidseitige Werkstückerwärmung im Längsschnitt, 10 a nozzle array arrangement for double-sided workpiece heating in longitudinal section,

11 die Anordnung nach 10 in Draufsicht, 11 the arrangement after 10 in plan view,

12 eine Brenner-Düsenfeldanordnung zur Erwärmung von runden Werkstücken in Querschnittsdarstellung und 12 a burner nozzle array assembly for heating round workpieces in cross-sectional view and

13 die Anordnung nach 12 in Draufsicht. 13 the arrangement after 12 in plan view.

In 1 ist ein Brenner-Düsenfeld 1 veranschaulicht, das zur Erwärmung eines durch laufenden flächigen Werkstücks, beispielsweise in Form eines Blechstreifens 2, dient. Dieser ist in 4 gesondert veranschaulicht. Der Blechstreifen 2 steht stellvertretend für jedes beliebige, mit dem Brenner-Düsenfeld 1 zu beheizende Wärmegut.In 1 is a burner nozzle field 1 illustrates that for heating a through-going flat workpiece, for example in the form of a metal strip 2 , serves. This one is in 4 separately illustrated. The metal strip 2 is representative of any, with the burner nozzle field 1 heat to be heated.

Zu dem Brenner-Düsenfeld 1 gehört ein auch aus 2 ersichtlicher wärmeisolierender Grundkörper 3, der an der dem Blechstreifen 2 zugewandten Seite eine wannenartige Ausnehmung 4 aufweist. Die die Ausnehmung 4 begrenzende Fläche 5 des Grundkörpers 3 bildet die Brennraumwand eines Brennraumes, der von dem Blechstreifen 2 abgeschlossen ist.To the burner nozzle box 1 is one too 2 apparent heat insulating body 3 , the at the the metal strip 2 facing side a trough-like recess 4 having. The the recess 4 limiting area 5 of the basic body 3 forms the combustion chamber wall of a combustion chamber, of the sheet metal strip 2 is completed.

Der Grundkörper 3 ist mit einer Reihe von Öffnungen 6, 7, 8, 9, 10 versehen, durch die hindurch sich Brenner 11, 12, 13, 14, 15 erstrecken. Zwischen der inneren Wandung der jeweiligen Öffnung 6 bis 10 und dem äußeren zylindrischen Mantel jedes Brenners 11 bis 15 ist jeweils ein ringförmiger Abgaskanal 16, 17, 18, 19, 20 ausgebildet. Wie aus 2 am Beispiel des Brenners 15 hervorgeht, ist der Abgaskanal 20 zwischen einem die Öffnung 10 auskleidenden Außenrohr 21 und einem Innenrohr 22 ausgebildet, in dem unter Ausbildung eines konzentrischen Ringspalts ein weiteres Rohr 23 gehalten ist. Letzteres definiert mit dem Innenrohr einen ringspaltförmigen Luftzuführungskanal, der über eine Speiseleitung 24 an einen entsprechenden, als geschlossener Ring ausgebildeten Luftverteilerrahmen 25 angeschlossen ist. Der Abgaskanal 20 ist hingegen an einen Abgaskasten 26 angeschlossen.The main body 3 is with a series of openings 6 . 7 . 8th . 9 . 10 provided, through which burner 11 . 12 . 13 . 14 . 15 extend. Between the inner wall of the respective opening 6 to 10 and the outer cylindrical shell of each Bren ners 11 to 15 is in each case an annular exhaust passage 16 . 17 . 18 . 19 . 20 educated. How out 2 the example of the burner 15 shows, is the exhaust duct 20 between one the opening 10 lining outer tube 21 and an inner tube 22 formed in the formation of a concentric annular gap another tube 23 is held. The latter defines with the inner tube an annular gap-shaped air supply duct, which via a feed line 24 to a corresponding, designed as a closed ring air distribution frame 25 connected. The exhaust duct 20 is on the other hand to a waste gas box 26 connected.

Das Innenrohr 22 bildet ein Rekuperatorrohr, an dem Abgas und innen Frischluft im Gegenstrom entlang fließen.The inner tube 22 forms a recuperator pipe, on the exhaust gas and inside fresh air flow in countercurrent along.

An dem Eintritt zu dem Brennraum verengt es sich und trägt dort einen keramischen Düsenkörper 27. Dieser weist endseitig mindestens eine bedarfsweise aber auch mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Düsenöffnungen 28, 29, 30, 31 auf. In den 1, 2 und 4 sind diese lediglich durch die Ursprünge der jeweils austretenden Brennerstrahlen 32, 33, 34, 35 markiert. Konzentrisch führt eine Brennstoffleitung 36 bis in den Düsenkörper 27 hinein. Die Brennstoffleitung 36 ist, wie aus 3 ersichtlich, an eine entsprechende Verteilerleitung 37 angeschlossen. Der Luftverteilerrahmen 25 ist mit einem Luftspeisegebläse 38 verbunden während der Abgaskasten 26 mit einem Abgasgebläse 39 verbunden sein kann. Durch die Abstimmung der Förderung des Luftspeisegebläses 38 und des Abgasgebläses 39 aufeinander können an dem halb offenen Brennraum definierte Massenstromverhältnisse und somit auch definierte Druckverhältnisse eingestellt werden. Zwischen den von und zu den Gebläsen 38, 39 führenden Leitungen kann eine Leitung mit Ventil 41 vorgesehen sein, um beispielsweise eine äußere Abgasrezirkulation zu ermöglichen.At the entrance to the combustion chamber it narrows and carries there a ceramic nozzle body 27 , This has at least one end as needed but also several, in the present embodiment, four nozzle openings 28 . 29 . 30 . 31 on. In the 1 . 2 and 4 These are only by the origins of each emerging burner beams 32 . 33 . 34 . 35 marked. Concentric leads a fuel line 36 into the nozzle body 27 into it. The fuel line 36 is how out 3 can be seen, to a corresponding distribution line 37 connected. The air distribution frame 25 is with a Luftspeisegebläse 38 connected during the waste gas box 26 with an exhaust fan 39 can be connected. By matching the delivery of the air feed blower 38 and the exhaust fan 39 mutually defined mass flow conditions and thus also defined pressure conditions can be set at the semi-open combustion chamber. Between the to and from the fans 38 . 39 leading lines can be a line with valve 41 be provided to allow, for example, an external exhaust gas recirculation.

Die Brenner 11 bis 15 sind in seitlichen Abständen von beispielsweise lediglich 150 mm bezogen auf die Brennerlängsachsen angeordnet und bilden mit dem Luftverteilerrahmen 25 sowie dem Abgaskasten 26 ein Düsenfeldmodul 42. Die Düsenstrahlen 32 bis 35 sowie die entsprechenden Düsenstrahlen der benachbarten Brenner 11 bis 14 treffen in Abständen t (siehe 4) auf dem Blechstreifen 2 auf, die kleiner als 150 mm, vorzugsweise kleiner als 100 mm, sind. Die Düsenstrahlen 32 bis 35 treffen dabei unter einem Winkel von ≈60° auf dem Blechstreifen 2 auf. Der Abstand h zwischen der Stirnfläche des jeweiligen Düsenkörpers 27 und dem Blechstreifen (siehe 2) ist vorzugsweise etwa genauso groß wie der Abstand der Stirnfläche des Düsenkörpers 27 von dem parallel zu dem Blechstreifen 2 ausgerichteten Teil der Brennraumwand (Fläche 5).The burners 11 to 15 are arranged at lateral intervals of, for example, only 150 mm relative to the burner longitudinal axes and form with the air distribution frame 25 as well as the waste gas box 26 a nozzle box module 42 , The jets 32 to 35 and the corresponding jets of the adjacent burners 11 to 14 meet at intervals t (see 4 ) on the metal strip 2 on, which are smaller than 150 mm, preferably smaller than 100 mm. The jets 32 to 35 meet at an angle of ≈60 ° on the metal strip 2 on. The distance h between the end face of the respective nozzle body 27 and the metal strip (see 2 ) is preferably about the same size as the distance of the end face of the nozzle body 27 from the parallel to the metal strip 2 aligned part of the combustion chamber wall (area 5 ).

Zu dem Brenner-Düsenfeld 1 gehören außerdem ein Zündbrenner 43 und eine Temperatursonde 44, die an geeigneten Stellen des Grundkörpers 3 angeordnet sind.To the burner nozzle box 1 also include a pilot burner 43 and a temperature probe 44 placed in suitable places of the main body 3 are arranged.

Das insoweit beschriebene Brenner-Düsenfeld 1 arbeitet wie folgt:
In Betrieb werden die Düsenkörper aller Brenner 11 bis 15 zunächst durch den Zündbrenner 43 auf die gewünschte Temperatur gebracht. Sodann werden die Brenner 11 bis 15 aktiviert. Aus den Düsenöffnungen treten die an dem Brenner 15 stellvertretend für alle Brenner 11 bis 14 veranschaulichten Düsenstrahlen 32 bis 35 aus, die aus einem Brennstoff/Luft-Gemisch bestehen. Sie beginnen auf dem Weg von dem Düsenkörper 27 zu dem Blechteil 2 zu reagieren, wodurch sie sich erwärmen. Es kommt, wie in 1 und 2 durch elliptische Pfeile angedeutet ist, zu großräumigen Rezirkulationen, die zu einer gleichmäßigen Wärmeverteilung in der Ausnehmung 4 und somit auch zu einer gleichmäßigen Wärmeverteilung auf dem Blechstreifen 2 führen. 4 veranschaulicht die Auftreffflecken, d.h. die Stellen bei denen die Brennerstrahlen 32 bis 35 jeweils auf dem Blechstreifen 2 auftreffen und von denen die Rezirkulation ausgeht. Die Reaktion setzt sich in dem von dem Blechstreifen 2 weg gerichteten Teil der Gasströmung fort, so dass den Brennerstrahlen 32 bis 35 heißes Gas aus dem Brennraum zufließt. Der gesamte Rezirkulationsbereich kann als Reaktionszone genutzt werden. Die heißen Abgase fließen über die Abgaskanäle 16 bis 20 und erwärmen die zufließende Luft im Gegenstrom. Die Luftvorwärmung kann dabei mehr als 500°C betragen, was einen hohen Wirkungsgrad ergibt.The burner nozzle field described so far 1 works as follows:
In operation, the nozzle body of all burners 11 to 15 first through the pilot burner 43 brought to the desired temperature. Then the burners 11 to 15 activated. From the nozzle openings that occur on the burner 15 representative of all burners 11 to 14 illustrated jets 32 to 35 from, which consist of a fuel / air mixture. They start on the way from the nozzle body 27 to the sheet metal part 2 to react, which warms them up. It comes as in 1 and 2 is indicated by elliptical arrows, to large-scale recirculation, leading to a uniform heat distribution in the recess 4 and thus also to a uniform heat distribution on the sheet metal strip 2 to lead. 4 illustrates the landing spots, ie the locations where the burner jets 32 to 35 each on the sheet metal strip 2 impinge and from which the recirculation goes out. The reaction is in the of the sheet metal strip 2 away directed portion of the gas flow, leaving the burner jets 32 to 35 hot gas flows from the combustion chamber. The entire recirculation area can be used as a reaction zone. The hot exhaust gases flow over the exhaust ducts 16 to 20 and heat the incoming air in countercurrent. The air preheating can be more than 500 ° C, resulting in a high efficiency.

Wie aus 4 ersichtlich, sind die Auftreffstellen benachbarter Brenner 11 bis 15 voneinander jeweils beabstandet. Sie bilden Vierergruppen (z.B. 32 bis 35) mit an den Ecken eines Quadrats angeordneten Schwerpunkten. Die Vierergruppen überlappen einander nicht.How out 4 As can be seen, the impact points of adjacent burners 11 to 15 each spaced apart. They form groups of four (eg 32 to 35) with focal points arranged at the corners of a square. The groups of four do not overlap.

Anders liegen die Dinge bei der in den 5 bis 9 veranschaulichten Ausführungsform mit Regenerativbrennern. Unter Zugrundelegung der vorigen Beschreibung unterscheiden sich diese durch eine größere Anzahl von Regenerativbrennern 11a, 11b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b. Diese sind in geringerem Abstand zueinander angeordnet und zwar vorzugsweise in der Teilung T. Sie sind entsprechend schlanker ausgeführt und weisen in ihrem Inneren einen Regeneratorkörper 45a, 45b, 46a, 46b, 47a, 47b, 48a, 48b, 49a, 49b auf. Die Brenner 11a bis 15b weisen für Luft und Abgas jeweils einen gemeinsamen Anschluss auf. Dieser ist an den Luftverteilerrahmen 25 angeschlossen. Letzterer ist zweigeteilt. Seine beiden Hälften 25a, 25b werden über eine Umschalteinrichtung 51 alternierend an das Luftspeisegebläse 38 angeschlossen und mit Luft versorgt oder an das Abgasgebläse 39 angeschlossen. Die Hälfte 25a des Luftverteilerrahmens 25 ist an alle mit a indizierten Brenner 11a bis 15a angeschlossen. Die Hälfte 25b ist an alle mit b indizierten Brenner 11b bis 15b angeschlossen. Die a- und b-indizierten Brenner wechseln einander ab und sind in einer geraden Reihe angeordnet. Das von den Brennerstrahlen erzeugte Muster der Auftreffflecken ist aus 9 ersichtlich. Es weist eine Teilung T von vorzugsweise < 150 mm bis < 100 mm auf. Die Auftreffflecken der a-indizierten Brenner überlappen sich mit denen der b-indizierten Brenner oder sind mit diesen identisch. Die Brenner sind um T/2 gegen das Muster der Brennerauftreffflecken versetzt. Damit wird mit Ausnahme der jeweiligen beiden oberen oder in 9 unteren Brennerauftreffflecken das jeweils vollständige Muster von Brennerauftreffflecken sowohl mit den Brennern 11a bis 15a als auch mit den Brennern 11b bis 15b erreicht. Sie werden abwechselnd betrieben. Beispielsweise schaltet die Umschalteinrichtung 51 alle zehn Sekunden um. Es stellt sich z.B. das in 5 veranschaulichte Strömungsbild mit großräumiger Rezirkulation ein. 7 veranschaulicht die Strömungsverhältnisse an einem gerade aktiven Brenner 15b, dessen Regeneratorkörper 49b Wärme an die Frischluft abgibt. 6 veranschaulicht den gerade passiven Brenner 15a, der gerade der Abgasausleitung dient und dessen Regeneratorkörper 49a gerade aufgeheizt wird.Things are different in the 5 to 9 illustrated embodiment with regenerative burners. On the basis of the previous description, these differ by a larger number of regenerative burners 11a . 11b . 12a . 12b . 13a . 13b . 14a . 14b . 15a . 15b , These are arranged at a smaller distance from each other and preferably in the division T. They are designed correspondingly slimmer and have in their interior a regenerator body 45a . 45b . 46a . 46b . 47a . 47b . 48a . 48b . 49a . 49b on. The burners 11a to 15b each have a common connection for air and exhaust gas. This is at the air distribution frame 25 connected. The latter is divided into two parts. His two halves 25a . 25b be via a switching device 51 alternating with the Luftspeisegebläse 38 connected and with Air supplied or to the exhaust fan 39 connected. The half 25a the air distribution frame 25 is to all burners marked with a 11a to 15a connected. The half 25b is to all b burners 11b to 15b connected. The a- and b-indexed burners alternate and are arranged in a straight row. The pattern of landing spots produced by the burner jets is off 9 seen. It has a pitch T of preferably <150 mm to <100 mm. The landing spots of the a-indexed burners overlap or are identical to those of the b-indexed burners. The burners are offset by T / 2 against the pattern of the burner impact spots. Thus, with the exception of the respective two upper or in 9 At the bottom of the burner impingement spots, the complete pattern of burner impingement spots with both the burners 11a to 15a as well as with the burners 11b to 15b reached. They are operated alternately. For example, the switching device switches 51 every ten seconds. It turns, for example, in 5 illustrated flow pattern with large-scale recirculation. 7 illustrates the flow conditions on a currently active burner 15b , its regenerator body 49b Gives off heat to the fresh air. 6 illustrates the just passive burner 15a , which is currently the exhaust exhauster and its regenerator body 49a is being heated up.

Die 11 und 12 veranschaulichen eine erweiterte Ausführungsform, bei der ein beispielsweise horizontal ausgerichteter Blechstreifen 2 sowohl von seiner Oberseite als auch von seiner Unterseite her beheizt wird. Dazu dienen entsprechende Brenner-Düsenfelder 1a, 1b, die, wie vorstehend beschrieben, aus Einzelmodulen aufgebaut sind. 11 veranschaulicht das obere Brenner-Düsenfeld 1a, das aus insgesamt fünf nebeneinander angeordneten Düsenfeldmodulen 42a, 42b, 42c, 42d, 42e besteht. Das untere Brenner-Düsenfeld 1b ist entsprechend aufgebaut. Die Längsachsen der Düsenfeldgruppen 42a bis 42e sind mit einem kleinen spitzen Winkel von beispielsweise 10° oder 15° gegen die Laufrichtung des Blechstreifens 2 versetzt, um die Ausbildung von Wärmestreifen zu verhindern. Der Blechstreifen 2 kann bei der Anordnung nach 10 auf dem von dem unteren Brenner-Düsenfeld 1b ausgebildeten Gaspolster schweben.The 11 and 12 illustrate an extended embodiment in which, for example, a horizontally oriented metal strip 2 is heated both from its top and from its underside. For this serve corresponding burner nozzle fields 1a . 1b which, as described above, are composed of individual modules. 11 illustrates the upper burner nozzle field 1a , which consists of a total of five juxtaposed nozzle array modules 42a . 42b . 42c . 42d . 42e consists. The lower burner nozzle field 1b is structured accordingly. The longitudinal axes of the nozzle array groups 42a to 42e are at a small acute angle of, for example, 10 ° or 15 ° to the direction of travel of the sheet metal strip 2 offset to prevent the formation of heat streaks. The metal strip 2 can with the arrangement after 10 on the one from the lower burner nozzle field 1b trained gas cushion float.

Dies kann insbesondere durch Abstimmung der Förderleistung des Luftspeisegebläses 38 auf die Förderleistung des Abgasgebläses 39 erreicht werden. Bei entsprechender Gebläseabstimmung (Luftspeisegebläse etwas stärker als Abgasgebläse) wird unterhalb des Blechstreifens 2 ein Luftpolster gebildet, das den Blechstreifen 2 trägt. Um einen Austritt von Gasen aus dem Brennraum zu vermeiden, können das Luftspeisegebläse 38 und das Abgasgebläse 39 des oberen Brenner-Düsenfelds 1a gegensinnig abgestimmt sein, so dass hier eine etwas größere Saugleistung des Abgasgebläses 39 vorliegt.This can be done in particular by tuning the delivery rate of the air feed blower 38 on the flow rate of the exhaust fan 39 be achieved. With appropriate blower tuning (Luftspeisegebläse slightly stronger than exhaust fan) is below the metal strip 2 an air cushion is formed, which the metal strip 2 wearing. To avoid escape of gases from the combustion chamber, the Luftspeisegebläse 38 and the exhaust fan 39 of the upper burner nozzle field 1a be tuned in opposite directions, so here is a slightly larger suction power of the exhaust fan 39 is present.

Der hier als Ofenraum ausgebildete Grundkörper 3 kann einen seitlichen Schlitz 53 aufweisen, der mit einer Klappe 54 versehen ist. Damit kann die so gebildete Wärmeeinrichtung seitlich von dem Blechstreifen 2 weg gefahren werden, wenn eine Erwärmung des Blechstreifens 2 nicht erwünscht ist, wenn der Ofenraum aufzuheizen ist oder wenn Wartungsarbeiten nötig sind. Außerdem kann der Blechstreifen 2 seitlich aus dem Innenraum herausgeführt werden, ohne den Grundkörper 3 zu verfahren. Eine Einrichtung nach Bild 3 hat in der Testphase folgende Daten erreicht:
Einsatz – Erwärmung von Stahlband, Breite 1,3 m, Dicke 0,5 mm
Bandgeschwindigkeit 39 m/min.
Durchsatzleistung 12 t/h
Erwärmung 380 K
Nutzwärmeleitung 338 kW
Spezifische Nutzwärmeleistung 246 kW/m2 The trained here as a furnace chamber body 3 can have a side slot 53 show that with a flap 54 is provided. Thus, the thus formed heating device laterally of the metal strip 2 be driven away when a heating of the sheet metal strip 2 is not desirable if the furnace room is to be heated or if maintenance is required. In addition, the metal strip 2 be led out laterally from the interior, without the body 3 to proceed. A device according to Fig. 3 has achieved the following data in the test phase:
Use - heating of steel strip, width 1.3 m, thickness 0.5 mm
Belt speed 39 m / min.
Throughput 12 t / h
Heating 380 K
Useful heat pipe 338 kW
Specific useful heat output 246 kW / m 2

Das Düsenfeld mit Rekuperatorbrennern hatte folgende Daten:
Länge 1 m
Breite Länge 1,4 m
Anzahl der Module (oben und unten) 14
Teilung T der Düsenstrahlen 100 mm
Abstand h der Düsen von der Oberfläche 100 mm
Durchmesser D der Düsen 7 mm
Temperatur t im Düsenfeld 1.100°C
Luftvorwärmung 750°C
Energiezufuhr (Hu) 840 kW
Wirkungsgrad der Beheizung 76 The nozzle field with recuperative burners had the following data:
Length 1 m
Width length 1.4 m
Number of modules (top and bottom) 14
Pitch T of the jets 100 mm
Distance h of the nozzles from the surface 100 mm
Diameter D of the nozzles 7 mm
Temperature t in the nozzle field 1,100 ° C
Air preheating 750 ° C
Power supply (Hu) 840 kW
Efficiency of heating 76

Die 12 und 13 veranschaulichen die Anwendung von Düsenfeldmodulen 42a, 42b, 42c, auf die die im Zusammenhang mit 1 bis 4 gegebene Beschreibung zutrifft, zur Erwärmung eines lang ausgedehnten Körpers 52, beispielsweise mit Kreisquerschnitt. Die Brenner der Düsenfeldmodule 42 können radial zu dem Körper 52 ausgerichtet sein, wobei die einzelnen Brenner wiederum eine sich etwa in der Bewegungsrichtung des Körpers 52 erstreckende Reihe bilden. In dem Brennraum kann eine Auflageeinrichtung 53 zur Unterstützung des Körpers 52 angeordnet sein.The 12 and 13 illustrate the use of nozzle array modules 42a . 42b . 42c to which the related 1 to 4 given description applies to warming a long-stretched body 52 , for example with circular cross section. The burners of the nozzle field modules 42 can be radial to the body 52 be aligned, with the individual burners turn one another approximately in the direction of movement of the body 52 forming a stretching row. In the combustion chamber, a support device 53 in support of the body 52 be arranged.

Ein neuartiges Brenner-Düsenfeld 1 besteht aus Düsenfeldmodulen 42, die mit hoher Luftvorwärmung arbeiten auf dem zu erwärmenden Material Gasauftreffflecken erzeugen, die vorzugsweise weniger als 150 mm und im besten Fall weniger als 100 mm Mittenabstand haben. Die Brenner arbeiten mit ungezündetem Gasaustritt und individueller Luftvorwärmung. Die einzelnen Düsenfeldmodule 42 können in beliebigen räumlichen Orientierungen arbeiten. Brenner-Düsenfelder können zur Leistungserhöhung hinter einander angeordnet werden.A novel burner nozzle field 1 consists of nozzle box modules 42 working with high air preheating produce on the material to be heated gas impact spots, which preferably have less than 150 mm and in the best case less than 100 mm center distance. The burners work with non-ignited gas outlet and individual air preheating. The individual nozzle field modules 42 can work in any spatial orientation. Burner nozzle fields can increase the power hung behind each other.

Claims (17)

Brenner-Düsenfeld, insbesondere zur Erwärmung von bewegtem Wärmegut, mit einer Anzahl von Düsenkörpern (27), denen jeweils individuell eine Luftvorwärmeinrichtung (22, 45) zugeordnet ist, und die jeweils wenigstens eine Düsenöffnung aufweisen, um wenigstens einen an der Düsenöffnung noch ungezündeten Brennstoff-Luft-Strahl (32) auf das Wärmegut (2) zu richten, wobei die Düsenkörper (27) in einem solchen seitlichen Abstand zueinander angeordnet sind, dass der Mittenabstand der auf dem Wärmegut (2) entstehenden Auftrefflecken geringer als 200 mm ist, und wobei die Luftvorwärmeinrichtung (22, 45) so ausgelegt ist, dass sie die den Düsenkörpern zugeführte Luft auf über 500°C vorwärmt.Burner nozzle field, in particular for heating of moving heat, with a number of nozzle bodies ( 27 ), which each individually an air preheating device ( 22 . 45 ), and each having at least one nozzle opening to at least one at the nozzle opening still ignited fuel-air jet ( 32 ) on the heat ( 2 ), the nozzle bodies ( 27 ) are arranged in such a lateral distance from one another that the center distance of the on the Wärmegut ( 2 ) is less than 200 mm, and wherein the air preheating device ( 22 . 45 ) is designed so that it preheats the air supplied to the nozzle bodies to over 500 ° C. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Düsenkörper (27) mit jeweils einer Luftvorwärmeinrichtung (22, 45) zu einem Brenner (15) zusammengefasst ist, der eine baulichen Einheit bildet, und dass mehrere solcher Brenner (11 bis 15) zu einem Düsenfeldmodul (42) zusammengefasst sind.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that in each case a nozzle body ( 27 ) each having an air preheating device ( 22 . 45 ) to a burner ( 15 ), which forms a structural unit, and that several such burners ( 11 to 15 ) to a nozzle field module ( 42 ) are summarized. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Düsenfeldmodul (42) einen Abgassammelkasten (26), eine Luftzuführungsleitung (25) und eine Brennstoffzuführungsleitung (36) aufweisen.Burner nozzle field according to claim 2, characterized in that each nozzle field module ( 42 ) an exhaust gas collection box ( 26 ), an air supply line ( 25 ) and a fuel supply line ( 36 ) exhibit. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einzelnen Brenner (11 bis 15) des Düsenfeldmoduls (42) von dem Abgassammelkasten (26) und der Luftzuführungsleitung (25) rechtwinklig weg erstrecken.Burner nozzle field according to claim 3, characterized in that the individual burners ( 11 to 15 ) of the nozzle field module ( 42 ) from the exhaust gas collection box ( 26 ) and the air supply line ( 25 ) extend at right angles away. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnungen der Düsenkörper (27) in einem Abstand vor einer Brennraumwand (5) stehen, um zwischen der Düsenöffnung und der Brennraumwand (5) ein Reaktionsvolumen zu schaffen.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that the nozzle openings of the nozzle body ( 27 ) at a distance in front of a combustion chamber wall ( 5 ) to between the nozzle opening and the combustion chamber wall ( 5 ) to create a reaction volume. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Düsenkörper (27) mehrere Düsenöffnungen aufweist, deren Austrittsrichtungen einen Kegel festlegen.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that each nozzle body ( 27 ) has a plurality of nozzle openings whose exit directions define a cone. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (27) aus keramischem Material besteht.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that the nozzle body ( 27 ) consists of ceramic material. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Düsenöffnung ein Brennstoff-Luft-Gemisch mit Luftüberschuss zugeführt wird.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that at least one nozzle opening a Fuel-air mixture with excess air supplied becomes. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Düsenöffnung Abgas zugeführt wird, das vorzugsweise der Luft und/oder dem Brennstoff beigemischt ist.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that at least one nozzle opening exhaust supplied is added, preferably the air and / or the fuel is. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer Düsenöffnung ein stöchiometrisches Brennstoff/Luft-Gemisch zugeführt wird.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that at least one nozzle opening a stoichiometric Supplied fuel / air mixture becomes. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Hilfsbrenner (43) aufweist.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that it has an auxiliary burner ( 43 ) having. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Düsenöffnung und dem Wärmegut (2) geringer als 200 mm ist.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that the distance between the nozzle opening and the Wärmegut ( 2 ) is less than 200 mm. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Ausfahrvorrichtung für das Wärmegut (2) kombiniert ist.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that it is equipped with an extension device for the thermal material ( 2 ) is combined. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass e2 unterhalb des Warmeguts (2) angeordnet ist.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that e2 below the hot material ( 2 ) is arranged. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmegut (2) von dem aus den Düsenöffnungen austretenden Brennstoff-Luft-Strahlen (32 bis 35) und dem sich ausbildenden Gaspolster getragen ist.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that the heat ( 2 ) from the fuel-air jets emerging from the nozzle openings ( 32 to 35 ) and the forming gas cushion is worn. Brenner-Düsenfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenkörper (27) in Reihen angeordnet sind, die schräg zu der Transportrichtung des Wärmeguts (2) orientiert sind.Burner nozzle field according to claim 1, characterized in that the nozzle body ( 27 ) are arranged in rows which are oblique to the transport direction of the Wärmeguts ( 2 ) are oriented. Brenner-Düsenfeldanordnung mit zwei einander gegenüberliegend angeordneten Brenner-Düsenfeld (42) jeweils nach Anspruch 1.Burner nozzle array arrangement with two oppositely arranged burner nozzle field ( 42 ) each according to claim 1.
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