DE102007006243A1 - Burner has burner nozzle discharged into treatment room by opening of burner support and burner nozzle is equipped with fuel inlet and supply for oxidizing agent - Google Patents

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Abstract

The burner has burner nozzle (2) discharged into treatment room (4) by an opening (3) of burner support. The burner nozzle is equipped with a fuel inlet (9) and supply (11,20) for an oxidizing agent where the supply is equipped with unit (17,18) for changing the flow cross sectional area of the supply for the oxidizing agent. An independent claim is also included for a method for introducing gaseous fuels into a treatment room.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Brennergehäuse, dem eine in einen Behandlungsraum einmündende Brennerdüse zugeordnet ist, die mit Zuführungen für Brennstoff und Oxidationsmittel ausgerüstet ist.The The invention relates to a burner with a burner housing, the one in a treatment room opening burner nozzle associated with feeders for fuel and oxidizing agent is equipped.

Bei der Befeuerung von Industrieöfen zum Erwärmen und/oder Einschmelzen von Glas, Keramik oder Metallen kommen Brenner zum Einsatz, bei denen neben einem meist flüssigen oder gasförmigen Brennstoff Luft oder reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel eingedüst wird. Die Brenner sind dabei in einer Brenneraufnahme angeordnet, beispielsweise in einem in der Wand des thermischen Behandlungsraumes angeordneten Brennerstein oder im Mantelrohr eines Brennerrohres.at the firing of industrial furnaces for heating and / or smelting of glass, ceramics or metals are burners used, in addition to a mostly liquid or gaseous fuel air or pure oxygen as Oxidizing agent is injected. The burners are included arranged in a burner receptacle, for example in an in the wall of the thermal treatment chamber arranged burner stone or in the jacket tube of a burner tube.

Diese Brenner können in der Regel nur in einem engen Bereich der zugeführten Brennstoff- bzw. Oxidationsmittelmengen zuverlässig betrieben werden. Erfolgt die Zuführung von Brennstoff und Oxidationsmittel in den thermischen Behandlungsraum mit einer zu hohen oder zu niedrigen Geschwindigkeit, wird die Flamme instabil. Oft ist es jedoch sinnvoll, die Flammengeometrie und/oder die Brennerleistung während einer Behandlung zu verändern. So ist es beispielsweise bei Konvertern des TBCR („top-blown rotary converter") – Typs notwendig, eine veränderbare Flamme einzusetzen, da ansonsten die Gefahr besteht, dass sich der Konvertermund im Laufe der Zeit schließt. Auch beim Einschmelzen von Schrott erweist es sich als sinnvoll, die Flammenlänge während der Behandlung zu verändern, da mit fortschreitendem Schmelzprozess der Abstand zwischen dem noch zu schmelzenden Gut und dem Brenner zunimmt.These Burners can usually only in a narrow range the supplied fuel or Oxidationsmittelmengen be operated reliably. If the delivery occurs of fuel and oxidant in the thermal treatment room with too high or too low speed, the flame will unstable. Often, however, it makes sense, the flame geometry and / or to change the burner output during a treatment. For example, TBCR converters ("top-blown rotary converter ") - type necessary, a changeable Flame to use, otherwise there is a risk that the Converter term closes over time. Also when melting From scrap, it proves to be useful, the flame length to change as treatment progresses Melting process, the distance between the material to be melted and the burner increases.

Um die Leistung von Brennern zu beeinflussen, können Brenner mit verschiedenen Oxidationsmitteln betrieben werden. Zu den Vorteilen bei der Verwendung von reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel ist eine wesentlich erhöhte Schmelzleistung aufgrund der höheren Wärmestrahlung und aufgrund der höheren Energieeffizienz bei der Verbrennung zu zählen, weiterhin geringe NOx-Emissionen und geringe Abgasmengen. Vorteile von Luftbrennern sind dagegen geringere Rohstoffkosten und ein hoher Gasfluss mit inertem Stickstoff innerhalb des Behandlungsraums, der fallweise von Vorteil ist. Beispielsweise empfiehlt es sich während einer Erwärmungs- und/oder Einschmelzphase von Metallen oder Glas, den hohen thermischen Wirkungsgrad von Brennstoff-Sauerstoff-Brennern zu nutzen, in der anschließenden Warmhaltephase, in der nur eine relativ geringe thermische Leistung erforderlich ist, ist dagegen eine Befeuerung der Behandlungskammer mit Brennstoff-Luft-Brennern von Vorteil. Üblicherweise werden daher Brenner verschiednen Typs in einer Behandlungsanlage eingesetzt.To influence the performance of burners, burners can be operated with different oxidants. Among the advantages in the use of pure oxygen as the oxidant is to be counted upon combustion, a substantially increased melting performance due to the higher thermal radiation and due to the higher energy efficiency, continued low NO x emissions and low exhaust gas volumes. Advantages of air burners, on the other hand, are lower raw material costs and a high gas flow with inert nitrogen within the treatment space, which is advantageous on a case-by-case basis. For example, it is recommended during a heating and / or melting phase of metals or glass to use the high thermal efficiency of fuel-oxygen burners, in the subsequent holding phase in which only a relatively small thermal power is required, however, is a firing the treatment chamber with fuel-air burners advantage. Conventionally, burners of various types are therefore used in a treatment plant.

Um die Vorteile beider Betriebsarten in einem Brenner nutzen zu können, wurden bereits Brenner vorgeschlagen, bei denen während des Einsatzes zwischen Sauerstoff-Brennstoff-Betrieb und Luft-Brennstoff-Betrieb umgeschaltet werden kann. So ist aus der DE 100 46 569 A1 ein Brenner bekannt, bei denen eine zentrale Zuleitung für Brennstoff und, koaxial dazu sowie zueinander, Zuleitungen für zwei Oxidationsmittel, nämlich eine Zuleitung für reinen Sauerstoff und eine Zuleitung für Luft, vorgesehen ist. Durch Zu- und Abschalten der jeweiligen Oxidationsmittelleitung kann nach Belieben vom Sauerstoffbetrieb in den Luftbetrieb umgeschaltet werden, ohne dass es verschiedener, für das jeweilige Oxidationsmittel spezifizierter Brenner bedarf. Nachteilig bei diesem bekannten Sauerstoff-Luft-Brenner ist jedoch, dass aufgrund der nicht veränderbaren Brennergeometrie sehr unterschiedliche Ausströmgeschwindigkeiten des Oxidationsmittels bei Einsatz von Luft bzw. Sauerstoff realisiert werden müssen. Da durch die Ausströmgeschwindigkeit Stabilität und Geometrie der Flammengeometrie maßgeblich beeinflusst wird, kann der Brenner nur in einem eng vorgegebenen Bereich des Verhältnisses von Luft bzw. Sauerstoff zu Brennstoff stabil bzw. für die jeweilige Behandlung optimal gefahren werden.In order to use the advantages of both modes in a burner, burners have already been proposed in which it is possible to switch between oxygen-fuel operation and air-fuel operation during use. So is out of the DE 100 46 569 A1 a burner is known in which a central supply line for fuel and, coaxially thereto and each other, supply lines for two oxidants, namely a supply line for pure oxygen and a supply line for air, is provided. By switching on and off of the respective oxidant line can be switched at will from the oxygen mode in the air mode, without the need for different, specified for the respective oxidant burner. A disadvantage of this known oxygen-air burner, however, is that due to the unchangeable burner geometry very different outflow velocities of the oxidant must be realized when using air or oxygen. Since stability and geometry of the flame geometry are decisively influenced by the outflow velocity, the burner can only be operated in a narrowly predetermined range of the ratio of air or oxygen to fuel or can be optimally driven for the respective treatment.

Aus der DE 101 56 376 A1 ist ein Brenner bekannt, der sowohl mit reinem Sauerstoff, mit Luft sowie auch mit Luft und Sauerstoff im Mischbetrieb gefahren werden kann. Bei diesem Gegenstand ist ein Sauerstoff-Brenner in einer Luftzuführung aufgenommen, der zugleich ein einstellbarer Drallerzeuger, vorzugsweise vom „Movable Block"-Typ, vorgeschaltet ist. Neben der Einstellbarkeit der Impulsströme von Brennstoff, Sauerstoff und Luft kann und muss mit diesem Brenner zusätzlich der Drallstärke zwischen S = 0 (kein Drall) und S = 2 (überkritischer Drall) eingestellt werden. Durch die variable Drallstärke kann die Flammenlänge und -form sowie der Regelbereich verändert und so die Flamme zumindest in einem weiten Bereich unterschiedlicher Mischungsverhältnisse von Luft und Sauerstoff stabilisiert werden. Dies gelingt jedoch umso unvollständiger, je geringer der Sauerstoffanteil im Oxidationsmittel ist. In diesem Falle muss die Strömungsgeschwindigkeit in den Oxidationsmittelzuleitungen erhöht werden, um den höheren Anteil an unverbrennbaren Gasen auszugleichen, was jedoch oberhalb einer gewissen Grenze gleichfalls zur Instabilität der Flamme führt.From the DE 101 56 376 A1 a burner is known, which can be driven both with pure oxygen, with air as well as with air and oxygen in mixed operation. In this article, an oxygen burner is housed in an air supply, which is at the same time an adjustable swirler, preferably of the "Movable Block" type preceded .. In addition to the adjustability of the pulse streams of fuel, oxygen and air can and must with this burner in addition Swirl strength can be set between S = 0 (no swirl) and S = 2 (supercritical swirl) .The variable swirl intensity can be used to change the flame length and shape as well as the control range, thus stabilizing the flame at least over a wide range of different air and oxygen mixing ratios In this case, however, the flow rate in the oxidant feed lines has to be increased in order to compensate for the higher proportion of incombustible gases, but above a certain limit also to instability of the flame leads.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Möglichkeit zu schaffen, bei dem die Geometrie der Flamme im Behandlungsraum und die Leistung des Brenners in einem weiten Bereich unabhängig voneinander eingestellt werden können.task The invention is therefore to provide a possibility where the geometry of the flame in the treatment room and the power of the burner in a wide range independently can be adjusted.

Gelöst ist diese Aufgabe bei einem Brenner der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung dadurch, dass wenigstens zwei oder mehr Brennstoffzuführungen vorgesehen sind, die mit unabhängig voneinander ansteuerbaren Brennstoff-Zuleitungen strömungsverbunden sind, und die Zuführung für das Oxidationsmittel mit Mitteln zum Verändern des Strömungsquerschnitts der Zuführung ausgerüstet ist.Solved This object is in a burner of the type mentioned and Purpose characterized in that at least two or more fuel supplies are provided, which can be controlled with independently Fuel supply lines are fluidly connected, and the Feed for the oxidant with agents for changing the flow cross section of the feed equipped.

Im Unterschied zu den Sauerstoff-Luft-Brennern nach dem Stande der Technik wird zum einen der Zufluss von Brennstoff durch Zu- bzw. Abschalten der Brennstoffzuleitungen und der Zufluss durch die Oxidationsmittelzuführung durch eine Veränderung des freien Strömungsquerschnitts beeinflusst. Damit kann der Volumenstrom durch die Brennstoffzuleitungen bzw. die Oxidationsmittelleitung/en erhöht werden, ohne dazu notwendigerweise auch die Strömungsgeschwindigkeit zu vergrößern. Auch ein Wechsel des Oxidationsmittels von Luft zu reinem Sauerstoff oder umgekehrt kann so realisiert werden, ohne die Ausströmgeschwindigkeit und damit die Flammenstabilität zu beeinträchtigen. Beim Erfordernis geringer Leistung bzw. kurzer Flamme erfolgt die Zuführung von Brennstoff lediglich durch eine der Brennstoffzuführungen, bei höherer Leistungsanforderung werden sukzessive zwei oder mehr Brennstoffleitungen mit Brennstoff beschickt. Eine Dralleinstellung ist beim erfindungsgemäßen Brenner zur Flammenstabilisierung nicht erforderlich, kann gleichwohl zusätzlich vorgesehen sein.in the Difference to the oxygen-air burners according to the state of the art Technology is firstly the inflow of fuel by Zu- or Switching off the fuel supply lines and the inflow through the oxidant supply by a change in the free flow cross section affected. Thus, the volume flow through the fuel supply lines or the Oxiditätsmittelleitung / en be increased without necessarily also the flow velocity to enlarge. Also a change of the oxidizing agent From air to pure oxygen or vice versa can be realized without the outflow velocity and thus the flame stability to impair. When low power requirement or short flame, the supply of fuel only by one of the fuel supplies, at higher Power requirement will be successively two or more fuel lines fueled. A twist adjustment is in the invention Torch for flame stabilization not required, can nevertheless be provided in addition.

Bevorzugt ist der Strömungsquerschnitt der Zuführung für Oxidationsmittel kontinuierlich veränderbar und ermöglicht damit eine stufenlose Einstellung des Sauerstoffanteils im Oxidationsmittel.Prefers is the flow cross section of the feeder for Oxidizing agent continuously changeable and allows so that a continuous adjustment of the oxygen content in the oxidant.

Die Brennstoffzuführungen weisen vorteilhafterweise unterschiedliche Strömungsquerschnitte auf. Je nach Bedarf können also unterschiedliche Brennstoffzuführungen angesteuert werden und damit unterschiedliche Mengen von Brennstoff bei gleicher Ausströmgeschwindigkeit in den Behandlungsraum eingetragen werden.The Fuel feeds advantageously have different Flow cross sections on. Depending on your needs can so controlled different fuel supplies and thus different amounts of fuel at the same Outflow velocity registered in the treatment room become.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform wird durch den folgenden Aufbau realisiert: Die Brennerdüse ist mit einem im Brennergehäuse angeordneten, axial verschiebbaren Brennerkopf ausgerüstet, der an seiner dem Behandlungsraum zugewandten Seite konisch zugeformt ist. Zu diesem konisch zugeformten Brennerkopf korrespondiert eine gleichfalls konische Zuformung des Brennergehäuses, und zwar derart, dass sich bei axialer Verschiebung der Brennerdüse zwischen Brennerkopf und Brennergehäuse ein Ringspalt öffnet, erweitert und/oder schließt. Der Ringspalt ist im Strömungsweg der Zuführung für sekundäres Oxidationsmittel integriert. Dadurch gelingt es, den Strom des sekundären Oxidationsmittels insbesondere durch die Variation des Ringspaltdurchmessers zu steuern. Anstelle der Konizität der beiden korrespondierenden Teile können freilich auch andere Geometrien gewählt werden; im Hinblick auf ein möglichst reibungsfreies Ausströmen erweist sich eine konische Zuformung als vorteilhaft. Der Begriff „konisch" ist hier sehr allgemein zu verstehen und umfasst auch Ausführungsformen, die von einem streng dreieckigen Längsschnitt abweichen.A Particularly preferred embodiment is by the following Construction realized: The burner nozzle is in the burner housing arranged, axially displaceable burner head equipped, the conically formed on its side facing the treatment room is. An equally corresponds to this conically shaped burner head conical shaping of the burner housing, in such a way that at axial displacement of the burner nozzle between Burner head and burner housing opens an annular gap, extends and / or closes. The annular gap is in the flow path integrated with the secondary oxidant feed. This manages the flow of secondary oxidant in particular to be controlled by the variation of the annular gap diameter. Instead of the conicity of the two corresponding parts can Of course, other geometries are chosen. in view on a frictionless as possible flows out a conical shaping is advantageous. The term "conical" is to be understood very generally here and also includes embodiments, which deviate from a strictly triangular longitudinal section.

Eine gleichfalls vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Brenner mit wenigstens einer Zuführung für primäres Oxidationsmittel und mit wenigstens einer Zuleitung für ein sekundäres Oxidationsmittel ausgerüstet ist, wobei eine dieser Zuführungen Mittel zum Verändern des Strömungsquerschnitts der betreffenden Zuführung aufweist. Die Zuführungen können dabei jeweils mit einer Zuleitung für Sauerstoff und/oder mit einer Luftzuleitung strömungsverbunden sind. Hierbei sind verschiedene Möglichkeiten denkbar: Zum einen können die Zuführungen für primäres bzw. sekundäres Oxidationsmittel strömungstechnisch voneinander getrennt mit den jeweiligen Zuleitungen für Sauerstoff bzw. Luft verbunden sein, oder es findet zunächst eine Vermischung von Luft und Sauerstoff zu einem Gasgemisch statt, das anschließend sowohl in die Zuführung für primäres als auch in die Zuführung für sekundäres Oxidationsmittel eingeleitet wird.A likewise advantageous development of the invention provides that the burner with at least one feeder for primary oxidant and with at least one supply line equipped for a secondary oxidizer is, wherein one of these feeders means for changing the flow cross section of the respective feeder having. The feeders can each with a supply line for oxygen and / or with an air supply line are fluidly connected. Here are different options conceivable: First, the feeds for primary or secondary oxidant fluidically separated from each other with the respective supply lines for Oxygen or air connected, or it finds first a mixing of air and oxygen to a gas mixture instead, then both in the feeder for primary as well as in the feeder for secondary oxidant is introduced.

Um insbesondere eine flammenlose Verbrennung mit außen zirkulierendem Verbrennungsgas zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, dass die Luftzuleitung mit dem Innenraum des Behandlungsraums strömungsverbunden ist. Zugleich mit dem für die Verbrennung benötigtem Sauerstoff wird so Abgas aus dem Behandlungsraum rezirkuliert, durch das die Temperatur in der Verbrennungs- bzw. Reaktionszone gesenkt und gleichzeitig eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Behandlungsraum bewirkt wird.Around in particular a flameless combustion with outside circulating To allow combustion gas, it is advantageous that the air supply line fluidly connected to the interior of the treatment room is. At the same time as needed for combustion Oxygen is recirculated so exhaust gas from the treatment room, through the lowered the temperature in the combustion or reaction zone and at the same time a more even temperature distribution is effected in the treatment room.

Zweckmäßigerweise ist den Zuleitungen für Brennstoff und den Mitteln zum Verändern des Strömungsquerschnitts der Zuführung für Oxidationsmittel eine Regelungsautomatik zugeordnet, mittels der die Zufuhr an Brennstoff und Oxidationsmittel in Abhängigkeit von einem oder mehreren physikalischen odr chemischen Parametern im Behandlungsraum einstellbar ist. Als Parameter wird dabei beispielsweise die Temperatur im Behandlungsraum, die Temperatur der Ofenwand, der Abstand zwischen Brennermund und einem aufzuschmelzenden Material, die Sauerstoffkonzentration des zugeführten Oxidationsmittels, eine Schadstoffkonzentration im Abgas, beispielsweise NOx, erfasst und aus den erfassten Daten nach einem vorgegebenem, errechneten oder empirisch ermittelten Programm die benötigte Sauerstoffzufuhr eingestellt.Expediently, the supply lines for fuel and the means for changing the flow cross section of the supply for oxidizing agent are assigned an automatic control system by means of which the supply of fuel and oxidizing agent is adjustable as a function of one or more physical or chemical parameters in the treatment space. As a parameter, for example, the temperature in the treatment chamber, the temperature of the furnace wall, the distance between the burner mouth and a material to be melted, the oxygen concentration of the supplied oxidant, a pollutant concentration in the exhaust gas, for example NO x , detected and from the acquired data for a given, calculated or empirically determined program set the required oxygen supply.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Einleiten von Brenngasen in einen Behandlungsraum gelöst, bei dem ein Brennstoff durch eine erste und wenigstens eine zweite Brennstoffzuführung und ein Oxidationsmittel durch wenigstens eine Oxidationsmittelzuführung hindurch in den Behandlungsraum eingebracht wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass Parameter der sich im Behandlungsraum ausbildenden Flamme, wie Flammengeometrie und Temperatur im Behandlungsraum, dadurch verändert werden, dass durch Ansteuern der Brennstoffzuleitungen die Menge des zugeführten Brennstoffs und durch Änderung des Freien Strömungsquerschnitts der Oxidationsmittelzuführung die Menge des zugeführten Oxidationsmittels geändert wird.The The object of the invention is also achieved by a method dissolved for introducing fuel gases into a treatment room, in which a fuel through a first and at least a second fuel supply and an oxidizing agent by at least one oxidizing agent supply is introduced through into the treatment room, and thereby is characterized in that parameters forming in the treatment room Flame, such as flame geometry and temperature in the treatment room, be changed by that by driving the fuel supply lines the amount of fuel supplied and by changing the outdoors Flow cross-section of the oxidant supply changed the amount of oxidant supplied becomes.

Die Änderung des Strömungsquerschnitts der Oxidationsmittelzuleitung ermöglicht den Zustrom unterschiedlicher Gasvolumina bei gleich bleibender oder nur wenig veränderter Ausströmgeschwindigkeit. Die mehreren Brennstoffzuführungen ermöglichen die Variation des Brennstoffzustroms, ohne dass zugleich eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit erforderlich ist, indem einzelne oder mehrere Brennstoffzuführungen zu- oder abgeschaltet werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, verschiedene Brennparameter, wie Brennerleistung, Temperatur im Brennraum oder Flammengeometrie in einem weiten Bereich zuverlässig und stabil einzustellen.The change the flow cross-section of the oxidant supply line allows the influx of different gas volumes at constant or only slightly changed outflow velocity. The multiple fuel supplies allow the variation of the fuel flow, without at the same time a change the flow rate is required by individual or several fuel supplies switched on or off become. By the method according to the invention it is possible to use different firing parameters, such as burner power, Temperature in the combustion chamber or flame geometry in a wide range to adjust reliably and stably.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird durch gleichzeitiges Verändern der Austrittsgeschwindigkeiten des Oxidationsmittels und des Brennstoffs die Flammengeometrie beeinflusst. Hierdurch ist ein zusätzlicher Parameter gegeben, um die Flammengeometrie gezielt beeinflussen zu können.In a development of the invention is achieved by simultaneous change the exit velocities of the oxidant and the fuel influences the flame geometry. This is an additional Given parameters to specifically influence the flame geometry to be able to.

Bevorzugt erfolgt dabei im Behandlungsraum eine flammenlose oder gestufte Verbrennung. Bei der „flammenlosen Verbrennung", die auch als „milde" oder „verdünnte" Verbrennung bezeichnet wird, rezirkuliert das Ofengas im Behandlungsraum und bewirkt eine insgesamt gleichmäßigere Temperaturverteilung im Behandlungsraum bei einer gleichzeitig reduzierten Temperatur im Bereich der Brennerdüse. Die flammenlose Verbrennung ermöglicht gegenüber einer Verbrennung mit Flamme eine deutliche Reduzierung der NOx-Werte. Das Prinzip der flammenlosen Verbrennung ist an sich bekannt und wird beispielsweise in der EP 0 463 218 A1 beschrieben.Preferably, flameless or stepped combustion takes place in the treatment chamber. In "flameless combustion", also referred to as "mild" or "dilute" combustion, the furnace gas recirculates in the treatment space and causes a more even temperature distribution throughout the treatment space while reducing the temperature in the area of the burner nozzle Combustion with flame a significant reduction in NO x values.The principle of flameless combustion is known per se and is used for example in the EP 0 463 218 A1 described.

Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigt:Based of the drawings, an embodiment of the invention be explained in more detail. In schematic views shows:

1: Einen erfindungsgemäßen Brenner in einer ersten Stellposition in einem Längsschnitt, 1 A burner according to the invention in a first setting position in a longitudinal section,

2: Den Brenner aus 1 in einer zweiten Stellposition im Längsschnitt. 2 : The burner off 1 in a second setting position in longitudinal section.

In den 1 und 2 sind gleiche Merkmale mit jeweils gleichen Bezugsziffern versehen. Der in den Zeichnungen dargestellte Brenner 1 umfasst eine Brennerdüse 2, die mit ihrer Mündung 3, durch eine vorgegebene Öffnung eines Brennersteins 5 oder dem Metallmantel eines Brennerrohres hindurch, in einen Behandlungsraum 4 einmündet (Ohne, dass dadurch die Erfindung beschränkt werden soll, wird im Folgenden die Anordnung der Brennerdüse 2 in einem Brennerstein 5 näher betrachtet). Die Brennerdüse 2 ist in einem Brennergehäuse 6 integriert, das fest und zumindest weitgehend gasdicht mit dem Brennerstein 5 verbunden ist.In the 1 and 2 are the same features provided with the same reference numerals. The burner shown in the drawings 1 includes a burner nozzle 2 with her mouth 3 , through a given opening of a burner brick 5 or the metal shell of a burner tube, into a treatment space 4 (Without this, the invention is to be limited, the arrangement of the burner nozzle is below 2 in a burner stone 5 considered closer). The burner nozzle 2 is in a burner housing 6 integrated, the firm and at least largely gas-tight with the burner stone 5 connected is.

Die Brennerdüse 2 umfasst einen Brennerkopf 7, der von hier nicht gezeigten Halterungen auf einer Achse 8 koaxial zum Brennergehäuse 6 gehalten wird. Zentral durch den Brennerkopf 7 und das Brennergehäuse 6 hindurch erstreckt sich eine koaxiale Anordnung von mehreren, im Ausführungsbeispiel zwei, Brennstoffzuführungen 9, 12, die an ihrem vom Düsenaustritt 10 entgegen gesetzten Ende mit Zuleitungen 15, 16 für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff verbunden sind. In den Zuleitungen 15, 16 sind in hier nicht gezeigter Weise Armaturen vorgesehen, mittels derer der Zustrom von Brennstoff in den beiden Zuleitungen 15, 16 unabhängig voneinander eingestellt werden kann. Insbesondere kann der Zustrom durch die jeweilige Brennstoffzuführung auch vollständig gesperrt werden. Der Brennerkopf 7 ist axial verschiebbar im Brennergehäuse 6 aufgenommen, wobei die Verschiebung des Brennerkopfs 7 in hier nicht gezeigter Weise entweder mittels einer automatischen Stelleinrichtung, beispielsweise eines Stellmotors, oder manuell, etwa über ein Handstellrad, oder hydraulisch oder pneumatisch, erfolgt.The burner nozzle 2 includes a burner head 7 , of the holders not shown here on an axis 8th coaxial with the burner housing 6 is held. Central through the burner head 7 and the burner housing 6 extends through a coaxial arrangement of several, in the embodiment, two fuel supply lines 9 . 12 , which at their exit from the nozzle 10 opposite end with leads 15 . 16 are connected for gaseous or liquid fuel. In the supply lines 15 . 16 fittings are provided in a manner not shown here, by means of which the flow of fuel in the two supply lines 15 . 16 can be adjusted independently of each other. In particular, the influx can be completely blocked by the respective fuel supply. The burner head 7 is axially displaceable in the burner housing 6 recorded, with the displacement of the burner head 7 in a manner not shown here, either by means of an automatic setting device, for example a servomotor, or manually, for example via a handwheel, or hydraulically or pneumatically.

Am Brennergehäuse 6 ist mit einem Flansch oder einer Verschraubung eine Zuleitung 11 für Oxidationsmittel montiert, mittels der ein Oxidationsmittel, beispielsweise Sauerstoff oder Luft oder eine Mischung aus Sauerstoff und Luft, in den Innenraum 14 des Brennergehäuses 6 eingeleitet wird.On the burner housing 6 is a supply line with a flange or a screw connection 11 mounted for oxidizing agent, by means of an oxidizing agent, for example oxygen or air or a mixture of oxygen and air, in the interior 14 of the burner housing 6 is initiated.

An seiner zum Düsenaustritt 10 hin weisenden Stirnseite weist der Brennerkopf 7 einen konisch zugeformten Vorderabschnitt 17 auf. Mit gleichem Winkelmaß wie der konische Vorderabschnitt 17 des Brennerkopfs 7 ist der Vorderabschnitt 18 des Brennergehäuses 6 konisch zugeformt. In der in 1 gezeigten Stellposition ist die Brennerdüse 2 beabstandet vom Vorderabschnitt 18 des Brennergehäuses, wobei sich zwischen dem konischen Vorderabschnitt 17 des Brennerkopfs 7 und dem Vorderabschnitt 18 des Brennergehäuses 6 ein Ringspalt 20 erstreckt, mit dem Innenraum 14 des Brennergehäuses 6 strömungsverbunden ist.At his to the nozzle exit 10 facing the front side, the burner head 7 a conically shaped front section 17 on. With the same angle as the conical front section 17 of the burner head 7 is the front section 18 of the burner housing 6 conically shaped. In the in 1 shown positioning position is the burner nozzle 2 spaced from the front section 18 of the burner housing, being between the conical front section 17 of the burner head 7 and the front section 18 of the burner housing 6 an annular gap 20 extends, with the interior 14 of the burner housing 6 fluidly connected.

Durch axiale Verschiebung des Brennerkopfes 7 kann der Strömungsquerschnitt des Ringspaltes 20 verstellt werden. So ist in der in 2 gezeigten Stellposition der Brennerkopf 7 mit seinem konischen Vorderabschnitt 17 in den Vorderabschnitt 18 des Brennergehäuses 6 hinein verfahren, und der Ringspalt 20 ist geschlossen. In dieser Stellposition erfolgt somit keine Zuführung von Oxidationsmittel in den Behandlungsraum 4. Es kann jedoch auch eine weitere, hier nicht gezeigte Oxidationsmittelzuführung vorgesehen sein, mittels der eine gewisse Menge an Oxidationsmittel zur Bewältigung einer Grundlast der Verbrennung in den Behandlungsraum eingebracht werden kann.By axial displacement of the burner head 7 can the flow cross-section of the annular gap 20 be adjusted. So is in the in 2 shown positioning position of the burner head 7 with its conical front section 17 in the front section 18 of the burner housing 6 move into it, and the annular gap 20 is closed. In this position, therefore, no supply of oxidant in the treatment room 4 , However, it is also possible to provide a further oxidant supply, not shown here, by means of which a certain amount of oxidizing agent can be introduced into the treatment space to cope with a base load of the combustion.

Bei Verwendung einer automatischen Stellvorrichtung des Brennerkopfes 7 kann dieser auch mit einer hier nicht gezeigten Regelautomatik in Datenverbindung stehen, die den Vorschub des Brennerkopfes 7 in Abhängigkeit von bestimmten gemessenen Parametern regelt, beispielsweise der Temperatur oder der Konzentration von bestimmten Gasen im Behandlungsraum 4 oder dem Zustand eines im Behandlungsraum 4 vorliegenden Behandlungsguts.When using an automatic actuator of the burner head 7 this can also be in data connection with an automatic control, not shown here, which is the feed of the burner head 7 depending on certain measured parameters, such as the temperature or the concentration of certain gases in the treatment room 4 or the condition of one in the treatment room 4 present material to be treated.

Beim Betrieb des Brenners 1 wird über die Brennstoffzuführungen 9, 12 ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, beispielsweise Erdgas, in den Behandlungsraum 4 eingeleitet. Je nach Bedarf erfolgt die Zuführung von Brennstoff entweder nur über eine der Brennstoffzuleitungen 9, 12 oder über beide. Ist der Strömungsquerschnitt der Brennstoffzuleitungen 9, 12 unterschiedlich, kann die zuzuführende Menge an Brennstoff auch durch die Wahl der jeweils mit Brennstoff beschickten Brennstoffzuführung 9, 12 variiert werden. Ist beispielsweise zu Beginn eines Brennvorgangs eine hohe Leistung des Brenners 1 erwünscht, wird der Brennstoff durch beide Brennstoffzuführungen 9, 12 eingeleitet. Zugleich ist der Brennerkopf 7 so verfahren, dass der Ringspalt 20 seinen maximalen Strömungsquerschnitt aufweist, sodass eine große Mange an Oxidationsmittel in den Behandlungsraum 4 eingebracht wird. Bei hohen Leistungen ist das eingesetzte Oxidationsmittel vorzugsweise reiner Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft.When operating the burner 1 is about the fuel supplies 9 . 12 a liquid or gaseous fuel, such as natural gas, in the treatment room 4 initiated. Depending on requirements, the supply of fuel takes place either only via one of the fuel supply lines 9 . 12 or both. Is the flow cross section of the fuel supply lines 9 . 12 different, the amount of fuel to be supplied by the choice of each fuel-loaded fuel supply 9 . 12 be varied. For example, at the beginning of a burning process is a high power of the burner 1 desired, the fuel through both fuel feeds 9 . 12 initiated. At the same time is the burner head 7 proceed so that the annular gap 20 has its maximum flow cross-section, so that a large amount of oxidant in the treatment room 4 is introduced. At high powers, the oxidant used is preferably pure oxygen or oxygen-enriched air.

Wird im Verlauf der Behandlung die Leistungsanforderung geringer, erfolgt die Brennstoffzufuhr nur durch eine der Brennstoffzuführungen 9, 12, wobei der Brennstoffstrom durch diese eine Brennstoffzuführung, und damit die Ausströmgeschwindigkeit, nicht notwendigerweise geändert wird. Zugleich wird der Ringspalt 20 verengt, um den Oxidationsmittelzustrom zu verringern. Es ist auch möglich, den Ringspalt unverändert zu lassen und den Sauerstoffanteil des Oxidationsmittels zu verringern. Durch diese Vorgehensweise werden im Innern des Behandlungsraumes 4 gleichmäßig stabile Verbrennungsverhältnisse gewährleistet.If the power requirement decreases during the course of the treatment, the fuel supply takes place only through one of the fuel feeds 9 . 12 wherein the fuel flow is not necessarily changed by this one fuel supply, and thus the outflow velocity. At the same time the annular gap 20 constricted to reduce the oxidant feed. It is also possible to leave the annular gap unchanged and to reduce the oxygen content of the oxidizing agent. By doing so, inside the treatment room 4 ensures uniformly stable combustion conditions.

Der Brenner 1 ist besonders auch zum Einsatz bei flammenloser Verbrennung im Behandlungsraum 4 geeignet. Die flammenlose Verbrennung im Behandlungsraum führt zu einer Erniedrigung der Temperaturen im Bereich des Düsenaustritts 10 und insgesamt zu einer Erniedrigung der NOx-Werte im Abgas. Hierzu kann die Zuleitung 11 für das Oxidationsmittel auch mit dem Behandlungsraum 4 in Strömungsverbindung stehen, so dass während der Behandlung laufend Abgas aus dem Behandlungsraum 4 entnommen und über die Zuleitung 11 wieder in den Behandlungsraum 4 eingespeist werden kann (so genannte „äußere Rezirkulation").The burner 1 is also particularly suitable for use in flameless combustion in the treatment room 4 suitable. The flameless combustion in the treatment room leads to a lowering of the temperatures in the area of the nozzle outlet 10 and overall a reduction in the NO x values in the exhaust gas. For this purpose, the supply line 11 for the oxidant also with the treatment room 4 be in flow communication, so that during the treatment exhaust gas from the treatment room 4 taken and over the supply line 11 back to the treatment room 4 can be fed (so-called "external recirculation").

Der erfindungsgemäße Brenner 1 kann sowohl für Herdöfen als auch für Drehtrommelöfen eingesetzt werden und ist insbesondere zum Schmelzen von Stahl, Eisen-, Nichteisenmetallen oder Glas aber auch für Erwärmungsöfen jeglicher Art geeignet. Er ist einfach in bestehende Öfen einzubauen, seine Bauweise macht ihn besonders robust und wartungsarm. Insbesondere in der Metallindustrie werden mit dem erfindungsgemäßen Brenner eine höhere Produktivität, geringere Energieverbräuche und flexiblere Arbeitsweisen bei gleichzeitig deutlich geringeren Schadstoffemissionen ermöglicht.The burner according to the invention 1 can be used both for hearth furnaces and for rotary furnaces and is particularly suitable for melting steel, iron, non-ferrous metals or glass but also for heating furnaces of any kind. It is easy to install in existing stoves, its construction makes it particularly robust and low maintenance. Particularly in the metal industry, the burner according to the invention makes possible a higher productivity, lower energy consumption and more flexible methods of operation, with at the same time significantly lower pollutant emissions.

11
Brennerburner
22
Brennerdüseburner
33
Mündungmuzzle
44
Behandlungsraumtreatment room
55
BrennersteinBrennerstein
66
Brennergehäuseburner housing
77
Brennerkopfburner head
88th
Achseaxis
99
Primäre Brennstoffzuführungprimary fuel supply
1010
Düsenaustrittnozzle exit
1111
Zuführung für Oxidationsmittelfeed for oxidizing agents
1212
Sekundäre Brennstoffzuführungsecondary fuel supply
1313
Stirnseitefront
1414
Innenrauminner space
1515
Zuleitung für primären Brennstoffsupply for primary fuel
1616
Zuleitung für sekundären Brennstoffsupply for secondary fuel
1717
konischer Vorderabschnittconical front section
1818
Vorderabschnitt (des Brennergehäuses)front section (of the burner housing)
1919
–-
2020
Ringspaltannular gap

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • - DE 10156376 A1 [0006] - DE 10156376 A1 [0006]
  • - EP 0463218 A1 [0019] EP 0463218 A1 [0019]

Claims (11)

Brenner mit einem Brennergehäuse (6), dem eine in einen Behandlungsraum (4) einmündende Brennerdüse (2) zugeordnet ist, die mit Zuführungen (9, 12, 12) für Brennstoff und Oxidationsmittel ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Brennstoffzuführungen (9, 12) vorgesehen sind, die mit unabhängig voneinander ansteuerbaren Brennstoff-Zuleitungen (15, 16) strömungsverbunden sind, und die Zuführung (11) für das Oxidationsmittel mit Mitteln (17, 18) zum Verändern des Strömungsquerschnitts der Zuführung (11) ausgerüstet ist.Burner with a burner housing ( 6 ), one into a treatment room ( 4 ) opening burner nozzle ( 2 ) associated with feeds ( 9 . 12 . 12 ) is equipped for fuel and oxidizing agent, characterized in that at least two fuel feeds ( 9 . 12 ) provided with independently controllable fuel supply lines ( 15 . 16 ) are flow-connected, and the feeder ( 11 ) for the oxidant with agents ( 17 . 18 ) for changing the flow cross-section of the feeder ( 11 ) is equipped. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt der Zuführung (11) für das Oxidationsmittel kontinuierlich veränderbar ist.Burner according to claim 1, characterized in that the flow cross section of the feed ( 11 ) is continuously variable for the oxidizing agent. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführungen (9, 12) unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen.Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel feeds ( 9 . 12 ) have different flow cross sections. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerdüse (2) mit einem im Brennergehäuse (6) angeordneten Brennerkopf (7) ausgerüstet ist, der an seiner dem Behandlungsraum (4) zugewandten Seite konisch zugeformt ist und mit einer konischen Zuformung (18) des Brennergehäuses (6) derart korrespondiert, dass sich bei axialer Verschiebung des Brennerkopfs (2) zwischen Brennerkopf (7) und der Brennergehäuse (6) ein Ringspalt (20) öffnet, sich erweitert und/oder schließt.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the burner nozzle ( 2 ) with a in the burner housing ( 6 ) arranged burner head ( 7 ) located at the treatment room ( 4 ) facing side is conically formed and with a conical shaping ( 18 ) of the burner housing ( 6 ) corresponds such that upon axial displacement of the burner head ( 2 ) between burner head ( 7 ) and the burner housing ( 6 ) an annular gap ( 20 ) opens, expands and / or closes. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner mit einer Zuführung (11) für ein primäres Oxidationsmittel und mit einer Zuführung für ein sekundäres Oxidationsmittel ausgerüstet ist, und wenigstens eine der Zuführungen (11) für Oxidationsmittel Mittel (17, 18) zum Verändern des Strömungsquerschnitts aufweist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the burner with a feed ( 11 ) is provided for a primary oxidant and with a supply of a secondary oxidant, and at least one of the feeds ( 11 ) for oxidant agent ( 17 . 18 ) for changing the flow cross-section. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung (11) für das Oxidationsmittel mit dem Innenraum des Behandlungsraums (4) strömungsverbunden ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the feeder ( 11 ) for the oxidant with the interior of the treatment room ( 4 ) is fluidly connected. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Zuleitungen (15, 16) für Brennstoff und den Mitteln (17, 18) zum Verändern des Strömungsquerschnitts der Zuführung (11) für Oxidationsmittel und eine Regelungsautomatik zugeordnet ist, mittels der die Zufuhr von Oxidationsmittel und Brennstoff in Abhängigkeit von physikalischen/chemischen Parametern im Behandlungsraum (4), wie Temperatur, Sauerstoffgehalt, etc. einstellbar ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the supply lines ( 15 . 16 ) for fuel and the means ( 17 . 18 ) for changing the flow cross-section of the feeder ( 11 ) is assigned for oxidizing agent and an automatic control system, by means of the supply of oxidizing agent and fuel as a function of physical / chemical parameters in the treatment room ( 4 ), such as temperature, oxygen content, etc. is adjustable. Verfahren zum Einleiten von Brenngasen in einen Behandlungsraum (4), bei dem ein Brennstoff durch eine erste (9) und wenigstens eine zweite (12) Brennstoffzuführung (9) und ein Oxidationsmittel durch wenigstens eine Oxidationsmittelzuführung (11) hindurch in den Behandlungsraum (4) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter der sich im Behandlungsraum (4) ausbildenden Flamme, wie Flammengeometrie und Temperatur im Behandlungsraum, dadurch verändert werden, dass durch Ansteuern der Brennstoffzuleitungen (9, 12) die Menge des zugeführten Brennstoffs und durch Änderung des Freien Strömungsquerschnitts der Oxidationsmittelzuführung (11) die Menge des zugeführten Oxidationsmittels geändert wird.Method for introducing fuel gases into a treatment room ( 4 ), in which a fuel is passed through a first ( 9 ) and at least a second ( 12 ) Fuel supply ( 9 ) and an oxidizing agent by at least one oxidant supply ( 11 ) into the treatment room ( 4 ) is introduced, characterized in that parameters in the treatment room ( 4 ) forming flame, such as flame geometry and temperature in the treatment room, are changed by the fact that by driving the fuel supply lines ( 9 . 12 ) the amount of fuel supplied and by changing the free flow cross section of the oxidant supply ( 11 ) the amount of the supplied oxidizing agent is changed. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxidationsmittel Sauerstoff und Luft in einem vorgegebenen oder während des Einleitens sich veränderndem Verhältnis eingesetzt wird, wobei in Abhängigkeit von dem Verhältnis aus Luft und Sauerstoff die Menge des in den Behandlungsraum (4) eingeleiteten Oxidationsmittels durch Änderung des Freien Strömungsquerschnitts von mindestens einer Oxidationsmittelzuführung (11) geändert wird.Method according to claim 8, characterized in that oxygen and air are used as oxidizing agent in a predetermined or during the initiating changing ratio, whereby, depending on the ratio of air and oxygen, the quantity of the product into the treatment space ( 4 ) introduced by changing the free flow cross-section of at least one oxidant supply ( 11 ) will be changed. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verändern der Austrittsgeschwindigkeiten des Oxidationsmittels und/oder des Brennstoffs die Flammengeometrie beeinflusst wird.Method according to claim 8 or 9, characterized by changing the exit velocities of the Oxidant and / or the fuel the flame geometry being affected. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Behandlungsraum (4) eine flammenlose oder gestufte Verbrennung erfolgt.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that in the treatment room ( 4 ) Flameless or stepped combustion takes place.
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