DE1178767B - Verfahren zur Beheizung von Brennoefen der Grobkeramik und Brennofen mit Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Jetzt Kf|
80c-5Pah BI. Vft

Internat. KL:

DeutscheKl.

Nummer: 1178 767

Aktenzeichen: St 19197 VIb/80 c

Anmeldetag: 7. Mai 1962

Auslegetag: 24. September 1964

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen von Brennöfen der Grobkeramik mit in waagerechter Richtung strömenden Ofengasen, wobei Öl innerhalb von Öffnungen in der Ofendecke mit Luft vermischt und das Brennstoff-Luft-Gemisch in Richtung Brennraumherd eingeblasen wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Brennofen der Grobkeramik mit Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

In Tunnelöfen für Ziegeleien strömt bekanntlich die Verbrennungsluft entgegengesetzt zur Durchsatzrichtung des Ofenbesatzes durch den Ofenkanal, in dem die Ziegel üblicherweise auf Besatzwagen unter Freilassung von Lücken so gestapelt sind, daß die Luft möglichst jeden Stein bestreicht und daß im Bereich der Schüttlöcher genügend Raum für die Ausbreitung der Flammen über den gesamten Kanalquerschnitt verbleibt. Die Luft erwärmt sich zunächst an den bereits gebrannten Steinen und gelangt dann schließlich selbst in die Brennzone, die üblicherweise in Vor-, Haupt- und Nachfeuer unterteilt ist. Die aus dieser Zone austretenden Rauchgase werden dann zur Aufheizung der ungebrannten Ziegel benutzt.

Beim Ziegelbrand liegen die Brenntemperaturen zwischen Segerkegel Nr. 015 α und 10, also etwa zwischen 800 und 1300° C; der Ziegelofen muß daher mit einem relativ hohen Luftüberschuß von λ = 8 ... 10 im Mittel gefahren werden. Verbrennungstechnisch ist aber der Tunnelofen auch wegen seiner langen Brennzone, in der die Brennstoff düsen neben- und hintereinanderliegend angeordnet sind, ungünstig, weil der hohe Luftüberschuß zunächst die Einstellung der für guten Ausbrand erforderlichen Temperatur- und Strömungsbedingungen unmöglich macht.

Über dem Ofenquerschnitt soll nun ein Temperaturfeld mit möglichst gleichen Werten erzeugt werden. Die pro Schürloch in der Zeiteinheit eingespeiste ölmenge ist relatiy gering (etwa 1,4... 1,7 cm³/sec). Bei kontinuierlicher Brennstoffeinspeisung würde dies also einen sehr dünnen Strahl mit geringer Durchschlagskraft ergeben, der sich schon in kurzer Entfernung von der Ofendecke auflöst, verdampft und verbrennt, so daß die an sich schon heißeren oberen Schichten der Brennatmosphäre noch stärker erhitzt werden.

Aus diesem Grunde erfolgt die Brennstoffeinspeisung bzw. -einspritzung bei öfen mit in der erwähnten Größenordnung liegender Brennstoffmenge pro Zeiteinheit und Schürloch intermittierend in kurzen, dicken Brennstoffstrahlen oder in geschlossenen »Wurfportionen«, die beim Eintritt in den Brennraum Verfahren zur Beheizung von Brennöfen der
Grobkeramik und Brennofen mit Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Anmelder:

Alois Steimer,

Göggingen über Augsburg, Unterf eldstr. 5

Als Erfinder benannt:

Alois Steimer, Göggingen über Augsburg

infolge Oberflächenverdampfung zwar etwas abbrennen, in ihrer weitaus größeren Masse jedoch die Ofenkanalhöhe bis zum Herd durchschlagen, hier auf besonders vorgezogenen Prallsteinen aufprallen, zerstäuben und nach Maßgabe der folgenden Verdampfung und Vermischung mit dem Sauerstoff der Brennatmosphäre verbrennen. Bei diesem Beheizungsverfahren strebt man also einen möglichst großen Zündverzug an, damit die Hauptmasse des eingebrachten Öles erst in den unteren, kälteren Schichten der Brennatmosphäre verbrennt.

Um diesen Zündverzug zu steuern, d. h. um das Einsetzen der Zündung in verschieden großen Abständen von der Brennstoffdüse zu ermöglichen, hat man auch vorgeschlagen, die geschlossenen Wurfportionen des Öles (es handelt sich hierbei also nicht um zerstäubten oder anderweitig aufbereiteten Brennstoff) mit einem Luftmantel zu umhüllen. Diese Luft, deren Geschwindigkeit variiert werden kann, soll die Aufheizung des Brennstoffes auf Verdampfungs-' und Zündtemperatur so lange verzögern, bis sie selbst diese Temperatur erreicht hat. Nach Maßgabe der jeweiligen Luftgeschwindigkeit soll dieser Zustand im größeren oder geringeren Abstand von der Brennstoffdüse eintreten.

Mit der Einführung der Verbrennungsluft durch die Feuerungsöffnungen in der vorgeschlagenen Weise sollte zugleich der Sauerstoffbedarf für eine vollkommene Verbrennung sichergestellt werden. Diese Zielsetzung wurde aber offenbar nicht erreicht, denn nach einem weiteren, den älteren ergänzenden Vorschlag soll auch noch von der Gegenseite her Luft eingeblasen werden.

Grundsätzlich hat man das Auftreten von Brennstoffrückständen, besonders Rußteilchen, in den aus der Brennzone kommenden Brenngasen auf unzurei-

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chende Sauerstoffkonzentration im Bereiche des Vorfeuers zurückgeführt, und man hat versucht, dieses Manko durch Einführen von Zusatzluft zu beheben. Diese Versuche führten aber ebenfalls zu keinem befriedigenden Ergebnis.

Schließlich ist es auch bekannt, den flüssigen Brennstoff nicht in mehr oder weniger geschlossenen Strahlen oder Wurfportionen, sondern im zerstäubten Zustand in den Brennraum einzubringen. In einem bekanten Ofen der Grobkeramik wendet man hierbei io das Prinzip der Strahlzerstäubung an, wobei also an der Mündung der Brennstoffdüse ein Dampf- oder Luftstrom vorbeigeführt wird, welcher den austretenden Ölstrom in kleine Tröpfchen aufteilt. Zur Erziehd l

raumes. sondern in einem von diesem abgeteilten Raum vorzunehmen. Demgemäß besteht das Verfahren zur Beheizung von öfen der Grobkeramik nach der Erfindung darin, daß für die innerhalb von 5 Öffnungen in der Ofendecke vorgenommene Mischung eine Luftmenge verwendet wird, die etwa dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, und die Einströmgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum so hoch bemessen wird, daß die sich bildenden Heißgasschleier bis zum Brennraumherd hinunterreichen. Mit der vollkommenen Aufbereitung und Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft gemäß der Erfindung werp den diese Vorbereitungen zur Einleitung der Ver-

lung ständig wechselnder Flammenlängen wird der ₁₅ brennung nicht den Einflüssen der Brennatmosphäre Brennstoff pulsierend, d. h. mit ständig wechselnden unterworfen. Die bisher vorherrschende Befürchtung, Drücken zugeführt. Ferner ist die Düse, aus welcher daß beim Einblasen eines im wesentlichen sofort der Brennstoffnebel in den Brennraum ausströmt, zen- zündenden Gemisches in den Feuerungsraum eines irisch in einem Venturirohr angeordnet, durch wel- Ofens der Grobkeramik die oberen Schichten der ches atmosphärische Luft zur Kühlung dieser Düse ₂₀ Ofenatmosphäre infolge weiterer Wärmezufuhr noch gesaugt wird. stärker erhitzt werden, ist — wie nach dem Verfahren

Obwohl nach diesem Verfahren einerseits — im gemäß der vorliegenden Erfindung betriebene öfen Falle der Verwendung ausreichend heißen Dampfes beweisen — dann unbedenklich, wenn die Geschwinals Zerstäubungsmittel — ein Teil des Brennstoffes digkeit des einströmenden Gemisches ausreichend bereits vor der Einbringung in den Brennraum ver- 25 hoch bemessen ist. Dieses Ergebnis ist offenbar dardampfen kann, und obwohl andererseits — im Falle auf zurückzuführen, daß der Gemischstrahl beim der Verwendung von Druckluft als Zerstäubungsmittel Eintritt in die Ofenatmosphäre Wirbel verursacht, (deren Menge liegt üblicherweise wesentlich unter der die zum Brennraumherd mitgerissen werden, so daß zur Bildung eines zündfähigen Gemisches erforder- über dem Ofenkanalquerschnitt nahezu gleiche Temlichen Menge) — aus der Düse ein Gemisch aus 30 peraturen herrschen.

Luft und Brennstoffnebel ausströmt, so erfolgt die Langzeitversuche haben weiterhin bestätigt, daß

vollständige Aufbereitung des Brennstoffes, d. h. seine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das Rußbild vollständige Überführung in den dampf- oder gas- »Null« erreicht und aufrechterhalten werden kann, förmigen Zustand sowie die Vermischung des auf- Mit der Erfindung können somit die vorgeschriebereiteten Brennstoffes mit der zur vollständigen Ver- 35 benen Höchst- bzw. Mindestwerte des CO bzw. CO₂-brennung erforderlichen Luftmenge erst innerhalb Gehaltes der Abgase ohne weiteres eingehalten werdes Brennraumes. Dabei ist es — wie bei jeder an- den. Außerdem erlaubt die Erfindung eine beachtderen Einbringung zerstäubten Brennstoffes in den liehe Verbesserung des thermischen Gesamtwirkungs-Brennraum — unvermeidlich, daß den oberen hei- grades eines keramischen Betriebes, indem die von ßen Schichten der Brennatmosphäre noch mehr ₄₀ Flugkoks und Ruß freien Ofengase gegebenenfalls Wärme zugeführt und das infolge thermischen Auf- nach vorhergehender Entwässerung in die Trocken

triebes sich einstellende Temperaturgefälle von oben nach unten noch größer wird (vgl. hierzu Ni esper: »Spritzölfeuerung für Ziegelöfen« in Keramische Zeitschrift Nr. 12, 1960, S. 688).

Der vorliegenden Erfindung liegt dagegen die Beobachtung zugrunde, daß auch in den ersten Stufen, trotz des großen Luftüberschusses von λ >10, Koks- und Rußbildung auftreten kann, daß diese Erschei-

kammer zur Trocknung der Formlinge geführt werden können. Die eingeführte Zusatzluft bewirkt gleichzeitig eine gute Kühlung der Schüttlöcher und ₄₅ deren Aufsatzdeckel, so daß diese nicht mehr zum Glühen kommen. Auch wird mit der eingeführten Zusatzluft die Luftüberschußzahl nicht größer, da der Heißgasschleier eine gewisse Drosselung des natürlichen Zuges oder des Saugzuges bewirkt. Die

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nung hier aber zumindest verbrennungstechnisch un- 50 damit verbundene Verringerung der Luftgeschwinbedenklich ist, weil die festen Kohlenstoffteilchen auf digkeit bewirkt eine langsamere Abkühlung des geihrem weiteren Weg durch die Brennzone Zeit zur brannten Gutes in der Kühlzone und vermindert so vollständigen Verbrennung haben. Anders dagegen _z. B. bei Ziegeln die Gefahr des sogenannten Quarzliegen die Verhältnisse bei den letzten Düsen bzw. Sprunges, oder man kann dem den Ofen um-Düsengruppen. Die in diesem Bereich anfallenden ₅₅ schließenden Luftmangel größere Luftmengen ohne festen Kohleteilchen gelangen sofort in die söge- Gefahr einer zu starken Abkühlung entnehmen und nannte Aufheizzone, in welcher der Flammpunkt für gewinnt dadurch größere Mengen an Strahlungsdiese Stoffe bald unterschritten wird. wärme zurück.

Es ist also in erster Linie nicht Mangel an Sauer- Sofern keine besonderen Kühlmittel vorgesehen

stoff, sondern es sind die im Ofen herrschenden Strö- 60 sind, wird dem in den öffnungen in der Ofendecke

mungs- und Temperaturbedingungen, welche die vollzogenen Mischungsprozeß zwangläufig infolge

körnigen Crackprodukte hervorrufen. Wärmestrahlung aus dem Brennraum Wärme zuge-

Auf dieser Erkenntnis basierend, besteht die Auf- führt. Falls diese Wärmemenge zur genügenden Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, zur Erzielung bereitung des flüssigen Brennstoffes nicht ausreicht, einer vollkommenen, also rußfreien Verbrennung die 65 dann empfiehlt sich die Verwendung eines in der Aufbereitung des Öles und dessen Vermischung mit Deckenöffnung besonders angeordneten Mischrohres einer zur Zündung und Verbrennung ausreichenden oder einer Mischkammer, das bzw. die nicht nur Verbrennungsluftmenge nicht innerhalb des Brenn- durch Strahlung, sondern notfalls auch durch Kon-

vektion der vorbeiströmenden Ofenatmosphäre aufgeheizt wird.

Es dürfte nun ohne weiteres einleuchten, daß die weiter oben dargelegten Schwierigkeiten bei der kontinuierlichen Direkteinspritzung entfallen, wenn die Bildung dps zündfähigen Gemisches gemäß Verfahren nach vorliegender Erfindung außerhalb des Brennraumes vorgenommen wird. Für spezielle Zwecke kann jedoch die intermittierende Brennstoffeinspritzung vorteilhaft sein. In diesem Falle empfiehlt es sich jedoch, die Geschwindigkeit der Luft im Mischrohr bzw. in der Mischkammer und das Einspritzintervall so aufeinander abzustimmen, daß die Brennstoffkonzentration im Luftstrom stetig wechselt. .

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie einige Vorrichtungen zu seiner Durchführung werden an Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

F i g. 1 die Brennkammer eines Tunnelofens im vertikalen Axialschnitt,

Fig. 2 die Draufsicht auf den Ofen nach Fig. 1,

F i g. 3 ein Diagramm der Brennstoffkonzentration im Luftstrahl in Abhängigkeit von der Zeit, F i g. 4 ein gerades Mischrohr,

F i g. 5 ein Mischrohr mit einer Aufweitung vor der Rohrmündung,

Fig. 6 ein Rohr mit einer Mischkammer am oberen und einem Ejektor am unteren Ende.

In den Darstellungen bezeichnet 1 den Brennkanal, der nach oben von der Ofendecke 2 mit Kühlkanälen 3 für die Durchleitung von Luft begrenzt wird. Der Pfeil 4 zeigt die Zugrichtung der Verbrennungsluft und der Pfeil 5 die Fortschrittsrichtung des Ofenbesatzes an, von welchen letzterer mit den Besatzwagen in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die Decke 2 ist mit Schüttlöchern 6 versehen, die von den Deckeln 7 abgedeckt sind, welche die Düsen 9 aufnehmen. Diese sind zu Gruppen von je vier Düsen zusammengefaßt, von denen je drei Gruppen von einem Kommandogerät 10 durch die Leitungen 11 mit flüssigem Brennstoff versorgt und gesteuert werden. Die Steuerung kann dabei so erfolgen, daß die Düsen bzw. Düsengruppen intermittierend und alternierend einspritzen, wobei die Impulse so eingestellt sind, daß innerhalb von drei Gruppen die Strahlweite zunimmt, damit der gesamte Brennraumquerschnitt möglichst gleichmäßig mit aufbereitetem Brennstoff versorgt wird.

Die Düsen der letzten drei Gruppen sind nun zusätzlich mit einem Mischrohr 8 versehen, welches am Deckel 7 befestigt ist. Vom Gebläse 12 verdichtete Luft wird durch die Leitungen 13 in die Mischrohre 8 geführt. Die sekundliche Luftmenge und der Luftdruck sind dabei so bemessen, daß das Brennstoff-Luft-Verhältnis während der Einspritzperiode stöchiometrisch ist und das Brennstoff-Luft- -Gemisch beim Eintritt in den Brennraum unverzüglich zündet, wobei die entstandenen Heißgasstrahlen, die sich in der Feuerungszone zu einem Schleier ausbreiten, bis zum Brennraumherd, im vorliegenden Beispiel also bis zur Ladefläche der Besatzwagen reichen. Etwa vorhandene Brennstoffrückstände aus den vorhergehenden sechs Einspritzzonen werden beim Durchgang durch diese Heißgasschleier restlos verbrannt.

Bei intermittierender Einspritzung erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Geschwindigkeit der Luft im Mischrohr 8 und das Einspritzintervall der Düsen 9 so aufeinander abgestimmt sind, daß die Brennstoffkonzentration im Luftstrom stetig wechselt. Dies sei an Hand des Diagrammes der F i g. 3 näher erläutert, auf dessen Ordinate die Brennstoffkonzentration B der den Brennstoffstrahl unmittelbar umgebenden Luft und auf dessen Abszisse die Zeit / abgetragen sind. Die Zeitabschnitte t_e bezeichnen die Einspritzperiode und t_t die Intervalle zwischen Einspritzende und Beginn einer neuen Einspritzung. Bei der eben angegebenen Bemessung stellt sich nun ein kontinuierlicher Gemischstrom mit maximalen und minimalen Konzentration ein, wobei die mittlere Konzentration selbstverständlich dem stöchiometrischen Verhältnis enspricht. Dadurch ergeben sich von oben nach unten verlaufende Wellen mit hohen Temperaturen, die auch bei Besatz des Ofens mit Steinen aus kalkreichem Ton, dessen maximale Brenntemperatur bei Segerkegel 2>a (1140° C) liegt, keine Schäden verursachen.

Die F i g. 4 bis 6 veranschaulichen einige Ausführungsarten von Mischrohren. Das Rohr 8 a in F i g. 4 besteht aus einem glatten zylindrischen Rohr mit einer verjüngten Mündung 14, die auf die Länge »L« in den Brennraum hineinragt. Die Länge »L« bestimmt den Aufheizungsgrad der durch den Stutzen 15 einströmenden Zusatzluft und ist hauptsächlich abhängig vom Siedepunkt des jeweiligen Brennstoffes.

Das Mischrohr 8 b in F i g. 5 ist nahe der Rohrmündung mit einer Erweiterung 15 versehen, in welcher das Brennstoff-Luft-Gemisch vor Verlassen des Rohres nochmals kräftig durchgewirbelt und notfalls weiter aufgeheizt wird.

Das Mischrohr 8c in Fig. 6 weist am oberen Ende eine starke Erweiterung 16 auf und bildet hier zusammen mit dem Deckel Ic eine Mischkammer 17, in welche die Luft entweder durch den tangentialen Stutzen 18 oder duch den gestrichelt angedeuteten zentralen Stutzen 18' einströmt. Die Düse 9 c ist hier mit einem Dralleinsatz versehen, dessen Drehsinn entgegengesetzt zum Luftdrall ist. Für die Verfeuerung von Schwerölen ist auf das Rohr 8 c ein Ejektor 19 axial verschieblich aufgesetzt, mit dessen Hilfe heißes Brenngas zwecks weiterer Aufheizung der Mischkammer 17 und des aus dem Rohr 8 c ausströmenden Brennstoff-Luft-Gemisches aus dem Brennraum zurückgesaugt werden kann.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beheizung von Brennofen der Grobkeramik mit in waagerechter Richtung strömenden Ofengasen, wobei öl innerhalb von öffnungen in der Ofendecke mit Luft vermischt und das Brennstoff-Luft-Gemisch in Richtung Brennraumherd eingeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mischung eine Luftmenge, die etwa dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, verwendet wird und die Einströmgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches in den Brennraum so hoch bemessen wird, daß die sich bildenden Heißgasschleier bis zum Brennraumherd hinunterreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit intermittierender Brennstoffzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Luft für die Mischung und die Periode (t_e) der Brennstoffeinspritzung so aufeinander abgestimmt sind, daß

die Brennstoffkonzentration im Luftstrom stetig wechselt, im Mittel aber dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Mischraum (Mischrohr 8 a, 8 b bzw. Mischkammer 17) zur Aufbereitung des Brennstoffes und Mischung mit der eingeführten Verbrennungsluft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß das Mischrohr (8 a, 8 b) oder die Mischkammer (17) am Austrittsende eine Verjüngung aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Mündung des Mischrohres (8b) eine Erweiterung (15) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Mischrohres (8 c) erweitert ist und dieser Teil mit dem Schüttlochdeckel (7 c) eine Mischkammer (17)

bildet, in welche die mit einem Dralleinsatz versehene Brennstoffdüse einspritzt (F i g. 6).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (8 c) an seinem Austrittsende mit einem Ejektor versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einbringung des Brennstoffes in den Mischraum (Mischrohr 8a, 8 b bzw. Mischkammer 17) eine Druckzerstäuberdüse (9) angeordnet ist.

9. Brennofen mit nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 arbeitenden Vorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß in Zugrichtung der Ofengase nur die letzten Feuerungsstellen mit derartigen Mischvorrichtungen versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1830 752;
französische Patentschrift Nr. 1099 400.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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