-
Vorrichtung zum Beheizen von Brennöfen Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Beheizen von Brennöfen, und zwar von kontinuierlich oder diskontinuierlich
betriebenen, mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen beheizten öfen, bei der
außerhalb des Brennraumes Brennkammern angeordnet sind, in welchen der praktisch
vollständige Ausbrand der Brennstoffe stattfindet und aus welchen die ausgebrannten
Heizgase in den Brennraum gelangen.
-
In einem kontinuierlich betriebenen Ofen, beispielsweise Tunnelofen,
zum Brennen keramischen Gutes wandert das Brenngut auf einem Ofenwagen durch eine
Vorwärm-, Brenn- und Kühlzone. Das Rauchgas wird dagegen von der Brennzone entgegen
der Gutbe-C tD wegung in die Vorwärmzone abgezogen, wobei die Rauchaasmenge von
Brenner zu Brenner ansteigt. Beim Brennen von keramischem Gut ist die Aufgabe zu
lösen, das auf dem Ofenwagen unter Bildung von freien Räumen aufgestapelte Gut bis
in das In - nere des Stapels gleichmäßig zu erhitzen. Dieses läßt sich mit
den bisher bekannten Beheizungseinrichtungen der Brennöfen, wobei die Brenner an
beiden Längswänden der Brennzone angeordnet sind, nicht einwandfrei erreichen.
-
Das heiße Rauohgas, das den Weg des geringsten Widerstandes, also
größtenteilsdurch den Raum zwischen dem Brenngut und dem Ofengewölbe und den Wänden
geht, bevorzugt durch den natürlichen Auftrieb den Weg am Gewölbe entlang zur Vorwärmzone.
Dadurch wird das Brenngut in den oberen Lagen des Gutstapels stärker erwärmt als
in den unteren Lagen. Um die Temperatur zwischen dem oberen und dem unterenBrenngt
gleichmäßig, zu gestalten, legtman die Rauchgasabzüge in der Vorwärmzone etwa in
Höhe der Plattform des Ofenwagens. Der Brenngutstapel erhält somit seine Wärme im
wesentlichen in den Randpartien durch Konvektion, im Inneren aber durch Strahlung,
so daß infolge der Temperaturdifferenzen ein Kern von Brenngut minderer Qualität
verbleibt.
-
Eine vollständige Durchdringung des Gutstapels von den Rauchgasen
läßt sich auch nicht durch andere bekannte Maßnahmen, z. B. Sperren der freien Querschnitte
durch Schieber oder Wandvorspränge, erreichen, die die Durchwirbelung des vollen
Ofenquerschnittes herbeiführen sollen. Diese Einrichtungen komplizieren ferner den
Ofenbetrieb oder beeinträchtigen die Betriebssicherheit.
-
Es ist ferner bekannt, im Bereich etwas höherer Temperatur, beispielsweise
in der Vorwärmzone von Tunnelöfen, wo ebenfalls eine unmittelbare Beheizun- des
unteren Besatzes nicht möglich ist, da das Temperaturgefälle zwischen
Flamme und Brenngut zu C2
hoch wäre, Rauchgas oben oder unten im Ofen
abzuziehen und mit Hilfe von Umwälzventilatoren in der anderen Partie wieder einzublasen.
-
Im Bereich noch höherer Temperatur, beispielsweise in der Brennzone,
kann man bekanntlich Luft oder Rauchgas mittels eines Ventilators aus einer Ofenzone
tieferer Temperatur, beispielsweise der Kühlzone, absaugen, durch Zusatzfeuerung
nacherwärmen und das Gemisch in den unteren Ofenteil einführen.
-
Bei allen diesen bekannten Maßnahmen wird eine or eichmäßige Beheizung
des Gutesentweder nur teilweise oder aber unter Aufwand hoher Herstellungs-und Betriebskosten
des Ofens erreicht.
-
Bekanntlich saugt der Flammenstrom eines jeden Brenners Rauchgas aus
der Umgebung an und bewirkt eine aeringe Umwälzung iin Ofen. Diese genügt jedoch
bei der bisher im keramischen Ofenbau..üblichen Beheizung nicht, um die thermische
Gleichmäßigkeit im Ofenquerschnitt zu erreichen. Die aus solchen Brennern austretende
Flamme hoher Temperatur besitzt keine für eine vollständige Umwälzung der Ofenatmosphäre
erforderliche kinetische Energie und würde auch beim Auftreffen auf das Brenngut
dieses überhitzen.
-
Auch ergeben sich in der Oxydations- und Reduktionszone des keramischen
Ofens und im Bereich der Flammen Ungleichmäßigkeiten der Atmosphäre, besonders bei
großen Ofenquerschnitten.
-
Im diskontinuierlichen Ofen, besonders bei großen Ofenräumen, ergeben
sich in den verschiedenen Teilen des Ofens ähnliche thermische und atmosphärische
Ungleichmäßigkeiten,
wie in den einzelnen Querschnitten des kontinuierlichen Ofens.
-
Die Erfindung besteht nun darin, daß die Brennk2mmem und deren Heizgasaustrittsöffnungen
so knapp bemessen sind, daß durch die Verbrennungswärme in den Brennkammernden Heizgasen
eine so große kinetische Energie vermittelt wird, daß sie die Ofenatmosphäre über
den vollen Brennraumquerschnitt umwälzen.
-
Unter der im folgenden als Umwälzbrenner bezeichneten Vorrichtung
ist ein Brenner zu verstehen, bei welchem Brennstoff und Luft durch einen -üblichen
Brenner oder auch andersartige Zuführungen in eine Kammer eingebracht werden,
in der dann die Verbrennung unter Druck stattfindet. Aus der Kammer
tritt
das gebildete Rauchgas mit hoher Geschwindikeit aus und saugt aus der Umgebung Rauchgas
mit an, so daß sich ein mächtiger Gemischstrom. bildet. Letzterer bewirkt eine starke
Rauchgasumwälzung. Diese beträgt ein Vielfaches der Umwälzung, die von den bisher
im keramischen Ofenbau üblichen Brennern erzielt wurde. Das zuzumischende Rauchgas
kann frei aus dem Ofenraum aus der unmittelbaren Umgebung der Brennermündung oder
erfmdungsgemäß jeweils durch Kanäle aus einem weiter entfernt gelegenen Teil des
Ofens angesaugt werden.
-
Das in derBrennkammer des Umwälzbrenners praktisch vollständig ausgebrannte
Rauchgas hoher Temperatur mischt sich mit einer großen Menge Rauchgas weniger hoher
Temperatur, so daß das zum Brennen der Ware in den verschiedenen Temperaturbereichen
erforderliche Wärmegefälle, insbesondere bei Verwendung von querschnittsgeregelten
Brennern, optimal eingestellt werden kann. örtliche überhitzungen des Brenngutes
werden also vermieden. Ferner erhält die Umwälzströmung im Ofen durch die hohe Schubkraft
des Brennerstrahles eine so hohe Bewegungsenergie, daß sie durch die Lücken des
Gutstapels dringt. Hierdurch wird ein besserer Wärmeübergang an das Gut durch Konvektion
und damit eine Wärmeersparnis gegenüber der üblichen Beheizung von keramischen Öfen
erzielt.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Querschnitt der
Brfnnstoffzufuhröffnungen und/ oder Austrittsöffnungen der Brennkammer regelbar
ausgebildet, so daß auch bei verringerter Wärmezufuhr der Druck der Ofenatmosphäre
im wesentlichen konstant bleibt.
-
Die Umwälzbeheizung ist erfindungsgemäß in der Vorwännzone und/oder
in der Brennzone und/oder Reduktionszone durchführbar.
-
Die Umwälzbrenner können sowohl in einer als auch mehreren Wänden
des Ofens oder auch in der Ofendecke angeordnet sein.
-
Es ist weiterhin möglich, die Verbrennungskammer der Umwälzbrenner
mit mehreren, eine bandförmige Beheizung bewirkenden Austrittsdüsen zu versehen.
Auf diese Weise läßt sich eine breite fächerförmige Umwälzbeheizung mit einem Brenner
erzielen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei einer verringerten Brennerleistung
zwecks Erzielung einer geringeren Wärmezufuhr einzelne Düsen durch Absperrschieber
abgeschaltet werden können, so daß die Geschwindigkeit der austretenden Rauchgase
im wesentlichen auf gleicher Höhe gehalten wird.
-
Außerdem können in der mit Umwälzbrennern ausgerüsteten Ofenwand Umführtnigskanäle
angeordnet sein. Dadurch wird erreicht, daß Rauchgase nicht nur im unmittelbaren
Bereich des Ofenquerschnitts der Umwälzbrenner, sondern auch aus angrenzenden Bereichen
angesaugt und umgewälzt werden.
-
Es können ferner außer den Umwälzbrennem auch Brenner üblicher Bauart
vorgesehen sein, die keine intensive Rauchgasumwälzung bewirken. Diese
üb-
lichen, wegen des geringeren erforderlichen Gas- und Luftdruckes wohlfeileren
Brenner dienen dazu, zeitweilig oder ständig eine größere Wärmeinenge zuz-uführen,
falls dieses erforderlich ist, so daß eine höhere Wärmezufuhr durch die Umwälzbrenner
nicht erforderlich ist. Die Umwälzbrenner können daher auch bei höheren Temperaturbereichen
die stets gleiche Wärmemenge zuführen, wobei die durch diese Wärmezufuhr bedingte
Umwälzgeschwindigkeit der Rauchgase zwecks Aufrechterhaltung- eines bestimmten Druckes
im Ofen nicht verändert zu werden braucht und auch damit keine Regelschieber am
Düsenaustrittsquerschnitt erforderlich sind. Die Umwälzbrenner haben somit auch
bei höherer Wärmezufuhr zur Ofenkammer die gleiche Umwälzwirkung. Vorzugsweise wird
die zusätzlichen Normalbrenner so angeordnet, daß ihre Flamme unmittelbar
von dem Brennerstrahl der Umwälzbrenner erfaßt wird.
-
-Schließlich ist es auch noch möglich, zusätzlich Umwälzventilatoren
anzuordnen, die lediglich bei niedrigen Temperaturen, bei denen infolge verringerter
Wärmezufuhr durch die Umwälzbrenner eine Aufrechterhaltung der Umwälzgeschwindigkeit
durch Verkleinerung des Düsenquerschnittes erforderlich sein würde, an Stelle der
Umwälzbrenner in Betrieb gesetzt werden und die erforderliche Umwälzung der Rauchgase
bewirken.
-
Dle Erfindung ist in der Zeichnung in bevorzugten Ausführungsbeispielen
veranschaulicht; es stellt dar F i g. 1 einen Querschnitt durch einen kontinuierlich
betriebenen Ofen (Tunnelofen),
F i g. 2 einen Querschnitt durch einen
diskontinuierlich betriebenen Ofen und F i g. 3 einen Querschnitt durch eine
andere Ausführungsform eines Brennofens, der sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich
betrieben werden kann.
-
Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform wandert das
auf Ofenwagen 2 gestapelte Gut 3 durch den Turuielofenraum. 1. Der
Gutstapel ist in üblicher Weise mit Zwischenräumen aufgebaut und mit senkrechten
und waagerechten Kanälen für den Austritt von Rauchgasen versehen.
-
Von diesen Kanälen sind lediglich der Einfachheit halber waagerechte
zwischen der Ofenwagenplattform 2 und dem Gutstapel angeordnete, Kanäle, 4 dargestellt.
Im Zuge dieser Kanäle liegen in der Ofenwand 5 Umwälzbrenner 8, aus
denen das Verbrennungsmittelluftgemisch in einen Verbrennungsraum 9
tritt,
und in der es im wesentlichen vollständig ausbrennt, so daß aus einer sich an den
Verbrennungsralim 9 anschließenden Austrittsdüse 10 mit vergleichsweise
kleinem Querschnitt ein aus heißem Rauchgas bestehen-der Brennerstrahl hoher Geschwindigkeit
austritt. Der Brennerstrahl saugt beim Eintritt in die Kanäle 4 zwischen Gutstapel
und Ofenwagenplattform Rauchgas aus dem Ofenraum zwischen dör Wand 5 und
dem Gutstapel 3 an und wird teilweise um den Gutstapel 3 herum und
teilweise durch den Gutstapel hindurch umgewälzt, so:daß infolge der RaumfüHung
und des entstehenden Überdruckes die Rauchgase den Gutstapel praktisch vollständig
durchströmen
und ihre Wärme durch Konvektion an das Gut abgeben.
-
Die Rauchgase werden entgegen der Bewegungs-23 ZD richtung der Ofenwagen
2 von der Brennzone in die Vorwärmzone abgezogen, so daß ein nach der Vorwärmzone
wandernder etwa wendelförmiger Umwälzstrom gebildet wird, der von den auf die Länge
der Brennzone angeordneten Umwälzbrenner 8 fortlaufend erfaßt und weiter
gefördert wird.
-
Da das aus den Umwälzbrennern 8 austretende Rauch-as praktisch
vollständig ausgebrannt ist und zudem durch die Vermischung mit dem angesaugten
Rauchaas des Ofenraumes eine Temperaturerniedrigung erfährt, wird eine überhitzung
des Brenngutes beim Auftreffen des Brennerstrahles auf das Gut vermieden. Die Temperatur
des Rauchgasgemisches ist dabei so hoch gehalten, daß sie über der Brenntemperatur
des Gutes liegt.
-
Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform strömt das
in dem Verbrennungsraum 9 entstehende heiße Rauchgas ebenfalls durch unterhalb
des Gutstapels 3 angeordnete Kanäle 4 mit hoher Geschwindigkeit. In der Ofenwand
5 ist ein Umwälzkanal 18
angeordnet, aus dem Rauchgas von der Ofendecke
her angesaugt wird, wobei diese Ansaugung auch aus einem zwischen der Wand
5 und dem Gutstapel 3
gebildeten freien Raum 20 stattfindet. Die Umwälzkanäle
18 können durch nicht dargestellte Längskanäle miteinander verbunden sein.
Die Rauchgase werden aus der Ofenkammer durch einen Rauchgaskanal 21 abgesaugt,
der mit einem Regelschieber 22 versehen ist.
-
Die Austrittsdüse 10 des Brennerstrahles kann bei beiden Ausführungsformen
der F i g. 1 und 2 mit nicht dargestellten Regelorganen versehen sein, die
beispielsweise von außen her durch eine nicht dargestellte Öffnung betätigt werden,
um bei verringerter Brennstoffzufahr zu den Brennern die Geschwindigkeit des Brennerstrahles
auf im wesentlichen gleicher Höhe zu halten.
-
Statt den Brennerstrahl unterhalb des Brenngutstapels 3 eintreten
zu lassen, kann, wie dieses das Ausführungsbeispiel nach F i a. 3 zeigt,
der Brenner 8
C
auch in der Ofendecke 24 angeordnet sein. In diesem
Falle ist der Brenngutstapel 3 in der Mitte im Zuge des Brenners
8 mit einem Kanal 25 versehen, in den der Brennerstrahl hineingedrückt
wird, so daß das Rauchgas sowohl seitlich durch den Gutstapel zu den Ofenwänden
5, 6 als auch bis zu dem unteren Kanal 4 strömt und auf diese Weise eine
Rauchgasumwälzung erzielt wird.