DE1247365B - Verfahren und Vorrichtung zur Beheizung von Industrieoefen, insbesondere Tiefoefen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Ο.:

C21d

Deutsche H.: 18 c-9/70

Nummer: 1247365

Aktenzeichen: K 57994 VI «/18 c

AnmeJdetag: 23. Dezember 1965

Auricgetag: 17. August 1967

Die Erfindung betrifft da Verfahren zur Beheizung von Industrieöfen, insbesondere Tieföfen, mit Rfluchgasumwälzung, wobei die StrömungBverhMIt-Dtsse hu Ofcnraom sieb nur ic geringem Maß mit der Heizleistung indem, und eine Brennervorrkb· tung zur Durchführung des Verfahrens.

Industrieöfen erfordern meist eine sehr unterschiedliche Beheizung während ihres Arbeitsgänge*. HSuflg ist bei periodisch betriebenen öfen beim Aufheizen der Eigenmasse aod des Einsatzes der Brennstoffverbrauch pro Stunde zehnmal so groß wie der anschließend zur WirmetittigtiQg und zum Hat· ten der Temperatur erforderliche. Selbst bei kontinuierlich arbeilenden Öfen treten beispielsweise durch plötzliche Leistungsschwankungen große Differenzen fan BrenroloiTbedari auf. Daraus folgt eine entsprechend« Veränderung der Verwelbelt der Rauchgase im Ofenraum, der Umspülung des Einsatzes and dementsprechend des WSrmeiberganges an den Einsatz.

Am Beispiel eines Einweg-Tkfofccs zum Erwärmen von Blöcken auf Walzhitze sei der Gegenstand der Erfindung erläutert.

Bei der zur Zeit üblichen Bauart eines Einweg-Tfcfofcns strömen die Rauchgase von ein oder *wei in der Stirnwand des Ofens befindlichen Brennern zunächst über die Köpfe der senkrecht in der Ofenkammer stehenden Blöcke hinweg. Durch den Saugzng des Abgasabzuges, welcher sich in der gleichen Stirnwand über dem Boden der Kammer befindet, wird der Abgasstrom nach unten umgelenkt und umspült bei seinem Rückweg die Blöcke. Das Bestreben ist es, sämtliche Blöcke möglichst gleichmäßig und gut zu umspulen und zu erwärmen, da die schlechtem erhitzten Blöcke die ChtrgemSaoer bestimmen.

Beim Aufheizen des Einsatzes, insbesondere bd kalten Blöcken, ist die Wärmeaufnahme sehr groß und somit die Brennerlcotimg ein Maximum. Mit fortschreitender WärmetSltigung muß die Brenoerlejstung auf etwa 15 bis 10*/» reduziert werden. Entsprechend sinkt die Geschwindigkeit von Gas, Luft und/oder Rauchgas in den Brenneraustritten und damit deren kinetische Energie. Gerade, wenn in der Endphasc des Aufheizens die Blöcke am gleichmäßigsten beheizt sein sollten, ist deren Umspiilung durch die Rauchgase am ungleichmäßigsten. Der Auftrieb der heißen Abgase wirkt sich zusätzlich stärker ans, so daß besonders die am entferntesten vom Brenner stehenden BlöcVc, wie man sagt, heiße Köpfe und kalte FQBe bekommen.

Hoch schlechter Ist die Auswirkung, wenn zum Entleeren der Kammer der Deckel des Ofens Stuck

Verfahren und Vorrichtung zur Beheizung
von Industrieöfen, insbesondere Tiefofen

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KoppervWiMra-Ofcnbau
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
Dusseldorf, Wlescnstr. 134

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Arnulf Schlifflcr,
Julius Schuffler, Bfiderich

für Stick verfahren wird und dann die auf IS bis 10°/» gesunkene Abgasaeage fast ungehemmt nach

*s oben entweichen kann

Man hat diese Mängel durch gegen Ende der Aufhcizxmg steigende Abgasrückführung bekämpft. Das kostet jedoch mehr Brennstoff fur die Wiederaufheizung der Abgase auf die Ofentemperatur und

ao elektrischen Strom für die UmlaufgcblSsc.

Man hat auch sogenannte UmwäJzbrcnncr neben, unter, Ober oder zwischen die bekannten Nieder» druckbrenner gesetzt. Mit Hilfe der UmwUzbrenner wird eine Teilmenge der gesamt erforderlichen Hcizmittel in einer innerhalb des Brenners befindlichen Brennkammer unter Druck verbrannt Die hoch erhitzten and fast vollständig ausgebrannten Abgase verlassen jeweils durch eine kleine AustrittsWnung den Brenner mit hoher Geschwindigkeit. Sk sind die treibende Kraft des Umwälzstrom« Im Ofenraum. Ein besonderer Vorteil des Urrrwälzbrcnncrs ist es, daß ein beträchtlicher Anteil der kinetischen Energie des austretenden Abgasstrahle* durch Umwandlung aus Wärmeenergie entstanden ist Häufig kann man aber diese Umwälzbrenner wegen der ungünstigen Platzverhältni»e an der Stirnwand des Ofens nicht neben den bekannten Niederdruckbrennern unterbringen. Außerdem gestatten die Umwälzbrenner keine so höbe Vorwärmung von Gas und Luft, so

5© daß die Minderung des feueningstechnlschen Wirkungsgrades hierbei durch einen entsprechenden Mehraufwand an VcrbrcnnungiraiUcln ausgeglichen

werden muß. Darüber hinaus ergibt sich bei einer Veränderung der Heizleistungsverteilung auch eine Veränderung des Strömungsbildes im Ofen.

Ferner hat man sogenannte Hochgeschwindigkeitsbrenner verwendet, bei denen Gas und Luft unverbrannt mit hohen Geschwindigkeiten aus den Brennern ausströmen. Bei Erniedrigung der Heizleistung des Ofens werden dann die einzelnen Brenner in bestimmter Reihenfolge einer nach dem anderen heruntergeregelt, während die übrigen jeweils noch auf Maximalleistung bleiben. Diese Brenner gestatten jedoch keine so hohe Vorwärmung der Verbrennungsmedien wie die bekannten Niederdruckbrenner und erfordern außerdem kostspieligerweise für Gas und Luft höhere Vordrücke.

Die Mängel der bekannten Verfahren werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß zwei Stoffströme, jeweils bestehend aus Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und Rauchgas, wovon der eine eine große Heizleistung bei geringer Strömungsgeschwindigkeit und der andere eine geringe Heizleistung mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit besitzt, vor Eintritt in den Ofenraum zu einem einzigen vereint werden und bei Senkung der Heizleistung der erstgenannte Stoffstrom gemindert und der zweitgenannte in geringerem Umfang gemindert, konstant gehalten oder erhöht wird.

Die Geschwindigkeit des zweitgenannten Stoffstromes ist hierbei die mehrfache von derjenigen des erstgenannten. Bildet man für den Gesamtstoffstrom den Quotienten aus der kinetischen Energie des Strahles und der Heizleistung, so ist dieser Wert bei einer beliebig unter dem Maximalwert liegenden Heizleistung größer als der entsprechende Quotient eines Heizmittelstromes, bei welchem der gleiche Brennstoff mit Luft in gleichen Mengen vermischt aus einem Rohrstutzen ausströmt, wobei der Vergleichsrohrstutzen bei gleicher maximaler Heizleistung auf die gleiche kinetische Energie des Strahles ausgelegt ist wie die erfindungsgemäße Stoffstrom-Kombination.

Das Verfahren wird durchgeführt mit Hilfe einer Kombination zweier Brennerteile in Baueinheit, wovon der eine ein Niederdruckbrenner mit hoher Heizleistung und der andere ein Hochdruckbrenner mit geringer Leistung ist. Der Hochdruckbrennerteil kann mit der ohne Vorverbrennung unter Druck in einer eigens hierzu bestimmten Brennkammer, d. h. als sogenannter Hochgeschwindigkeitsbrenner oder als Umwälzbrenner, ausgebildet sein. Beide Brennerteile sind voneinander unabhängig voll funktionsfähig. Sie können mit dem gleichen oder verschiedenen Brennstoffen, gasförmigen und/oder flüssigen, betrieben werden. Der Hochdruckbrennerteil kann verschiebbar angeordnet sein, um durch seine Verschiebung beispielsweise das Gesamtflammenbild zu variieren. Seine Leistung kann auch auf mehrere, entsprechend kleinere Einheiten aufgeteilt werden, welche auf den Gesamtbrennerquerschnitt verteilt und parallel zur Achse oder in geringem Winkel hierzu angeordnet sind. Erfindungsgemäß kann der Hochdruckbrennerteil mit Wasser, Gas oder Luft gekühlt werden. Beispielsweise kann der Hochdruckteil des Kombinationsbrenners so ausgelegt sein, daß seine maximale Heizleistung dem geringsten Wärmebedarf des Ofens entspricht. Der Ofen ist mit einem oder mehreren gleich oder unterschiedlich großen Kombinationsbrennern zu beheizen.

Die Erfindung sieht beispielsweise auch vor, den Niederdruckbrennerteil bei hohem Wärmebedarf des Ofens mit entsprechend großer Leistung zu betreiben und den Hochdruckbrennerteil zu drosseln und mit sinkendem Wärmebedarf des Ofens die Heizleistung des Niederdruckbrennerteils entsprechend zu senken, jedoch die des Hochdruckbrennerteils zu steigern. Hierdurch kann sogar die kinetische Energie des Gesamtbrennerstrahls bei minimaler Heizleistung

ίο höher sein als bei maximaler Heizleistung, was allein durch einfache Regulierung der Brennstoff- und Luftzufuhr erreicht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, trotz geringsten Aufwandes an mechanischer Energie und höchster Vorwärmung der Verbrennungsmedien für den Hauptteil der Wärmeleistung, auch bei kleinster Heizleistung des Ofens infolge starker Umwälzung einen guten Temperaturausgleich im Ofenraum zu erzielen. Dieser Vorteil wird mit geringstem Kostenaufwand erreicht. Die Regelung ist sehr einfach. Durch Veränderung sowohl der Heizleistung als auch durch örtliche Verschiebung des Hochdruckbrennerteils können einerseits sein Einfluß auf den Verbrennungsvorgang und andererseits der Umwälzprozeß im Ofen wirkungsvoll variiert werden. Der Hochdrackbrennerteil wird durch die Gas- oder Luftzufuhr des Niederdruckbrennerteils gekühlt und ist daher betriebssicher.

Die Abbildung veranschaulicht nur eine der mögliehen Ausführungsformen. Der Hochdruckbrennerteil ist hierbei als Umwälzbrenner ausgebildet. Ihm werden Gas durch den Stutzen 1 und Luft durch den Stutzen 2 zugeführt. Beide Medien reagieren miteinander unter Druck in der Brennkammer 3, welche aus einem hitzebeständigen Mantel 4 mit keramischer Innenisolierung 5 gebildet wird. Mit hoher Geschwindigkeit verlassen die Abgase die Düse 6 und treten in den Gesamtbrennermund 7 ein. Dem Niederdruckbrennerteil werden Gas durch den Stutzen 8 und Luft durch den Stutzen 9 zugeführt. Beide Medien gelangen durch die Düsen 10 und 11 in den Gesamtbrennermund 7, wo sie sich mit dem Abgasstrom des Umwälzbrenners aus Düse 6 vermischen. Zur Beeinflussung des Mischvorganges ist hier ein keramischer Ring 12 vorgesehen.

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beheizung von Industrieöfen, insbesondere Tiefofen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stoffströme, jeweils bestehend aus Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und Rauchgas, wovon der eine eine große Heizleistung bei geringer Strömungsgeschwindigkeit und der andere eine geringe Heizleistung mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit besitzt, vor Eintritt in den Ofenraum zu einem einzigen vereint werden und bei Senkung der Heizleistung der erstgenannte Stoffstrom gemindert und der zweitgenannte in geringerem Umfang gemindert, konstant gehalten oder erhöht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum mit einem Kombinationsbrenner versehen ist, der aus einem Hochdruckbrennerteil mit niedriger Heizleistung und einem Niederdruckbrennerteil hoher Heizleistung besteht, wobei beide Teile zwar unabhängig von-

Claims (7)

werden muß. Darüber hinaus ergibt sich bei einer Veränderung der Heizleistungsverteilung auch eine Veränderung des Strömungsbildes im Ofen. Ferner hat man sogenannte Hochgeschwindigkeitsbrenner verwendet, bei denen Gas und Luft unverbrannt mit hohen Geschwindigkeiten aus den Brennern ausströmen. Bei Erniedrigung der Heizleistung des Ofens werden dann die einzelnen Brenner in bestimmter Reihenfolge einer nach dem anderen heruntergeregelt, während die übrigen jeweils noch auf Maximalleistung bleiben. Diese Brenner gestatten jedoch keine so hohe Vorwärmung der Verbrennungsmedien wie die bekannten Niederdruckbrenner und erfordern außerdem kostspieligerweise für Gas und Luft höhere Vordrücke. Die Mängel der bekannten Verfahren werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß zwei Stoffströme, jeweils bestehend aus Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und Rauchgas, wovon der eine eine große Heizleistung bei geringer Strömungsgeschwindigkeit und der andere eine geringe Heizleistung mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit besitzt, vor Eintritt in den Ofenraum zu einem einzigen vereint werden und bei Senkung der Heizleistung der erstgenannte Stoffstrom gemindert und der zweitgenannte in geringerem Umfang gemindert, konstant gehalten oder erhöht wird. Die Geschwindigkeit des zweitgenannten Stoffstromes ist hierbei die mehrfache von derjenigen des erstgenannten. Bildet man für den Gesamtstoffstrom den Quotienten aus der kinetischen Energie des Strahles und der Heizleistung, so ist dieser Wert bei einer beliebig unter dem Maximalwert liegenden Heizleistung größer als der entsprechende Quotient eines Heizmittelstromes, bei welchem der gleiche Brennstoff mit Luft in gleichen Mengen vermischt aus einem Rohrstutzen ausströmt, wobei der Vergleichsrohrstutzen bei gleicher maximaler Heizleistung auf die gleiche kinetische Energie des Strahles ausgelegt ist wie die erfindungsgemäße Stoffstrom-Kombination. Das Verfahren wird durchgeführt mit Hilfe einer Kombination zweier Brennerteile in Baueinheit, wovon der eine ein Niederdruckbrenner mit hoher Heizleistung und der andere ein Hochdruckbrenner mit geringer Leistung ist. Der Hochdruckbrennerteil kann mit der ohne Vorverbrennung unter Druck in einer eigens hierzu bestimmten Brennkammer, d. h. als sogenannter Hochgeschwindigkeitsbrenner oder als Umwälzbrenner, ausgebildet sein. Beide Brennerteile sind voneinander unabhängig voll funktionsfähig. Sie können mit dem gleichen oder verschiedenen Brennstoffen, gasförmigen und/oder flüssigen, betrieben werden. Der Hochdruckbrennerteil kann verschiebbar angeordnet sein, um durch seine Verschiebung beispielsweise das Gesamtflammenbild zu variieren. Seine Leistung kann auch auf mehrere, entsprechend kleinere Einheiten aufgeteilt werden, welche auf den Gesamtbrennerquerschnitt verteilt und parallel zur Achse oder in geringem Winkel hierzu angeordnet sind. Erfindungsgemäß kann der Hochdruckbrennerteil mit Wasser, Gas oder Luft gekühlt werden. Beispielsweise kann der Hochdruckteil des Kombinationsbrenners so ausgelegt sein, daß seine maximale Heizleistung dem geringsten Wärmebedarf des Ofens entspricht. Der Ofen ist mit einem oder mehreren gleich oder unterschiedlich großen Kombinationsbrennern zu beheizen. Die Erfindung sieht beispielsweise auch vor, den Niederdruckbrennerteil bei hohem Wärmebedarf des Ofens mit entsprechend großer Leistung zu betreiben und den Hochdruckbrennerteil zu drosseln und mit sinkendem Wärmebedarf des Ofens die Heizleistung des Niederdruckbrennerteils entsprechend zu senken, jedoch die des Hochdruckbrennerteils zu steigern. Hierdurch kann sogar die kinetische Energie des Gesamtbrennerstrahls bei minimaler Heizleistung ίο höher sein als bei maximaler Heizleistung, was allein durch einfache Regulierung der Brennstoff- und Luftzufuhr erreicht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, trotz geringsten Aufwandes an mechanischer Energie und höchster Vorwärmung der Verbrennungsmedien für den Hauptteil der Wärmeleistung, auch bei kleinster Heizleistung des Ofens infolge starker Umwälzung einen guten Temperaturausgleich im Ofenraum zu erzielen. Dieser Vorteil wird mit geringstem Kostenaufwand erreicht. Die Regelung ist sehr einfach. Durch Veränderung sowohl der Heizleistung als auch durch örtliche Verschiebung des Hochdruckbrennerteils können einerseits sein Einfluß auf den Verbrennungsvorgang und andererseits der Umwälzprozeß im Ofen wirkungsvoll variiert werden. Der Hochdrackbrennerteil wird durch die Gas- oder Luftzufuhr des Niederdruckbrennerteils gekühlt und ist daher betriebssicher. Die Abbildung veranschaulicht nur eine der mögliehen Ausführungsformen. Der Hochdruckbrennerteil ist hierbei als Umwälzbrenner ausgebildet. Ihm werden Gas durch den Stutzen 1 und Luft durch den Stutzen 2 zugeführt. Beide Medien reagieren miteinander unter Druck in der Brennkammer 3, welche aus einem hitzebeständigen Mantel 4 mit keramischer Innenisolierung 5 gebildet wird. Mit hoher Geschwindigkeit verlassen die Abgase die Düse 6 und treten in den Gesamtbrennermund 7 ein. Dem Niederdruckbrennerteil werden Gas durch den Stutzen 8 und Luft durch den Stutzen 9 zugeführt. Beide Medien gelangen durch die Düsen 10 und 11 in den Gesamtbrennermund 7, wo sie sich mit dem Abgasstrom des Umwälzbrenners aus Düse 6 vermischen. Zur Beeinflussung des Mischvorganges ist hier ein keramischer Ring 12 vorgesehen. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beheizung von Industrieöfen, insbesondere Tiefofen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stoffströme, jeweils bestehend aus Brennstoff und Luft oder Brennstoff, Luft und Rauchgas, wovon der eine eine große Heizleistung bei geringer Strömungsgeschwindigkeit und der andere eine geringe Heizleistung mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit besitzt, vor Eintritt in den Ofenraum zu einem einzigen vereint werden und bei Senkung der Heizleistung der erstgenannte Stoffstrom gemindert und der zweitgenannte in geringerem Umfang gemindert, konstant gehalten oder erhöht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum mit einem Kombinationsbrenner versehen ist, der aus einem Hochdruckbrennerteil mit niedriger Heizleistung und einem Niederdruckbrennerteil hoher Heizleistung besteht, wobei beide Teile zwar unabhängig von-

einander voll

sind, jedoch eine

Baueinheit darstellen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2* dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen mit mehreren Kombinationsbrennern gleicher oder unterschiedlicher Heizleistung versehen ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbrennerteil als sogenannter Hochgeschwindigkeitsbrenner ausgebildet ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbrennerteil als sogenannter Umwälzbrenner ausgebildet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbrennerteil mit einer Wasserkühlung versehen ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckbrennerteil verschiebbar angeordnet ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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