DE1501979C3 - Verfahren und Brenner zur Verbrennung großer Volumina fließfähiger Brennstoffe - Google Patents
Verfahren und Brenner zur Verbrennung großer Volumina fließfähiger BrennstoffeInfo
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- DE1501979C3 DE1501979C3 DE1501979A DEC0039258A DE1501979C3 DE 1501979 C3 DE1501979 C3 DE 1501979C3 DE 1501979 A DE1501979 A DE 1501979A DE C0039258 A DEC0039258 A DE C0039258A DE 1501979 C3 DE1501979 C3 DE 1501979C3
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Description
60
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Brenner mit den Merkmalen der Oberbegriffe der
Ansprüche 1 und 4.
Ein Verfahren und ein Brenner dieser Gattung sind aus der DE-AS 10 60 082 bekannt. Mit dem bekannten
Brenner soll in erster Linie die Aufgabe gelöst werden, wahlweise Brenngase unterschiedlichen Heizwertes
verfeuern zu können, wobei der äußere Brenngasstrom vollständig abgeschaltet werden kann, wenn der innere
Brenngasstrom einen ausreichend hohen Heizwert hat. In diesem Fall würde der mittlere Strom des
oxydierenden Gases die Flamme umgeben, was beispielsweise beim Erhitzen von Metallschrott unerwünscht
wäre.
'■: Ferner-soll nach der DE-AS 10 60 082 den strömenden
Medien eine Wirbel- oder Drallbewegung verliehen werden, um eine möglichst schnelle Vermischung zu
erzielen. Dies erfolgt durch den Einbau von Dralleinrichtungen in die Luftzufuhrleitung. Bei einer Ausführungsform
des bekannten Brenners wird eine schnelle Vermischung der Gase zusätzlich dadurch erzielt, daß in
den inneren Brenngasstrom Luft eingespeist wird.
In jedem Fall soll verhindert werden, daß der innere
Brenngasstrom über eine größere Entfernung linear strömt, ohne sich mit dem oxydierenden Gasstrom zu
vermischen. Das Ergebnis ist eine verhältnismäßig kurze, turbulente Flamme, die bei der Verbrennung
großer Volumina fließfähiger Brennstoffe mit einer unerträglichen Lärmentwicklung verbunden wäre.
Die deutsche Patentschrift 3 95 423 betrifft einen Brenner für gasförmigen und staubförmigen Brennstoff
mit gleichachsigen, ineinanderliegenden Zuführungsröhren, wobei das staubführende, innere Luftrohr das
mittlere Luftrohr und die äußere Gaskammer in der Weise durchdringt, daß der austretende Brennstaubluftstrom
von einem Luftmantel und dieser von einem Gasmantel umgeben ist. An eine Verminderung der
Geräuschentwicklung ist bei diesem Brenner nicht gedacht und wird in der angegebenen Weise auch nicht
erreicht. Wenn im inneren Rohr ein Gemisch aus pulverförmigem festem Brennstoff und Luft geführt
wird, muß der pulverförmige Brennstoff zwangsläufig im Luftstrom verwirbelt werden, was bei größeren
Brennern mit einer starken Geräuschentwicklung verbunden ist.
Brenner mit einer Kapazität von mehr als etwa 26,4 GJ/h, mit denen Temperaturen von mehr als etwa
16500C längere Zeiten aufrechterhalten werden, werden
für verschiedene Arten von öfen, beispielsweise für Martinöfen, Flammofen, elektrische öfen und in neuerer
Zeit auch für basische Sauerstofföfen zur Stahlerzeugung und zum Schmelzen und Raffinieren von
Metallschrott und Eisenerz verwendet. Ein Brenner für derartige Zwecke ist beispielsweise in der US-PS
3127156 beschrieben. Bei diesem Brenner wird
zwischen einem inneren Strom eines brennbaren Mediums und einem äußeren Sauerstoffstrom ein
Luftstrom geführt, der aufgrund seines niedrigeren Sauerstoffgehaltes eine vorzeitige Vermischung des
inneren und des äußeren Stromes verhindern soll, so daß sich die Flamme erst in einem gewissen Abstand von der
Brennermündung ausbildet. Es bildet sich also keine lange Stichflamme aus, und die Flamme brennt mit einer
verhältnismäßig großen Lärmentwicklung. Außerdem steht das zu erhitzende Metall in unmittelbarer
Berührung mit dem äußeren Sauerstoffstrom.
Gegenstand des älteren deutschen Patents 12 65 333 ist ein Brenner für fluide Brennstoffe mit zentrischer
Oxydationsmittelzufuhr über einen axial sich erstrekkenden,
eine axiale Mündung aufweisenden Kanal und konzentrisch diesen im Bereich der Brennermündung
umgebenden, untereinander getrennten, eine Strömungsführung bewirkenden, axial verlaufenden Brennstoffkanälen;
dieser Brenner ist dadurch gekennzeich-
net, daß die Brennstoffkanäle durch einander und den zentrischen Oxydationsmittelzufuhrkanal und den
Außenmantel tangierende Rohre gebildet werden. Bei diesem Brenner wird also in der inneren oder
zentrischen Kammer kein Brennstoff zugeführt, so daß der Oxydationsmittelstrom nur auf seiner Umfangsfläche
mit dem Brennstoff in Berührung kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Brenner der eingangs genannten
Art anzugeben, mit welchem bei hoher Wärmeleistung eine langgestreckte Flamme mit einer geringen
Geräuschentwicklung erzeugbar ist. Diese Aufgabe wird mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil der
Ansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Führung der Medienströme wird erreicht, daß der innere Strom den
mittleren Strom in sich hineinzieht, wobei der mittlere Strom seinerseits den äußeren Strom ansaugt. Der
äußere Strom wird parallel zu dem mittleren Strom geführt und gleichmäßig um dessen Umfang verteilt, so
daß eine allmähliche Vermischung zwischen dem mittleren und dem äußeren Strom erreicht wird.
Weiterhin wird erfindungsgemäß erreicht, daß in basischen Sauerstofföfen der zu erhitzende Metallschrott
nicht unmittelbar mit dem oxydierenden Medium in Berührung kommt.
Die Verbrennung ist am wirksamsten, wenn das Volumen des inneren, aus Erdgas bestehenden Brennstoffstromes
etwa 10 bis 20% des Volumens des äußeren, aus Erdgas bestehenden Stromes beträgt,
wobei der mittlere Strom aus praktisch reinem Sauerstoff besteht. Das Volumen des mittleren Sauerstoffstromes
soll in diesem Fall etwa zweimal so groß wie das des äußeren Erdgasstromes sein!
Neben den Volumenverhältnissen sind auch die Querschnittsflächen der drei Ströme von Bedeutung.
Unter der Annahme, daß der Querschnitt des inneren Stromes den Wert 1 hat, soll der Querschnitt des
mittleren Sauerstoffstromes einen Wert von etwa 30 und der des äußeren Brennstoffstromes einen Wert von
etwa 40 haben. Diese Bedingungen hängen in gewissem Umfang von der auszuschaltenden Geräuschmenge und
von dem gewünschten Wirkungsgrad der Verbrennung ab. Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen
soll der innere Gasstrom zur Erzielung des gewünschten Ansaugeffektes eine Geschwindigkeit von etwa 305 bis
473 m/s, der Sauerstoffstrom eine Geschwindigkeit von etwa 214 bis 290 m/s und der äußere Gasstrom eine
Geschwindigkeit von etwa 122 bis 183 m/s haben.
Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann man Temperaturen von bis zu etwa 2760° C und,
was besonders wichtig ist, eine Wärmeleistung von etwa 210GJ/h erhalten. Es konnten etwa 50 Tonnen kalter
Schrott in etwa 8Minunten auf etwa 54O0C erhitzt
werden. Bei Versuchen betrugen die Erdgasvolumina bis zu etwa 5100 m3/h und die Sauerstoffvolumina bis zu
etwa 8500 m3/h.
Trotzdem war der Geräuschpegel so gering, daß die Verbrennung gegenüber dem normalen Stahlwerkslärm
nicht hörbar war. Der Metallschrott konnte innerhalb von etwa 8 Minuten geschmolzen werden, doch kann
auch langer gearbeitet werden, bis der Metallschrott die gewünschte Temperatur erreicht hat.
Statt Erdgas können auch andere fließfähige Brennstoffe, d. h. gasförmige, flüssige oder teilchenförmige
Brennstoffe, wie Propan, Brennöl, Pech oder Teer oder gepulverte Kohle sowie Gemische dieser Brennstoffe,
verwendet werden. Statt reinem Sauerstoff können auch andere gasförmige oxydierende Stoffe, oder deren
Gemische, verwendet werden.
Dadurch, daß der oxydierende Gasstrom erfindungsgemäß zwischen den beiden Brennstoffströmen liegt,
wird das oxydierende Gas vollständig ausgenützt, wodurch die unerwünschte Oxydation der geschmolzenen
Metalle verhindert wird. Obgleich die beiden Brennstoffströme vorzugsweise die gleichen sind, kann
man auch unterschiedliche Brennstoffströme verwenden. Beispielsweise kann der innere Strom aus Brennöl,
der mittlere Strom aus Sauerstoff und der äußere Strom aus Erdgas bestehen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Brenners zur Durchführung des Verfahrens;
F i g. 2 eine Perspektivansicht des Brenners von
F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des Brenners von vorne nach der Linie3-3 von Fig. 1;
F i g. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Brenners von vorne;
F i g. 5 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 5-5 von F ig. 4;
F i g. 6 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Brenners von vorne;
F i g. 7 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 7-7 von F i g. 6;
F i g. 8 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Brenners von vorne, ähnlich von F i g. 3, wobei
jedoch die kleinen Rohre entfernt sind;
F i g. 9 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 9-9 von F i g. 8;
Fig. 10 eine Ansicht nach einer weiteren Ausführungsform
des Brenners von vorne, ähnlich dem Brenner von F i g. 3, wobei jedoch die innere Kammer
auf der gleichen Höhe wie die mittlere und die äußere Kammer endet;
F i g. 11 einen senkrechten Schnitt nach der Linie
11-11 von F ig. 10.
Alle dargestellten Ausführungsformen des Brenners bestehen aus fünf konzentrisch angeordneten Rohren.
Das innere Rohr sowie das mittlere und das äußere Rohr bilden Kammern für den inneren Brennstoffstrom,
den oxydierenden Gasstrom bzw. den äußeren Brennstoffstrom. Das vierte und das fünfte Rohr bilden
zusammen eine Kühleinrichtung, durch die Wasser hindurchgeleitet wird. Nach den F i g. 1 bis 3 ist der
Brenner, der im allgemeinen mit 10 bezeichnet ist, aus einem Zylinderteil, der im allgemeinen mit 11 bezeichnet
ist, einem Versorgungsabschnitt, der im allgemeinen mit 12 bezeichnet ist, und einer Bügelanordnung, die im
allgemeinen mit 13 bezeichnet ist, zusammengesetzt.
Fig.3 zeigt, daß der Zylinderteil 11 von fünf konzentrisch angeordneten Rohren 14,15,16,17 und 18
gebildet ist. Das äußere Rohr 18 hat ein abgerundetes Ende 20 und ist in geeigneter Weise um das Ende des
Rohres 17 mit dem Rohr 16 verschweißt, wobei das Rohr 17 in einem geringen Abstand davon endet. Die
Rohre 17 und 18 bilden die Kühlkammern 22 und 23, die über das abgerundete Teil 20 miteinander in Verbindung
stehen. Das innere Rohr 14 begrenzt die innere Kammer 25, während die Kammer 26 zwischen den Rohren 14
und 15 und in ähnlicher Weise eine andere konzentrische Kammer 27 zwischen den Rohren 15 und 16
vorgesehen ist. Das Rohr 16 ragt ein kurzes Stück über das Rohr 15 und das Rohr 14 hinaus und bildet den
Mündungsbereich 29 für den fließfähigen Brennstoff
und das oxydierende Gas, die aus den Kammern 25, 26 und 27 austreten. Zwischen den Rohren 15 und 16 sind
parallel zur Längsachse des Brenners mehrere Kupferrohre 30 angeordnet, die ein kurzes Stück in den
Mündungsbereich 29 hineinragen. Die Rohre 30 stehen in der Kammer 27 miteinander in Berührung. Die Rohre
30 enden außen in gleicher Höhe und sind in geeigneter Weise zwischen den Rohren 15 und 16 befestigt, indem
sie an der Umfangswand des Rohres 15 hart angelötet sind. Man kann außerdem Beilagebleche verwenden, um
einen Kontakt zwischen den Rohren 30 und den Umfangswänden der Rohre 15 und 16 zu erzeugen.
Dadurch, daß die Rohre 30 aneinander anstoßen, werden kleine, dreieckige Kanäle 31 unmittelbar am
Rohr 15 sowie größere dreieckige Kanäle 32 in der Nähe des Rohres 16 geschaffen.
Am Zylinderteil 11 des Brenners 10 ist der Flansch 35
um das äußere Rohr 18 angeordnet und mit diesem verschweißt. Der Flansch 35 soll lediglich eine
Auflagefläche für den Zylinderteil 11 schaffen, wenn der
Brenner in einen Ofen gesenkt wird. Eine Wasserableitung 38 steht über das Rohr 18 in der Nähe der
Verbindung des Rohres 18 mit dem Halsstück 40 mit der Kammer 22 in Verbindung. Dies wird mit Hilfe der
Flansche 41 und 42 erreicht, die mit dem Rohr 18 und dem Halsstück 40 verschweißt und verschraubt sind. Die
Wasserzuleitung 44 geht durch das Halsstück 40 und steht mit der Kammer 23 in Verbindung. Im
vorliegenden Fall hat das Halsstück 40 den gleichen Außen- und Innendurchmesser wie das Rohr 18, wobei
für das Wasser eine große Kammer gebildet wird, bevor es in die Kammer 23 im Austrittsteil 11 eintritt. Mit Hilfe
einer Abdichtung (nicht angegeben) wird der Eintritt von Wasser in die Kammer 22 verhindert. Das
Halsstück 40 ist dichtschließend mit dem Rohr 16 verbunden und mit Hilfe einer kombinierten Stopfbüchse
und der Flansche 45 und 46 auseinandergehalten, die wie die Flansche 41 und 42 und alle im Brenner 10, mit
Ausnahme des Flansches 35, verwendeten Flansche mit Hilfe von Schrauben befestigt sind. In ähnlicher Weise
dienen eine kombinierte Stopfbüchse und die Flansche 47 und 48 als Abstandshalter und als Abdichtung
zwischen dem Rohr 16 und dem Rohr 15. Zwischen den Flanschen 47, 48 und 45, 46 verläuft eine Brennstoffleitung
durch das Rohr 16 und steht mit der Kammer 27 in Verbindung. Das innere Rohr 14 tritt konzentrisch aus
dem Rohr 15 aus und wird dort mit Hilfe einer gewöhnlichen Dichtpackungsmutter 50 gehalten, die
eine gas- bzw. flüssigkeitsdichte Abdichtung ergibt.
Die Wasserzuleitung 44, in der kaltes Wasser an den Austrittsteil geleitet, und die Wasserableitung 38, in der
das erhitzte Wasser weggeleitet wird, haben eingebaute Ausdehnungsstücke 53 bzw. 54, die aus gewellten,
biegsamen Rohren aus rostfreiem Stahl bestehen und mit Hilfe zweier Flansche 55, 56 mit den Leitungen
verbunden sind. Ein ähnliches Ausdehnungsstück 57 ist in der Brennstoffzuleitung 49 angeordnet.
Die Bügelanordnung, die im allgemeinen mit 13 bezeichnet ist, besteht aus einem im wesentlichen
U-förmigen Griff 60, der mit zwei seitlich angeordneten Platten 61 und 62 verschweißt ist, die ihrerseits mit
seitlich angeordneten Balken 63 bzw. 64 verbunden sind. Die Platten 63 und 64 sind beispielsweise durch
Verschweißen über zwei Stahlrohre 65 mit dem Halsstück 40 verbunden. Geeignete Versteifungen 66
und 67 sind zwischen den Balken 63 und 64 hinter dem Brenner angeordnet und ebenfalls durch Anschweißen
befestigt.
Bei der Durchführung des Verfahrens kommt es sehr auf die Relativdurchmesser der Rohre im Brenner 10
und in den Austrittsbereichen 70,71,72 und 73, wie sie in
den Fig.4 bis 11 angegeben sind, an. Da alle entsprechenden Rohre in den Austrittsbereichen 70 bis
73 die gleichen Größen haben, sind sie mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Dies gilt auch für die durch die
Rohre gebildeten Kammern. Das innere Brennstoffrohr ist ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Stärke von
etwa 19 mm. Es ist etwa 15 m lang und erstreckt sich praktisch über die ganze Länge des Versorgungs- und
Austrittsteils der Brenneranordnung. Das Rohr für das oxydierende Gas ist ebenfalls aus rostfreiem Stahl
hergestellt und ist etwa 14,4 m lang, während das Rohr 16 aus einem nahtlosen Rohr besteht, das einen
Außendurchmeser von etwa 165 mm hat und etwa 13,8 m lang ist. In ähnlicher Weise ist das Rohr 17
ebenfalls ein nahtloses Rohr mit einem Außendurchmesser von etwa 191 mm und einer Länge von etwa
12,7 m. Das Rohr 18 hat einen Außendurchmesser von etwa 219 mm und eine Länge von etwa 12,9 m; in
ähnlicher Weise hat das Halsstück 40 den gleichen Durchmesser und die gleiche Paßform wie das Rohr 18,
ist aber nur etwa 407 mm lang. Die nahtlosen Kupferrohre 30 haben einen Außendurchmesser von
etwa 19 mm, einen Innendurchmesser von etwa 17,4 mm, eine Wandstärke von etwa 0,8 mm. Ihre Länge
beträgt etwa 305 mm; neben ihrer Funktion als Strömungsleitvorrichtung für das Gas in der Kammer
27 haben sie auch die Funktion, das Rohr 15 in einem gewissen Abstand zum Rohr 16 zu halten. Ähnlich
trennen die Abstandselemente 75 das Rohr 14 vom Rohr 15 und die Abstandselemente 76 halten ebenfalls
die Rohre in konzentrischer Anordnung.
Nach der Ausführungsform von F i g. 4 und 5 sind die Rohre 30 in der Kammer 27 durch radial angeordnete
Abstandselemente 80 in Form von Blechen mit einer Stärke von etwa 1 mm, einer Breite von etwa 19 mm
und einer Länge von etwa 305 mm ersetzt, während bei der in F i g. 6 angegebenen Ausführungsform die
Abstandselemente 80 sternförmig und konzentrisch um die Kammer 26 in der Kammer 27 angeordnet sind. Wie
die Rohre 30 zwischen den Rohren 15 und 16 sind auch die Abstandselemente 80 durch Hartverlöten an den
Wandungen der Rohre 15 und 16 befestigt. Die F i g. 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der
keine Rohre oder Abstandselemente in der Kammer 27 vorhanden sind und bei der das innere Brennstoffrohr 14
mit dem Rohr 15 abschließt. Bei der Ausführungsform
so nach F i g. 10 und 11 sind in der Kammer 27 die Rohre 30
vorgesehen, und wie bei der Ausführungsform nach F i g. 8 schließt das innere Brennstoffrohr 14 mit dem
Ende des Rohres 15 ab.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Rohr 15 über ein Regelventil 85 mit
einem geeigneten Sauerstoffvorrat verbunden. In ähnlicher Weise ist das Gaszuleitungsrohr 49 mit Hilfe
des Teils 90 mit einer unter einem verhältnismäßig geringen Druck stehenden Erdgasquelle verbunden,
ω während der Teil des Rohres 14, der vom rückwärtigen
Ende des Brenners herkommt, mit einer unter einem verhältnismäßig hohen Druck stehenden Erdgasquelle
verbunden ist, wobei alle Verbindungen für das Erdgas mit hohem und niedrigem Druck mit Regeleinrichtungen,
die im allgemeinen durch die Ventile 85 angedeutet sind, versehen sind. Während kaltes Wasser in die
Kammer 23 strömt, wird der Sauerstoff mit einem Durchsatz von etwa 1420 m3/h in die Kammer 26
eingeführt. Das Erdgas wird dann regelbar mit einem Durchsatz von etwa 710m3/h und einem Druck von
etwa 17 bar in die Kammer 25 eingeleitet, worauf es entzündet wird. Der Durchsatz des Sauerstoffs in der
Kammer 26 wird auf etwa 8500 m3/h erhöht, während das Erdgas mit einem Durchsatz von etwa 4250 m3/h
und einem Druck von etwa 10 bar in die Kammer 27 eingeleitet wird. Dabei hat das aus dem Rohr 14
austretende Erdgas eine Geschwindigkeit von etwa 458 m/s; der aus der Kammer 26 austretende Sauerstoff
hat eine Geschwindigkeit von etwa 210 m/s, während die Geschwindigkeit des aus der Kammer 27 ausströmenden
Erdgases etwa 140 m/s beträgt.
Durch die. Längs- bzw. Parallelanordnung der Kammern 25,26 und 27 erhalten der Sauerstoff- und die
Erdgasströme ein paralleles und koaxiales Strömungsmuster. Eine Ausdehnung der Gase erfolgt unmittelbar
vor dem Brenner und ergibt ein charakteristisches flammenförmiges Muster. Da der innere Gasstrom eine
höhere Geschwindigkeit als der ihn umgebende Sauerstoffstrom bzw. der äußere Gasstrom hat, zieht
der innere Gasstrom den Sauerstoffstrom in sich hinein, während der Sauerstoffstrom den äußeren Erdgasstrom
ansaugt. Der Ansaugeffekt in den drei Gas- bzw. Sauerstoffströmen ist für die Wirkungsweise der
Brennerkonstruktion nach F i g. 8 und 9 wichtig, die keine Strömungsleitvorrichtungen wie die Rohre 30
oder die Trennwände 80 hat. Mit Hilfe dieser Einrichtungen können bei einem geringen Gehäuschpegel
Wärmeleistungen von bis zu etwa 210GJ/h oder darüber erreicht werden.
Die Brennerkonstruktion, die hinsichtlich der Geräuschausschaltung
und der heißesten Flamme die besten Ergebnisse liefert, ist in den Fig. 10 und 11
angegeben; dies gilt dann, wenn man die vorstehend beschriebene Zündfolge und Strömungsgeschwindigkeit
anwendet. Werden die Brennerkonstruktionen nach den F i g. 1 bis 6 und die Konstruktion nach den F i g. 10 und
11 verwendet, so wird bei gleicher Arbeitsweise (Strömungsmenge je Zeiteinheit, Geschwindigkeit,
Druck und Zündfolge) eine zusätzliche Wirkung auf den aus der Kammer 27 austretenden äußeren Gasstrom
ausgeübt. Bei dem in den Fig. 1 bis 3 und 10 und 11
dargestellten Brenner ist der Ansaugeffekt des Sauerstoffstromes auf das Gas etwas verzögert, da das Gas
durch die Rohre 30 strömt. Das durch die Dreieckskanäle 31 an der Kammer 26 austretende Gas steht mit dem
Sauerstoffstrom in einer innigeren Berührung als das aus den Rohren 30 austretende Gas. Das an der
Innenseite der Rohre 30 in der Nähe der Außenwand des Rohres 15 strömende Erdgas ist weiter entfernt vom
äußersten Rand des Sauerstoffstroms als das Erdgas, das unmittelbar entlang der Außenwand des Rohres 15
strömt. Dieser Unterschied beruht auf der Wandstärke der Rohre 30, die nur etwa 0,8 mm beträgt. Dieser
Unterschied reicht jedoch aus, um eine sofortige Vermischung aller Gasanteile zu verhindern, ehe sie sich
in einem beträchtlichen Abstand zum Brenner befinden. Man erkennt, daß das durch die dem Rohr 15
benachbarten Dreieckskanäle 31 strömende Erdgas zuerst in den Sauerstoffstrom gezogen wird, dann das
Gas, das durch die dem Rohr 15 am nächsten liegenden Teile der Rohre 30 strömt und schließlich das Gas aus
den entfernteren Stellen der Rohre 30 und den verhältnismäßig großen, dem Rohr 16 benachbarten
dreieckigen Kanälen 32. Auf diese Weise wird am Umfang eine gleichmäßige Trennung der Gasanteile
vom Sauerstoffstrom in größeren Entfernungen entlang des Strömungsweges des Sauerstoffstromes erreicht.
Gleichzeitig dienen die Rohre 30 als Strömungsleitvorrichtung für das durch die Kammer 27 strömende Gas.
Die allmähliche Verteilung und Vermischung wird mit Hilfe der Rohre 30 erreicht, in denen die am Umfang
liegenden Anteile des Gasstromes eine höhere Geschwindigkeit aufweisen, wenn das Gas durch und um
die Rohre 30 strömt. Indem man die Rohre 30 so anordnet, daß der Gasstrom linear und parallel gerichtet
ist, und indem das Erdgas gleichmäßig um den Sauerstoffstrom verteilt wird, hat die Flamme eine
gleichmäßige Befeuerungswirkung und ist nicht so unregelmäßig, als wenn parallele konzentrische Rohre
allein verwendet werden. Die gleichmäßige Befeuerung bewirkt natürlich auch eine Verminderung des Verbrennungsgeräusches.
Die radialen Trennwände 80 der Brennerkonstruktion nach den F i g. 4 bis 7 geben dem aus der Kammer
27 austretenden Gas eine gute Verteilung, auch wenn der Gasstrom eine verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit
hat. Dies wird dadurch erreicht, daß das Gas an den rückwärtigen Kanten der Trennwände, z. B. bei 91,
auftrifft, wodurch ein Druckabfall entsteht, der zu einer erhöhten Geschwindigkeit führt. Man erkennt, daß die
Trennwände 80 sowohl eine Verteilungswirkung haben als auch dazu dienen, das Gas entlang einer parallel zum
Sauerstoffstrom und zum inneren Gasstrom liegenden Achse zu führen. Durch die sternförmige Anordnung
der Trennwände 80 (vgl. F i g. 6) werden, wie bei den Rohren 30, jedoch nicht wie bei den Trennwänden im
Brenner von Fig.4, die Anteile des Gasstromes am Umfang gleichmäßig vom oxydierenden Gasstrom
getrennt, während der Gasstrom parallel geführt wird.
Die Rohre 30 und die Trennwände 80 können außer in der Kammer 27 auch in der Kammer 26 angebracht sein,
wodurch zwischen dem oxydierenden Gas und dem inneren Gasstrom die gleichen Wirkungen auftreten wie
zwischen dem aus der Kammer 27 austretenden Brennstoff und dem aus der Kammer 26 austretenden
oxydierenden Gas. Obwohl eine Geräuschverminderung und eine Verbrennung großer Gasmengen mit
einem hohen Wirkungsgrad auch ohne die Rohre 30 oder die Trennwände 80 erzielt werden kann, bewirken
diese Strömungsleitvorrichtungen eine meßbare Verminderung des Geräusches. Es kann eine beliebige
Anzahl von Rohren oder Trennwänden in gleichen Abständen in der Kammer 27 angeordnet sein,
vorausgesetzt, daß die erforderliche Querschnittsfläche zum Durchleiten von Gas verfügbar und der Druckabfall
nicht zu stark ist. Auch braucht das innere Rohr 14 keinen kreisförmigen Querschnitt zu haben. Da aus
diesem Rohr nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil der gesamten Brennstoffmenge austritt, kann es auch einen
quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, ohne daß die Ausführbarkeit des Verfahrens gemäß der
Erfindung darunter leidet.
Die Länge der Flamme beträgt etwa 3,7 bis 4,9 m, wobei eine allmähliche Vermischung der Gasströme
über diese Länge erfolgt. Durch den bei der Entzündung des aus der Kammer 27 austretenden Gasstromes
erhaltenen Druck wird der Gasstrom ebenfalls in den Sauerstoffstrom gepreßt. Auch wenn der Brenner in
einem abgegrenzten Raum, z. B. in einem basischen Sauerstoffofen, betrieben wird, ist das Geräusch so
gering, daß er im gewöhnlichen Fabriksbetrieb nicht hörbar ist. Weiterhin ist das Verfahren einfach und billig
mit einer einfachen Brennerkonstruktion ohne Spezialwerkzeuge oder Spezialwerkstoffe durchzuführen. Der
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Brenner hat nur sehr wenige wartungsbedürftige Teile und ist so konstruiert, daß er leicht in einen basischen
Sauerstoffofen eingeschoben und aus diesem wieder herausgezogen werden und daß er beliebige Flächen
innerhalb des Ofens erreichen kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Verbrennung großer Volumina fließfähiger Brennstoffe, bei dem drei Medienströme
mit voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten koaxial geführt werden, von denen der innere und
der äußere Strom Brennstoff und der mittlere Strom oxydierendes Gas sind, wobei die Geschwindigkeit
des inneren Stroms größer als die Geschwindigkeit des äußeren Stroms ist, dadurch gekennzeichnet,
daß man die koaxialen Ströme zur allmählichen, im Mündungsbereich beginnenden und
sich über eine lange Entfernung erstreckenden Vermischung praktisch linear strömen läßt und das
Brennstoffvolumen des inneren Stromes kleiner hält als dasjenige des äußeren Stromes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und der äußere Strom aus
Erdgas und der mittlere Strom aus Sauerstoff bestehen und daß das Volumen des inneren Stromes
etwa 10 bis etwa 20% des Volumens des äußeren Stromes beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Strom entzündet wird.
4. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit drei koaxialen, zur Brennermündung
offenen Kammern, von denen die innere und die äußere Kammer zum Durchleiten eines Brennstoffes
und die mittlere Kammer zum Durchleiten eines oxydierenden Gases dienen, und mit in der äußeren
Kammer im Austrittsbereich des Brenners angeordneten Strömungsleitvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Strömungsleitvorrichtungen in der äußeren Kammer (27) zum axialen Ausrichten des
Brennstoffes ausgebildet sind, daß der Austrittsbereich des Brenners von Kühlkammern (22, 23)
umgeben ist und daß die Länge der drei koaxialen, geradlinig verlaufenden Kammern (25, 26, 27)
wesentlich größer ist als der Außendurchmesser der Kühlkammern (22,23).
5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtungen durch
eine Vielzahl von in der Kammerlängsrichtung verlaufenden Rohren (30) gebildet sind.
6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Umfangswand der mittleren
Kammer (26) angeordneten Rohre (30) miteinander in Berührung stehen.
7. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtungen durch
eine Vielzahl von in der Kammerlängsrichtung verlaufenden Trennwänden (80) gebildet sind.
8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (80) sternförmig um
die Umfangswand der mittleren Kammer (26) angeordnet sind.
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