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Die Erfindung bezieht sich auf einen mischraumfreien Industriebrenner,
der insbesondere für Siemens-Martin-Öfen bestimmt ist und dort hauptsächlich als
sogenannter Zusatzbrenner eingesetzt werden soll. -Mischraumfrei bezeichnet die
Tatsache, daß die Brennmittel und die Verbrennungsmittel nicht in einer besonderen
Mischkammer, sondern im freien Strahl gemischt werden.
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Zur Steigerung der Einschmelzleistung von Satzweise beschickten Schmelzöfen,
insbesondere Hochleistungs-Siemens-Martin-Öfen, ist der Einsatz von Zusatzbrennern
üblich geworden. Die Schmelzöfen werden auf Grund ihrer Bauweise mit einem Kopfbrenner
oder mit mehreren Kopfbrennern beheizt, die Zusatzbrenner werden durch das Gewölbe,
die Rück-oder Vorderwand des Ofens eingebracht. Industriebrenner, die für den genannten
Zweck geeignet sind, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Sie bestehen
in ihrem grundsätzlichen Aufbau im allgemeinen aus dem zumeist gekühlten Brennermantel,
Brennmittelzuführungsrohr und Verbrennungsmittelzuführungsrohr. Eine Mischkammer
fehlt. In den bekannten Brennern dieser Art wird als Brennmittel Heizöl, Erdgas,
Koksofen- bzw. Restgas mit Sauerstoff als Verbrennungsmittel im unterstöchiometrischen,
stöchiometrischen oder auch überstöchiometrischen Verhältnis verbrannt. Dabei ist
stets ein hoher Druck sowohl für das Brennmittel als auch für das Verbrennungsmittel
erforderlich. Dieser liegt regelmäßig bei 4 bis 10 atü, wenn anders stabile Flamme
mit insbesondere für den Anwendungsfall Siemens-Martin-Ofen geeigneter Flammenform
nicht erhalten werden. Beispielsweise wird bei Öl-Sauerstoff-Brennern der beschriebenen.
Art der Ölstrahl kurz vor dem Brennermund in den Sauerstoffstrom eingespritzt. Bei
Gasbrennern treten das Gas und der Sauerstoff zwar getrennt am Brennermund aus,
und zwar mit innerem Brennmittelzuführungsrohr, nämlich Gaszuführungsrohr, und umgebendem
Verbrennunasmittelzuführungsrohr, nämlich Sauerstoffrohr. Auch hier ist stabiler
Brennerbetrieb nur möglich, wenn mit hohem Druck sowohl für das Brennmittel als
auch für das Verbrennungsmittel gearbeitet wird. Die Tatsache, daß bei mischraumfreien
Industriebrennern der vorbeschriebenen Art Brennmittel und Verbrennungsmittel unter
Hochdruck zugeführt werden müssen, ist außerordentlich störend, da Stadtgas und
auch Koksofengas entsprechenden Drücken im Industriebetrieb regelmäßig nicht zur
Verfügung stehen. Aus technischen und auch wirtschaftlichen Gründen ist es daher
erwünscht, Industriebrenner mit Niederdruck (z. B. Stadtgas oder Koksofengas) zu
betreiben.
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Für andere Zwecke kennt man Industriebrenner, die bei dem beschriebenen
grundsätzlichen Aufbau aus Brennermantel, Brennmittelzuführungsrohr und Verbrennungsmittelzuführungsrohr
zusätzlich einen Verdrängerkörper aufweisen (vgl. deutsche Patentschrift 269 164).
Dieser dient dazu, einen besonderen Mischraum zu bilden. Das hält man für erforderlich,
wenn sowohl das Brennmittel als auch das Verbrennungsmittel unter Niederdruck zugeführt
werden. Wo es darauf ankommt, daß eine starkstrahlige, in den Ofenraum des Industrieofen
weit hineinragende, gleichsam lanzenartige Flamme entsteht, kann man so nicht arbeiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mischraumfreien Industriebrenner
der eingangs behandelten Gattung so weiter auszubilden, daß das Brennmittel unter
Niederdruck zugeführt werden kann.
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Die Erfindung geht aus von einem mischraumfreien Industriebrenner,
bestehend aus Brennermantel, Brennmittelzuführungsrohr und dazu konzentrischem Verbrennungsmittelzuführungsrohr,
wobei das Brennmittelzuführungsrohr das konzentrische Verbrennungsmittelzuführungsrohr
umgibt und beide in einem Brennermundstück auslaufen, welches zusätzlich mit einem
Verdrängerkörper ausgerüstet ist. Die Erfindung besteht darin, daß der Verdrängerkörper
in das zentrale Verbrennungsmittelzuführungsrohr eingesetzt ist und zusammen mit
einem Strahltrennring einen zum Brennermundstück kegelförmig erweiterten Verbrennungsmittelringspalt
bildet, der von einem zylindrischen Brennmittelaustrittsringspalt umgeben ist, wobei
die Verlängerung des kegelförmigen Verbrennunasmittelaustrittsringspaltes die Verlängerung
des Brennmittelaustrittsringspaltes mit einem Abstand schneidet, der vergleichbar
ist mit dem Radius des Verdrängerkörpers, und daß Brennmittelzuführungsrohr und
Brennmittelaustrittsringspalt für die Niederdruckzuführung eines Brennmittels, Verbrennungsmittelzuführungsrohr
und Verbrennungsmittelaustrittsringspalt für die Hochdruckzuführung eines Verbrennungsmittels
eingerichtet sind. - Niederdruckbrennmittel bezeichnet im Rahmen der Erfindung Brennmittel
mit Drucken von 0,01 bis höchstens 1 atü, Hochdruckverbrennungsmittel bezeichnet
im Rahmen der Erfindung Verbrennungsmittel mit Drucken von 4 = 10 atü und mehr.
Als Brennmittel werden bei dem erfindungsgemäßen Industriebrenner regelmäßig Koksofengas,
Stadtgas oder ähnliche Niederdruckgase eingesetzt. Als Verbrennungsmittel kommen
Sauerstoff und/oder Luft bzw. mit Sauerstoff angereicherte Luft in Frage.
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Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten.
So ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich durch Einfachheit
und Funktionssicherheit bei stabiler Flamme auszeichnet, dadurch gekennzeichnet,
daß die äußeren Stirnflächen von Verdrängerkörper und Strahltrennungsring sowie
äußere Begrenzung in einer Ebene der Brennermündung liegen. Es besteht aber auch
die Möglichkeit, zur besonderen Stabilisierung der Flamme des erfindungsgemäßen
Industriebrenners die äußere Begrenzung vorzuziehen, so daß sie die übrigen Elemente
des erfindungsgemäßen Industriebrenners kragenartig umgibt. Im allgemeinen wird
man die äußere Begrenzung und den Verdrängerkörper hohl ausführen und für eine Kühlung
mittels Kühlmitteldurchfluß einrichten. Besonders günstige Strömungs- und Verbrennungsverhältnisse
erreicht man dadurch, daß zwischen äußerer Begrenzung und Brennmittelaustrittsringspalt
ein weiterer zylindrischer Verbrennungsmittelaustrittsringspalt angeordnet ist.
- Selbstverständlich sind die beschriebenen Elemente des erfindungsgemäßen Industriebrenners
nicht notwendigerweise rund. Es kann sich auch um ovale oder im Grenzfall sogar
rechteckige oder quadratische Querschnittsformen für den Verdrängerkörper, den Strahlungstrennring,
die Austrittsringspalte für das Verbrennungsmittel und das Brennmittel sowie die
sonstigen Elemente des erfindungsgemäßen Industriebrenners handeln.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind
vor
allem darin zu sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Industriebrenner das Brennmittel
mit Niederdruck zugeführt werden kann. Das Verbrennungsmittel wird unter Hochdruck
zugeführt, was ohne besonders großen Aufwand verwirklicht werden kann, zumal im
Industriebetrieb, insbesondere im Hüttenbetrieb, Druckluft stets zur Verfügung steht.
Nichtsdestoweniger ist eine sichere Verbrennung mit stabiler starkstrahliger Flamme
gewährleistet. Der verhältnismäßig hohe Druck des Verbrennungsmittels in Verbindung
mit der Gestaltung der Elemente des erfindungsgemäßen Industriebrenners, insbesondere
in Verbindung mit der Kegelform des Verbrennungsmittelaustrittsringspaltes, ermöglichen
eine Einstellung der Flammenform, so daß der erfindungsgemäße Industriebrenner für
die verschiedensten Verwendungszwecke, insbesondere aber für Siemens-Martin-Öfen
eingesetzt werden kann. Die Flamme selbst besitzt eine verhältnismäßig kalte Flammenoberfläche
bei heißem Flammenkern, was bei Einsatz des erfindungsgemäßen Brenners in Industrieöfen
eine Schonung der feuerfesten Auskleidung bewirkt. Im Rahmen der Erfindung liegt
die Möglichkeit, die Austrittsringspalte des Brennmittels und des Verbrennungsmittels
aufzulösen in einzelne Bohrungen oder einzelne Schlitze. Der Verdrängerkörper kann
in axialer Richtung verstellbar und auch austauschbar sein.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Industriebrenner, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt
aus dem Gegenstand nach F i g. 1 und F i g. 3 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes
nach F i g. 2.
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Der in den Figuren dargestellte Industriebrenner ist insbesondere
als Zusatzbrenner für Siemens-Martin-Öfen bestimmt. Er besteht in seinem grundsätzlichen
Aufbau aus dem Brennermantel 1, Brennmittelzuführungsrohr 2 und dazu konzentrischem
Verbrennungsmittelzuführungsrohr 3, wobei das Brennmittelzuführungsrohr
2 das konzentrische Verbrennungsmittelzuführungsrohr 3 umgibt und beide in
einem Brennermundstück 5, 6, 7, 8, 9 auslaufen. Das Brennermundstück ist
in seinem Detail insbesondere in F i g. 2 erkennbar, wo deutlich wird, daß es besteht
aus einem zentralen Verdrängerkörper 5,
umgebendem Verbrennungsmittelaustrittsringspalt
6, diesen begrenzendem Strahltrennring 7, . den Strahltrennring 7 umgebendem Brennmittelaustrittsringspalt
8 und äußerer Begrenzung 9 für den Brennmittelaustrittsringspalt
8,
wobei Brennmittelzuführungsrohr 2 und Brennmittelaustrittsringspalt
8 für die Zuführung eines Niederdruck-Brennmittels (Koksofengas, Stadtgas)
Verbrennungsmittelzuführungsrohr 3 und Verbrennungsmittelaustrittsringspalt
6 für die Zuführung eines Hochdruck-Verbrennungsmittels (Sauerstoff oder
mit Sauerstoff angereicherte Luft) eingerichtet sind und die Breite des Strahltrennungsringes
7 ist so gewählt, daß das Verbrennungsmittel, welches hinter dem Verbrennungsmittelaustrittsringspalt
6 expandiert, das Brennmittel nicht abdrückt. Dabei bildet der Verdrängerkörper
5 mit dem Strahltrennring 7 einen. zur Mündung kegelförmig erweiterten Verbrennungsmittelaustrittsringspalt
6. Die Verlängerung dieses Verbrennungsmittelaustrittsringspaltes
6 schneidet die Verlängerung des zylindrisch ausgeführten Brennmittelaustrittsringspaltes
8 mit einem Abstand vor der Brennermündung, die vergleichbar ist mit dem
Radius R des Verdrängerkörpers 5. Je höher der Druck des Verbrennungsmittels,
desto größer wird dieser Abstand gewählt, wozu, was nicht gezeichnet worden ist,
der Verdrängerkörper 5 und zugeordnete Elemente austauschbar oder verstellbar
sein können. Die äußere Stirnfläche von Verdrängerkörper 5 und Strahltrennring 7
sowie die äußere Begrenzung 9 des Brenners insgesamt liegen im Ausführungsbeispiel
in einer Ebene.
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Wie in F i g. 3 angedeutet worden ist, kann die äußere Begrenzung
9 des Brennermundstückes 5, 6,
7, 8, 9, die im Ausführungsbeispiel
an den Brennermantel 1 anschließt, auch kragenartig vorgesetzt sein. Jedenfalls
sind im Ausführungsbeispiel die äußere Begrenzung 9 und der Verdrängerkörper 5 hohl
ausgeführt und mit Kühlmitteldurchflußeinrichtungen 10,11 ausgerüstet. Auch der
Strahltrennring 7 kann gekühlt sein. In F i g. 3 ist ferner zwischen äußerer Begrenzung
9 und Brennmittelaustrittsringspalt 8 ein weiterer zylindrischer Verbrennungsmittelautrittsringspalt
12 angeordnet. Diesem kann ein weiteres, nicht dargestelltes Verbrennungsmittelzuführungsrohr
zugeordnet sein. Hier besteht die Möglichkeit einer zusätzlichen Beeinflussung der
Flammenform.