DE1803984A1 - Kermaischer Brenner - Google Patents

Description

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18. Oktober 1968

KONINKLIJKE NEDERLANDSCHE HOOQOVENS EN STAALPABRIEKEN N.V.

IJHÜIDEN (Niederlande)

¹¹ Keramischer Brenner "

Die Erfindung bezieht sich auf einen keramischen Brenner, insbesondere zur Anwendung in Winderhitzern für Hochöfen, der einen ersten, vertikal verlaufenden Kanal für die Zufuhr von gasförmigem Brennstoff und einen zweiten gleiohachsigen Kanal für die Zufuhr von Verbrennungsluft aufweist, wobei die Kanäle an den oberen Enden in Durchbrechungen in einem keramischen Block übergehen und zwar in ein zentrales Loch und einen Kranz von Löchern um dieses, wobei die obere Fläche des Blockes von dem zentralen Loch schräg nach oben verläuft und die Löcher des Kranzee zur Verlängert·» Aohse dee zentralen Loches hinaus gerichtet sind*

Keramische Brenner des oben beschriebenen Typs sind gegenwärtig übliche Konstruktionselemente in Wind erhitzern für Hochöfen. Sie bedeuten einen Fortschritt

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gegenüber den vorher üblichen Metallbrennern, die ausserhalb des Brennschachtes des Winderhitzers angeordnet wurden. Mit dem im Winderhitzer eingebauten keramischen Brenner kann eine beträchtlich höhere Kuppeltemperatur erreicht werden, ohne dass der Brenner dadurch Schaden erleidet. Ausserdern vermeidet man durch einen innerhalb des Brennschachtes vertikal angeordneten keramischen Brenner das Aufprallen der Flammen auf der Trennwand zwischen Brennschacht und Gitterwerk, gerade an derjenigen Stelle, wo der Temperaturunterschied zwischen Brennschacht und Gitterwerk am höchsten sein soll. Beide, die Trennwand und das Gitterwerk, werden dadurch erheblich geschont.

Die bekannten keramischen Brenner haben eine kreisförmig oder oval gestaltete Austrittsöffnung des zentralen Loches für die Brennstoffzufuhr. Die Löcher des umgebenden Kranzes sind schlitzförmig und gleichförmig gestaltet. Obwohl die bekannten keramischen Brenner eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den älteren Metallbrennern bedeuten sind sie noch verbesserungsfähig. Oben in der Kuppel und unterhalb des Gitterwerkes des Winderhitzers kann noch eine beträchtliche Menge unverbrannten Gases, hauptsächlich CO, gemessen werden und zwar ungeachtet der Tatsache, dass für eine genügende Zufuhr von Verbrennungsluft Sorge getragen ist. Damit ist die Wirtschaftlichkeit der Anlage noch nicht optimal. Auch verläuft die Verbrennung nicht gleichmassig und zwar hauptsächlich im unteren Teil des Brennschachtes. Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Unzulänglichkelten ausgeschaltet.

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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine bessere Führung und Durchmischung von Brennstoff und Luft bis in die Flamme hinein die Gleichmässigkeit und Vollständigkeit der Verbrennung beeinflusst werden können.

Die Erfindung besteht darin, dass das zentrale Loch im wesentlichen die Form eines rechteckigen Spaltes aufweist, dass der schräg verlaufende Teil der oberen Fläche des Blockes im wesentlichen aus zwei ebenen Flächen besteht, die einen Winkel von 40° - 120°, vorzugsweise 60° - 90° einschliessen und dass der Kranz der Löcher in zwei zueinander und zu den Längsseiten des zentralen Loches parallele Reihen von Löchern unterteilt ist.

Man hat bei Metallbrennern schon verschiedene Mittel verwendet, um die Mischung von Gas und Luft zu verbessern. Für keramische Brenner für Winderhitzer kommen diese bekannten Konstruktionen aber nicht in Betracht, sowohl wegen deren Abmessungen als auch wegen der beschränkten Möglichkeiten des konstruktiven Aufbaues mit keramischen Steinen, wobei die ovale Form des Brennschachtes dem Fachmann bestimmte Konstruktionen nahe legte.

Obwohl schon bessere Erfolge mit Jeder Form von Löchern im keramischen Block erhalten werden, welche der Eingangsbeschreibung genügen, hat es sich herausgestellt, dass die Rechtecksform des zentralen Loches gemäss der Erfindung besonders günstig ist, wobei vorzugsweise das Verhältnis von Länge zu Breite zwischen 4 : 1 und 6 : 1 gewählt ist und die Spaltbreite des Loches weniger als 600 mm beträgt.

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Ausserdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die zwei Reihen mit je mindestens vier Löchern auszubilden, deren Mittelachsen mit der Verlängerung der Achse des zentralen Loches einen Winkel von 20° bis 70° einschliessen.

Der günstige Effekt des neuen Brenners muss der sehr intensiven Durchmischung der Luft und des Brennstoffes zugeschrieben werden, die mit dieser Ausgestaltung des Brenners erreicht wird. Die Luftstrahlen, die den verhältnismässig schmalen Strahl von Brennstoff durchdringen und die spezifische angepasste Form der oberen Fläche des Blockes beugen der Möglichkeit vor, dass ungemischte oder unvollständig und nicht in gutem Verhältnis gemischte Teile der Brennstoff- und Luftstrahlen bis in die Flamme bestehen bleiben. Es ist anzunehmen, dass bei der bekannten gleichachsigen Anordnung derLuftlöcher rings um ein zentrales kreisförmiges Loch für die Zufuhr des Brennstoffes das Mischverhältnis der Qas-Luftmischung über dem Brenner einen Gradienten aufweist. Nur innerhalb einer verhältnismässig schmalen Zone des Mischgebietes sind deshalb bei den bekannten keramischen Brennern theoretisch gute Mischverhältnisse zu erwarten.

Gegenstand der Erfindung ist auch die spezifische Anordnung der Löcher der zwei Reihen zueinander. Der Fachmann würde es wohl für nützlich halten, um die Mischung von Gas und Luft zu verbessern, dass die verschiedenen Löcher auf ungleicher Höhe angeordnet werden.Zwar 1st eine solche Anordnung auch von der Erfindung erfasst, überraschenderweise hat es sich aber gezeigt, dass bvi dem erfindungs- gemässen Brenner bessere Erfolge erzsielt werden,

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wenn die Löcher der zwei Reihen auf gleicher Höhe angeordnet sind.

Je nach dem Verwendungszweck und/oder den Verwendungsumständen kann es gemäss der Erfindung dabei vorteilhaft sein, je zwei Löcher der zwei Reihen gegenüber oder die Löcher der einen Reihe versetzt zu denjenigen der anderen Reihe anzuordnen. Der beste Effekt der Formgebung des keramischen Blockes wird erhalten, wenn die Verteilung des Brennstoffes und der Luft über den Querschnitt des zentralen Loches, bzw. über die verschiedenen Löcher so gleichmässig wie möglich erfolgt. Um diese Gleiehmässigkeit der Verteilung zu fördern, wird demgemäss weiterhin vorgeschlagen, dass sich die zwei Kanäle kurz vor dem Übergang zu den Löchern durch den keramischen Block vereinigen.

Weitere Merkmale der Erfindung und die durch dieselbe erzielten Vorteile werden nachstehend anhand einiger Figuren erläutert, welche ein Aueführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung schematisch darstellen.

Flg. 1 zeigt einen Winderhitzer mit eingebautem Brenner im Längsschnitt,

Fig. 2 zeigt den Brenner aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Flg. 3 ist ein Sohnitt nach dtr Linie III-III in Fig. 2.

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In Pig. 1 ist der Mantel eines Winderhitzers mit 1 bezeichnet, der mit dem Boden 2, auf dem er steht, eine gemauerte Einheit bildet. Der gemauerte Mantel ist von einer Stahlbekleidung umgeben (nitit gezeichnet). Eine Anzahl aus dem Boden 2 ragender Pfeiler 5 stützt ein Gitter 4, das wieder zur Unterstützung von über diesem gestapelten perforierten Steinen dient (nicht gezeichnet), durch welche abwechselnd heisses Brenngas von oben nach unten und zu erhitzende Luft von unten nach oben geführt werden. Dieses sogenannte Gitterwerk ist durch eine Wand 5 vom Brennschacht getrennt, der nach aussen wieder durch einen Abschnitt des Mantels 1 begrenzt wird.

Der Winderhitzer ist oben durch eine gemauerte Kuppel 6 und eine Stahlkuppel 7 abgeschlossen.

Der zur Erhaltung der heissen Brenngase benötigte gasförmige Brennstoff und die Luft werden durch einen Kanal 8, bzw. durch eine Ringleitung 9 zum Brennerblock 10 geleitet. Der Brenner ist in der Fig. 1 nur schematisch angedeutet.

Oberhalb des Brenners werden Brennstoff und Luft innig gemischt und der Brennstoff im Brennschacht verbrannt. Die heissen Verbrennungsgase werden über die Trennwand 5 geführt« Nachdem die im Gitterwerk gestapelten Steine genügend aufgeheizt sind, werden die Zufuhröffnungen 14 und 15 der Brennstoff- und Luftkanäle 8 bzw. 9 geschlossen.

Die zu erhitzend® Luft wird dann durch eine öffnung 11 in umgekehrter Richtung duroh/di« Vorrichtung geleitet und kanu diese durch eine öffnung 12 verlassen,

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In Pig. 2 ist der Brenner und seine Umgebung in seinen Einzelheiten und in vergrössertem Maßstab wiedergegeben.

Pig. 3 zeigt hiervon wieder ein Detail nach einem Schnitt, quer zu dem der Pig. 2. Dieses Detail ist nur zur Hälfte gezeichnet, die andere Hälfte ist hierzu symmetrisch ausgebildet. Der zentrale Kanal 8 für den Brennstoff schliesst an ein zentrales Loch 16 im Block 10 an.

Dieser Block ist aus keramischem Material hergestellt, ebenso wie die Wände der Kanäle 8 und 9 und die Wände 1 und 5 des Brennschachtes. Das zentrale Loch 16 hat eine rechteckige Form mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von etwa 5 J 1· In der oberen Fläche 18 des Blockes 10 münden zwei Reihen öffnungen 17* die mit dem Kanal 9 in Verbindung stehen. Diese öffnungen 17 haben eine rechteckige Form, mit den kurzen Rechteckseiten der öffnungen jeder Reihe gegeneinander ausgerichtet.

Die öffnungen 17 in jeder Reihe sind versetzt bezogen auf die öffnungen der anderen Reihe angeordnet, so dass Strahlen von Verbrennungsluft aus diesen öffnungen abwechselnd aneinander vorbeiblasen. Dies wird dadurch erreicht, dass die obere Fläche 18 des keramischen Blockes 10 im wesentlichen zwei flache, einen Winkel von etwa 90° miteinander bildende Ebenen aufweist.

Diese Form des Brennerblookes garantiert eine optinale Vermischung von Brennstoff und Luft, wenn nur der Brennstoff und die Luft an sich gleichmässig

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über den Querschnitt des Loches 16 bzw. der öffnungen 17 verteilt austreten. Letzteres wird dadurch erreicht, dass die zwei Kanäle 8 und 9 mit Verengungen 19 und 20 versehen sind.

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Claims (1)

1. Patentansprüche :

   1.) Keramischer Brenner, insbesondere zur Anwendung in Winderhitzern für Hochöfen, der einen ersten, vertikal verlaufenden Kanal für die Zufuhr von gasförmigem Brennstoff und einen zweiten gieichacnslgen Kanal für die Zufuhr von Verbrennungsluft aufweist, wobei die Kanäle an den oberen Enden in Durchbrechungen in einem keramischen Block übergehen und zwar in ein zentrales Loch und einen Kranz von Löchern uni dieses, wobei die obere Fläche des Blockes von dem zentralen Loch schräg nach oben verläuft und die Löcher des Kranzes zur verlängerten Achse des zentralen Loches hinaus gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daas das zentrale Loch (l6) im wesentlichen die Form eines rechteckigen Spaltes aufweist, dass der schräg verlaufende Teil der oberen Fläche (18) des Blockes (1O) im wesentlichen aus zwei ebenen Flächen besteht, die einen Winkel von 40° - 120°, vorzugsweise 60° - 96° einschliessen und dass der Kranz der Löcher (17) in zwei zueinander und zu den Längsseiten des zentralen Loches (Ιό) parallelen Reihen von Löchern/unterteilt ist.

   2.) Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechtecksform des zentralen Loches (l6) ein Verhältnis Länge zu Breite zwischen 4 : 1 und 6 t 1 aufweist, und dass die Spaltbreite weniger als 600 mm beträgt.

   3«) Brenner nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeiohnet, dass die awei Lochreihen je mindestens

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   - ίο -

   vier Löcher (17) aufweisen, derer» Mittelachsen mit der Verlängerung der Achse des zentralen Loches (l6/ einen Winkel von 20° bis 70° einsohlisssQn.

   4.) Brenner nach einem äer Ansprüche 1 Ms 3s dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher/der zwei Reihen auf gleicher Höbe angeordnet sincL

   5.) Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis ρ$ dadurch gekennzeichnet, dass die Löoner (17) eier zwei Eeilien gegenüber angeordnet sind c

   6.) Brenner nach eineai der Ansprüche 1 bis ~*>_s dadurch gekennzeichnet* clasc die Lochst (17) der eir,on Seihe veraet-st zn denjenigen der anderen Heins angeordnet sind«

   der 7.) Brenner nach einem oder mehreren/Ansprü-

   chea I bi^ K₃ dadurch g^lier^izoiotiiQt_s dta» die swei Kanäle (8 und 9} :3ich kurz ?^r d^ra Übergang zu den Löchern (ΐβ und 17) duren den iceraraischen Block (10) verengen«,

   8.) Brenner nacii einesi der vorgehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet^ dass die zwei Hei- hen der Löcher (17) des Kranaes schlitzförmig ausgebildet sind uncl mit der gr*3si3o©:a Abiie&sung senkrecht zur Längsrichtung des zmi^-v^X^n Lashes (l ausgerielitet sind,

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