DE1813217A1 - Vorrichtung zum Einspritzen von fluessigem Brennstoff in Schachtoefen - Google Patents

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OlüNTRE DE HEGHEROHSS DE PONT-A-mOUSÖON kaidiöres, 54 Pont-ä-i'iousson, i/'rankreicli

Vorrichtiing zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff ■"■'-- in ööhachtöfen

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Vorrichtung zum Einspritzen von insbesondere großen Mengen von flüssigem Brennstoff in'der Durchführung von ü'rhitzungs-, üchmelz-.oder'Keduktiortsbehaiidlungen dienende Schachtöfen, insbesondere Kupolöfen und Hochöfen, vor allem zum Zwecke w der Verminderung des Koksverbrauchs solcher Öfen.

Insbesondere betrifft die-Erfindung Vorrichtungen zum. Einspritzen von flüssigen Brennstoffen in solchen Öfen, in erster Linie Hochöfen, unter hohem Druck von wenigstens Bar, vor allem jedoch ohne hierauf beschränkt zu sein, in Hochöfen, die mit sehr heißem, gegebenenfalls mit Sauerstoff angexei chert em ^!/ind (mit einer erheblich oberhalb von 800° 0 liegenden Temperatur) betrieben werden.

legen der großen Mengen des unter solchen Voraussetzungen in der Zeiteinheit einzuspritzenden Brennstoffs muß ^:'

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mi ir möglichst geringem Luftüberschuß gearbeitet· werden« Der angewendete Luftüberschuß beträgt weniger'als 70'% der stöehioinetriseh erforderlichen iwenge an Verbrennungsluft, das heißt der Luftmenge·,;' die für eine vollkommene Verbren- '"

^! nung erforderlich wäre.' Hler-bei wird mit sehr heißem- Wind ■ ■ von beispielsweise 1000°' C-Temperatur gearbeitet. Aas diesen beiden; Tatsachen ergeben, sich sehr hohe, mehr als" 2000° ti " betragende Verbrennungstemperaturen. Bei Temperaturen .indieser Hb'he'siHd Düsen der sonst üblicherweise verwendeten Bauart,, die in der Regel aus Kupfer bestehen und^ doppelwandig ausgebildet durch einten- 7/ässerkreisläuf gekühlt werden,'

■ nicht mehr verwendbar. ■ - ...■. \

!''erner ist es', ebenfalls wegen der- großen Mengen an^Kin der Zeiteinheit einzuspritzendem- flüssigen; Brennstoff/ der, be— ^r vor' er in"- die ühargierüng- de& Hoehöf ens^: eindringen könnte^ ' vollkommen verbrannt' seini-müß,: nicht:-möglich·, mit* ein er:- Zerstäubung des'Brennstoffs in der"-i^he^r-der Düs^rennase aus- ■ zukommen, und den 'Brennstoff in dem kleinen-nicht"durc-h Eoks ■ beset ζ ten "Raum/· der vor' der Dusenniundung vorhanden is-t,. vollkommen zu verbrennen. D4 dieser Itauin nicht nur klein\ son—:¹ dern auch seine· Größe veränderlich ist, und er außerdem von imregeimäßigen ^:und nicht lenkbaren G&sströmungen dürchfl'os'-sen'wird', würde sich eine vqllkommene Verbrennung-un^fer-Bildung' von 'die ■ Oharge^'versßhmutzend'em' Ruß-- ergeben^ di'e Qn^egelmäßigkeiten des/ Abwärts-- und '■Mn.dürchströmen^;&· dejr--Gase' innerhalb des' Of en schacht es/ zur'FoI^e; haben ^ "

Durch die Erfindühg" wii?d eine'Vorrichtung ^;zum^ä 3ihspritz^;en-vön in der Zeiteinheit großen Mengen an flüssigem Brennstoff in, einen Schachtofen· 'gös'chaffen*, dtoch welche diese^: Schwierigkeiten vermieden werden. Gemäß d^fenr Grundgedanken¹ der^; Erfindung ist die Einsprit¹zvorrichtung^:aiii Iraieren eines' dür'ch^stuiupfe's Aneinanders"tbßen einer lüftdüse und" einer^'Öf'ehduB'«' ('iindfoirm)

gebildeten Kanals angeordnet, der wegen seiner neuartigen Ausbildung eine sehr intensiv-.arbeitende Verbrennungskammer bildet, deren Wirkung gleichzeitig sowohl den durch die Arbeitsweise des Schachtofens als solchen bestimmten Forderungen, wie den sehr hohen Verbrennungstemperaturen, die sich bei einer Verbrennung unter Verwendung von sehr heißer Luft von mehr als 800° C betragender Temperatur ergeben, Rechnung trägt.

Die neue Einspritzvorrichtung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß durch zwischen dem stromabwärtigen Ende der Luftdüse und dem stromaufwärtigen Ende der Ofendüse in Form eines Kranzes angeordnete Elemente aus feuerfestem ,Verk- __ stoff eine Einschnürung sowie der divergierende Teil einer W Venturidüse gebildet sind, deren konvergierender Teil durch die Luftdüse gebildet wird, in welche eine von dieser getragene zuführungsleitung für den flüssigen Brennstoff eingeführt ist, die in einer in der Nähe der Einschnürung der Venturidüse in deren Achse angeordneten Zerstäubungsvorrichtung für den Brennstoff endet, wobei ferner Vorrichtungen vorgesehen sind, durch welche die über die Luftdüse eingeblasene Luft in kreisförmige Bewegung versetzt wird.

ober diese lünspritzvorrichtung wird der flüssige Brennstoff unter hohem Druck eingespritzt und hierdurch eine sehr feine Zerstäubung desselben bewirkt, wobei sich die zerstäubten Jt Teilchen sehr schnell in der aus der Luftdüse ausströmenden, sich in kreisförmiger Bewegung befindlichen Luft dispergieren, durch deren hohe Temperatur eine sehr schnelle Verdampf uiif und -.ntsündung des i-'rennstoffs bewirkt wird.

Die neue Vorrichtung sichert derart eine sehr wirksame Peinstverteilonp des flüssigen Brennstoffs bei einer trotz ihrer hohen Geschwindigkeit in axialer Richtung ausreichenden Verweilzeit der .irennstofftröpfchen und erzeugt außerdem eine weiter unten noch im einzelnen zu beschreibende, nahezu

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stationäre Rucks tr ömz one, die ein Haftenbleiben der Flammenwurzel in der Ofendüse bewirkt.

Dieser Erfolg wird einmal durch, die Wirkung der Vorrichtungen, durch welche die aus der luftdüse austretende Luft in die kreisende Bewegung versetzt wird, zum anderen durch die konvergierende Ausbildung der Luftdüse, durch welche die Strömungs4 geschwindigkeit der Luft an der Einspritzstelle erhöht wird, und schließlich durch die sich unmittelbar an die Mündung der Luftdüse anschließende erhebliche Erweiterung des Strömungskanals, durch welche die kreisende Strömung unter gleichzeitigem Abbremsen ihrer Geschwindigkeit in .axialer Richtung ausgebreitet, hierdurch die Länge des spiralförmigen Weges, den die Tröpfchen durchströmen, verlängert und in der genannten axialen Zone eine praktisch stationäre Rückwärtsströmung erzeugt wird, wfelche das "Anhängen" der Flamme lokalisiert, erzielt.

Die kreisende Bewegung der aus der Luftdüse ausatrömenden Luft kann entweder durch eine durchlässige Zwischenwand, ein Diaphragma, das mit einer aus schräggerichteten Schaufeln bestehenden Beschaufelung ausgerüstet ist, oder durch eine· kugelförmige Ausbildung der Luftdüse _t in welche dann in tangentialer Richtung eine gegenüber der Achse des Luftdüsenmundstücks, das dann in Kontakt mit der Ofendüse steht, die Luftzuleitung mündet, herbeigeführt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Rahmen der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben, die aber nur als solche anzusehen ist, auf die deshalb die Erfindung keineswegs beschränkt ist, anhand der Abbildungen erläutert werden.

Fig. 1 ist ein schemätischer Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung,

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!■'ig. 2 ist ein Schnitt gemäß Linie 2-2 der Fig. 1 und zeigt ein Element der Vorrichtung zur Herbeiführung der kreisenden .Bewegung der aus der Luftdüse ausströmenden Luft.

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht eine andere Ausführungsform des diesem Zwecke dienenden Elements.

Fig. 4 zeigt in der Fig. 1 entsprechender Darstellung eine zweite und

Fig. 5 ebenfalls in sohematischer Darstellung, eine dritte Ausfuhrungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Im Falle des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispiels wird die Erfindung auf das Gestell eines Hochofens angewandt, von dem lediglich schematisch ein Teil der Wandung (; und eine der durch einen vVassermantel gekühlten konischen Ofendüsen (,Vindf ormen) 1 mit der Achse X-X dargestellt ist. Die den Gegenstand der Erfindung bildende Vorrichtung wird nachstehend in der Reihenfolge ihrer Teile von stromabwärts nach stromaufwärts der Strö'mungsrichtung der Luft beschrieben werden.

Die Ofendüse 1 ist mit einem feuerfesten Futter 2 ausgekleidet, das vor dem rückwärtigen Ende, dem von großem Durchmesser, der konischen Düse endet. In die Düse mündet in der tiähe ihrer großen Grundfläche in seitlicher Richtung eine in der ί-cüie des großen Durchmessers des Futters 2 endende Leitung 3 zum Einblasen von Kaltluft.

zin dem stromaufwurtigen Ende der Ofendüse 1 ist ein dicker i'lansch 4 angebracht, der einen Kranz von sich in das Innere der Düse erstreckenden Elementen aus feuerfestem ,Verkstoff 5

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trägt und der zwischen dem !flansch 4 und der "Endkante des feuerfesten Futters 2 gehalten wird. Dieser Kranz besitzt ein sich trompetenförmig nach der Düsenmündung hin erweiterndes Innenprofil. Seine Außenfläche weist einen Falz oder eine Auskehlung 6 auf, welche mit der Innenwandung der Ofendüse 1 zusammen eine Ringkammer bildet, in welche die Kaltluftzuleitung 3 mündet. Ferner weist der Kranz von feueifssten Elementen 5 schräge regelmäßig über seinen Umfang verteilte Schlitze 7 auf, welche nahe dem linde von großem Durchmesser des feuerfesten Futters 2 der Düse in die Oberfläche der Fuge zwischen diesem Kranz und dem Futter 2 münden. Über diese Schlitze steht die Auskehlung 6 mit dem Innenraum der Düse 1 in Verbindung. Sie leiten in diesen die kalte Luft längs des Futters 2 ein.

Der Flansch 4 weist ferner eine konkav-kugelförmige gestaltete Ausnehmung 8 auf, welche das Konvex-kugelförmig gestaltete Ende der Luftdüse 9 aufnimmt. Der Kranz 5 und der Flansch bilden derart die Verbindung zwischen der Ofendüse 1 und der Luftdüse 9.

Die zwischen die Ofendüse und eine gekrümmte Zuleitung D für die Luft eingeschaltete Luftdüse stellt ein rohrförmiges Verbindungsstück von grundsätzlich koni'Bcher in Richtung von stromaufwärts nach stromabwärts konvergierender Form mit der Achse X-X dar. Sie weist in bekannter vVeise einen Außenmantel aus Blech und ein feuerfestes Futter 11 auf. An ihrem Enden ist sie durch aus Metall bestehende Köpfe verstärkt, deren einer die in der Sphärischen Ausnehmung des Flansches 4 eingesetzte Nase 12 und deren anderer einen konkav-kugelförmig ausgenommenen Lagerkörper bildet, in dessen Ausnehmung das .lünde der Windleitung D eingesetzt ist.·

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Durch die Luftdüse hindurch erstreckt sich eine in schräger Richtung den Düsenmantel durchdringend in das Düsenennere eingeführte Leitung 14 für den einzuspritzenden flüssigen Brennstoff, deren vorwärtiges Ende in die Achse X-X umgebogen ist, in welcher sie in der mechanischen Zerstäubungsvorrichtung 15» durch welche der flüssige Brennstoff "atomisiert" wird, endet. Diese Zerstäubungseinrichtung arbeitet mit hohem Druck. Sie ist beispielsweise eine solche des für Dieselmotoren oder Einspritzdüsen, die eine rotierende Wirkung hervorrufen, verwendeten Typs.

Die aus Metall besteheetnde Düsennase 12 ist hohl und wird durch in einer Ringkammer 16 zirkulierendes Wasser gekühlt. Sie weist ferner ein feuerfestes Futter, das entweder durch eine Verlängerung des Futters 11 gebildet sein, oder aus einer besonderen eingesetzten Buchse bestehen kann, auf, das der Öffnung des aus feuerfesten Elementen bestehendes Kranzes anliegt und dieses mit dem Krane verbindet.

Der durch den Hohlraum des konischen feuerfesten Futters 11, die Buchse 17 und den Kranz von feuerfesten Elementen 5 gebildete Kanal stellt ein in Art öiner Venturidüse konvergierend - divergierend gestaltetes .Gebilde dar, dessen konvergierender Bereich durch das Futter 11, dessen Einschnürung durch die Buchse 17 und dessen divergierender Bereich durch den Kranz von Elementen 5 gebildet ist. Nachstehend soll diese Anordnung der Einfachheit halber als Venturidüse bezeichnet werden. Die Zerstäubungsvorrichtung 15 ist stromaufwärts der Ausmündunsr der Einschnürung in den durch den Kranz von Elementen 5 gebildeten divergierenden Bereich (auf die Strömungsrichtung der Luft bezogen) angeordnet.

Am stromaufwärtigen Ende der Luftdüse 9 ist in diese eine nachstehend als Diaphragma bezeichnete durchlässige Scheidewand E eingesetzt. Diese Diaphragma weist eine um eine mittlere

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Wabe 19 mit der Achse X-X angeordnete ringförmige Beschaufelung 18 auf, deren Schaufeln sehr stark gegenüber dieser Achsθa geneigt gekrümmt sind und sich überlappen. Die Nabe 19 ist hohl und wird von einem axialen Beobachtungsrohr 20 für die aus den beiden Düsen gebildete Gesamtanordnung durchdrungen.

Das Diaphragma, das nur der Temperatur der Blasluft ausgesetzt ist, kann im Falle einer Temperatur derselben von 800 bis 1550° C aus hochhitzebeständigein Stahl, im Falle einer Temperatur von 1150 bis 1300° C aus feuerfester keramischem Werkstoff bestehen.

Das Futter 11 der Luftdüse 9 ist nur den gleichen Temperaturen ausgesetzt,, und kann aus einer Stampfmasse oder einem Kieselsäure-Tonerdezement von guter Qualität bestehen.

Die in der den konvergierenden von dem divergierenden Teil der Venturidüse voneinander trennenden Einschnürung angeordnete, diese 'Einschnürung bildende Buchse 17 aus" feuerfestem Werkstoff, der Kranz aus feuerfesten Elementen 5 ~und das Futter 2 der Ofendüse 1 sind der Strahlung der Flamme des mit geringem Luftüberschuß mit Luft von einer oberhalb von 800° C liegenden Temperatur verbrennten flüssigen Brennstoffs und demzufolge Temperaturen, die 1900° C erreichen oder sogar überschreiten können, ausgesetzt. Diese Bauteile bestehen deshalb aus einem superfeuerfesten Werkstoff mit mehr als 90 °/° Tonerde, Tonerde-Zirkon oder Zirkon allein»

Die feuerfesten Bauteile 2 und 17 können entsprechend den hierdurch gegebenen Vorschriften hergestellt werden»

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung gemäß der Erfindung ist wie folgt §

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In die Luftdüse wird sehr heiße Luft mit einer Temperatur von wenigstens 800° G eingeblasen.

Die Ofendu.se 1 wird durch einen unter hohem,seine Verdampfung verhindernden Druck fließenden Kühlwasserstrom ebenso wie das Nasenende 12 der Düse 9 energisch gekühlt.

Die Temperatur der durch die Leitung 3 in die Ofendüse 1 einströmenden Kaltluft liegt zwischen 0 und 150° C. Diese Luft wird unter einem absoluten Druck von 1,5 bis 6 Bar eingeblasen.

Die in die Luftdüse 9 eingeblasene Heißluft wird durch ihr Auftreffen auf die ßeäschaufelung 18 der durchlässigen Scheide wand E in rotierende Bewegung versetzt. Sie bildet einen in l'lg. 1 durch die gestrichelte Linie angedeuteten .Tirloel t, der sich in der langen konvergierenden Zone der Luftdüse 9 entwickelt und auf den unter hohem Druck von mehr als 20 Bar zerstäubten Strahl des flüssigen Brennstoffs auftrifft.

Durch die Wirkung des aus dem Kranz von Elementen 5 bestehnden divergierenden Teils der Venturidüse wird die spiralförmige Strömung der Heißluft bei t in radialer Richtung unter gleichzeitiger Bildung einer Zone z, in welcher ein Rückströmen in axialer Richtung erfolgt, ausgebreitet, d. h. eine Zone, in welcher die Mischung aus Luft und vergastem Brennstoff als Folge dieses radialen Ausbreitens des in grundsätzlich axialer Richtung fließenden kreisenden Stromes unter der Wirkung des hierdurch erzeugten Ünterdruckes in dichtung von stromabwärts nach stromaufwärts fließt, gebildet. Diese Rückströmzone ist praktisch stationär.

Der durch die Zerstäubungsvorrichtung 15 sehr fein verteilte Brennstoff bildet einen aus feinsten Tröpfchen bestehen-

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den Kegel» Die im Umfangsbereieh dieses Kegels befindlichen Tröpfchen werden am Ausgang der durch, den Kranz von Elementen gebildeten divergierenden Zone in sehr innig in die Luft eingebetteter Weise in die kreisende Bewegung mitgerissen, was ihre sehr intensive Durchwirbelung und damit sehr schnelle Verdampfung zur Folge hat. Der zentrale Bereich des Kegels c aus tröpfchen liegt in der beschriebenen Zone z, in der die axiale Rückströmung erfolgt, und es entsteht nahe dem stromabwärtigen Ende dieser Zone eine praktisch stationäre zickzackartigeverlaufende Entflarnmungsfront _? durch deren Wirkung die Flamme f am Eintritt der Ofendüse 1, unmitta?elbar anschließend an den durch den Kranz von Elementen 5 gebildeten divergierenden Bereich der Venturidüse gefesselt wird. Hierdurch werden die günstigstmöglichen Bedingungen für die Verbrennung des über die Leitung 14 zugeführten flüssigen Brennstoffs geschaffen.

Pur ein gutes und störungsfreies Arbeiten des Hochofens ist, wie bereits oben bemerkt, einerseits eine vollkommene Verbrennung des eingespritzten flüssigen Brennstoffes ohne Bildung von Russ, die sich also restlos im Inneren der Ofendüse vollziehen muß, und andererseits die Verwenduang einer großen Menge an Blasluft oder eines Gemisches von Luft mit.Rauchgasen erforderlich, um die Verteilung-der mischung aus Luft und Rauchgasen über den gesamten Querschnitt des Ofen Schachtes sicherzustellen. Diese ivienge beträgt üblicherweise 40 Jim/sek, (40 normale Kubikmeter ;je Sekunde, d. h. 40 πι an Gas bei 0° C und unter einem Dxuek von 760 mm Quecksilbersäule gemessen). Das entspricht· 93 in-* je öekunde unter einem Druck von 2 Bar absolut,oder einem sogar noch etwas höheren Druck.

Die \Zerweilzeit der Luft oder der Fischung aus Luit und ,Hauchgasen in einer Ofendüse, wie der Düse 1_p deren Länge einige

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Meter nicht übersteigt, beträgt größenordnungsmäßig eine Hundertstelsekunde oder noch weniger.

Das bedeutet also eine sehr kurze, für die Verbrennung zu Verfügung stehende Zeitdauer. Ferner gelangen beim Einspritzen von verhältnismäßig großen Mengen an flüssigem Brenn stoff in der Zeiteinheit entsprechend große Mengen desselben in einen gegebenen Düsenquerschnitt, deren Erhöhung nicht erwünscht ist, um die Wärmeverluste über die wassergekühlten /andungen nicht zu groß werden zu lassen, und um die Vorrichtung gemäß der Erfindung einbauen zu können, ohne daß Minderungen der Bauteile erforderlich sind, an welchen sich die Düsen abstützen.

Die Verbrennuiigsleistung (in 1000 kg-Kalorien, die je otunde je nr des für die Verbrennung zur Verfügung stehenden Raumes erzeugt werden) ist also sehr hoch, ebenso wie auch die l· lammen teniperaturen wegen der hohen Temperatur der Blasluft entsprechend hoch sind.

Nachstehend werden die Vorteile, di° unter i.issar Gesxchtspunkten durch die Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung ersielt werden, im einzelnen aufgezählt und erläutert«

Die Verwendung der mit hohem Druck arbeitenden Zerstäubungsvorrichtung 15 sichert eine Verteilung des flüssigen Brennstoffs in allerfeinste Tröpfchen, die durch ihre Mischung mit der sehr heizen Luft und durch Strahlung leicht verdarapf4bar sind.

Durch die Beschaufelung 18 des Diaphragmas mit geneigten Schaufeln wird eine kreisende Strömung der Luft erzeugt, durch welche die länge des von der Luft durchflossenen tfeges

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und die Turbulenz in der Ofendüse erhöht wird und hierdurch die Geschwindigkeit, mit der die feinsten Tröpfchen des flüssigen Brennstoffes verdampfen, wie die der Mischung der hierdurch erzeugten brennbaren Dämpfe mit der Luft erheblich gesteigert, was eine Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit zur Folge hat.

Durch die Kombination der Bauteile 11, 17 und 5 miteinander, die zusammen das zunächst konvergierende und dann divergierende Gebilde, die Venturidüse, ergeben, mit der Ofendüse und die Wirkung des in der Einschnürung 17 durch die in deren Bereich liegende Zerstäibungsvorriehtung gebildeten Hindernisses wird in dem durch die Beschaufelung 18 erzeugten kreisenden und bei 5 stark divergierenden Luftstrom die praktisch' stattionäre Bückströmzttne ζ geschaffen, innerhalb deren der zerstäubte Brennstoff für eine für seine vollkommene Verbrennung ausreichende Zeitdauer verbleibt. Diese in der Achse der Ofendüse liegende Rückströmzone sichert die Erhitzung der in ihrer Nähe ^befindlichen Brennstoffteilchen durch Strahlung und ergibt sein stabiles Festhalten der Flamme f ohne besondere zusätzliche Maßnahmen.

Durch die feuerfesten Elemente 17,5 und 2 wird einerseits die Innenfläche des von der Heißluft durchströmten Kanals warm gehalten, wodurch sich eine die sehr schnelle Verdampfung und Verbrennung des flüssigen Brennstoffs begünstigende Wärmeabstrahlung von diesen Flächen aus ergibt und es werden außerdem die über diese Wandungen auftretenden Wärmeverluste begrenzt.

Ferner kann dadurch, daß das Kühlwasser für die Ofendüse 1, die Düsennase 12 und die Luftdüse 9 unter hohem, seine Verdampfung verhindernden Druck steht, ein sehr hoher Wärmefluß ohne die Gefahr von unzulässigen Überhitzungen aufgenommen werden.

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Durch die Leitung 3 wird verhältnismäßig kalte auf einen relativen Druck von größenordnungsmäßig 1 bis 6 Bar komprimierte Luft in wegen des nur geringen Durchmessers der Leitung 3j des kleinen Querschnitts der ringförmigen Auskehlung am Umfang der feuerfesten Elemente und des kleinen Querschnitts der Ausströmschlitze nur kleiner Menge eingeleitet. Durch diese längs der Wandung des Putters 2 an der Stelle, an welcher die divergierende Strömung auf dieses auftrifft, fließende Kaltluft wird dieses gegen örtliche Überhitzungen geschützt.

Die Ofendüse 1 bildet also infolge der Gesamtausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine regelrechte Verbrennungskammer mit hoher Wärmeabgabe in der Zeiteinheit.

Das mit der Beschaufelung 18 ausgerüstete Diaphragma E liegt hinreichend weit von dieser Verbrennungskammer entfernt, um nicht der Gefahr von Zerstörungen oder Beschädigungen durch die Einwirkung von zu hohen Temperaturen ausgesetzt zu sein. Es besteht aus hitzebeständigem Stahlguß und ist deshalb ohne weiteres der Temperatur der Heißluft, die größenordnungsmäßig
fähig.

mäßig 1000 bis 1100 0 betragen kann, gegenüber widerstands-

Da die Außengestalt wie auch die Abmessungen der im Rahmen der Erfindung verwendeten Ofendüsen und Luftdüsen denen der M als solche üblichen Ausbildung entsprechen, kann die neue Vorrichtung ohne weiteres in vorhandene Anlagen eingebaut ι werden, wobei nur wenige verhältnismäßig unbedeutende Anpassungen erforderlich sind und deshalb die Vorteile der beiannten Konstruktionen hinsichtlich der Aufnahme der Wärme- ' dehnungen, ihres leichten und einfachen Ein- und Ausbaus, j usw. erhalten bleiben. ■

i'ig. 3 veranschaulicht eine abgeänderte Ausführungsform des

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die kreisende Bewegung der Heißluft erzeu-genden Elements. Im Falle dieser Ausführungsform ist die Nabe I9^a des mit den Schaufeln 18 versehenen Diaphragmas vollwandig "und ^be-' sitzt etwa die Form einer Granate mit rückwärtigem gewölb--' ten Ende und nach einem Spitzbogen geformtem vorderen Ende.

Abweichend von dem in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel, welches sich auf den nachträglichen Einbau einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in eine bekannte, mit Blaswind betriebene Anlage -bezieht, ist in Fig. 4 eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, die für den Fall der Meuerrichtung oder des grundsätzlichen UmEaus eines Hochofens in Betracht kommt. Unter diesen Voraussetzungen ist es erwünscht, die Bedingungen, unter denen die Verbrennung verläuft, ebenso wie die für die Montage zu berücksichtigenden Vorbedingungen über das kaß hinaus, durch äie Beschränkung, die durch die liotwenäigkeit der Anpassung der Anlage an einen vorhandenen Hochofen .oder anderen Schachtofen gegeben sind, noch weiter zu verbessern.

Mit diesem Ziele ist im Falle des in Fig. 4 dargestellten : Äusführungs beispxels eine in Eichtung der Achse X-X kürzere =·;·, und in diametraler .Richtung breitere Konstruktion der Gesamtanordnung vorgesehen. _ . :·*

Die bei dieser Ausführungsform verwendete Ofendüse 1 besitzt grundslätzlich Zwiebelform und im >/ergleieh zu der Ofendüse 1 gemäß Fig. 1 wesentlich geringere länge, dagegen in ihrem rückwärtigen Bereich erheblich größere Breite. Auch die Luftdüse 9^a ist wesentlich kürzer als die Düse 9 ausgebildet, was durch eine andere Konstruktion der Zuleitung für den flüssigen Brennstoff ermöglicht würde.

Die Zuleitung 14a ist im Falle dieser Ausführungsform gekrümmt und durchdringt die Wandung der Luftdüse mit starker

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in der Nähe eines rechten Winkels gegenüber der Achse X-X liegender Neigung, wodurch der Platzbedarf in axialer Richtung entsprechend verringert wird. Ferner liegt die Zerstäubungsvorrichtung 15^a, in welcher diese Zuleitung endet, erheblich näher an dem Kranz von feuerfesten Elementen 5, nämlich nahezu an der durch die Nase 12 der Luftdüse 9a gebildeten Einschnürung der Venturidüse und ihre Einspritznase ist verbreitert. Die Zerstäubungsvorrichtung 15^a nimmt deshalb einen erheblichen Teil des freien Querschnitts der Einschnürung (Atwa 1/6 bis 1/4 dieses Querschnitts) ein. Diese Verhältnisse entsprechen im übrigen annähernd denen des vorher beschriebenen Ausführungsbeispiels.

Außerdem ist an der Stelle des mit der Beschaufelung 18 versehenen, am stromaufwärtigen Ende der Luftdüse 9 angeordneten Diaphragmas E ein an die Nase 12 der Luftdüse verlegtes, mit Schaufeln I8^a ausgerüstetes Diaphragma E* vorgesehen. Da in diesem Falle das Diaphragma E- der verbrennungezone in der Ofendüse näher liegt, wird es durch den gleichen Wasserkreislauf wie die I\ase 12 der Luftdüse gekühlt. In der schematischen Figur 4 sind die Kühlkanäle nicht dargestellt.

Durch die Zwebelform der Ofendüse 1^a ergibt sich in dieser eine ringförmig kreisende Strömung des atomisierten, aus der Mischung von Liift und Brennstoff bestehenden Mediums unter Bildung einer entralen stationären Zone z, die ausgedehnter ist als im Falle des Beispiels gemäß I'ig. 1, und damit ein noch besseres Festhalten der Flammenwurzel. Ferner ist der Platzbedarf der kompakter ausgebildeten Ofendüse in deren Längsrichtung geringer. Auch die auftretenden Wärme Verluste sind niedriger, weil die Zwiebelform der Ofendüse der Kugelform angenähert ist. Das arärömende kedium breitet sich über einen größeren Durchmesser aus, was eine längere Verbrennungsdauer und damit die Iäöglich-

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keit, bei einem gegebenen Querschnitt der Ofendüse eine grössere Menge an flüssigem Brennstoff zu verbrennen, und damit den Roksbedarf weiter zu verringern, ergibt. Durch die gekrümmte Ausbildung der Brennstoffzuleitung 14^a ergibt sich, wie bereits bemerkt, eine Verkürzung der Luftdüse 9^a. Das hat eine vorteilhafte Begrenzung der Wärmeverluste durch Verkleinerung der Abmessungen der kreisförmig gestalteten Gesamtanordnung, wie auch der Leitungen, durch welche die Heißluft abwärts strömt, zur Folge. Infolge der örtlichen Anordnung des mit der Beschaufelung I8^a versehenen Diaphragmas an der Nase 12 der Luftdüee 9^a bildet dasjiBiaphragma den Träger für die Zerstäubungsvorrichtung 15^a, wodurch es möglich wird, die Zerstäubungsvorrichtung noch genauer zu zentrieren und hierdurch eine noch bessere Mischung des Brennstoffs mit der Heißluft zu erzielen. Die Zuführungsleitung 3 für Kaltluft kann im Falle dieser Ausführungsform, wie aus der Abbildung ersichtlich, in den Flansch 4 der Ofendüse einmünden.

Im Falle einer weiteren in Fig. 5 füchematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung ergibt sich eine noch kompaktere Bauart der Gesamtanordnung in axialer Richtung durch Fortfall des Diaphragmas. In diesem Falle wird die kreisende Bewegung der Luft nicht wie in den Fällen der vorher beschriebenen Ausführungsformen durch eine Beschaufelung mit geneigten Schaufeln, also eine in axialer Richtung eingeleitete Rotationsbewegung, sondern durch tangentiales Einleiten der Luft herbeigeführt.

Bei diesem Ausführungsbeiepiel wird eine Ofendüse 1 von noch betonterer Zwiebelform, d. h. breiterer und kürzerer Ausbildung als die Zwiebel der Ofendüse 1^S verwendet. An der rückwärtigen, durch das feuerfeste Futter 2'geschützten Stirnfläche dieser Düse ist ein Verbindungskörper 4 angebracht, welcher dem gleichen Zwecke dient, wie der Flansch 4, jedoch einen wesentlich größeren Durchmesser als dieser besitzt. Dieser

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Verbindungskörper ist hohl und wird durch Wasser gekühlt. An ihm ist der aus Profilkörpern aus feuerfestem Y/erkstoff 5 , deren Innenflächen trompetenförmig ausgenommen sind, und sich an das feuerfeste Futter der Ofendüse anschließen, bestehende Kranz angebracht. Auf diesem Kranz sind Schrägschlitze 7 gebildet, die in der Nähe des feuerfesten Futters 2 der Ofendüse in diese münden. In diese Schlitze münden seitliche Kanäle zur Zuführung von Kaltluft, die demzufolge in die Zone eingeblasen wird, in welcher das strömende Ge* misch von Luft und verdampftem Brennstoff auf das Futter der Ofendüse auftrifft.

Ln die rückwärtige Stirnfläche der Ofendüse 1 ' d. h. in die muffenartige Ausnehmung des Verbindungskörpers 4 , ist die Luftdüse 9 von grundsätzlxcher Kugelform, die eine verstärkte, ebenfalls sphärisch geformte Nase 21 aufweist, die jedoch nicht wassergekühlt ist, eingesetzt. Eine besondere Kühlung dieser Düsennase ist wegen deren Entfernung von der Verbrennungskammer in der Ofendüse, ferner des großen Durchmessers der rückwärtigen Fläche dieser Düse, sowie auch wegen der Kühlwirkung der in dem Verbindungskörper 4 enthaltenen Wasserkammer auf die Düsennase nicht erforderlich. In die Luftdüse mündet in Richtung einer stark gegenüber der Achse X-X, um einen in der Mähe von 90° liegenden Vi/inkel geneigten Achse Y-Y, -ein Luftzuleitungsstutzen 22. Durch diese Anordnung des Lufteinleitungsstutzens wird der Raumbedarf in der Längsrichtung der Gesamtanordnung erheblich vermindert. Der Stutzen 22 ist in tangentialer Richtung in den Innenraum der ein feuerfestes Futter 11 aufweisenden Luftdüse eingeführt. Er endet vorzugsweise in einem sphärisch·» geformten Verbindungsflansch 23, durch dessen Ausbildung sein Anschluß an die nicht dargestellte Windleitung erleichtert wird.

Schließlich ist statt der gebogenen oder gegenüber der Achse X-X geneigten Brennstoffzuführungsleitu^ng der vorher be-

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schriebenen Ausführungsbeispiele eine sehr kurze axial gerichtete Zuleitung 14 vorgesehen, die in der an 'der Stelle der. Einschnürung der Venturidüse liegenden Zerstäubungsvorrichtung 15 endet. Diese Leitung wird durch eine in einen axialen Stutzenansatz 25 der Luftdüse eingesetzte Buchse 24 zentriert. Wegen der geringen Länge der Leitung 14 und der Form der Luftdüse kann diese Zentrierung in sehr einfacher und wirkungsvoller Weise erfolgen.

Wegen der Kugelform der Luftdüse und der Einführungsrichtung des Zuleitungsstutzens 22 nach der Achse Y-Y trifft die mit hoher Geschwindigkeit eingeblasene Luft auf die kugelförmige Innenwandung der Auskleidung der Düse auf und wird innerhalb der Düse in eine in der Abbildung durch eine gestrichelte Linie angedeutete Wirbelbewegung t' versetzt, wobei der gebildete Wirbel sich in Richtung nach der Einschnürung der Venturidüse der Achse X-X nähert.

Dadurch ergibt sich eine noch innigere Mischung der Heißluft mit dem flüssigen Brennstoff.

Die Ausbildung der letztbeschriebenen Gesamtanordnung ist wesentlich einfacher als die gemäß den vorher beschriebenen Beispielen, weil das mit der Beschaufelung versehene Diaphragma in Fortfall kommt und sich hierdurch eine im Ganzen robustere Bauart unter gleichzeitiger Verminderung der Druckverluste ergibt.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend im einzelnen beschriebenen und in den Abbildungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt, die lediglich Beispiele darstellen, denen gegenüber Änderungen in der verschiedensten Richtung möglich sind, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen,

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Ferner ist selbstverständlich die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung nicht auf die bei einem Hochofen beschränkt, wie sie vorstehend beschrieben wurde, sondern auch bei Öfen von anderer Bauart, für die entsprechende Voraussetzungen vorliegen, wie beispielsweise Kupolofen, gegeben.

Patentansprüche:

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Claims (18)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff in einen Schachtofen, insbesondere Hochofen, mit zueinander koaxial angeordneter Luft- und Ofendüse, dadurch gekennzeichnet , daß durch zwischen dem stromabwärtigen Ende der Luftdüse (9, 9^a, 9 ) und dem stromaufwärtigen Ende der Ofendüse (1,1,1 ) in Form eines aus ihnen gebildeten Kranzes angeordnete feuerfeste Elemente (5) die Einschnürung und der stromabwärtige divergierende Teil einer Venturidüse gebildet sind, deren stromaufwärtiger konvergierender Bereich durch die Luftdüse (9, 9^a> 9 ) gebildet wird, und dn diese Venturidüse eine von der Luftdüse getragene Zuführungsleitung (14, 14 _f 14 ) für den flüssigen Brennstoff eingeführt ist, die in einer in der Nähe der Einschnürung der Venturidüse in deren Achse angeordnete Zerstäubungsvorrichtung (15, 15^a, 15^b) für den Brennstoff endet und ferner Vorrichtungen (E oder E^) vorgesehen sind, durch welche die über die Luftdüse (9 oder 9^&) eingeblasene Luft in kreisende Bewegung versetzt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der Ofendüse (1, 1 ) und der Luftdüse (9, 9 ) und den divergierenden Bereich der Venturidüse bildende Kranz aus feuerfesten Elementen (5) trompetenförmig ausgenommenes Innenprofil, das sich an die Eintrittsseite von großem Durchmesser der Ofendüse anschließt, besitzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, deren Ofendüse ein feuerfestes Putter aufweist, dadurch g e k e η η 2.:e i c h η e t , daß auf dem Kranz von feuerfesten

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Elementen (5) in der Fuge zwischen diesem Kranz und dem feuerfesten Futter in der Nahe des Endes von großem Durchmesser des Futters schräggerichtete Schlitze (7) vorgesehen sind, welche über einen ringförmigen Falz oder eine ringförmige Auskehlung (6) die in dem Kranz von feuerfesten Elementen (5) gebildet ist, an eine Zuleitung (3) für Kaltluft angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eic hnet, daß die Vorrichtung zur Herbeiführung der kreisenden Bewegung der über die Luftdüsa (9) zugeführten Luft aus einem im Inneren der Luftdüse angeordneten Diaphragma (E oder E-j), das mit einer Beschaufelung aus schräg zu der Düsenachse gerichteten Schaufeln (18 oder I8^a) ausgerüstet ist, besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Diaphragma am stromaufwärtigen, d. h. am Ende von großem Durchmesser der Luftdüse (9) &n-

- geordnet ist. '

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- ' net, daß das Diaphragma von einem die Beobachtung des Innenraumes der Ofendüse (1) ermöglichenden Rohr (20) durchdrungen wird. i

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Diaphragma eine nach i seiner stromaufwärtigen Seite hin ausgewölbte, und an : seiner stromabwärtigen Seite sich in Form einer Geschoßspitze verjüngend gestaltete axiale Nabe (19) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (Ej) aä der Düsennase am strom-

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abwärtigen Ende der Luftdüse (9) angeordnet ist und derart durch den Wasserkreislauf im Inneren der Düsennase gekühlt wird,

9. Vorrichtung nach einemoder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuführungsleitung (14) für den flüssigen Brennstoff schräg zu der Achse (X-X) der Gesamtanordnung gerichtet und die Zerstäubungsvorrichtung, in welcher sie endet, stromaufwärts der Einschnürung der Venturidüse angeordnet ist.

10."Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführungsleitung (14 ) nach einem stark gegenüber der Achse der Ofendüse geneigten y/inkel abgebogen ist, und die durch das mit der Beschaufelung ausgerüstete Diaphragma (E..) zentrierte Brennstoffzerstäubungsvorrichtung (15^a) an der Stelle der.Einschnürung der Venturidüse endet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t , daß der Verbindungsflansch (4, 4 ) zwischen der Ofendüse (1, 1^b) und der Luftdüse (9, 9^b) eine muffenartige Ausnehmung mit sphärisch gekrümmter Innenfläche (8) aufweist, welche die Nase (12 oder 21") der Luftdüse aufnimmt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nase der Luftdüse durch einen .Yasserstrom gekühlt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t , daß die Nase (12) der Luftdüse (9) ein feuerfestes Putter (17) aufweist.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ofendüse (1 ) die Form einer sich von strom abwärts nach stromaufwärts verdickenden Zwiebel besitzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß die zwiebeiförmige Düse (1 ) vergleichsweise sehr kurz ausgebildet ist und an die

Luftdüse (9 ) über ein durch einen Wasserkreislauf ge- j

kühltes Verbindungsstück (4 ), das eine muffenartige J

Ausnehmung mit sphärisch gekrümmter Innenfläche aufweist, |

angeschlossen ist. gjk

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Luftdüse (9 ) wie auch ihre i dem wassergekühlten Verbindungsstück anliegende Hase (21) · nach einer Kugel gekrümmt gestaltet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die kugelförmig gestaltete Luftdüse (9 ⁵) einen Rohrstutzen (22) zum Einführen der Heißluft in zu dem Innenraum der Düse tangentialer Richtung aufweist, der gegenüber der Achse der Düsennase nach einem nahezu 90 betragenden Winkel geneigt ist und derart die Vorrichtung zum Verbringen der eingeblasenen Luft in kreisende .eewegung und zur fort schra. tend en Ablenkung der Strömung der strömenden Heißluft durch die sphärisch gekrümmten Innenwandungen der Düse entsprechend einem Wirbel, dessen Durchmesser sich mit fortschreitender Entfernung von dem Rohrstutzen und Annäherung an die Einschnürung der Venturidüse eintrittsseitig der Ofendüse (1 ) in Richtung auf die Achse der Ofendüse einschnürt, bildet.

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18. Vorrichtung nach Anspruch 1?» dadurch gekennzeichnet , daß der tangential zu der Ifuf tails e (9 ) liegende Rohrstutzen einen sphärisch gekrümmten Flansch aufweist.

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