DE1909496B1

DE1909496B1 - Zerstaeubungsbrenner fuer fluessige Brennstoffe zur Beheizung von Schachtoefen

Info

Publication number: DE1909496B1
Application number: DE19691909496
Authority: DE
Inventors: Limpach Raymond Georges
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1968-02-28
Filing date: 1969-02-26
Publication date: 1970-11-12
Also published as: LU55572A1; JPS4825283B1; GB1216042A; BE726985A; US3582053A; FR2002766A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Zer- die Öffnung in die Kammer eintretenden Brennstoffstäubungsbrenner für flüssige Brennstoffe zur Be- nebel-Gasgemisch-Strahlen treffen, daß sich an die heizung von Schachtöfen, der wenigstens aus zwei letzte Kammer ein das hieraus austretende Brenn-Kammern besteht, in welche flüssiger Brennstoff und stoffnebel-Gas-Gemisch aufnehmender, an sich bekomprimiertes Gas eingeleitet werden. 5 kannter, konvergierender/divergierender Abschnitt

Ein Ölvergasungsbrenner dieser Bauart ist nach anschließt und daß eine den konvergierenden/diverder österreichischen Patentschrift 255 625 bekannt. gierenden Abschnitt umgebende Leitung für heißes Dabei tritt Heizöl in eine Mischkammer ein, in der Oxydationsgas vorgesehen ist, die mit einer oder es durch Schaffung eines Unterdruckbereiches zu- mehreren in den Schachtofen einmündenden Heißnächst zur Verdampfung und Vergasung gebracht io windeinblasdüsen verbunden ist.
wird, ohne daß es dabei bereits zu einer Ver- Ein nach diesem Vorschlag ausgeführter Zermischung von Luft und Ölnebel bzw. Öldampf stäubungsbrenner eignet sich speziell für die Verkommt. Da die Mischung erst später einsetzt, ergibt Wendung flüssiger Brennstoffe bei einem Schachtsich eine größere Verweilzeit des gasförmig ge- ofen. Das Brennstoffnebel-Gas-Gemisch verbrennt machten Brennstoffes, der dadurch der Gefahr des 15 dabei vor Eintritt in den Schachtofen unvollständig, Verkrackens unterliegt und daher Düsenverstopfun- ohne daß es zur Bildung von Ansätzen infolge einer gen hervorrufen kann. Auch benötigt man zum Be- Verkrackung kommt. Auf diese Weise gelingt es, trieb eines derartigen Brenners ein beträchtliches den Anteil des zuführbaren flüssigen Brennstoffes Druckgefälle, was einen entsprechenden Aufwand gegenüber den nach dem Stand der Technik bekannt an Einrichtungen voraussetzt. 20 gewesenen Anteilen erheblich zu steigern. Die Ver-

Nach Hansen, »Heizöl — Handbuch für In- brennung verläuft dabei zwar verhältnismäßig schnell, dustriefeuerungen«, 1959, Seiten 82 bis 84, kannte doch hat die sehr kurze Verweilzeit des Gemisches man bei Brennern grundsätzlich die Verwendung vor dem Ofen auch noch ein Eindringen eines unkonvergierender/divergierender Düsenabschnitte, bei verbrannten Teils der Mischung in den Ofen zur denen ein vorzerstäubter flüssiger Brennstoff in den 25 Folge. Der Zerstäubungsgrad des Brennstoffes und Strom eines Zerstäubungsmediums einfließt. Entlang demgemäß die Homogenität und Feinheit des Gedes Beschleunigungsweges im enger werdenden misches aus Brennstoff und komprimiertem Gas sind Düsenteil kommt es dabei zur Bildung eines eigent- dabei besonders hoch und gewährleisten eine verliehen Gemisches. Auch hierbei muß man eine ver- längerte Lebensdauer der einzelnen Elemente des hältnismäßig lange Verweilzeit mit den damit ver- 30 Brenners. Eine Vorwärmung des bzw. der kompriknüpften Nachteilen in Kauf nehmen. Weiterhin er- mierten Gasstrahlen ist mittels heißen, gasförmigen gibt sich aus dieser Veröffentlichung, eine Brenn- Oxydationsmediums, insbesondere mittels des Heißstoffvergasung in zwei Stufen vorzunehmen, wobei windes möglich. Die Verwendung mehrerer Kamman in der ersten Zerstäubungsstufe den flüssigen mern gestattet es, den Sauerstoffgehalt der kompri-Brennstoff unter eigenem Druck vorzerstäubt und in 35 mierten Gasstrahlen im Bereich der dem Ofen bzw. der zweiten Stufe Preßluft oder Dampf zur Ein- dem konvergierenden/divergierenden Abschnitt am wirkung gelangen läßt. nächsten liegenden Kammer zu erhöhen, so daß es

Die Einführung eines Strahls flüssiger Brennstoffe nicht bereits zu einer intensiven Wärmefreisetzung in eine Kammer vor Eintritt in den Schachtofen und in der ersten Kammer kommt. Die durch die Verdas Entspannen in dieser Kammer sind nach der 40 brennung erzeugte fühlbare Wärme kommt dadurch deutschen Auslegeschrift 1202 346 bekannt. Dabei in besonders hohem Maße dem Ofen zugute. Die wird flüssiger Brennstoff unmittelbar in eine Brenn- letztgenannte Wirkung wird dadurch begünstigt, kammer eingespeist, wobei wiederum die Nachteile daß ein Zerstäubungsbrenner verwendet wird, bei des Verkrackens in Verbindung mit zu langen Ver- welchem die letzte, unmittelbar vor dem konverweilzeiten auftreten, so daß die einsetzbare Heizöl- 45 gierenden/divergierenden Abschnitt liegende Kammenge verhältnismäßig begrenzt bleibt. mer mit einer Zuführung eines sauerstoffreichen

Schließlich ist es auch bekannt gewesen, zur Ver- Gases versehen ist, die in diese Kammer durch die

brennung vorgesehene Gasstrahlen vorzuwärmen. ohnehin vorhandenen tangentialen Öffnungen oder

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch durch besondere Öffnungen erfolgt.

Vorrichtung der einleitend beschriebenen Art dahin- 50 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine

gehend weiterzuentwickeln, daß eine erhebliche kegelstumpfförmige Düse verwendet, die konver-

Steigerung der tatsächlich nutzbaren Brennstoff- gierend am Ausgang des konvergierenden/diver-

menge des flüssigen Brennstoffes möglich ist, ohne gierenden Abschnittes angeordnet ist, jedoch zwi-

daß die sonst dabei zu beobachtenden Nachteile, wie sehen dem letzteren und sich selbst einen Zwischen-

das Verkracken des Brennstoffes, das zu einer Ver- 55 raum beläßt, wobei die Düse entsprechend der

stopfung der Einspritzvorrichtungen führt, oder eine Achse des Zerstäubungsbrenners verschiebbar ist.

zu lange Verweilzeit vor Eintritt in den Ofen, auf- Diese Vorrichtung bietet den Vorteil, daß man die

treten können. Erfindungsgemäß wird dies dadurch Länge der Flamme durch Verschieben der Düse

erreicht, daß die Zuleitung für den flüssigen Brenn- regulieren kann.

stoff in eine erste Kammer mündet, der eine oder 60 Weiterhin ist es zweckmäßig, die Zuleitung für

mehrere nacheinander angeordnete Kammern folgen, den flüssigen Brennstoff im Innern der Versorgungs-

die durch eine bzw. mehrere Öffnungen in der bzw. leitung für das komprimierte Gas anzuordnen, die

den Trennwänden der Kammer verbunden sind, daß sich selbst wiederum in der Leitung für das heiße

für alle Kammern eine gemeinsame Versorgungs- Oxydationsgas befindet. Durch diese Anordnung

leitung für das komprimierte Gas vorgesehen ist und 65 kann das komprimierte Gas durch das heiße Oxy-

die Kammern tangentiale Öffnungen aufweisen, durch dationsgas erhitzt werden, wobei jedoch der Brenn-

die Strahlen des komprimierten Gases auf die in die stoff gegen jegliche etwaige Verkrackung auf Grund

Kammer eintretenden Brennstoffstrahlen bzw. durch einer unzeitgemäßen Erhitzung geschützt ist. Dar-

über hinaus dient das komprimierte Gas zur Kühlung der Innenwandung der gemeinsamen Versorgungsleitung, die auf diese Weise gegen die Einflüsse der Heißgastemperatur geschützt wird.

Die Erfindung sei weiterhin an Hand der sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung veranschaulicht.

Die als Beispiel gedachte, nicht maßstabgetreu wiedergegebene Zeichnung zeigt mit der Bezugsziffer 1 den Querschnitt einer Hochofenringleitung, ίο Eine Abzweigung 3, 4 von dieser Leitung ist durch die Düse 17 mit der Wandung 2 eines Hochofens verbunden und gestattet so, daß der Heißwind durch die Öffnung 18 in den Ofen eingeblasen werden kann.

Der horizontale Abschnitt 4 der Abzweigung umgibt eine wie folgt zusammengesetzte Brennstoffeinspritzvorrichtung: Eine Brennstoffleitung 5 mündet über die Öffnungen 7 in eine Entspannungskammer 6, wo der Brennstoff mittels komprimierter Gasstrahlen zerstäubt wird. Das solcherart gebildete Gemisch wird von der Kammer 6 zu einer zweiten Kammer 8 geleitet, wo es ebenfalls der Wirkung von komprimierten Gasstrahlen ausgesetzt wird. Diese Gase werden durch die bei 11 versorgte Leitung 10 zugeführt, wobei sie durch die Öffnungen 12 und 13 in die Kammern gelangen; eine Öffnung 9 gestattet die Verbindung zwischen den Kammern 6 und 8; die Kammer 8 mündet in einen konvergierenden/divergierenden Abschnitt 14,15, der selbst der in der Ofenwand ausgebildeten Öffnung 18 gegenüber liegt. Eine axial verschiebbare konvergierende Düse 16 bietet die Möglichkeit zur Regulierung der Flammenlänge.

Die im nachstehenden als Beispiel gemachten Zahlenangaben dienen zum besseren Verständnis der besonders günstigen Vorteile des in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallenden Brenners. Es wurde eine Einspritzvorrichtung für flüssigen Brennstoff entsprechend der hierin beschriebenen Ausführung entwickelt, die pro Stunde 300 kg Spezialschwerbrennstoff mit einer Temperatur von 100° C in einen Industrieofen einspritzen kann; diese Einspritzvorrichtung arbeitet mit einem Brennstoffdruck von 9 kg/cm² am Eingang; das zur Zerstäubung und Vergasung des Brennstoffes dienende komprimierte Gas wird mit einem Druck von 6 kg/cm² in einer Menge von 30Nm³/h eingespritzt, während der Heißwind der Düse des Hochofens mit einem Druck zwischen 1 und 1,2 kg/cm² zugeführt wird.

Ein solcher Brenner wurde einer labormäßigen Prüfung unterzogen, wodurch es möglich war, die Betriebseigenschaften zu kontrollieren. Im Verlauf dieser Prüfung wurde der Brenner in einen elektrischen Röhrenofen eingesetzt, der auf 900° C erhitzt war, um die Wärmebedingungen im Innern einer Hochofendüse zu simulieren. So ausreichend Druckluft wurde umgewälzt, daß der Brenner außen geschützt war, wobei sich diese Luft bei gleichzeitigem Schutz des Brenners erhitzte und, sobald sie erst einmal mit dem Heizöl in der Mischkammer in Berührung gekommen war, nicht nur eine feine Verteilung des Heizöls, sondern auch eine Erhitzung und Vergasung desselben bewirkte, dergestalt, daß der Brennstoff am Ausgang des Brenners nicht nur die Form feiner Tröpfchen hatte, sondern auch die eines dichten Nebels von vergastem Heizöl; dieses Gemisch zündete sofort bei Kontakt mit einer Flamme oder selbst mit einem rotglühend erhitzten Stahlstab. Die Verbrennungsflamme des Heizöls blieb ziemlich stabil, und zwar selbst bei Fehlen einer Zündflamme oder eines heißen Zündpunktes. Die Verbrennungsflamme hatte eine längliche Form, was sich für den Einsatz dieses Brenners im Hochofen als günstig erwies; darüber hinaus war die Flamme hell, wobei ihr Aussehen auf eine gute Verbrennung schließen ließ.

Nach erfolgter Vorprüfung wurde der erfindungsgemäße Brenner in eine Hochofendüse eingesetzt. Seine Leistungswerte wurden mit denen herkömmlicher Einspritzvorrichtungen verglichen, mit denen die anderen Düsen des gleichen Ofens versehen waren. An diesen mit herkömmlichen Einspritzvorrichtungen ausgestatteten Düsen war es nicht möglich, die Flamme zu beobachten; der Brennstoff blieb effektiv immer flüssig und wurde beim Eintritt in die Verbrennungszone im Innern des Ofens verbrannt. Demgegenüber konnte mit der mit dem neuen Brenner versehenen Düse eine Flamme der Verbrennung des Brennstoffes schon bereits im Innern der Düse, d. h. vor der Koksbrennkammer im Ofen, beobachtet werden. Mit diesem neuen Brenner war es möglich, die Heizölleistung auf einen im Vergleich zu herkömmlichen Einspritzvorrichtungen um 30 % höheren Wert zu bringen.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Brenners erreichte schnelle Verbrennung des flüssigen Brennstoffes gestattet darüber hinaus zweckmäßigerweise die Einspritzung größerer Mengen an flüssigem Brennstoff, ohne daß die Verbrennung des Brennstoffes durch die normalen Betriebsschwankungen des Ofens, d. h. durch die normalen Schwankungen der Heißwindmenge an den einzelnen Düsen, beeinträchtigt wird.

Dieses Ergebnis stellt einen besonders wesentlichen Vorteil des erfindungsgemäßen Zerstäubungsbrenners dar; tatsächlich trägt er dazu bei, den Kokseinsatz in den Ofen beträchtlich zu verringern.

Claims

Patentansprüche:

1. Zerstäubungsbrenner für flüssige Brennstoffe zur Beheizung von Schachtofen, der wenigstens aus zwei Kammern besteht, in welche flüssiger Brennstoff und komprimiertes Gas eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (5) für den flüssigen Brennstoff in eine erste Kammer (6) mündet, der eine oder mehrere nacheinander angeordnete Kammern (8) folgen, die durch eine bzw. mehrere Öffnungen (9) in der bzw. den Trennwänden der Kammern verbunden sind, daß für alle Kammern (6, 8) eine gemeinsame Versorgungsleitung (10) für das komprimierte Gas vorgesehen ist und die Kammern (6, 8) tangentiale Öffnungen (12, 13) aufweisen, durch die Strahlen des komprimierten Gases auf die in die Kammer (6) eintretenden Brennstoffstrahlen bzw. durch die Öffnung (9) in die Kammer (8) eintretenden Brennstoffnebel-Gasgemischstrahlen treffen, daß sich an die letzte Kammer (8) ein das hieraus austretende Brennstoffnebel-Gasgemisch aufnehmender, an sich bekannter, konvergierender/divergierender Abschnitt (14, 15) anschließt und daß eine den konvergierenden/divergierenden Abschnitt (14, 15) umgebende Leitung (4) für heißes Oxydationsgas

vorgesehen ist, die mit einer oder mehreren in den Schachtofen einmündenden Heißwindeinblasdüsen (17) verbunden ist.

2. Zerstäubungsbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar vor dem konvergierenden/divergierenden Abschnitt (14, 15) liegende Kammer (8) mit einer Zuführung eines sauerstoffreichen Gases versehen ist, die in diese Kammer (8) durch die tangentialen Öffnungen (13) oder durch besondere, andere Öffnungen erfolgt.

3. Zerstäubungsbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine kegelstumpfförmige Düse (16) vorgesehen ist, die konvergierend am Ausgang des konvergierenden/divergierenden Abschnittes (14, 15) angeordnet ist, jedoch zwischen dem letzteren und sich selbst einen Zwischenraum beläßt, wobei die Düse (16) entsprechend der Achse des Zerstäubungsbrenners verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (5) für den flüssigen Brennstoff im Innern der Versorgungsleitung (10) für komprimiertes Gas angeordnet ist, die sich selbst wiederum in der Leitung (4) für das heiße Oxydationsgas befindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen