DE19606269A1 - Verfahren zum Beheizen von Schmelzöfen und Brenneranordnung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen von Schmelzöfen, insbe­ sondere von Glas-Schmelzöfen, durch mindestens eine pulsierend betriebene, eine Brennermündung aufweisende Brenneranordnung, deren Flamme in einen zumindest im wesentlichen kontinuierlich mit einem Oxidationsgas aus der Gruppe Luft und Sauerstoff versorgten Ofenraum gerichtet wird.

Das Oxidationsgas kommt bei Glas-Schmelzöfen üblicherweise aus soge­ nannten Regeneratoren, durch die alternierend mit dem Oxidationsgas die Ofenabgase geleitet werden, um einen Teil der Abgaswärme zurück zu ge­ winnen. Das Oxidationsgas ist also sehr stark aufgeheizt und kann in der Regel nicht Brennern zugeführt werden, in denen es mit Brennstoff gemischt würde.

Die gestiegenen Anforderungen an die Reinhaltung der Luft und die zu­ nehmend herabgesetzten Grenzwerte für die Emission von NO_x verlangen insbesondere in der Glasindustrie erhebliche Entwicklungsanstrengungen um die NO_x-Anteile in den Verbrennungsgasen von Glas-Schmelzöfen zu redu­ zieren.

Beim Schmelzen von Glas handelt es sich um einen Hochtemperaturprozeß, bei dem das die Glas und die Glasbildner relativ hohe Temperaturen er­ reichen müssen. Dies zwingt dazu, daß die Temperaturen über der Glas­ schmelze sowohl in der Flamme als auch im Oberofen um mehrere 100°C über den Temperaturen der Glasschmelze liegen müssen. Dies führt zwangsläufig zur Bildung von Stickoxiden, und zwar insbesondere dann, wenn die Verbrennungslufttemperaturen sehr hoch sind, wie dies bei soge­ nannten Regenerativwannen üblich ist.

Die größte Zahl der Glas-Schmelzöfen, die derzeit in Betrieb sind, sind derartige Regenerativwannen, so daß hierbei große Anstrengungen unter­ nommen werden müssen, um die NO_x-Emissionen zu reduzieren. Die Haupt­ ursache für die Bildung von Stickoxiden ist die Anwesenheit von Stickstoff innerhalb des Glas-Schmelzofens.

Durch eine ganze Anzahl von Primärmaßnahmen, wie Abdichtung des Dog-Houses, Abdichtung des Brennermundes und die Reduzierung der Luftzahl auf ein Mindestmaß sowie durch weihe Abdichtung des Glas-Schmelzofens gegen Falschluft ist es bereits gelungen, die NO_x-Werte erheblich zu redu­ zieren.

Dennoch war es bisher nicht möglich, die Forderung nach einem Grenzwert, der in Zukunft bei 500 mg/Nm³ bei 8% Sauerstoff liegen wird, bei Regenera­ tivwannen zu erfüllen, ohne daß erhebliche CO-Konzentrationen im Abgas auftreten.

Durch die DE 42 18 702 C2 und die DE 42 22 863 C2 ist es bekannt, eine unterstöchiometrische und eine überstöchiometrisch gespeiste Flamme, die beide im Flammenkern relativ kalt sind, parallel zueinander anzuordnen, wo­ bei der Ausgleich der Stöchiometrie-Differenzen sich im späteren Verlauf des Ausbrandes ergibt. Diese Methode hat sich durchaus als brauchbar erwiesen, reicht jedoch allein nicht aus, um zusammen mit den genannten Primärmaß­ nahmen den genannten Grenzwert ständig einzuhalten. Außerdem werden hierbei in enger Nachbarschaft jeweils zwei Brenner benötigt, die kontinuier­ lich betrieben werden.

Durch die DE 40 14 506 C2 ist es bekannt, den Massenstrom von Ver­ brennungsgasen eines unstetig betriebenen Brenners bei Tunnelöfen zu modulieren, um den Wärmeübergang auf das Brenngut zu verbessern und die Reichweite der von dem Brenner ausgehenden Flamme zu variieren. Hierbei wird jedoch sowohl das Brenngas als auch das Oxidationsgas moduliert. Eine Veränderung der stöchiometrischen Verhältnisse ist ebenso wenig angesprochen, wie eine Verminderung der NO_x-Werte im Abgas. Die Veränderung des Massenstromes um einen Mittelwert herum erfolgt dabei nach Art einer Sinus-Kurve, d. h. die einzelnen Impulse haben eine nur ge­ ringe Flankensteilheit. Die Modulation der Brenngasmenge wird durch elek­ tronisch gesteuerte Stellventile erreicht, die Modulation des Oxidationsgases durch drehzahlgeregelte Verdichter. Die Drehzahländerung der Verdichter verläuft aufgrund von deren Massenträgheit entsprechend langsam, wodurch sich der vorstehend beschriebene sinusförmige Verlauf der Modulationen er­ klärt.

Durch die EP 0 447 300 B1 und die ihr entsprechende US 5 158 590 C ist es gleichfalls nur bekannt, die Mengen von Oxidationsgas und Brenngas gleich­ zeitig zu verändern, um eine pulsierende Verbrennung zu erreichen. Dies soll dazu dienen, die Reichweite der Flammen zu verändern und mechanische Impulse auf Materialien auszuüben, die auf der Glasschmelze schwimmen, wie beispielsweise Beschickungsgut oder Schaum. Es wird angegeben, daß durch die pulsierende Verbrennung auch die Menge der Stickoxide in den Abgasen verringert werden kann, wobei allerdings eine Veränderung der stöchiometrischen Verhältnisse nicht angesprochen wird. Die Taktzeit soll 60 Sekunden betragen, wovon die Brenndauer zwischen 20 und 40 Sekunden und die Pausendauer zwischen 10 und 20 Sekunden liegen soll. Um die Beheizung nicht zu unterbrechen, werden zwei gegenüberliegende Brenner innerhalb der Taktzeiten alternierend betrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beheizungsverfahren der ein­ gangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem die Bildung von Stick­ oxiden noch weiter verringert wird, ohne daß dadurch die CO-Konzentrationen im Abgas ansteigen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Beheizungsverfahren erfindungsgemäß dadurch, daß die Zufuhr von Brenn­ gas in der Weise pulsierend durchgeführt wird, daß innerhalb des Weges der von der Brennermündung ausgehenden Flamme alternierend unter- und überstöchiometrische Mischungsverhältnisse vorliegen, wobei die Gesamt­ menge des Brenngases im Verhältnis zur Gesamtmenge des von der Flamme bis zu deren Ausbrand aufgenommenen Sauerstoffanteils des Oxidationsgases zumindest im wesentlichen stöchiometrischen Verhältnissen entspricht.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, daß über- und unterstöchio­ metrische Flammen im zeitlichen Wechsel durch ein und denselben Brenner erzeugt werden. Mit der Taktfrequenz wechseln sich Perioden von Gasüber­ schuß und Gasunterschuß ständig ab. Im Idealfall entsteht eine pulsierende Flamme, die in dem Augenblick, in dem sie brennt, sehr stark unterstöchio­ metrisch arbeitet, was zu einer sehr starken Reduzierung der NO_x-Bildung führt. Das dabei unverbrannt gebliebene Gas mischt sich mit dem im Ofen­ raum befindlichen Oxidationsgas aus der Zeit, in der kein Brenngas durch den Brenner in den Glas-Schmelzofen eingebracht wurde. Die Taktzeit ist dabei so einzustellen, daß gerade eben keine nennenswerten Mengen an CO im Brennerhals gemessen werden.

Es handelt sich also nicht um einen Brenner, in dem ein Gemisch aus Brenn­ gas und Oxidationsgas erzeugt wird, sondern um einen Brenner, durch den Brenngas zugeführt wird.

Wird die Taktzeit zu lang gewählt, dann würden sich ständig ein Sauerstoff­ überschuß mit einem Überschuß an CO im Brennerhals abwechseln. Wird die Taktzeit zu kurz gewählt, dann durchläuft die Flammenbildung zu oft den stöchiometrischen Bereich, was wiederum zu einem Anstieg des NO_x-Ge­ haltes führt.

Da die Feuerräume bzw. Ofenräume unterschiedliche Geometrien haben und sich auch unterschiedliche Gasmengen durch die Flammenwege ergeben und unterschiedliche Gasmengen durchgesetzt werden, muß die Taktzeit für jede Geometrie eines Feuerraums empirisch ermittelt werden.

Dies kann mit besonderem Vorteil dadurch geschehen, daß die Frequenz der Brenngas-Impulse zwischen 0,1 und 20 Hz, insbesondere zwischen 1 und 10 Hz gewählt wird.

Es ist dabei weiterhin von Vorteil, wenn die Steilheit der Flanken der Brenn­ gasimpulse größtmöglich gewählt wird. Dadurch wird der Betrieb der Flamme im stöchiometrischen Bereich auf ein Mindestmaß verringert. Auf die hierfür vorgeschlagenen Mitteln wird weiter unten noch eingegangen werden.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Zufuhr von Brenngas vollständig unterbrochen wird, um einen überstöchiometrischen Betrieb der Flamme zu ermöglichen; es reicht hierfür aus, die Zufuhr von Brenngas alternierend er­ heblich zu drosseln, um ein überstöchiometrisches Mischungsverhältnis zu erzeugen. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, wenn die Zufuhr von Brenngas intermittierend vollständig unterbrochen wird.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn innerhalb der Taktzeit die Impulszeit gegenüber der Pausenzeit verschoben wird, um eine optimale Betriebsweise des Brenners zu ermöglichen. Während der Impulszeit einerseits und der Pausenzeit andererseits sind die Gasgeschwindigkeiten im Feuerraum sehr unterschiedlich. Während der Pausenzeit wird nur Luft über den zum Brenner gehörenden Brennerhals in die Wanne geleitet, wobei die Strömungsge­ schwindigkeit relativ niedrig ist. In dem Augenblick, in dem ein Verbrennungs­ impuls einsetzt, ergibt sich eine sehr starke Volumensvergrößerung und damit eine sehr viel höhere Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Feuer­ raum. Durch entsprechende Anpassung des Verhältnisses von Impulszeit zu Pausenzeit können die Brennbedingungen den Feuerraumbedingungen an­ gepaßt werden, um eine maximale Herabsetzung des NO_x-Gehalts in den Abgasen zu gewährleisten.

Zusätzlich zur Minimierung der NO_x-Emission ist auch die Möglichkeit ge­ geben, die Flamme bei unterschiedlichem Energiebedarf des Glas-Schmelz­ ofens, d. h. bei unterschiedlichen- Durchsätzen an Glasmengen, in ihrer Länge konstant zu halten. Dies geschieht dadurch, daß bei schwankender Last das Verhältnis von Impulszeit zu Pausenzeit derart variiert wird, daß die während der Impulszeit durchgesetzte Menge an Brenngas pro Zeiteinheit konstant bleibt.

Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß die Flammenlänge auf einfache Weise den Erfordernissen im Feuerraum angepaßt werden kann, d. h. die Ausbrand­ zone der Flamme kann an eine Stelle gelegt werden, an der sie erwünscht und wo die höchste Temperatur im Glas-Schmelzofen erreicht werden soll.

Die Maßnahmen und Mittel zur Veränderung des Verhältnisses von Impuls­ zeit zu Pausenzeit werden weiter unten noch im einzelnen beschrieben.

Die Erfindung betrifft auch eine Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gasrohr, an dessen ofenseitigen Ende eine Brennermündung angeordnet ist und mit einer im Wege des Brenngases angeordneten Steuereinrichtung, mittels der die Menge an Brenngas zeitabhängig pulsierend steuerbar ist.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe ist eine solche Brenneranordnung er­ findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mecha­ nisch gesteuerte Steuerkörper mit relativ zueinander beweglichen Schlitzen aufweist, durch die die der Brennermündung zugeführte Gasmenge alter­ nierend zwischen einem Höchstwert und einem Kleinstwert veränderbar ist.

Durch eine derartige mechanische Schlitzsteuerung läßt sich auch bei relativ niedriger, konstanter und gleichgerichteter Relativgeschwindigkeit der Steu­ erkörper zueinander eine Impulsfolge erreichen, die nahezu oder zumindest angenähert aus sogenannten Rechteckimpulsen besteht, was zur Folge hat, daß die Umschaltung von überstöchiometrischer zu unterstöchiometrischer Gaszufuhr in kürzest möglicher Zeit bewirkt werden kann. Dies ist insbe­ sondere dann der Fall wenn

• - die Schlitze von Kanten begrenzt sind, die zumindest zum Zeitpunkt des Überstreichens der Kanten der Schlitze jeweils benachbarter Steuerkörper parallel zueinander verlaufen, insbesondere wenn
• - die Anzahl der Schlitze und der dazwischen angeordneten Stege so groß ist, daß bei gegebener Relativgeschwindigkeit benachbarter Steuerkörper die Flankensteilheit der Brenngase größtmöglich ist.

Die konstruktiven Voraussetzungen hierfür werden weiter unten noch näher erläutert.

Es ist im Zuge einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besonders vorteil­ haft, wenn die Steuereinrichtung für das Brenngas aus einem ersten Steuer­ körper mit mehreren äquidistant verteilten ersten Schlitzen und zwischen den Schlitzen angeordneten ersten Stegen und aus einem zweiten Steuerkörper mit einer gleichen Anzahl von äquidistant verteilten zweiten Schlitzen und zwischen den Schlitzen angeordneten zweiten Stegen besteht, wobei der erste und der zweite Steuerkörper einen kleinstmöglichen Abstand von ein­ ander aufweisen und derart relativ zueinander beweglich sind, daß durch das Überstreichen der Schlitze und Stege beider Steuerkörper ein pulsierender Strom von Brenngas erzeugbar ist.

Sofern die Impulsfolge durch eine Pausenfolge unterbrochen werden soll, in der der Brenngasstrom vollständig unterbrochen ist, ist es besonders vorteil­ haft, wenn die räumliche Anordnung und die Breite der Schlitze und der Stege in den beiden Steuerkörpern so getroffen ist, daß der Durchgangs­ querschnitt der beiden Steuerkörper nach Maßgabe von deren Relativge­ schwindigkeit alternierend voll geöffnet und voll geschlossen ist.

Falls es erwünscht ist, daß zwei unterschiedliche Impulsfolgen mit großem und mit kleinem Brenngasdurchsatz alternierend zum Einsatz kommen, ist es besonders vorteilhaft wenn die räumliche Anordnung und die Breite der Schlitze und der Stege in den beiden Steuerkörpern so getroffen ist, daß der Durchgangsquerschnitt der beiden Steuerkörper nach Maßgabe von deren Relativgeschwindigkeit alternierend voll geöffnet und teilweise geschlossen ist.

Sofern eine solche Brenneranordnung auch hinsichtlich der Länge der Impulse verändert werden soll, ist es besonders vorteilhaft, wenn einer der beiden Steuerkörper ortsfest angeordnet ist und wenn diesem ortsfesten Steuerkörper auf der dem beweglichen Steuerkörper abgewandten Seite mit kleinstmöglichem Abstand ein einstellbarer dritter Steuerkörper mit einer gleichen Anzahl von äquidistant verteilten dritten Schlitzen und zwischen den Schlitzen angeordneten dritten Stegen zugeordnet ist, und wenn der dritte Steuerkörper derart gegenüber dem ortsfesten Steuerkörper auf eine vorgebbare Stellung einstellbar ist, daß der Durchgangsquerschnitt zwischen dem ortsfesten Steuerkörper und dem dritten, einstellbaren Steuerkörper zur Einstellung der Impulslänge und der Pausenzeiten verstellbar ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Es sei lediglich noch angemerkt, daß die Steuereinrichtung am ofenfernen Ende eines zur Brennermündung führenden Gasrohres angeordnet sein kann. Wenn es erwünscht ist, die Steuereinrichtung dem thermischen Einfluß des Glas-Schmelzofens zu entziehen, ist es vorzuziehen, die Steuerein­ richtung in einer Gaszuführungsleitung zum Brenner anzuordnen.

Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung und ihre Wirkungsweise werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 11 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vollständige Brenneranordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 den Ausschnitt aus dem Kreis II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Abwicklung des inneren bzw. ersten rotierbaren Steuerkörpers nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Abwicklung des zweiten ortsfesten Steuerkörpers nach Fig. 2,

Fig. 5 eine Abwicklung des dritten einstellbaren Steuerkörpers nach Fig. 2,

Fig. 6 einen Radialschnitt durch eine Baugruppe aus dem ersten, zweiten und dritten Steuerkörper,

Fig. 7 eine idealisierte Folge von Brenngasimpulsen,

Fig. 8 eine reale Folge von Brenngasimpulsen, wie sie mit der Vorrichtung nach Fig. 2 erzielbar ist, und

Fig. 9, 10 und 11 Varianten der Gegenstände nach den Fig. 3, 4 und 5 für den axialen Durchtritt des Brenngases.

In Fig. 1 ist eine Brenneranordnung dargestellt, die aus einer Gaszu­ führungsleitung 2 und einer Steuereinrichtung 3 besteht, die in einem Ge­ häuse 4 untergebracht ist; Die gesamte Anordnung besitzt eine Achse A, durch die auch die Flammenrichtung vorgegeben wird. Die Gaszuführungs­ leitung 2 mündet radial oder tangential in das Gehäuse 4 ein, an welches in axialer Richtung ein Gasrohr 5 angesetzt ist, das bis zu einer Brenner­ mündung 6 führt, die sich am Ende einer Düse 7 befindet.

Mit dem Gehäuse 4 ist ein koaxialer Gehäuseansatz 8 verbunden, in dem sich ein Gleichstrommotor 9 und ein Untersetzungsgetriebe 10 befinden. Der elektrische Anschluß erfolgt über eine Leitungsdurchführung 11.

Gemäß Fig. 2 besitzt die Steuereinrichtung 3 einen ersten Steuerkörper 12, der als Trommel mit einem Mantelteil 13 ausgebildet ist und der durch die Abtriebswelle 14 des Untersetzungsgetriebes 10 in kontinuierliche Rotation versetzbar ist. In dem Mantelteil 13, dessen Abwicklung in Fig. 3 gezeigt ist, befinden sich in äquidistanter Verteilung und alternierend angeordnet jeweils acht erste Schlitze 15 und erste Stege 16, die jeweils von linearen Kanten 17 begrenzt sind. Die Schlitze 15 verlaufen achsparallel und senkrecht zur Umdrehungsrichtung, die durch den Pfeil 18 angedeutet ist.

Der erste Steuerkörper 12 rotiert konzentrisch in einem ortsfesten zweiten Steuerkörper 19 mit einem Mantelteil 20, dessen Abwicklung in Fig. 4 dar­ gestellt ist. Auch dieser Steuerkörper 19 besitzt in äquidistanter Verteilung eine Folge von acht zweiten Schlitzen 21, die durch zweite Stege 22 vonein­ ander getrennt sind. Auch hierbei verlaufen die Kanten 17 von Stegen und Schlitzen achsparallel.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das mit den Schlitzen 21 und den Stegen 22 versehene Mantelteil 20 des zweiten ortsfesten Steuerkörpers 19 beiderseits der Schlitze und Stege je einen radial nach außen gerichteten Ringflansch 23 und 24 aufweist, von dessen Außenumfang je ein zylindrischer Flansch 25 und 26 absteht, in dem jeweils ein Radiallager 27 und 28 für den ersten inneren Steuerkörper 12 angeordnet ist.

Wie Fig. 2 weiterhin zu entnehmen ist, ist der Mantelteil 20 des ortsfesten Steuerkörpers 19 konzentrisch von einem dritten Steuerkörper 29 umgeben, der in seitlicher Richtung durch die beiden Ringflanschen 23 und 24 geführt ist. An dem dritten Steuerkörper 29 ist ein radialer Verstellhebel 30 befestigt, der innerhalb einer in Umfangsrichtung, also senkrecht zur Zeichenebene, verlaufenden Kulissennut 31 verstellbar ist. Eine Dichtung 32 und eine Fest­ stellmutter 33 sorgen für die gasdichte Festlegung des Steuerkörpers 29 rela­ tiv zum ortsfesten zweiten Steuerkörper 19. Die erforderlichen Rundschnur­ dichtungen sind zwar dargestellt, aber nicht beziffert. Es ist noch zu er­ kennen, daß das Gehäuse 4 durch einen Gehäusedeckel 34 gasdicht ver­ schlossen ist, an den wiederum der bereits beschriebene Gehäuseansatz 8 angesetzt ist.

Die Abwicklung des dritten Steuerkörpers 29, der in Umfangsrichtung gleich­ falls eine alternierende Folge von acht dritten Schlitzen 35 und dritten Stegen 36 aufweist, ist in Fig. 5 dargestellt. Auch hieraus ist ersichtlich, daß die Kanten 17 zwischen den Schlitzen 35 und den Stegen 36 achsparallel verlaufen. Die in Umfangsrichtung ausgerichtete Verstellbewegung ist durch den Doppelpfeil 37 angedeutet.

Fig. 6 zeigt anhand eines Radialschnitts das Zusammenwirken der drei Steuerkörper 12, 19 und 29. Unter Hinzuziehung von Fig. 5 ist zu erkennen, daß an den Kanten 17 der Stege 36 des dritten, äußeren Steuerkörpers 29 radial einwärts gerichtete achsparallele Nasen 36a angeordnet sind, die in die gesamte axiale Länge und die radiale Tiefe der Schlitze 21 des zweiten, ortsfesten Steuerkörpers 19 eingreifen und in diesen Schlitzen 21 verstellbar sind. Dadurch werden zwischen den Stegen 16 und 36 des ersten und des dritten Steuerkörpers 12 und 29 Toträume vermieden, die ansonsten die Gasimpulse verzerren und unnötige Wirbel verursachen würden.

In den Fig. 7 und 8 sind - jeweils dimensionslos - auf den Abszissen die Zeiten t aufgetragen und auf die Ordinaten die Gasmengen M. In Fig. 6 ist der Idealfall einer Impulsfolge dargestellt, die aus den Taktzeiten T, aus den Impulszeiten I und aus den Pausenzeiten P besteht. Fig. 7 zeigt den realen Verlauf derartiger Gasimpulse, wobei die Flankensteilheit durch den Winkeln gekennzeichnet ist. Dieser Winkel α sollte kleinstmöglich sein. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung 3 schafft hier optimale Voraus­ setzungen, denn es wird auf dem Umfang zwischen dem ersten Steuerkörper 12 und dem zweiten Steuerkörper 19 ein maximal möglicher Strömungsquer­ schnitt bzw. Durchgangsquerschnitt bereit gestellt. Durch die Verteilung dieses Querschnitts auf eine Vielzahl einzelner Schlitze durchlaufen nun die jeweils relativ zueinander beweglichen Kanten 17 zwischen den Schlitzen und den Stegen den Deckungs- oder Kongruenzzustand in extrem kurzer Zeit, und zwar auch bei relativ niedriger Drehzahl des rotierenden ersten Steuer­ körpers 12. Dadurch wird die außerordentlich große Flankensteilheit erreicht, die bei oszillierend betriebenen Ventilen nicht oder nur mit erheblichen kon­ struktivem Aufwand zu erreichen ist, weil hierbei die Massenträgheit eine Rolle spielt. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß entsprechend große Strömungsquerschnitte für derartige Hochleistungsbrenner zur Verfügung gestellt werden müssen.

Bei dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel haben die ersten Schlitze 15 des ersten Steuerkörpers 12 eine geringere Breite als die dazwischen liegenden erste Stege 16. Der zweite ortsfeste Steuerkörper 19 besitzt die gleiche Anzahl von zweiten Schlitzen 21, wobei deren Schlitzbreite größer ist als die Stegbreite. Bei dem dritten Steuerkörper 29 ist die Schlitzbreite wiederum geringer als die Stegbreite, wie dies aus einem Vergleich der Fig. 3 bis 5 hervorgeht.

Durch die Rotation des ersten Steuerkörpers 12 werden die in Wechsel­ wirkung miteinander stehenden Schlitze alternierend verdeckt und wieder freigegeben, so daß das Brenngas, das über die Gaszuführungsleitung 2 in das Gehäuse 4 einströmt, pulsierend in das Gasrohr 5 und anschließend in den Feuerraum gelangt.

Durch die Drehzahl des ersten Steuerkörpers 12 wird die Taktzeit T bzw. die Frequenz der Impulse vorgeben. Das Verhältnis von Impulszeit I zu Pausen­ zeit P wird durch das Verhältnis der miteinander zusammenwirkenden Schlitzbreiten vorgegeben.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 bis 5 sind die zweiten Schlitze 21 des ortsfesten Steuerkörpers 19 etwa doppelt so breit wie die ersten Schlitze des rotierenden Steuerkörpers 12, woraus sich ergibt, daß die Pausenzeit P nur etwa halb so lang ist wie die Impulszeit I. Durch die variable Abdeckung der zweiten Schlitze 21 des zweiten Steuerkörpers 19 durch die dritten Schlitze 35 des dritten Steuerkörpers 29 kann wiederum die Schlitz­ breite der zweiten Schlitze 21 des zweiten Steuerkörpers 19 variiert werden, wodurch das Verhältnis von Impulszeit I zu Pausenzeit P weiter variiert werden kann.

Es können also durch die geometrische Form der einzelnen Steuerkörper und durch deren relative Umdrehungsgeschwindigkeit sowie Einstellung zuein­ ander sowohl die Taktfrequenz als auch die Impulszeit und die Pausenzeit relativ zueinander geändert werden. Durch Vergrößerung der axialen Länge aller Schlitze und/oder des Umfangs der Trommeln kann der maximale Durchsatz an Brenngas praktisch beliebig gesteigert werden.

Die Anzahl der Schlitze kann dabei auf dem Umfang so gewählt werden, daß beim Verdrehen der Steuerkörper gegeneinander schlagartig eine große Öffnung freigesetzt wird, um den Flankenverlauf der Gasimpulse möglichst steil zu gestalten. Dies ist aus dem Grunde wichtig, weil dadurch die Phase, bei welcher die Gasmenge genau der stöchiometrisch vorhandenen Luft­ menge entspricht, möglichst kurz gehalten wird, weil in diesem Augenblick die größte Wahrscheinlichkeit einer NO_x-Bildung besteht. Es ist ersichtlich, daß die NO_x-Bildung mit zunehmender Flankensteilheit abnimmt. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die einzelnen Steuerkörper mit höchster Präzision zu fertigen, damit keine Ringspalte zwischen den einzelnen Steuerkörpern gebildet werden, die zu Leckverlusten führen würden.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 5 die Steuer­ einrichtung 3 mit zumindest überwiegend radialer Strömungsrichtung arbeitet, zeigen die Fig. 9, 10 und 11 eine alternative Ausführungsform von Steuer­ körpern, die eine axiale bzw. achsparallele Strömungsrichtung ermöglichen. Soweit es sich um Teile mit gleicher Funktion handelt, werden auch gleiche Bezugszeichen wie bisher verwendet.

Die Fig. 9 zeigt einen ersten drehbaren Steuerkörper 12, der in Richtung des Pfeils 13 kontinuierlich durch eine Abtriebswelle 14 eines Getriebemotors angetrieben werden kann, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Fall ist. Auch hier alternieren in äquidistanter Verteilung auf dem Umfang acht erste Schlitze 15 und acht erste Stege 16.

Ein analoger Aufbau ergibt sich auch für den zweiten ortsfesten Steuerkörper 19 in Fig. 10, der zweite Schlitze 21 und zweite Stege 22 aufweist.

Wiederum analoge Überlegungen gelten für den dritten Steuerkörper 29 nach Fig. 11 mit den dritten Schlitzen 35 und den dritten Stegen 36. Dieser dritte Steuerkörper 29 ist um ein begrenztes Maß in Richtung des Doppelpfeils 39 verschwenkbar. Der Außendurchmesser D_a ist in allen Fällen der gleiche, und in allen Fällen reicht die radiale Ausdehnung der Schlitze 15, 21 und 35 von einem Innenradius R_i bis zu einem Außenradius R_a. Im Hinblick auf die bereits beschriebene größtmögliche Flankensteilheit der einzelnen Impulse verlaufen im Falle der Fig. 9 bis 11 die Kanten zwischen den Schlitzen und den Stegen in radialer Richtung, d. h. beim Überstreichen zweier Kanten sind diese exakt parallel zueinander ausgerichtet, so daß schlagartig große Öffnungen freigegeben und wieder versperrt werden. Bezüglich der relativen Breite der einzelnen Schlitze und der dazwischen verbleibenden Stege wird auf die bereits gemachten Ausführungen zu den Fig. 2 bis 5 verwiesen.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 bis 11 hat jedoch den Vorteil, daß die betreffenden Steuerkörper als Stanzteile ausgeführt werden können und nur durch Planschleifen derart ebene Oberflächen erhalten können, daß sie praktisch spielfrei relativ zueinander bewegt werden können. Allerdings ist bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 bis 11 ein größerer Außen­ durchmesser des Systems bzw. des hier nicht dargestellten Gehäuses er­ forderlich.

Claims (21)

1. Verfahren zum Beheizen von Schmelzöfen, insbesondere von Glas-Schmelzöfen, durch mindestens eine pulsierend betriebene, eine Brennermündung (6) aufweisende Brenneranordnung (1), deren Flamme in einen zumindest im wesentlichen kontinuierlich mit einem Oxidationsgas aus der Gruppe Luft und Sauerstoff versorgten Ofen­ raum gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr von Brenngas in der Weise pulsierend durchgeführt wird, daß innerhalb des Weges der von der Brennermündung (6) ausgehenden Flamme alternierend unter- und überstöchiometrische Mischungsverhältnisse vorliegen, wobei die Gesamtmenge des Brenngases im Verhältnis zur Gesamtmenge des von der Flamme bis zu deren Ausbrand aufge­ nommenen Sauerstoffanteils des Oxidationsgases zumindest im wesentlichen stöchiometrischen Verhältnissen entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre­ quenz der Brenngas-Impulse zwischen 0,1 und 20 Hz gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fre­ quenz der Brenngas-Impulse zwischen 1 und 10 Hz gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steil­ heit der Flanken (F) der Brenngas-Impulse (I) größtmöglich gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ fuhr von Brenngas intermittierend vollständig unterbrochen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis von Impulszeit zu Pausenzeit innerhalb der Taktzeit verändert wird, derart, daß bei schwankender Last die Länge der Flamme kon­ stant gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis von Impulszeit zu Pausenzeit innerhalb der Taktzeit verändert wird, derart, daß bei schwankender Last die Leistung der Flamme der Last angepaßt wird.

8. Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gasrohr (5), an dessen ofenseitigen Ende eine Brenner­ mündung (6) angeordnet ist und mit einer im Wege des Brenngases angeordneten Steuereinrichtung (3), mittels der die Menge an Brenn­ gas zeitabhängig pulsierend steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (3) mechanisch gesteuerte Steuerkörper (12, 19) mit relativ zueinander beweglichen Schlitzen (15, 21) aufweist, durch die die der Brennermündung (6) zugeführte Gasmenge alter­ nierend zwischen einem Höchstwert und einem Kleinstwert veränder­ bar ist.

9. Brenneranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (15, 21) von Kanten (17) begrenzt sind, die zumindest zum Zeitpunkt des Überstreichens der Kanten der Schlitze jeweils benach­ barter Steuerkörper (12, 19) parallel zueinander verlaufen.

10. Brenneranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schlitze (15, 21) und von dazwischen angeordneten Stegen (16, 22) so groß ist, daß bei gegebener Relativgeschwindigkeit benachbarter Steuerkörper (12, 19) die Flankensteilheit der Brenn­ gasimpulse größtmöglich ist.

11. Brenneranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (3) für das Brenngas aus einem ersten Steuer­ körper (12) mit mehreren äquidistant verteilten ersten Schlitzen (15) und zwischen den Schlitzen angeordneten ersten Stegen (16) und aus einem zweiten Steuerkörper (19) mit einer gleichen Anzahl von äquidistant verteilten zweiten Schlitzen (21) und zwischen den Schlitzen angeordneten zweiten Stegen (22) besteht, wobei der erste und der zweite Steuerkörper (12, 19) einen kleinstmöglichen Abstand von einander aufweisen und derart relativ zueinander beweglich sind, daß durch das Überstreichen der Schlitze und Stege beider Steuer­ körper ein pulsierender Strom von Brenngas erzeugbar ist.

12. Brenneranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anordnung und die Breite der Schlitze (15, 21) und der Stege (16, 22) in den beiden Steuerkörpern (12, 19) so getroffen ist, daß der Durchgangsquerschnitt der beiden Steuerkörper (12, 19) nach Maßgabe von deren Relativgeschwindigkeit alternierend voll geöffnet und voll geschlossen ist.

13. Brenneranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anordnung und die Breite der Schlitze (15, 21) und der Stege (16, 22) in den beiden Steuerkörpern (12, 19) so getroffen ist, daß der Durchgangsquerschnitt der beiden Steuerkörper (12, 19) nach Maßgabe von deren Relativgeschwindigkeit alternierend voll geöffnet und teilweise geschlossen ist.

14. Brenneranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Steuerkörper (12, 19) ortsfest angeordnet ist und daß diesem ortsfesten Steuerkörper (19) auf der dem beweglichen Steuer­ körper (12) abgewandten Seite mit kleinstmöglichem Abstand ein ein­ stellbarer dritter Steuerkörper (29) mit einer gleichen Anzahl von äquidistant verteilten dritten Schlitzen (35) und zwischen den Schlitzen angeordneten dritten Stegen (36) zugeordnet ist, und daß der dritte Steuerkörper (29) derart gegenüber dem ortsfesten Steuerkörper (19) auf eine vorgebbare Stellung einstellbar ist, daß der Durchgangs­ querschnitt zwischen dem ortsfesten Steuerkörper (19) und dem dritten, einstellbaren Steuerkörper (29) zur Einstellung unterschiedlicher Pausenzeiten (P) verstellbar ist.

15. Brenneranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Steuerkörper (12, 19) als relativ zueinander drehbare konzentrische Trommeln mit Mantelteilen (13, 20) ausge­ bildet sind, in denen die Schlitze (15, 21) und die Stege (16, 22) ange­ ordnet sind.

16. Brenneranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, innere Steuerkörper (12) drehbar und durch einen Motor (9) kontinuierlich antreibbar innerhalb des ortsfesten zweiten Steuer­ körpers (19) gelagert ist, der seinerseits verdrehfest in einem Gehäuse (4) gelagert ist.

17. Brenneranordnung nach den Ansprüchen 14 und 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der dritte, äußere Steuerkörper (29) konzentrisch und in Umfangsrichtung begrenzt verdrehbar auf dem ortsfesten zweiten Steuerkörper (19) gelagert ist.

18. Brenneranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kanten (17) der Stege (36) des dritten, äußeren Steuerkörpers (29) radial einwärts gerichtete achsparallele Nasen (36a) angeordnet sind, die in die gesamte axiale Länge und die radiale Tiefe der Schlitze (21) des zweiten, ortsfesten Steuerkörpers (19) eingreifen und in diesen Schlitzen (21) in Umfangsrichtung verstellbar sind.

19. Brenneranordnung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das mit den Schlitzen (21) und Stegen (22) ver­ sehene Mantelteil (20) des zweiten, ortsfesten Steuerkörpers (19) beiderseits der Schlitze und Stege je einen radial nach außen ge­ richteten Ringflansch (23, 24) aufweist, von dessen Außenumfang je ein zylindrischer Flansch (25, 26) absteht, in dem jeweils ein Radial­ lager (17, 28) für den ersten inneren Steuerkörper (12) angeordnet ist, und daß der dritte, einstellbare Steuerkörper (29) zwischen den radialen Ringflanschen (23, 24) angeordnet ist.

20. Brenneranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (3) am ofenfernen Ende eines zur Brenner­ mündung (6) führenden Gasrohres (5) angeordnet ist.

21. Brenneranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (3) in einer Gaszuführungsleitung zum Brenner angeordnet ist.