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Die
Erfindung betrifft einen Brenner zum Einbau in Industrieanlagen
mit staubhaltiger Atmosphäre,
insbesondere zum Einbau in Wärmebehandlungseinrichtungen
zur Herstellung von Zement, Kalk, Gips sowie zur Verarbeitung von
Erzmaterialien, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In
Industrieofenanlagen kommt es relativ häufig vor, dass sich insbesondere
im Außenumfangsbereich
der Ausström-
bzw. Mündungsenden von
Brennern, die in einer staubhaltigen Atmosphäre vorgesehen sind, unerwünschte Ansätze aus
Verbrennungsrückständen und/oder
Brenngut ausbilden. Insbesondere bei bestimmten pyrotechnischen Prozessen
bzw. in Wärmebehandlungseinrichtungen verschiedener
Materialien, wie z.B. bei der Herstellung von Zement, Kalk, Gips
oder auch zur Verarbeitung von Erzmaterialien, werden vielfach mehrere Brenner
einem Brennraum zugeordnet. Während
der Wärmebehandlung
kann es dann vorkommen, dass der eine oder andere Brenner für einige
Zeit nicht in Betrieb ist. Aufgrund solcher Brennerstillstände sowie
auch durch andere Betriebsbedingungen wird häufig der Ausström- bzw.
Mündungsbereich
eines Brenners durch die obengenannten Ansätze mehr oder weniger stark
zugesetzt. Durch diese Ansätze wird
aber das Ausströmen
des Brennstoffes und/oder wenigstens eines Teiles der Verbrennungsluft
aus dem Mündungsende
des Brenners meist derart beeinflußt, dass die Flammenform erheblich
gestört wird,
mit der Folge einer sehr unkontrollierten Verbrennung und somit
einer unvollkommenen und unwirtschaftlichen Wärmebehandlung der jeweiligen Materialien;
vielfach ist das Brennerausströmsystem auch
derart zugesetzt, dass ein erneutes Starten des Brenners nicht ohne
weiteres möglich
ist.
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Um
diese unerwünschten
und störenden
Ansätze
beseitigen zu können,
ist es notwendig, den gestörten
Brenner auszuschalten und die Ansätze durch umständliche
und aufwendige Maßnahmen
zu beseitigen, wobei besonders starke und hartnäckige Ansätze häufig nur dadurch beseitigt
werden können, dass
dieser Brenner ausgebaut wird, was nicht nur einen entsprechenden
Betriebsaufwand bedeutet, sondern auch meist einen unzureichenden
Betriebsablauf der zugehörigen
Ofen- bzw. Brenneinrichtung.
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Aus
der
US 4,443,228 A ist
ein Brenner zum Einführen
mehrerer Speiseströme
von Reaktanten in einen Gasgenerator bekannt, der eine größere Anzahl
von koaxial ineinander angeordneten Ringkanälen aufweist. Eine wassergekühlte vordere
Endplatte ist dabei außerdem
mit Kanälen
zum Ausblasen von Entschlackungsmedien an der Endfläche des
Brenners versehen.
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Die
US 4,586,895 A befasst
sich mit dem Entfernern von Schlacke eines mit einem Sauerstoff-Brennstoff-Gemisches
versorgten Brenners der insbesondere in der Brennkammer von industriellen Elektroöfen in Form
eines Hochgeschwindigkeitsbrenners verwendet wird. Hierbei soll
jegliche Schlacke, die sich am oder um den Brenner angesammelt hat,
dadurch beseitigt werden, dass die Brennstoffzufuhr reduziert und
mit einem Überschuss
an Sauerstoff gefahren wird, um die angesammelte Schlacke zu oxidieren.
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Die
DE 665 159 C betrifft
eine Reinigungsvorrichtung für
Brennstoffdüsen
von Ölbrennern
und dergleichen, bei der Ablagerungen und Koksansätze durch
ein Reinigungsorgan in Form eines Bimetallkörpers abgereinigt werden können, der
durch die Verbrennungswärme
selbsttätig
gesteuert wird.
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In
der
GB 2 220 732 A wird
eine Flammenüberwachungs-Vorrichtung
offenbart, die in einer Sichtöffnung
einer Kesselwand angeordnet ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner, der im
Oberbegriff des Anspruches 1 vorausgesetzten Art so auszubilden, dass
störende
Ansätze
im Außenbereich
des Brennermündungsendes
durch verhältnismäßig einfache und
direkt wirkende Maßnahmen
in jedem Betriebszustand des eingebauten Brenners zuverlässig beseitigt
werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Bei
dieser erfindungsgemäßen Ausbildung des
Brenners ist am vorderen Mündungsende
eine auf der Außenumfangsseite
des Brennermantelrohres angeordnete, mit Gasstoßimpulsen hoher Druckintensität arbeitende
Ansatz-Abreinigungseinrichtung
vorgesehen. Durch äußerst einfach
und beliebig oft durchführbare
Abreinigungsmaßnahmen kann
der gesamte Außenbereich
des Brennermündungsendes
stets von irgendwelchen Ansätzen
frei gehalten oder auch davon befreit werden, egal ob sie von Verbrennungsrückständen und/oder
von insbesondere staubförmigen
Materialanteilen eines zu behandelnden bzw. zu brennenden Gutes
herrühren. Die
Höhe der
Druckintensität
der Gasstoßimpulse kann
leicht den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden, und gleiches gilt
auch für
die Frequenz der Druckstoßimpulse.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Ansatz-Abreinigungseinrichtung
eine etwa rohrförmige
Außenwandung
auf, die das Brennermantelrohr unter Ausbildung eines gleichförmigen Ringspaltes
zumindest im Bereich des vorderen Mündungsendes mit radialem Abstand
umgibt, wobei dieser Ringspalt mit einem außerhalb des Brennraumes anzuordnenden
Gasdruckstoßgerät in Verbindung
steht und wenigstens eine zumindest auf den äußeren Randbereich des Mündungsendes
gerichtete, etwa düsenförmige Austrittsöffnung für das Druckgas
enthält.
Auf diese Weise kann die Ansatz-Abreinigungseinrichtung in ihrem Aufbau
relativ einfach gehalten werden. Das Abreinigen irgendwelcher Ansätze im äußeren Randbereich des
Brennermündungsendes
kann mit einer relativ geringen Gasmenge – bei dem entsprechend hohen Impuls – erreicht
werden.
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Die
relativ einfache Ausführung
dieser Ansatz-Abreinigungseinrichtung wird noch durch die Verwendung
eines handelsüblichen
Gasdruckstoßgerätes unterstützt, das
an die Außenwandung
der Ansatz-Abreinigungseinrichtung angeschlossen ist, vorzugsweise über einen
Abzweigrohrstutzen auswechselbar angeflanscht ist.
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Als
Druckgas kann jedes geeignete Gas verwendet werden; besonders bevorzugt
wird jedoch mit Druckluft gearbeitet.
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Die
Erfindung sei nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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In
dieser weitgehend schematisch gehaltenen Zeichnung zeigen
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1 eine
teilweise perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Brenners,
mit herausgebrochenem Außenwandungsteil;
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2 und 3 Teilansichten
von zwei Einbaubeispielen des erfindungsgemäßen Brenners im Bereich einer
Brennraumwand;
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4 bis 6 drei
stärker
vereinfachte Ansichten der vorderen Enden von drei weiteren Ausführungsvarianten,
insbesondere der Ansatz-Abreinigungseinrichtung.
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Anhand
der Darstellung in 1 sei zunächst der allgemeine Aufbau
der erfindungsgemäßen Brenneranordnung
bzw. des erfindungsgemäßen Brenners 1 erläutert.
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Dieser
Brenner 1 enthält
ein äußeres Brennermantelrohr 2,
das im Vergleich zu bekannten Brennerausführungen eine Außenwand
bildet und in dem die notwendigen Brennereinrichtungen angeordnet
sind, die in jeder geeigneten Weise ausgeführt sein können. Diese inneren Brennereinrichtungen sowie
die Größe (Durchmesser
und Länge)
dieses Brennermantelrohres können
in jeder geeigneten Weise ausgeführt
sein, und zwar in Anpassung an den jeweiligen pyrotechnischen Prozeß, für den dieser
Brenner 1 bestimmt ist.
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Der
Brenner 1 besitzt ein in einen Ofenraum bzw. in einen Brennraum 3 (vgl. 2)
hineinragendes vorderes Mündungsende 1a,
in dem ein geeignetes Brennerausströmsystem 4 angeordnet
ist, das an sich bekannter Ausführung
sein kann und – in
der bereits angedeuten Weise – innerhalb
des Brennermantelrohres 2 vorgesehen ist. Ferner besitzt
der Brenner 1 ein außerhalb
der jeweiligen Brennraumwand 5 (2) angeordnetes
hinteres Brennerende 1b, mit dem – wie in 1 durch
gestrichelte und strichpunktierte Leitungen 6 angedeutet – an sich
bekannte Zuführeinrichtungen
für Brennstoff
und Verbrennungsluft verbunden sind.
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Ein
wesentliches Merkmal dieses erfindungsgemäßen Brenners 1 ist
darin zu sehen, dass zumindest an seinem vorderen Mündungsende 1a auf
der Außenumfangsseite 2a des
Brennermantelrohres 2 eine Ansatz-Abreinigungseinrichtung 7 angeordnet
ist, die so ausgebildet ist, dass sie mit Gasstoßimpulsen hoher Druckintensität arbeitet,
wobei diese Gasstoßimpulse
insbesondere auf den Außenbereich
des Brennermündungsendes 1a wirken.
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Ein
wesentliches Bauteil dieser Ansatz-Abreinigungseinrichtung 7 ist
eine etwa rohrförmige
Außenwandung
(Wandrohr) 8, die das Brennermantelrohr 2 unter
Ausbildung eines gleichförmigen
Ringspaltes 9 zumindest im Bereich des vorderen Mündungsendes 1a mit
radialem Abstand umgibt. Zur Aufrechterhaltung dieses Ringspaltes 9 ist
die rohrförmige
Außenwandung 8 zweckmäßig durch
mehrere Distanzelemente, insbesondere Zentrierrippen 10, auf
dem Brennermantelrohr 2 bzw. auf dessen Außenumfangsseite
abgestützt.
Als weiteres wesentliches Bauteil enthält die Ansatz-Abreinigungseinrichtung 7 ein
außerhalb
des Brennraumes 3 anzuordnendes Gasdruckstoßgerät 11,
das mit dem Ringspalt 9 in Wirkverbindung steht. Darüber hinaus
ist diesem Ringspalt 9 wenigstens eine zumindest auf den äußeren vorderen Randbereich
des Brennermündungsendes 1a gerichtete,
etwa düsenförmige Austrittsöffnung 12, 24 für das Druckgas
aus dem Gasdruckstoßgerät 11 zugeordnet.
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Im
Beispiel gemäß 1 und 2 sei
angenommen, dass mehrere solcher Gasaustrittsöffnungen vorgesehen sind, und
zwar zum einen eine gleichförmig
umlaufende, stirnseitige Ringdüsenöffnung 12 zum
axialen Austritt des Druckgases sowie zusätzlich in der Außenwandung 8 der
Ansatz-Abreinigungseinrichtung 7 in der Nähe des Mündungsendes 1a vorgesehene
Düsenöffnungen 13,
die – wie
in den 1 und 2 – in wenigstens einer Gruppe gleichmäßig verteilt
und ringförmig
zusammengeordnet sowie zum radialen und/oder schräg nach vorn gerichteten
Austritt des Druckgases ausgebildet sind, wie es in 2 durch
dick gestrichelte Gasaustrittspfeile 14 bzw. 15 angedeutet
ist.
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Wie
insbesondere in 1 zu erkennen ist, kann die
Außenwandung 8 der
Ansatz-Abreinigungseinrichtung 7 im
Bereich der Außenseite
der Brennraumwand 5 auf dem Außenumfang des äußeren Brennermantelrohres 2 mit
Hilfe einer üblichen
Doppelflanschverbindung 15 und dazwischen angeordneter
Dichtung 17 befestigt sein, also am hinteren Brennerende 1b.
Bei dem hier vorgesehenen Gasdruckstoßgerät 11 kann es sich
um ein solches in handelsüblicher
und somit in relativ preiswerter Ausführung handeln; es ist dabei
im Bereich des hinteren Brennerendes 1b an die Außenwandung 8 angeschlossen,
wobei es vorzugsweise über
einen entsprechenden Abzweigrohrstutzen 18 auswechselbar – über eine
weitere Flanschverbindung 19 mit Dichtung 20 – angeflanscht
ist. Als Druckgas kann jedes geeignete Druckgas verwendet werden,
mit dem die notwendigen Gasstoßimpulse
(mit entsprechend hoher Druckfrequenz) erzeugt werden können. Im
allgemeinen kann Druckluft als Druckgas verwendet werden, so dass
dementsprechend das Gasdruckstoßgerät 11 als
wesentliches Bauteil einen mit Druckluft gefüllten Druckgasbehälter aufweist,
der mit an sich bekannten und daher nicht näher veranschaulichten Einrichtungen
zur entsprechend gesteuerten, impulsweise Abgaben des Druckgases bzw.
der Druckluft ausgestattet ist.
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Bei
Betrachtung der Darstellung in 2 dürfte ohne
weiteres einleuchten, dass sich Ansätze – wie bei 21 angedeutet –, die sich
etwa im stirnseitigen Außenbereich
des vorderen Brennermündungsendes 1a durch
Verbrennungsrückstände und/oder Brenngut
gebildet haben können,
durch Luftstoßimpulse
mit relativ hoher Druckintensität
und relativ geringer Menge abreinigen bzw. gewissermaßen absprengen
lassen. Auf diese Weise kann gewährleistet
werden, dass eine auf den jeweiligen Brennprozeß abgestimmte Flammenform – wie bei 22 in 2 beispielsweise
angedeutet – stets
optimal aufrechterhalten werden kann, wodurch auch stets eine äußerst kontrollierte
Verbrennung der zugeführten
Verbrennungsluft und des zugeführten
Brennstoffes gewährleistet
werden kann. Der erfindungsgemäße Brenner 1 ist
somit in optimaler Weise zum Einbau in eine staubhaltige Atmosphäre in Industrieofenanlagen, insbesondere
zum Einbau in Wärmebehandlungseinrichtungen
wie Ofenanlagen zur Herstellung von Zement, Kalk, Gips sowie zur
Verarbeitung von Erzmaterialien, ausgeführt.
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Wie
nachfolgend anhand einiger weiterer Ausführungsbeispiele und Varianten
angedeutet wird, kann der erfindungsgemäße Brenner 1 verschiedenen
Einbausituationen und Brennprozessen angepaßt werden.
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Während im
Einbaubeispiel gemäß 2 angenommen
worden ist, dass der Brenner 1 etwa horizontal in eine
etwa vertikale Brennraumwand 5 eingebaut ist, kann der
erfindungsgemäße Brenner 1 auch
in eine entsprechend schräg
verlaufende Brennraumwand 5' eingebaut
sein, wie es 3 veranschaulicht. Dabei kann
es ferner von Vorteil sein, wenn das vordere Brennermündungsende
gemäß der in 4 veranschaulichten
Ausführungsvariante ausgebildet
ist. Hiernach sind nämlich
im Vergleich zum Beispiel der 1 und 2 die
in einer Gruppe ringförmig
in der Außenwandung 8 zusammengeordneten
Düsenöffnungen 13 entfallen,
und es ist lediglich die einzige Austrittsöffnung in Form einer gleichförmig umlaufenden,
stirnseitigen Ringdüsenöffnung 12 zum
etwa axialen Austritt des Druckgases etwa entsprechend den Pfeilen 14 vorhanden.
Hierdurch kann bereits in vielen Fällen für eine ausreichende Abreinigung
von Ansätzen 21 gesorgt
werden, wie 3 erkennen läßt.
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Bei
dem Einbaubeispiel gemäß 3 kann der
erfindungsgemäße Brenner 1 jedoch
auch entsprechend der Ausführungsvariante
gemäß 5 ausgebildet
sein. Hiernach besitzt die Abreinigungseinrichtung 7 eine
stirnseitige Abschlusswand 23 für den Ringspalt 9,
wobei diese Abschlusswand 23 mit einer Anzahl von ringförmig zusammengeordneten Düsenaustrittsöffnungen 24 zum
etwa axialen Austritt des Druckgases versehen ist.
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Gemäß einer
in 6 veranschaulichten weiteren Ausführungsvariante
kann die Stirnseite bzw. das stirnseitige Ende des Ringspaltes 9 durch eine
geschlossene Ringplatte 25 verschlossen sein, während in
der Außenwandung 8 der
Ansatz-Abreinigungseinrichtung 7 in
der Nähe
des Mündungsendes 1a – gleichartig
wie gemäß 1 und 2 – wenigstens
eine Gruppe von gleichmäßig verteilten, ringförmig zusammengeordneten
Düsenöffnungen 13 zum
radialen und/oder schräg
nach vorn gerichteten Austritt des Druckgases ausgebildet ist.