DE19708550A1 - Process for heating a fuel-heated industrial furnace and regenerator-burner module system therefor - Google Patents
Process for heating a fuel-heated industrial furnace and regenerator-burner module system thereforInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen eines brennstoffbeheiz ten Industrieofens, insbesondere Metallschmelzofens, unter Verwendung von wechselweise von heißem Abgas und kalter Brennluft durchströmten Regeneratoren und Brennern. Außerdem betrifft die Erfindung ein Regene rator-Brenner-Modulsystem zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for heating a fuel-heated ten industrial furnace, in particular metal melting furnace, using alternately flowed through by hot exhaust gas and cold combustion air Regenerators and burners. The invention also relates to a rain rator burner module system for performing the method.
Industrieöfen wie z. B. Aluminium-Schmelzöfen müssen mittels Brennern aufgeheizt und warmgehalten werden. Dabei ist es bekannt, wechselweise von heißem Abgas und kalter Verbrennungsluft durchströmte Regenerato ren einzusetzen, die als Wärmespeicher in der Lage sind, kalte Verbren nungsluft auf hohe Temperatur vorzuwärmen, wodurch Energie gespart wird. Im Regenerator kühlt sich das heiße Abgas z. B. von 1200°C auf z. B. 400°C ab, während sich im Regenerator in einer folgenden Periode die kalte Verbrennungsluft auf z. B. 1000°C vorerhitzen kann.Industrial furnaces such as B. Aluminum smelting furnaces must use burners be heated and kept warm. It is known alternately Regenerato flowed through by hot exhaust gas and cold combustion air use, which are able to store cold burns as heat storage Preheat the air to a high temperature, which saves energy becomes. The hot exhaust gas cools in the regenerator, e.g. B. from 1200 ° C to z. B. 400 ° C, while in the regenerator in a subsequent period cold combustion air on z. B. can preheat 1000 ° C.
Bisher bekannt gewordene Ausführungen zur Beheizung von Industrieöfen mit Einsatz von Regeneratoren und Brennern gehen von einer festen paa rigen Zuordnung der Regeneratoren/Brenner aus, d. h. im Abgasbetrieb (Heizperiode) erfolgt das Speichern der Abwärme im Regenerator und durch wechselseitiges Umschalten auf den Brennerbetrieb (Kühlperiode) erfolgt im anderen Regenerator/Brenner das Entspeichern der Wärme des Regenerators (z. B. GB-A-2 224 563). Durch das streng paarweise Zu ordnen und Betreiben der beiden Regeneratoren kann keine Rücksicht auf individuell unterschiedliche wärmetechnische Zustände der Regeneratoren sowie zeitliche und räumliche Anforderungen hinsichtlich des Wärmebe darfs für den Ofenbetrieb genommen sowie kein schneller Austausch der Regenerator-Brenner-Module im Fall von Wartung und Reparatur vorge nommen werden.Previously known designs for heating industrial furnaces with the use of regenerators and burners go from a fixed paa assignment of the regenerators / burners, d. H. in exhaust operation (Heating period) the waste heat is stored in the regenerator and by alternating switching to burner operation (cooling period) in the other regenerator / burner, the heat of the Regenerators (e.g. GB-A-2 224 563). Due to the strictly pairwise arranging and operating the two regenerators cannot be considered individually different thermal states of the regenerators as well as time and space requirements with regard to heat may be used for furnace operation and no quick replacement of the Regenerator-burner modules featured in the case of maintenance and repair be taken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Industrieofen, insbe sondere für einen Metallschmelzofen, eine regenerative energiesparende Beheizung zu schaffen, die flexibel auf alle möglichen zeitlichen/räum lichen wärmetechnischen Betriebszustände/Anforderungen der Regenera toren sowie vor allem des zu beheizenden Ofens insbesondere bei großen Schmelzofenanlagen reagieren kann.The invention is based, in particular for an industrial furnace especially for a metal melting furnace, a regenerative energy-saving To create heating that is flexible to all possible time / space technical operating conditions / requirements of the Regenera gates and especially the furnace to be heated, especially for large ones Melting furnace systems can react.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den Maßnahmen des Kennzeich nungsteils des Anspruchs 1 und vorrichtungsmäßig mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This task is procedural with the measures of the label Part of claim 1 and device-wise with the measures of the characterizing part of claim 4 solved. Advantageous design are specified in the subclaims.
Dadurch, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren mehrere, geradzahlig oder auch ungeradzahlig viele, um den Umfang eines Industrieofens ver teilt angeordnete Regenerator-Brenner-Module unabhängig voneinander aus der Prozeßsteuerung des Industrieofens vom Brennerbetrieb in den Regeneratorbetrieb (Abgasabsaugbetrieb) umgeschaltet werden, ist die Möglichkeit eröffnet, die einzelnen Regenerator-Brenner-Module - unter Beachtung betrieblicher Grenzen - auch unpaarig bzw. unsymmetrisch zu betreiben, d. h. es besteht auch die Möglichkeit, Brenner in Überzahl oder auch in Unterzahl feuern zu lassen. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Auswahl und/oder das Verhältnis der Anzahl der feuernden Brenner zur Anzahl der abgesaugten (bzw. rückwärts durchströmten) Bren ner variabel und in Abhängigkeit z. B. vom wärmetechnischen Zustand der einzelnen Regenerator-Brenner-Module (Einheiten) gesteuert werden kann. Die Bewertungskriterien für den wärmetechnischen Zustand der einzelnen Regenerator-Brenner-Module sind z. B. die Abgastemperatur und die Brennlufttemperatur. Aber auch ein gesteuerter Einsatz entsprechend den gemessenen Ofentemperaturen in mehreren repräsentativen Ofen-Sekto ren, z. B. mittels Strahlungspyrometer, ermöglicht eine gezielte Erwärmung der verschiedenen Ofenbereiche. Auf diese Weise kann das erfindungsge mäße Verfahren zum Beheizen eines brennstoffbeheizten Industrieofens flexibel auf alle möglichen zeitlichen/räumlichen Betriebszustände/Anfor derungen des zu beheizenden Ofens reagieren.The fact that in the method according to the invention several, even numbers or even an odd number to ver the size of an industrial furnace divides arranged regenerator burner modules independently of each other from the process control of the industrial furnace from the burner to the Regenerator operation (exhaust gas extraction operation) is switched over Possibility opened, the individual regenerator burner modules - under Observance of operational limits - also unpaired or asymmetrical operate, d. H. there is also the possibility to outnumber or burners to have fired outnumbered. Essential feature of the invention is that the selection and / or the ratio of the number of firing Burner for the number of burns sucked out (or flowed backwards) ner variable and depending on z. B. from the thermal state of the individual regenerator burner modules (units) can be controlled. The evaluation criteria for the thermal state of the individual Regenerator-burner modules are e.g. B. the exhaust gas temperature and the Combustion air temperature. But also a controlled use according to the measured oven temperatures in several representative oven sectos ren, e.g. B. by means of a radiation pyrometer, enables targeted heating of the different furnace areas. In this way, the fiction method for heating a fuel-heated industrial furnace flexible to all possible temporal / spatial operating states / requests changes in the furnace to be heated.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Taktzeiten des Betriebes der jeweils feuernden Brenner und der jeweils abgesaugten Brenner fest oder variabel sein und die Taktzeiten können sich mehr oder weniger weit überlappen. Erfindungsgemäß ist die bekannte paarige Auf teilung der Brennereinheiten auf Einzelbrenner- bzw. Einzelabgasbetrieb aufgeschnitten worden. Innerhalb der zu beheizenden Ofenanlage wird eine sehr günstige Wärmeverteilung erreicht, da die Befeuerung um das zu erwärmende oder zu schmelzende Gut getaktet werden kann.According to a further feature of the invention, the cycle times of the Operation of the firing burner and the extracted Burner can be fixed or variable and the cycle times can be more or overlap less. According to the known paired up division of the burner units to single burner or individual exhaust gas operation been cut open. Inside the furnace system to be heated achieved a very favorable heat distribution, because the lighting around that Warming or melting goods can be clocked.
Das erfindungsgemäße Regenerator-Brenner-Modulsystem zur Durchfüh rung des Beheizungsverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Regenerator und ein Brenner zu je einem kompakten Regenerator- Brenner-Modul (Einheit) zusammengefaßt sind, wobei wenigstens zwei Re generator-Brenner-Module mit zwei Ventilatoren, die reversibel sind und/ oder die mit Umsteuerventilen zusammenwirken, mit einer Abgasleitung in Verbindung stehen. Das kompakte Modul ist als Einheit leicht vom Indu strieofen zu trennen und gegen ein anderes bereitgestelltes Regenerator- Brenner-Modul auszutauschen. Das vom Industrieofen entfernte Regenera tor-Brenner-Modul läßt sich dann - ohne den Ofen betrieb zu stören - mit entsprechender Sorgfalt warten. Ein solcher nur kurze Betriebsunterbre chungen verursachender Austausch kann noch erleichtert werden, wenn das gesamte Regenerator-Brenner-Modul mit einem Fahrwerk versehen wird, mit dem die jeweiligen Aggregate vom Ofen abrückbar sind. Bei ver tikalem Regenerator ermöglicht ein horizontaler Anschlußflansch an die Regenerator-Rohrleitung, der sich unter dem im oberen Regeneratorteil auskragenden Brenner befindet, den Brenner gut auszurichten. Ein koni scher oder ein kugelringförmiger Brennerkopfsitz im Ofen-Gehäuse mit Dehnelementen zwischen Brenner und Zwischenstück zum Regenerator unterstützt dies. The regenerator-burner module system according to the invention for implementation tion of the heating process is characterized in that one regenerator and one burner to form a compact regenerator Burner module (unit) are summarized, with at least two Re generator burner modules with two fans that are reversible and / or which interact with reversing valves with an exhaust pipe in Connect. The compact module as a unit is easily ind separate the furnace and against another provided regenerator Replace burner module. The Regenera removed from the industrial furnace Tor burner module can then - without disturbing the furnace operation - with wait with due care. Such a short break The exchange that causes the damage can be made easier if provide the entire regenerator-burner module with a chassis with which the respective units can be moved away from the furnace. With ver tical regenerator enables a horizontal connection flange to the Regenerator pipeline, which is located below that in the upper regenerator section cantilevered burner, align the burner well. A koni shear or a spherical torch head seat in the furnace housing with Expansion elements between the burner and the adapter to the regenerator supports this.
Der Regenerator, der unmittelbar vor dem auf das Nutzgut wie z. B. Schmelzbad gerichteten Brenner angeordnet ist, kann vertikal nach unten oder aber auch nach oben angeordnet sein. Jedoch auch ein ungefähr ho rizontal an den Brenner angebauter Regenerator ist möglich. Als Wärme speicher des vertikalen Regenerators können eine gasdurchlässige Schüt tung - z. B. aus Kugeln oder Ringen - oder aufeinander gesetzte Waben körper eingesetzt werden. Für horizontale Regeneratoren eignen sich Wa benkörper in den meisten Fällen deutlich besser. Außerdem haben z. B. keramische Wabenkörper gegenüber Schüttungen einen erheblich geringe ren Strömungswiderstand, verbunden mit dem Vorteil entsprechend gerin gerer Ventilatorleistungen, sowie den Vorteil geringerer Verschmutzungs gefahr. Mit der Verteilung der Aufschichtlänge der Wabenkörper kann auch die Verteilung der Durchströmwiderstände und damit die Durchsatzvertei lung im Regenerator beeinflußt werden.The regenerator, which is located immediately before the product such as. B. Melting bath facing burner can be arranged vertically downwards or can also be arranged upwards. However, an approximately ho A regenerator mounted on the burner is possible. As warmth The vertical regenerator can store a gas-permeable bulk tung - e.g. B. from balls or rings - or superimposed honeycomb body are used. Wa are suitable for horizontal regenerators body in most cases significantly better. In addition, z. B. ceramic honeycomb body compared to fillings a considerably low Ren flow resistance, combined with the advantage accordingly low lower fan performance, as well as the advantage of lower pollution danger. With the distribution of the layer length the honeycomb body can also the distribution of the flow resistances and thus the throughput distribution be influenced in the regenerator.
Auch treten beim Betrieb des Kompakt-Regenerator-Brenner-Moduls prak tisch keine Wärmeverluste auf, da der Brenner unmittelbar hinter dem Re generator angeordnet ist und so auf dem sehr kurzen Zwischenstück zum Brenner keine Temperatur-Absenkung der im Regenerator aufgeheizten Verbrennungsluft eintritt. Der Brenner kann auch kompakt in das Regene rator-Gehäuse eingebaut sein. Im Regenerator-Betrieb wird das heiße Ab gas aus dem Industrieofen in umgekehrter Richtung durch die Verbren nungsluft-Kanäle des Brenners direkt in den Regenerator abgesaugt und heizt diesen auf. Das Abgas kühlt sich dabei im Regenerator bis auf ca. 400°C ab, so daß die nachfolgenden Aggregate, wie Rohrleitungen, Ven tile, Ventilatoren u. a., einer entsprechend geringeren thermischen Bela stung unterliegen. Zusätzlich kann eine Rezirkulationsleitung zwischen dem Industrieofen-Oberteil und Regenerator-Oberteil vorgesehen sein, so daß im Regenerator-Betrieb zusätzlich Abgas durch den Regenerator strö men kann.The compact regenerator burner module also works well no heat loss because the burner immediately behind the Re generator is arranged and so on the very short adapter to Burner does not lower the temperature of those heated in the regenerator Combustion air enters. The burner can also be compact in the rain rator housing must be installed. The hot Ab gas from the industrial furnace in the reverse direction by burning air channels of the burner are sucked directly into the regenerator and heats it up. The exhaust gas cools down in the regenerator to approx. 400 ° C, so that the subsequent units, such as pipes, Ven tiles, fans u. a., a correspondingly lower thermal load subject. In addition, a recirculation line between the upper part of the industrial furnace and upper part of the regenerator may be provided, so that additional exhaust gas flows through the regenerator in regenerator operation men can.
Zum Betrieb der Regenerator-Brenner-Module an einem Ofen ist zumindest ein Ventilatoren-Paar einzusetzen: ein Ventilator für die Verbrennungsluft und ein Ventilator für die Abgase. Jedem Regenerator-Brenner-Modul ist ein Paar Umsteuerventile zugeordnet, die im Wechsel den Regenerator zu der Verbrennungsluft- oder der Abgasleitung anschließen oder absperren. Die im Brenner-Betrieb befindlichen Regenerator-Brenner-Module haben das eine Umsteuerventil geöffnet zur Verbrennungsluft-Leitung und das andere geschlossen zur Abgasleitung. Umgekehrt haben die anderen Regenerator-Brenner-Module, die bei abgestelltem Brenner die Industrie ofen-Abgase in entgegengesetzter Richtung durch den Regenerator durch setzten, ein Umsteuerventil zur Abgasleitung geöffnet und das andere zur Verbrennungsluft-Leitung geschlossen. An Stelle eines Umsteuerventil-Paares kann auch eine Umsteuer-Rohrweiche oder Umsteuerklappe ver wendet werden, die im Wechsel eine Verbindung zur Abgasleitung oder Verbrennungsluft-Leitung herstellt und gleichzeitig jeweils die andere Lei tung absperrt.To operate the regenerator-burner modules on a furnace is at least to use a pair of fans: a fan for the combustion air and a fan for the exhaust gases. Each regenerator burner module is A pair of reversing valves are assigned, which alternate to the regenerator connect or shut off the combustion air or exhaust pipe. The regenerator-burner modules in burner operation have the one reversing valve opened to the combustion air line and that others closed to the exhaust pipe. The other way around Regenerator-burner modules, the industry when the burner is turned off furnace exhaust gases in the opposite direction through the regenerator set, one reversing valve to the exhaust pipe opened and the other to Combustion air line closed. Instead of a reversing valve pair can also use a reversing pipe switch or reversing flap be used that alternately connect to the exhaust pipe or Combustion air line and at the same time the other Lei shut off.
Als Variante können auch reversierbare Ventilatoren mit Umsteuerklappen im Ein- und Austrittsgehäuse eingesetzt werden. Zur reinen Umkehr-Steue rung der Förderrichtung (wie bei bekannten Ausführungen) kommt bei den Reversier-Ventilatoren für die Regenerator-Brenner-Module eine Weg-Um steuerung im Ventilator-Eintritt hinzu, nämlich vom Luftansaugstutzen zur Regenerator-Abgasleitung und umgekehrt. Dabei kann auf besondere Um steuer-Ventile oder -Klappen in den Rohrleitungen verzichtet werden. An Stelle besonderer Rohrleitungen für Verbrennungsluft und Abgase reicht jeweils eine Rohrleitung von einem Regenerator-Brenner-Modul zu einem Ventilator aus, wobei sowohl Verbrennungsluft als auch Abgase durch die Rohrleitungen und die Ventilatoren im Wechsel durchgesetzt werden. Der wechselweise Durchsatz von kalter Verbrennungsluft und heißen Abgasen durch die Rohrleitungen und Ventilatoren in einem System läßt auch keine thermische Dauerbelastung in diesen Aggregaten aufkommen und mindert so die Materialbeanspruchung.Reversible fans with reversing flaps can also be used as a variant can be used in the inlet and outlet housing. For pure reverse tax The direction of conveyance (as in known designs) comes with the Reversing fans for the regenerator burner modules one way around control in the fan inlet, namely from the air intake to Regenerator exhaust pipe and vice versa. It can be on special order control valves or flaps in the pipelines can be dispensed with. At Special piping for combustion air and exhaust gases is sufficient one pipe each from a regenerator-burner module to one Fan off, both combustion air and exhaust gases through the Pipelines and the fans are alternately enforced. Of the alternate throughput of cold combustion air and hot exhaust gases through the pipes and fans in one system also none permanent thermal stress occurs in these units and reduces so the material stress.
Solche reversierbaren Ventilatoren sind zwar z. B. aus der DE-A-42 33 916 bekannt und im Einsatz in Wärmeöfen zum Reversieren der Durchströ mung. Doch neu ist der hier vorgeschlagene Einsatz zur Umsteuerung von Brenner- auf Regenerator-Betrieb. Gegenüber bekannten reversierbaren Ventilatoren, die in geschlossenen Gasumwälzsystemen eingesetzt sind, muß bei einem reversierbaren Ventilator für ein Regenerator-Brenner-Modul zusätzlich ein Ansaugstutzen vorhanden sein, um Verbrennungsluft aus der Atmosphäre anzusaugen. Außerdem ist ein besonderer Anschluß an eine Abgas-Abführung vorzusehen. Die Strömungsführung durch ein Regenerator-Brenner-Modul mit einem reversierbaren Ventilator ist wie folgt:Such reversible fans are, for. B. from DE-A-42 33 916 known and used in heat furnaces to reverse the flows mung. But what is new is the use proposed here for reversing Burner to regenerator operation. Compared to known reversible Fans used in closed gas circulation systems, must be used with a reversible fan for a regenerator-burner module In addition, an intake manifold to hold combustion air suck from the atmosphere. There is also a special connection to provide an exhaust gas discharge. The flow through a Regenerator-burner module with a reversible fan is like follows:
Zur Verbrennungsluft-Förderung öffnet im Eintrittsgehäuse des Ventilators die Umsteuerklappe den Ansaugstutzen, um atmosphärische Luft anzusau gen. Bei Abschluß der Abgasleitung mit der Umsteuerklappe im Austritts gehäuse bei gleichzeitiger Öffnung der Regenerator-Rohrleitung fördert dieser Ventilator die Verbrennungsluft in den Regenerator des Regenera tor-Brenner-Moduls. Der vorher durch Abgase aufgeheizte Regenerator erwärmt die Verbrennungsluft und führt sie dem Brenner zu. Die heißen Abgase dieses Brenners saugt ein anderer Ventilator durch die Verbren nungsluft-Kanäle von anderen, im Regeneratorbetrieb befindlichen Rege nerator-Brenner-Modulen ab. Hierzu hat der zweite Ventilator im Eintritts gehäuse die Umsteuerklappe zur Regeneratorleitung geöffnet bei gleich zeitigem Abschluß des Ansaugstutzens für Verbrennungsluft.For the conveyance of combustion air, it opens in the inlet casing of the fan the reversing flap the intake manifold to suck atmospheric air At the end of the exhaust pipe with the reversing flap in the outlet promotes housing while opening the regenerator pipeline this fan the combustion air in the regenerator of the Regenera tor burner module. The regenerator previously heated by exhaust gases heats the combustion air and feeds it to the burner. They are called Another burner sucks exhaust gases from this burner air ducts from other rain in regenerator mode nerator burner modules. For this purpose, the second fan has an inlet open the reversing flap to the regenerator line at the same time early completion of the intake port for combustion air.
Im Austrittsgehäuse dieses Ventilators stellt die Umsteuerklappe eine Ver bindung zur Abgasleitung her und sperrt gleichzeitig die Regeneratorlei tung ab.In the outlet housing of this fan, the reversing flap is a ver connection to the exhaust pipe and at the same time blocks the regenerator line exercise.
Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher er läutert.The invention and its further features and advantages are based on the in the figures schematically illustrated embodiments he closer purifies.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 Regenerator-Brenner-Modulsystem zum Beheizen eines im Quer schnitt runden Aluminium-Schmelzofens, mit sechs um den Ofen umfang verteilten Regenerator-Brenner-Modulen; Fig. 1 regenerator-burner module system for heating a cross-sectionally round aluminum melting furnace, with six regenerator-burner modules distributed around the furnace;
Fig. 2 Horizontalschnitt durch einen typischen Rundschmelzofen mit der konstruktiven Anordnung der Regenerator-Brenner-Module, in Höhe der Brennerdüsen mit abgenommenem Umlenkgehäuse vor den Wabenkörpern der Regeneratoren; Fig. 2 is horizontal section through a typical round furnace with the structural arrangement of the regenerator burner modules, the height of the burner nozzle with deflection housing removed before the honeycomb bodies of the regenerators;
Fig. 3a Schema eines Wabenkörper-Regenerators mit reversierbarem Ventilator im Brenner-Betrieb; FIG. 3a shows schematic of a honeycomb regenerator with reversible ventilator in the burner mode;
Fig. 3b Schema eines Wabenkörper-Regenerators mit reversierbarem Ventilator im Regenerator-Betrieb; FIG. 3b shows schematic of a honeycomb regenerator with reversible ventilator in the regenerator operation;
Fig. 4 Schnitt IV-IV in Fig. 3a/Fig. 3b durch das Ventilatorlaufrad und das Austrittsgehäuse mit Umsteuerklappe im Brenner-Betrieb; Fig. 4 is section IV-IV in Figure 3a / 3b by the fan impeller and the outlet housing with changeover flap in the burner operation..;
Fig. 5 Vertikalschnitt durch ein Regenerator-Brenner-Modul mit vertika lem Wabenkörper-Regenerator und Gasbrenner mit Strömungs führung im Brenner- und Regenerator-Betrieb; Fig. 5 vertical section through a regenerator-burner module with vertical honeycomb regenerator and gas burner with flow guidance in burner and regenerator operation;
Fig. 6 Teilquerschnitt VI-VI in Fig. 5 durch zusammengesetzte Waben körper-Elemente mit engem Wabenraster; Fig. 6 partial cross section VI-VI in Figure 5 by composite honeycomb body elements with a narrow honeycomb grid.
Fig. 7 Vertikalschnitt durch ein um eine vertikale Achse schwenk- und einstellbares Brenner-Regenerator-Modul mit vertikalem Waben körper-Regenerator und Gasbrenner, dessen Brennerkopf und sein Sitz im Schmelzofen-Gehäuse kugelring-kalottenförmig aus geführt ist, in einer Ausführung mit verstellbarem Umlenkgitter im unteren Umlenkkrümmer und einer Rezirkulations-Abgasleitung mit Diffusor-Austrittsklappe; Fig. 7 vertical section through a vertical axis swivel and adjustable burner regenerator module with vertical honeycomb body regenerator and gas burner, the burner head and its seat in the furnace housing is made spherical-spherical, in a version with an adjustable deflection grid in the lower bend and a recirculation exhaust pipe with diffuser outlet flap;
Fig. 7a Teilschnitt durch Brennerkopf mit Kugelring-Kalotte und Dichtring am Brennersitz im Schmelzofengehäuse; Fig. 7a partial section through the burner head with ball calotte ring and sealing ring at the burner located in the furnace housing;
Fig. 8 Vertikalschnitt durch den unteren Umlenkkrümmer mit zugeklapp tem linken Umlenkgitterteil und verstärkter Spülströmung im rech ten Teil; Fig. 8 vertical section through the lower deflection elbow with the left deflection grille part and increased flushing flow in the right part;
Fig. 9 Vertikalschnitt durch den unteren Umlenkkrümmer mit zugeklapp tem rechten Umlenkgitterteil und verstärkter Spülströmung im lin ken Teil; Fig. 9 vertical section through the lower deflection manifold with closed right deflection grille part and increased purge flow in the left part;
Fig. 10 Schnitt X-X in Fig. 5 und 7 mit Sicht auf den Brenner-Kopf von hinten bei Brenner-Betrieb Fig. 10 section XX in Fig. 5 and 7 with a view of the burner head from behind during burner operation
Fig. 11 Schnitt X-X in Fig. 5 und 7 mit Sicht auf den Brenner-Kopf von hinten bei Regenerator-Betrieb mit Abgas-Rückströmung durch die vier Luftkanäle des inneren Brenner-Einsatzes in der Heiz periode des Regenerators. Fig. 11 section XX in Fig. 5 and 7 with a view of the burner head from behind in regenerator operation with exhaust gas backflow through the four air channels of the inner burner insert in the heating period of the regenerator.
Fig. 1 zeigt als ein Beispiel für das Regenerator-Brenner-Modulsystem in schematischer Darstellung sechs um einen Aluminium-Schmelzofen verteilt angeordnete Regenerator-Brenner-Module, die wechselweise über das ge strichelt gezeichnete Leitungssystem von Verbrennungsluft (7) und über das nicht gestrichelte Leitungssystem vom Regenerator-Abgasstrom (7r) durchströmt werden, wobei mit (18) die gemeinsame Abgasleitung ange zeigt ist. (8) ist der Ventilator für die Verbrennungsluft (7) und (8r) ist der Ventilator zum Abzug des Abgases. In der Heizperiode wird die Speicher masse des Regenerators (3r) mit dem heißen Abgas aus dem Schmelzofen (1) aufgeheizt und in der Kühlperiode mit der kalten Brennluft (7) gekühlt. Im Auslegungsfall können z. B. etwa 10% des Abgasvolumenstroms durch einen Bypass (18f) bzw. "Fuchs" abgezogen werden, der Rest wird zu etwa gleichen Teilen durch die Module mit der Funktion Heizperiode abgesaugt. Ein Teil des Abgases (7r) kann hinter dem Saugzuggebläse (8r) abgetrennt und über eine Abgasrückführung zur NOx-Minderung der kalten Brennluft (7) zugemischt werden. Diese Brennluft (7) wird auf die Regenerator-Bren ner-Module mit der Funktion Kühlperiode verteilt, erwärmt und den Bren nern (4) zugeführt. Fig. 1 shows an example of the regenerator-burner module system in a schematic representation six distributed around an aluminum melting furnace arranged regenerator-burner modules, which alternately on the ge dashed line system of combustion air ( 7 ) and on the non-dashed line system are flowed through by the regenerator exhaust gas stream ( 7 r), with ( 18 ) showing the common exhaust gas line. ( 8 ) is the fan for the combustion air ( 7 ) and ( 8 r) is the fan for extracting the exhaust gas. In the heating period, the storage mass of the regenerator ( 3 r) is heated with the hot exhaust gas from the melting furnace ( 1 ) and cooled in the cooling period with the cold combustion air ( 7 ). In the design case, z. B. about 10% of the exhaust gas volume flow through a bypass ( 18 f) or "Fuchs" are drawn off, the rest is sucked off by the modules with the heating period function in approximately equal parts. Part of the exhaust gas ( 7 r) can be separated off behind the induced draft fan ( 8 r) and added to the cold combustion air ( 7 ) via an exhaust gas recirculation system to reduce NO x . This combustion air ( 7 ) is distributed to the regenerator-burner modules with the cooling period function, heated and fed to the burners ( 4 ).
Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Regenerator-Brenner-Modul systems wird am Ausführungsbeispiel der Fig. 1 erläutert. Im Normalbetrieb werden drei Module mit Abgas aufgeheizt (Heizperiode; in Fig. 1 gefüllt dargestellt), und drei Module liefern heiße Brennluft (Kühlperiode; schraf fiert dargestellt). Bei Erreichen eines Umschaltkriteriums wechselt ein Mo dul seine Funktion, z. B. das Modul rechts unten von Kühlperiode auf Heiz periode des Regenerators nach Umstellung der Umsteuerventile (11, 11v). Um die feuerungstechnische Leistung konstant zu halten, wird ein anderes Modul seine Funktion entgegengesetzt ändern, z. B. das Modul links unten von Heizen auf Kühlen des Regenerators. In der Folge wechseln auch die anderen Regenerator-Brenner-Module ihre Funktion. Die Dauer für die ein zelnen Perioden liegt z. B. bei ca. 180 Sekunden. Der typische Betriebs ablauf ist geprägt von dem steten Wechsel der Funktion der einzelnen Module.The operation of the regenerator-burner module system according to the invention is explained using the embodiment of FIG. 1. In normal operation, three modules are heated with exhaust gas (heating period; shown in Fig. 1 filled), and three modules deliver hot combustion air (cooling period; hatched). When a switchover criterion is reached, a module changes its function, e.g. B. the module bottom right of cooling period on heating period of the regenerator after switching the reversing valves ( 11 , 11 v). In order to keep the firing performance constant, another module will change its function in the opposite direction, e.g. B. the module bottom left of heating to cooling the regenerator. As a result, the other regenerator-burner modules also change their function. The duration for the individual periods is z. B. at about 180 seconds. The typical operating sequence is characterized by the constant change in the function of the individual modules.
Der Betrieb des Regenerator-Brenner-Modulsystems wird gesteuert und geregelt durch Anforderungssignale aus der Prozeßsteuerung des Schmelzofens (1). Aus einem vorgegebenen Schmelzprogramm und den gemessenen Betriebswerten des Schmelzofens bestimmt die Schmelz ofen-Prozeßsteuerung die notwendige Gesamt-Feuerungsleistung. Dieser Wert wird an die Prozeßsteuerung des Regenerator-Brenner-Modulsystems übergeben.The operation of the regenerator-burner module system is controlled and regulated by request signals from the process control of the melting furnace ( 1 ). The melting furnace process control determines the necessary total firing output from a specified melting program and the measured operating values of the melting furnace. This value is transferred to the process control of the regenerator-burner module system.
Eine Leistungsänderung kann durch kontinuierliche Regelung der einzel
nen Brenner und/oder durch Änderung der Anzahl der feuernden Brenner
erreicht werden. Abgesehen vom Standardbetriebsfall, das ist in diesem
Beispiel der 3/3-Betrieb (3 Brenner feuern und die zugehörigen Module lie
fern heiße Brennluft, während durch die 3 anderen Module das Abgas aus
dem Schmelzofen in die Abgassammelleitung (18) strömt), sind wenigstens
noch drei weitere Betriebsfälle möglich und vorgesehen:
4/2-Betrieb (vier Brenner feuern)
2/4-Betrieb (zwei Brenner feuern)
1/5-Betrieb (ein Brenner feuert).A change in performance can be achieved by continuously regulating the individual burners and / or by changing the number of firing burners. Apart from the standard operating case, this is the 3/3 operation in this example ( 3 burners fire and the associated modules supply hot combustion air, while the exhaust gas flows from the melting furnace into the exhaust manifold ( 18 ) through the 3 other modules), at least Three further operating cases are possible and planned:
4/2 operation (four burners fire)
2/4 operation (two burners fire)
1/5 operation (one burner fires).
Der 4/2-Betrieb ist gedacht für kurzzeitigen Überlastbetrieb und für Nenn lastbetrieb bei niedriger Brennlufttemperatur. Der 2/4- und der 1/5-Betrieb sind für den Teillastbetrieb gedacht. Für den kurzzeitigen 4/2-Überlastbe trieb muß der ausreichend dimensionierte "Fuchs" (18f) als Abgas-Bypass zu den zwei aufzuheizenden Regeneratoren geöffnet werden, um einen er höhten Verbrennungsluft-Durchsatz für die vier feuernden Brenner zu er möglichen. Entsprechendes läßt sich auch mit einem Abgas-Ventilator im Bypass oder mit einem zusätzlichen, drehzahlregelbaren Abgas-Ventilator erreichen.The 4/2 operation is intended for short-term overload operation and for nominal load operation at low combustion air temperature. The 2/4 and 1/5 operation are intended for partial load operation. For the short-term 4/2 overload operation, the adequately dimensioned "Fuchs" ( 18 f) must be opened as an exhaust gas bypass to the two regenerators to be heated in order to enable increased combustion air throughput for the four firing burners. The same can also be achieved with an exhaust gas fan in the bypass or with an additional, speed-adjustable exhaust gas fan.
Für die Umschaltkriterien der einzelnen Regenerator-Brenner-Module kann ein festes oder ein flexibles Zeitraster herangezogen werden. Bei einem festen Zeitraster wechseln die einzelnen Module nach vorgegebenen fe sten Zeiträumen ihre Funktion. Die Umschaltvorgänge der Module können in mehreren Gruppen zeitlich gestaffelt sein, um einen möglichst gleich mäßigen Betrieb zu erreichen. Volumenströme und Periodendauern in der Heizperiode des Regenerators sollen so festgelegt sein, daß die gespei cherten Wärmemengen für alle Betriebsfälle näherungsweise konstant sind. For the switchover criteria of the individual regenerator-burner modules a fixed or a flexible time grid can be used. At a Fixed time intervals change the individual modules according to the given fe Most of the time their function. The switching processes of the modules can be staggered in time in several groups in order to be as equal as possible to achieve moderate operation. Volume flows and periods in the Heating period of the regenerator should be set so that the saved heat quantities are approximately constant for all operating cases are.
Bei der temperaturgeführten Umschaltung mit flexiblem Zeitraster werden die Umschaltvorgänge der Module in Abhängigkeit vom wärmetechnischen Zustand dieser Module gesteuert. Die Bewertungskriterien für den wärme technischen Zustand sind die Abgastemperatur und die Brennlufttempera tur, gemessen an den in Fig. 1 eingezeichneten Temperaturmeßstellen (T). Für diese Temperaturen können Grenzwerte festgelegt werden, die eine Umschaltung des betreffenden Regenerator-Brenner-Moduls initiieren. Er gänzend zum Temperaturgrenzwert kann noch ein Zeitkorridor vorgegeben und aufgeschaltet werden.With temperature-controlled switching with a flexible time grid, the switching processes of the modules are controlled depending on the thermal status of these modules. The evaluation criteria for the thermal technical condition are the exhaust gas temperature and the combustion air temperature, measured at the temperature measuring points (T) shown in FIG. 1. Limit values can be set for these temperatures, which initiate a switchover of the regenerator-burner module in question. In addition to the temperature limit, a time corridor can be specified and activated.
Für einen ausgewählten Brenner-Einsatz entsprechend der örtlichen Ofen temperaturen über der Schmelze sind Temperaturmeßstellen (Ts) in meh reren z. B. vier Sektoren des Schmelzbades oder an entsprechenden Schmelzbad-Koordinaten zusätzlich notwendig.For a selected burner use according to the local oven temperatures above the melt are temperature measuring points (Ts) in meh reren z. B. four sectors of the weld pool or at corresponding Melting pool coordinates also required.
Außer den Meßstellen für die Temperatur der Luft-/Gas-Ströme können auch noch Meßstellen zur Messung der jeweiligen Volumenströme und/oder Messung der jeweiligen Gasanalysen vorhanden sein. So kann im Ge samt-Abgas (18) der O₂- und NOx-Gehalt sowie in der Brennluft (7) hinter der Abgasrückführung der O₂-Gehalt gemessen werden. Der dort in der Brennluft gemessene O₂-Wert kann zur Regelung der rezirkulierenden Abgasmenge [(Abgasrückführungsventil (18r)] genutzt werden.In addition to the measuring points for the temperature of the air / gas flows, there may also be measuring points for measuring the respective volume flows and / or measuring the respective gas analyzes. So in the total exhaust gas ( 18 ) the O₂ and NO x content and in the combustion air ( 7 ) behind the exhaust gas recirculation the O₂ content can be measured. The O₂ value measured there in the combustion air can be used to regulate the recirculating exhaust gas quantity [(exhaust gas recirculation valve ( 18 r)].
Eine weitere Betriebsvariante wird möglich, wenn hinter der Einführung des Bypasses (18f) in die Abgasleitung (18) ein zusätzliches Ventil (18a) ein gesetzt ist. Dieses Ventil ermöglicht in Betriebspausen mit dem Abgasven tilator (8r) einen Umwälzbetrieb der heißen Schmelzofengase und ein Auf heizen der im Brennerbetrieb abgekühlten Regeneratoren (3r).Another operating variant is possible if an additional valve ( 18 a) is inserted behind the introduction of the bypass ( 18 f) in the exhaust line ( 18 ). During breaks in operation, this valve enables circulation of the hot furnace gases and heating of the regenerators ( 3 r) that have cooled down during burner operation with the exhaust gas fan ( 8 r).
Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Regenerator-Brenner-Modul system bzw. das zugehörige Betriebsverfahren automatisiert werden kön nen. Angestrebt werden sollte eine temperaturgeführte Umschaltstrategie der Module zusammen mit einem möglichst kleinen Regelbereich für die einzelnen Module bzw. Brenner. It is understood that the regenerator-burner module according to the invention system or the associated operating procedure can be automated nen. The aim should be a temperature-controlled switchover strategy of the modules together with the smallest possible control range for the individual modules or burners.
Fig. 2 zeigt die konstruktive Anordnung von sechs am Umfang eines typischen Schmelzofens (1) angeordneten Regenerator-Brenner-Modulen (3). Die Achsen der Brennerflammen (4f) können in Umfangsrichtung um einen Winkel α von der radialen Richtung zum Mittelpunkt des runden Schmelzofens abweichen. Fig. 2 shows the structural arrangement of six arranged on the circumference of a typical melting furnace (1) regenerator burner modules (3). The axes of the burner flames ( 4 f) can deviate in the circumferential direction by an angle α from the radial direction to the center of the round melting furnace.
Während in Fig. 1 das Ventilator-System aus einem Ventilator (8) besteht, der nur Verbrennungsluft (7) ansaugt, und einem zweiten Ventilator (8r), der nur Abgase (7r) absaugt, zeigen die Fig. 3a und Fig. 3b als Alternative dazu reversierbare Ventilatoren (8) mit integrierten Umsteuerklappen , die sowohl Verbrennungsluft (7) ansaugen als auch Abgas (7r) absaugen kön nen. In diesem Fall muß jedoch jedes Einzelmodul mit einem derartigen reversierbaren Ventilator ausgerüstet werden. Bei dem in Fig. 3a darge stellten Regenerator-Brenner-Modul ist im Ventilator-Eintrittsgehäuse (8E) die Umsteuerklappe (9) so eingestellt, daß aus dem Ventilator-Ansaugstut zen (8e) die Verbrennungsluft (7) angesaugt wird. Im Ventilator-Austritts gehäuse (8A) ist, wie dies Fig. 4 mit Schnitt IV-IV zeigt, die Umsteuer klappe (9) am Ende des Spiralgehäuses so eingestellt, daß der Auslaß zur Abgasleitung abgesperrt wird und die Verbrennungsluft (7) zum Regenera tor-Brenner-Modul (3) strömen kann. Werden die Umsteuerklappen am Ventilator-Aus- und -Eintritt in die Reversierstellung (9r) eingestellt (in Fig. 4 gestrichelt gezeichnet), wie dies für das Regenerator-Brenner-Modul in Fig. 3b zutrifft, dann wird im Austrittsgehäuse (8A) die Verbindung zum Regenerator abgesperrt und der Ventilator saugt über die umgestellte Um steuerklappe (9r) im Eintrittsgehäuse (8E) die Ofenabgase (7r) über den Regenerator (3r) ab. Hierbei schließt sich die Verbindung zum Eintrittsstut zen (8e).While the fan system in Fig. 1 consists of a fan ( 8 ), which only sucks in combustion air ( 7 ), and a second fan ( 8 r), which sucks only exhaust gases ( 7 r), Fig. 3a and Fig 3b alternatively reversible fans (8) with integrated Umsteuerklappen that both combustion air (7) aspirate. and exhaust (7 r) aspirate NEN Kgs. In this case, however, each individual module must be equipped with such a reversible fan. In the Fig. 3a Darge presented regenerator-burner module in the fan inlet housing ( 8 E), the reversing flap ( 9 ) is set so that the combustion air ( 7 ) is sucked in from the fan intake manifold ( 8 e). In the fan outlet housing ( 8 A), as shown in Fig. 4 with section IV-IV, the reversing flap ( 9 ) at the end of the volute casing is set so that the outlet to the exhaust pipe is shut off and the combustion air ( 7 ) to Regenera tor burner module ( 3 ) can flow. If the reversing flaps at the fan outlet and inlet are set to the reversing position ( 9 r) (shown in broken lines in Fig. 4), as is the case for the regenerator-burner module in Fig. 3b, then in the outlet housing ( 8 A ) the connection to the regenerator is shut off and the fan sucks off the furnace exhaust gases ( 7 r) via the regenerator ( 3 r) via the reversed control flap ( 9 r) in the inlet housing ( 8 E). This closes the connection to the inlet connector ( 8 e).
Der Vertikalschnitt Fig. 5 zeigt Einzelheiten eines erfindungsgemäßen Re generator-Brenner-Moduls (3) mit dem Eintrittskrümmer (3k), dem Regene rator (3r) und dem Brenner (4), der mit seinem vorderen Brennerkopf (4v) über einen konischen Brennerkopf-Sitz (12) in die Wand des Schmelzofens (1) eingepaßt ist. Das gesamte Regenerator-Brenner-Modul läßt sich als komplette Einheit, nachdem die Verbindung des Anschlußflansches (19) gelöst worden ist, aus dem konischen Brennerkopf-Sitz ausfahren, wobei dies ein Fahrwerk, das auch auf Schienen geführt werden kann, erleichtert. Ebenso läßt sich das Regenerator-Brenner-Modul an einer - hier nicht dar gestellten - Kranbahn hängend von dem Schmelzofen abrücken.The vertical section of Fig. 5 shows details of a Re inventive generator burner module (3) (k 3) to the inlet elbow, the Regene rator (3 r) and the burner (4) (v 4) with its front burner head via a conical burner head seat ( 12 ) is fitted into the wall of the melting furnace ( 1 ). The entire regenerator-burner module can be moved out of the conical burner head seat as a complete unit after the connection of the connecting flange ( 19 ) has been released, this facilitating a chassis that can also be guided on rails. Likewise, the regenerator-burner module can be suspended from the melting furnace on a crane runway - not shown here.
Der Regenerator (3r) ist unterhalb eines Zwischenstückes (3z) vertikal an geordnet und besteht aus keramischen Wabenkörpern (3w), die auf einem Gitterrost (3g) aufgeschichtet sind. Der Teilschnitt VI-VI ist in Fig. 6 dar gestellt und zeigt einen Querschnitt durch die zusammengesetzten Waben körper (3w). Zur gleichmäßigeren Verteilung der Strömung erweist sich als günstig, den Strömungswiderstand der Wabenkörper-Strömungkanäle von den schmelzofenseitigen Kanälen (3s) zu den außenseitigen (3a) zu erhö hen. Dies wird bei gleichartigen Wabenkörpern (3w) dadurch erreicht, daß nach außen hin - also in Richtung der Außenwand des Eintrittskrümmers (3k) und des Zwischen-Krümmers (3z) - zunehmend mehr Wabenkörper aufeinander geschichtet sind und somit die äußere Wabenkörper-Schicht (3a) die längsten Strömungskanäle mit dem größten Strömungswiderstand aufweist. Eine ähnliche Wirkung würde sich auch erzielen lassen bei unge fähr gleicher Schichtlänge der Wabenkörper, wenn zur Außenwand hin die Strömungsquerschnitte der Wabenkörper vermindert würden, was jedoch wegen der ungleichen Wabenkörper zu einem größeren Aufwand führt.The regenerator ( 3 r) is arranged vertically below an intermediate piece ( 3 z) and consists of ceramic honeycomb bodies ( 3 w), which are stacked on a grate ( 3 g). The partial section VI-VI is shown in Fig. 6 and shows a cross section through the composite honeycomb body ( 3 w). For a more uniform distribution of the flow, it proves advantageous to increase the flow resistance of the honeycomb body flow channels from the channels on the furnace side ( 3 s) to the outside channels ( 3 a). This is achieved with the same type of honeycomb body ( 3 w) by the fact that more and more honeycomb bodies are layered on top of each other - i.e. in the direction of the outer wall of the inlet manifold ( 3 k) and the intermediate manifold ( 3 z) - and thus the outer honeycomb body Layer ( 3 a) has the longest flow channels with the greatest flow resistance. A similar effect could also be achieved with approximately the same layer length of the honeycomb bodies if the flow cross sections of the honeycomb bodies were reduced towards the outer wall, but this leads to greater outlay because of the uneven honeycomb bodies.
Im Vergleich zu Regenerator-Ausführungen mit Kugelschüttungen oder an deren gasdurchlässigen Schüttungen, die auch in dem dargestellten Rege nerator-Gehäuse untergebracht werden könnten, sind die Druckverluste der Wabenkörper bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit ca. 1/100 des Druckverlustes einer Kugelschüttung und somit deutlich geringer. Außer dem lagern sich in den größeren Stimmungsquerschnitten der Wabenkörper nur geringfügig Ruß und Verunreinigungen aus den Abgasen an den Ka nalwänden ab, so daß die Wabenkörper-Kanäle kaum verstopfen können. Weiterhin ermöglicht die Ausstattung der Regeneratoren mit Wabenkörpern auch eine schräge oder horizontale Anordnung der Regeneratoren eine solche Anordnung wäre bei einer Bestückung des Regenerators mit einer gasdurchlässigen Schüttung nur mit erheblich größerem Aufwand auszu führen. Alternativ zu dem vertikalen Regenerator unterhalb des Brenners, wie dies die Darstellungen Fig. 5 und 7 zeigen, lassen sich vertikale Rege neratoren mit Wabenkörpern auch oberhalb des Brenners anordnen in Sinngemäß ähnlich kompakter Ausführung.Compared to regenerator designs with ball beds or their gas-permeable beds, which could also be accommodated in the regenerator housing shown, the pressure losses of the honeycomb bodies are approximately 1/100 of the pressure loss of a ball bed at the same flow rate and thus significantly lower. In addition, in the larger mood cross-sections of the honeycomb body only soot and impurities from the exhaust gases are deposited on the channel walls, so that the honeycomb body channels can hardly become blocked. Furthermore, equipping the regenerators with honeycomb bodies also enables an inclined or horizontal arrangement of the regenerators. Such an arrangement would only be carried out with considerably greater effort if the regenerator was equipped with a gas-permeable fill. As an alternative to the vertical regenerator below the burner, as shown in FIGS . 5 and 7, vertical regenerators with honeycomb bodies can also be arranged above the burner in a similarly compact design.
Wird der Regenerator-Eintrittskrümmer (3k) gemäß Fig. 7 mit einem Um lenkgitter (15) ausgerüstet, so können die einzelnen Gitterschaufeln auch schwenkbar ausgeführt werden. Mit quergestellten Gitterschaufeln läßt sich ein Teil des Krümmerquerschnittes absperren, so daß in dem verbleiben den freien Strömungsquerschnitt ein Luftstrahl (15s) einen Teilquerschnitt des Regenerators (3r) bis zur Strahlgrenze (15g) mit erhöhter Geschwin digkeit durchströmt. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit in den Waben körpern reißt Schmutz- und Ruß-Teilchen, die an den Wabenkörper-Wän den anhaften, los und der Blasstrahl befördert die Teilchen zur Nachver brennung zum Brenner (4). Gitterschaufeln in Abblasstellung zeigt Fig. 8 für die Abblasung der schmelzofenseitigen und Fig. 9 für die außenseitigen Wabenkörper. In dieser Ausführung wird nur jeweils das Schaufelheck in Absperrstellung (15a) geschwenkt. Bei einer Schwenkung nur des Schau felhecks kann bei 90°-Umlenkschaufeln eine Gitterkanal-Absperrung mit größeren Schaufelteilungen und so mit weniger Schaufeln erreicht werden.If the regenerator inlet manifold ( 3 k) according to FIG. 7 is equipped with a deflecting grille ( 15 ), the individual grille blades can also be made pivotable. With transverse grid blades, part of the manifold cross-section can be shut off, so that in the remaining free flow cross-section an air jet ( 15 s) flows through a partial cross-section of the regenerator ( 3 r) up to the beam limit ( 15 g) with increased speed. The increased flow velocity in the honeycomb bodies tears dirt and soot particles that adhere to the honeycomb body walls, and the blow jet conveys the particles to the burner for afterburning ( 4 ). Grid blades in the blow-off position are shown in FIG. 8 for the blow-off of the furnace side and FIG. 9 for the outside honeycomb body. In this version, only the rear of the bucket is pivoted into the shut-off position ( 15 a). If only the rear of the blade is swiveled, a lattice channel shut-off with larger blade spacings and thus with fewer blades can be achieved with 90 ° deflecting blades.
Die Regenerator-Ausführung in Fig. 7 hat zusätzlich die Einführung einer Rezirkulations-Abgasleitung (17) im Zwischenstück (3z) zwischen Brenner und Regenerator mit einer Absperrklappe (17a) am Austritt. Diese Ab sperrklappe kann geöffnet werden (gestrichelte Stellung (17r), so daß beim Regenerator-Betrieb zusätzlich Abgas (7r) aus dem Ofen (1) durch die Re- Zirkulations-Abgasleitung (17) in den Regenerator (3r) zu saugen ist. Dies ermöglicht, einen größeren Abgasstrom (7r) durch den Regenerator (3r) durchzusetzen und so die Aufheizzeit entsprechend zu verkürzen. Die Ab sperrklappe in Fig. 7 ist eine Sonderausführung mit einer Doppelplatte, die in geöffneter Stellung (17r) mit den Wänden des Austrittskanals einen Dreifach-Diffusor bildet, so daß sich der Diffusor-Austrittsstrahl über den Regenerator-Eintritt ausbreitet und somit die Wabenkörper (3w) des Re generators (3r) weitgehend gleichmäßig durchströmt werden. The regenerator embodiment in Fig. 7 also has the introduction of a recirculation exhaust pipe ( 17 ) in the intermediate piece ( 3 z) between the burner and regenerator with a shut-off valve ( 17 a) at the outlet. From this shut-off valve can be opened (dashed position ( 17 r), so that additional exhaust gas ( 7 r) from the furnace ( 1 ) through the recirculation exhaust pipe ( 17 ) into the regenerator ( 3 r) during regenerator operation This enables a larger exhaust gas flow ( 7 r) to pass through the regenerator ( 3 r) and thus shorten the heating-up time accordingly. The shut-off valve in FIG. 7 is a special design with a double plate which is in the open position ( 17 r ) forms a triple diffuser with the walls of the outlet channel, so that the diffuser outlet jet spreads through the regenerator inlet and thus the honeycomb body ( 3 w) of the re generator ( 3 r) is largely evenly flowed through.
Diese Rezirkulations-Abgasleitung (17) kann jedoch auch - mit Vorzug teil weise - geöffnet werden beim Brenner-Betrieb, um durch diese externe Ab gasrezirkulation eine NOx-Minderung zu erzielen. Mit Vorteil wird hierbei die Absperrklappe nicht in die vollständig geöffnete Stellung (17r) ge bracht, sondern schräg geöffnet eingestellt, so daß Abgas (7r) aus der Re- Zirkulations-Abgasleitung (17) und Verbrennungsluft (7) in dem Zwischen gehäuse (3z) ungefähr gleichgerichtet auf den Brenner (4) zuströmen. Bei dieser Art der Rezirkulation während des Brenner-Betriebes kann der zu sätzliche Einbau eines Ventilators in der Rezirkulations-Abgasleitung (17) erforderlich werden.This recirculation flue gas pipe ( 17 ) can, however, also be opened - preferably in part - during burner operation in order to achieve a NO x reduction through this external gas recirculation. Advantageously, the butterfly valve is not brought into the fully open position ( 17 r), but is set at an angle so that exhaust gas ( 7 r) from the recirculation exhaust pipe ( 17 ) and combustion air ( 7 ) in the intermediate housing ( 3 z) flow approximately rectified to the burner ( 4 ). With this type of recirculation during burner operation, the additional installation of a fan in the recirculation exhaust gas line ( 17 ) may be necessary.
Im Gegensatz zu dem konischen Brenner-Kopfsitz (12) in der Wand des Schmelzofens (1), wie Fig. 5 zeigt, hat in Fig. 7 bzw. 7a der Brenner-Kopf-Sitz (12) die Form einer Kugelring-Kalotte. Der Mittelpunkt (K) des Kugel ringes liegt auf einer vertikalen Achse A-A, die durch den Mittelpunkt des Anschlußflansches (19) geht, so daß nach Lösen der Flanschbefestigung das gesamte Regenerator-Brenner-Modul (3) um die Achse A-A in der Ku gelring-Kalotte (12) geschwenkt werden kann, ohne daß die Abdichtung am Brennerkopf gemindert wird.In contrast to the conical burner head seat ( 12 ) in the wall of the melting furnace ( 1 ), as shown in FIG. 5, the burner head seat ( 12 ) has the shape of a spherical ring dome in FIGS. 7 and 7a. The center (K) of the ball ring lies on a vertical axis AA, which goes through the center of the connecting flange ( 19 ), so that after loosening the flange mounting the entire regenerator-burner module ( 3 ) around the AA axis in the Ku gel ring -Calotte ( 12 ) can be pivoted without the seal on the burner head being reduced.
Fig. 5 und Fig. 7 zeigen eine erfindungsgemäße Regenerator-Brenner-Modul-Ausführung mit einem Gasbrenner (4), dessen Querschnitt (Schnitt X-X in Fig. 5) die Fig. 10 im Brenner-Betrieb und die Fig. 11 im Regenera tor-Betrieb darstellen. Der Gasbrenner ist zweiteilig und besteht aus dem vorderen Brenner-Gehäusekopf (4v) und dem hinteren Brenner-Gehäuse (4h). In dieses zweigeteilte Brenner-Gehäuse ist der gleichfalls zweige teilte innere Brenner-Einsatz (4i) aus besonders hitzebeständigem - meist keramischem - Werkstoff mit der Gasdüse (4g) aus warmfestem Metall ein gepaßt (vgl. Fig. 5). Die Gasdüse (4g) hat am Außenumfang Distanzstege, so daß zwischen dem Brennersitz im inneren Brenner-Einsatz (4i) und der Gasdüse (4g) eine Kühl-Ringkammer (4k) den Durchsatz von Kühlfluid (6), z. B. Kühlluft oder als weitgehend inertes Gas auf ca. 120° abgekühltes Abgas, ermöglicht (vgl. Fig. 10 mit Schnitt X-X aus Fig. 5). Hierzu kann z. B. jeweils hinter einem Regenerator ca. 10% des heruntergekühlten Ab gasstromes beim Regenerator-Betrieb entnommen und in einem Wärmetau scher mit Wasser oder Luft weiter heruntergekühlt werden. Dieser so auf ca. 120 °C abgekühlte Teil-Abgasstrom wird dann dem Regenerator-Bren ner, der im Brenner-Betrieb ist, als Kühlfluid (6) zugeführt. Das Kühlfluid (6) wird seitlich durch mehrere - in dem Ausführungsbeispiel durch vier - radiale Rohrleitungen in den Stegen (4s) des inneren Brenner-Einsatzes (4i) der Kühl-Ringkammer (4k) zugeführt. In diesen radialen Rohrleitungen befinden sich auch - mit kleinerem Durchmesser - die Zuleitungen zur Gas düse (4g) des Brenners für das Brenngas (5). Für die Verbrennungsluft (7) enthält der innere Brenner-Einsatz (4i) vier Kanäle (4L). Zur Vergrößerung der Strömungsquerschnitte kann auf eine äußere Wand (4A) der Kanäle (4L) zu den Brennergehäusen (4v) und (4h) verzichtet werden, so daß bei einer derartigen Ausführung der innere Brenner-Einsatz (4i) aus vier Ste gen (4s) für die Zuleitungen des Brenngases (5) und des Kühlfluids (6) besteht mit einem Sitz in der Innenbohrung der Brennergehäuse (4v) und (4h). Fig. 5 and Fig. 7 show a regenerator-burner module embodiment according to the invention with a gas burner ( 4 ), the cross section (section XX in Fig. 5), Fig. 10 in burner operation and Fig. 11 in the regenerator gate Operation. The gas burner consists of two parts and consists of the front burner housing head ( 4 v) and the rear burner housing ( 4 h). In this two-part burner housing, the likewise two-part inner burner insert ( 4 i) made of particularly heat-resistant - mostly ceramic - material with the gas nozzle ( 4 g) made of heat-resistant metal is fitted (see. Fig. 5). The gas nozzle ( 4 g) has spacer webs on the outer circumference, so that between the burner seat in the inner burner insert ( 4 i) and the gas nozzle ( 4 g) a cooling annular chamber ( 4 k) the throughput of cooling fluid ( 6 ), for. B. cooling air or as a largely inert gas to about 120 ° cooled exhaust gas, (see FIG. 10 with section XX of FIG. 5). For this, e.g. B. each behind a regenerator, about 10% of the cooled down gas stream from regenerator operation and sheared in a heat exchanger with water or air. This so cooled to about 120 ° C partial exhaust gas stream is then fed to the regenerator burner, which is in burner operation, as cooling fluid ( 6 ). The cooling fluid ( 6 ) is fed laterally through several - in the exemplary embodiment through four - radial pipelines in the webs ( 4 s) of the inner burner insert ( 4 i) of the cooling annular chamber ( 4 k). In these radial pipes there are also - with a smaller diameter - the feed lines to the gas nozzle ( 4 g) of the burner for the fuel gas ( 5 ). The internal burner insert ( 4 i) contains four channels ( 4 L) for the combustion air ( 7 ). To increase the flow cross sections, an outer wall ( 4 A) of the channels ( 4 L) to the burner housings ( 4 v) and ( 4 h) can be dispensed with, so that the inner burner insert ( 4 i) is made of such a design four webs ( 4 s) for the feed lines of the fuel gas ( 5 ) and the cooling fluid ( 6 ) with a seat in the inner bore of the burner housing ( 4 v) and ( 4 h).
Die seitliche Einführung von Brennstoff und Kühlgas und die weitgehend geteilte Ausführung der Bauelemente des Brennergehäuses ermöglicht einen verhältnismäßig einfachen Austausch der Verschleißteile und stört nicht die Strömungsführung im Zustrom zum Brenner, wie dies bei bekann ten Ausführungen mit axialer Zuleitung von Brenn- und Kühlgas eintritt. Wie Fig. 10 zeigt, wird das Brenngas (5) über Gasverteiler- und Zulei tungsrohre (14) in die vier radialen Brenngasrohre in den Gasbrenner (4g) eingeführt.The lateral introduction of fuel and cooling gas and the largely divided design of the components of the burner housing enables a relatively simple replacement of the wearing parts and does not interfere with the flow in the inflow to the burner, as occurs in known versions with axial supply of fuel and cooling gas. As shown in Fig. 10, the fuel gas ( 5 ) via gas distribution and supply pipes ( 14 ) is introduced into the four radial fuel gas pipes in the gas burner ( 4 g).
Fig. 11 stellt den abgestellten Gasbrenner beim Regenerator-Betrieb dar. Bei abgestelltem Brenngas wird nach Umsteuerung des Ventilator-Systems aus dem Schmelzofen (1) heißes Abgas (7r) in umgekehrter Strömungs richtung durch die Verbrennungsluft-Kanäle (4L) des Brenner-Einsatzes (4i) zur Aufheizung des Regenerators (3r) gesaugt, wie dies auch die ge strichelten Strömungspfeile in Fig. 5 und Fig. 7 zeigen. Fig. 11 shows the gas burner turned off during regenerator operation. When the fuel gas is turned off, after reversing the fan system from the furnace ( 1 ), hot exhaust gas ( 7 r) is turned in the opposite direction of flow through the combustion air channels ( 4 L) of the burner -Insert ( 4 i) for heating the regenerator ( 3 r) sucked, as the ge dashed flow arrows in Fig. 5 and Fig. 7 show.
Das erfindungsgemäße Kompakt-Regenerator-Brennermodul kann mit Va rianten ausgeführt werden. So ist an Stelle des Eintrittskrümmers (3k) zum Regenerator (3r) ein Zustrom direkt in Richtung der Regenerator-Achse über einen Kurzdiffusor möglich. Entsprechend braucht auch das Zwi schengehäuse (3z) zwischen Regenerator (3r) und Brenner (4) kein Krüm mer zu sein, sondern es kann bei entsprechender Anordnung des Regene rator-Brenner-Moduls auch ein gerades Zwischenstück vorgesehen sein.The compact regenerator burner module according to the invention can be designed with variants. Instead of the intake manifold ( 3 k) to the regenerator ( 3 r), an inflow directly in the direction of the regenerator axis is possible via a short diffuser. Accordingly, the intermediate housing ( 3 z) between the regenerator ( 3 r) and the burner ( 4 ) need not be a manifold, but it can also be provided with a corresponding arrangement of the regenerator burner module, a straight intermediate piece.
Zwar sind die Ausführungsbeispiele für einen runden Schmelzofen mit Kompakt-Regenerator-Brenner-Modulen, die mit Brenngas betrieben wer den, dargestellt. Doch lassen sich die erfindungsgemäßen Kompakt-Rege nerator-Brenner-Module, ggf. mit dem reversierbaren Ventilator-System auch für andere Industrieofen-Bauformen einsetzen. Ebenso kann z. B. die Anordnung der Regenerator-Brenner-Module für Brenner-Betrieb auf einer Ofenseite und für Regenerator-Betrieb auf der anderen Seite mit seiten weisem Wechsel der Betriebsart für manche Bedarfsfälle sinnvoll sein. Auch können die Kompakt-Regenerator-Brenner-Module statt mit Gasbren ner mit für Flüssig-Brennstoffen geeigneten Brennern entsprechend ausge rüstet sein.The exemplary embodiments for a round melting furnace are included Compact regenerator burner modules that run on fuel gas the, shown. However, the compact rain according to the invention nerator burner modules, possibly with the reversible fan system can also be used for other industrial furnace designs. Likewise, e.g. B. the Arrangement of the regenerator burner modules for burner operation on one Oven side and for regenerator operation on the other side wise change of operating mode may be useful for some needs. The compact regenerator burner modules can also be used instead of gas burners ner with burners suitable for liquid fuels accordingly be prepared.
Die z. B. in Fig. 1 schematisch dargestellten separaten Ventilatoren, näm lich der Brennluft-Ventilator (8) und der Abgas-Ventilator (8r), können als Einheit auch als Zweistrom-Ventilator zusammengefaßt werden, der mit einer gemeinsamen Rotorwelle arbeitet, mit Verbrennungsluftströmung (7) in der einen Richtung und Abgasströmung (7r) in der anderen Richtung.The z. B. schematically shown in Fig. 1 separate fans, naem Lich the combustion air fan ( 8 ) and the exhaust gas fan ( 8 r), can be summarized as a unit as a two-flow fan, which works with a common rotor shaft, with combustion air flow ( 7 ) in one direction and exhaust gas flow ( 7 r) in the other direction.
BezugszeichenlisteReference list
1 Schmelzofen
2 Schmelze
3 Regenerator-Brenner-Modul
3a Regenerator-Wabenkörper an der äußeren Regenerator-Wand
3g Gitterrost
3k Regenerator-Eintrittskrümmer
3r Regenerator
3s Regenerator-Wabenkörper an der schmelzofenseitigen Regenerator-Wand
3w Regenerator-Wabenkörper
3z Regenerator-Zwischengehäuse
4 Brenner
4A Luftkanal-Außenwand
4L Kanal für Verbrennungsluft und Regenerator-Abgasstrom
4d Dichtring am Brennerkopf
4f Brennerflamme
4g Gasdüse des Brenners
4h hinteres Brenner-Gehäuse
4i innerer Brenner-Einsatz
4k Kühlluft-Ringkammer
4m Düsen-Mischkammer
4s Brenner-Gehäusesteg
4v vorderer Brenner-Gehäusekopf
5 Brennstoff
6 Brenner-Kühlfluid
7 Verbrennungsluft
7r Regenerator-Abgasstrom
7t Teil-Abgasstrom zur Rezirkulation in den Verbrennungs-Luftstrom
8 Ventilator
8A Ventilator-Austrittsgehäuse
8E Ventilator-Eintrittsgehäuse
8e Ventilator-Ansaugstutzen
8r Abgas-Ventilator
8s Ventilator-Saugöffnung
8G Abgas-Beschaufelung des Zweistrom-Ventilators
8L Verbrennungsluft-Beschaufelung des Zweistrom-Ventilators
8V Vorstufe
8Z Zweistrom-Ventilator-Rotor
9 Umsteuerklappe
9r Umsteuerklappe in Reversier-Stellung
11 Umsteuerventil geschlossen
11r Umsteuerventil geöffnet für Regenerator-Abgasstrom
11v Umsteuerventil geöffnet für Verbrennungsluft
12 konischer oder kugelring-kalottenförmiger Brennerkopf-Sitz
12b Kugelring-Kalotte am Brennerkopf
12d Dichtring im Brennersitz des Schmelzofen-Gehäuses
12g Brennersitz im Schmelzofen-Gehäuse
13 Befestigungssystem
14 Gasverteiler- und Zuleitungsrohre
15 Umlenkschaufelgitter im Regenerator-Krümmer
15a schwenkbare Schaufelheckteile des Umlenkgitter in Absperrstellung
15s Spülstrom durch den offenen Teil des Umlenkgitters zu den Wabenkörpern des Regenerators
15g Spülstrom-Grenze
16 Fahrwerk zum Abrücken des Regenerator-Brenners vom Schmelzofen
17 Rezirkulations-Abgasleitung
17a Absperrklappe in der Rezirkulations-Abgasleitung in Absperrstellung
17r Absperrklappe in der Rezirkulations-Abgasleitung geöffnet
18 Abgasleitung
18a Abgasventil
18r Abgasrückführventil
18v Bypassventil
18f Bypass bzw. Fuchs
19 Anschlußflansch der Regenerator-Rohrleitung
A Schwenkachse des Regenerator-Brenners
K Kalotten-Mittelpunkt des kugelringförmigen Brennerkopf-Sitzes
M Antriebsmotor
T Temperaturmeßstellen
Ts Schmelzbad-Temperaturmeßstellen zur Temperaturerfassung
z. B. in vier Schmelzbad-Sektoren 1 melting furnace
2 melt
3 regenerator burner module
3 a regenerator honeycomb body on the outer regenerator wall
3 g grate
3 k regenerator intake manifold
3 r regenerator
3 s regenerator honeycomb body on the furnace wall on the furnace side
3 w regenerator honeycomb body
3 z regenerator intermediate housing
4 burners
4 A air duct outer wall
4 L channel for combustion air and regenerator exhaust gas flow
4 d sealing ring on the burner head
4 f burner flame
4 g gas nozzle of the burner
4 h rear burner housing
4 i inner burner insert
4 k cooling air ring chamber
4 m nozzle mixing chamber
4 s burner housing bridge
4 v front burner housing head
5 fuel
6 burner cooling fluid
7 combustion air
7 r regenerator exhaust gas flow
7 t partial exhaust gas flow for recirculation into the combustion air flow
8 fan
8 A fan outlet housing
8 E fan inlet housing
8 e Fan intake manifold
8 r exhaust fan
8 s fan suction opening
8 G exhaust gas blading of the two-flow fan
8 L combustion air blading of the two-flow fan
8 V pre-stage
8 Z two-flow fan rotor
9 reversing flap
9 r reversing flap in reversing position
11 Reversing valve closed
11 r Reversing valve open for regenerator exhaust gas flow
11 v Reversing valve open for combustion air
12 conical or spherical dome-shaped burner head seat
12 b spherical cap on the burner head
12 d sealing ring in the burner seat of the furnace housing
12 g burner seat in the furnace housing
13 fastening system
14 gas distribution and supply pipes
15 deflection vane grilles in the regenerator manifold
15 a swiveling bucket rear parts of the deflection grid in the shut-off position
15 s flushing current through the open part of the deflection grille to the honeycomb bodies of the regenerator
15 g purge current limit
16 trolley for moving the regenerator burner away from the melting furnace
17 Recirculation exhaust pipe
17 a Butterfly valve in the recirculation exhaust pipe in the shut-off position
17 r Butterfly valve in the recirculation flue gas pipe open
18 Exhaust pipe
18 a exhaust valve
18 r Exhaust gas recirculation valve
18 v bypass valve
18 f bypass or fox
19 Connection flange of the regenerator pipeline
A pivot axis of the regenerator burner
K Calotte center of the spherical torch head seat
M drive motor
T temperature measuring points
Ts melt temperature measuring points for temperature detection z. B. in four melt pool sectors
Claims (13)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19708550A DE19708550A1 (en) | 1996-03-19 | 1997-03-04 | Process for heating a fuel-heated industrial furnace and regenerator-burner module system therefor |
EP97104043A EP0797063A3 (en) | 1996-03-19 | 1997-03-11 | Process and modular system to heat an industrial furnace with regenerator burners |
NO971255A NO971255L (en) | 1996-03-19 | 1997-03-18 | Method of heating a fuel-fed industrial furnace and associated modular system for regenerator and burner |
US08/820,168 US5876197A (en) | 1996-03-04 | 1997-03-19 | Method for heating a fuel-fired industrial furnace and regenerator/burner system therefor |
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DE19708550A DE19708550A1 (en) | 1996-03-19 | 1997-03-04 | Process for heating a fuel-heated industrial furnace and regenerator-burner module system therefor |
Publications (1)
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DE19708550A Withdrawn DE19708550A1 (en) | 1996-03-04 | 1997-03-04 | Process for heating a fuel-heated industrial furnace and regenerator-burner module system therefor |
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DE (1) | DE19708550A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200326070A1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | Hertwich Engineering Gmbh | Method for the continuous firing of combustion chambers with at least three regenerative burners |
-
1997
- 1997-03-04 DE DE19708550A patent/DE19708550A1/en not_active Withdrawn
- 1997-03-18 JP JP8437697A patent/JPH1026483A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20200326070A1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-10-15 | Hertwich Engineering Gmbh | Method for the continuous firing of combustion chambers with at least three regenerative burners |
US11585531B2 (en) * | 2019-04-11 | 2023-02-21 | Hertwich Engineering Gmbh | Method for the continuous firing of combustion chambers with at least three regenerative burners |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1026483A (en) | 1998-01-27 |
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |