DE2040724A1 - Duese fuer Brenner oder Sauerstoffblaslanzen - Google Patents

Description

MESSER GRIESHEIM GMBH MG 559

Kennwortι Wendel-Ringspalt-Düse
Erfinder« P. Pfeifer

Düse für Brenner oder Sauerstoffblaslanzen

Die Erfindung betrifft eine Düse für Brenner für feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe bzw. für Sauerstoffblaslanaen. Düsen für diesen Zweck werden im wesentlichen gebildet von einem zentralen, der Durchführung des Verbrennungssauerstoffes dienenden Rohr« daß entweder - bei Sauerstoffblaslanzen - von zwei miteinander verbundenen Kühlwasserringkanälen umgeben oder in dem - bei Brennernein Brennstoffrohr gehalten ist. Die wesentlichen Probleme sowohl bei Blaslanzen als auch bei derartigen, dem Aufschmelzen von Metallschrott dienenden Brennern sind einerseits die Erzielung einer ausreichenden Brenn- bzw. Strömungskegelauf Weitung vor dem Düsenkopf sowie die spritzerfreie Durchdringung der sich auf dem Metallbad bildenden Schlackendecke. Zur Erreichung dieser Ziele ist es bekannt, dem Sauerstoffstrom im Durchführungsrohr einen Drall zu verleihen, der nach.bekannten Lösungen mit Hilfe einer tangentialen Einführung des Sauerstoffstromes oder mit Hilfe einer im hinteren Teil des Rohree angeordneten, sich über den gesamten Kanalquerachnitt erstreckenden Schraubenwendel erzeugt werden kann. Diese bekannten Lösungen vermögen in der Praxis nicht voll zubefriedigen, die tangentiale Einführung sowohl aus konstruktiven als auch funktioneilen, die bekannten Ausführungen mit Schraubenwendel vorwiegend aus funktioneilen

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Gründen. Nachteilig ist insbesondere, daß der Strömungekegel in Bezug auf seine Aufweitung nach Verlassen des Düeenkopfes sowie die Erzielung einer metal lspritzerfrei en Schlackenverdrängung nur schwer zu beherrschen ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Düse für Brenner bzw. Sauerstoffblaslanzen» die einen ausreichend aufgeweiteten Strömungskegel sowie eine metallspritzerfreie Verdrängung der Schlacke gewährleistet.

Sie Erfindung besteht darin, daß das Gas im Rohr in zwei zueinander konzentrischen Zonen geführt wird, wobei das Gas in der inneren Zone mit hoher Winkelgeschwindigkeit und in der äußeren Ringzone mit niedrigerer Winkelgeschwindigkeit geführt wird.

Die Führung des Gases in einer inneren Zone hoher Winkelgeschwindigkeit und einer äußeren Zone mit nahezu geradliniger Gasströmung ermöglicht es, dem Gas der Kernzone eine sehr hohe Winkelgeschwindigkeit zu erteilen. Hierdurch wird bei Auf treffen auf ein Metallechlackenbad ein Aufreissen der Schlackendecke gewährleistet» die unter der Wirkung des linear strömenden Hüllstromes metallspritzerfrei weiter radial nach außen verdrängt wird· Darüber hinaus wird unter der Fliehkraftwirkung des Gases der Kernzone in Rohrwandnähe unter entsprechender Gasverdichtung ein Radialdruck erzeugt, der den Gasstrom nach Verlassen des Brennerkopfes kegelförmig aufweitet· Außerdem entsteht in der Kernzone ein Unterdruckgebiet, daß unter Atmosphärendruck liegen kann. Dieses hat zur Folge, daß ein Brennstoff, der mit niedriger Austrittsgeschwindigkeit in dieses Unterdruckgebiet gelangt» sofort intensiv mit dem Gas vermischt wird. Speziell bei flüssigen Brennstoffen können wegen der niedrigen Geschwindigkeit große Bohrungen verwendet werden, die unempfindlich gegen Verstopfungen sind.

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Weiterhin werden bei Verwendung der Düse in Brennern, die der Verbrennung gasförmiger bzw. flüssiger Brennstoffe mit reinem Sauerstoff oder mit sauerstoffangereicherter Luft dienen, eine genauere Einhaltung derfestgelegten Energiedichte sowie eine gleichmäßigere Energieverteilung erzielt»

Zur Erreichung der Gasströmungszonen ist in dem Gasrohr zweckmäßig eine - an sich bekannte - Wendel vorgesehen, die sich erfindungsgemäß bis an den Bereich des Düsenmundas erstreckt und einen den Innendurchmesser des Gasführungsrohres unterschreitenden Durchmesser besitzt, so daß ein Ringspalt zwischen dem Geβführungsrohr und dem gedachten der Wendel umschriebenen Zylinder gebildet wird. Die Wendel kann hierbei an einer Stange oder an einem sie durchragenden Rohr gehalten sein, das - bei Verwendung als Brenner - der Zuführung gasförmiger, flüssiger oder fester Brennstoffe oder - bei Verwendung in einer Sauerstoffblaslanze - der Zuführung von Zuschlagstoffen dienen kann. Das Brennstoff- bzw. Hilfsstoffrohr ist hierbei vorteilhaft bei Verwendung als Brennerdüse mit einem Schraubengang versehen, der mithilft, die Flüssigkeit aufzureißen und zu zerstäuben. Insbesondere bei Verwendung als Sauerstoffblaslanze ist das Gasrohr in bekannter Weise von zwei miteinander verbundenen Ringkanälen zur Zu- bzw. Abführung von Kühlwasser umgeben. Versuche mit einer Düse gemäß der Erfindung haben zudem ergeben, daß sie einen großen Regelbereich ohne Abreißen der Flamme besitzt. Beispielsweise konnte eine Düse, die für einen Vordruck von 6 atü mit 3 Gcal/h Leitung ausgelegt war, stabil von 1,5 bis 7 Gcal/h bei veränderten Vordrücken gefahren werden.

Die Erfindurg ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

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Pig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Düse

Fig. 2 ein StrÖmungsb lld des aus der Düse gemäß Fig. 1 austretenden Gasstromes.

In der Zeichnung ist mit 1 das der Führung von Gas, d.h. Sauerstoff, Luft, Pressluft oder sauerstoffangereicherter Luft, dienende Gasrohr bezeichnet, in dem zur Erzielung einer schraubenförmigen Bewegung des Gasstromes eine Wendel 2 gehalten ist. Die Wendel 2 erstreckt sich erfindungsgemäß bis in den Bereich des Düsenkopfes 3 und besitzt eine den Innendurchmesser 4 dea Gaszuführungsrohres 1 unterschreitenden Durchmesser, sodaß ein Ringspalt 5 zwischen Gasrohr 1 und dem gedachten, der Wendel 2 umschriebenen Zylinder 6 gebildet ist. Die Wendel ist im Beispielsfalle an einem sie durchragenden Rohr 7 gehalten, das der Zuführung gasförmiger, flüssiger oder fester Brennstoffe, Zuschlagstoffe oder dgl. dienen kann. Es kann an seiner Innenfläche θ mit einen Gewinde oder ebenfalls einer Wendel versehen sein, die bei Zuführung gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe dem Brennstoff einen Drall erteilt, oder zu reiner Zerstäubung beiträgt. Das Zuführungsrohr 1 ist von swei Rohren und 10 umgeben, die zwei im Bereich des Düsenkopfee miteinander verbundene Ringkanäle zur Zu- und Abführung von Kühlwasser einschliessen. In den Ringkanälen können ebenfalls Zeit- oder Wendelbleche angeordnet sein. Bei Durchführung von Gas durch das Rohr 1 werden im Rohr zwei konzentrisch zueinanderliegende Strömungszonen erzeugt, und zwar eine innere ia Bereich 11 der Wendel liegende und eine äußere im Bereich des Pingepaltes 5 liegende Zone. Dem die innere Zone 11 durchströmenden Gas wird hierdurch eine der Steigung der Wendel umgekehrt proportional erhöhte Winkelgeschwindigkeit gegenüber dem die Zone 5

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durchströmenden Gas erteilt, das geradlinig oder nahezu geradlinig das Rohr duroh3trömt_t Zur weitgehenden Erhaltung der geradlinigen Strömung in der Außenzone kann die Innenfläche des Rohres 1 mit Riefen, Leitblechen od. dergl. versehen sein.

Infolge der Verdrallung des Gases wird im Rohr ein Radialdruck und hieruas folgend im Rohraußerbereich eine erhöhte Gasdichte erzielt. Infolge des Radialdruckes ergibt sich auch der in Pig. 2 schematisch dargestellte Strömungskegel, der sich infolge der hohen Winkelgeschwindigkeit der Kernzone stark aufweiteet, ohne unkontrolliert auseinanderzustreben. Bei Auftreffen auf der Badoberfläche 12 wird die Schlackendecke unter der Wirkung der Drallzone 15 aufgerissen und die Schlacke von dem Gas der äußeren Zone 14 mit niedrigerer Winkelgeschwindigkeit weiter radial nach außen verdrängt.

Hierbei gewährleistet die hohe Strömungsgeschwindigkeit einerseits eine große schlackenfreie Auftrefffläche und andererseits ein nahezu spritzerfreies Eindringen des Gasstrahles.

Die erfindungsgemäße Düse kann außerdem so ausgebildet werden, daß in den beiden konzentrischen Zonen verschiedene Gase geführt werden, z.B. Heißdampf, Pressluft, Inertgase oder Brenngase verschiedener Zusammensetzung.

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Claims (5)

1. Patentansprüche ι

   Düse für Brenner für fee te, flüssige und gasförmige Brennstoffe bzw. für Sauerstoff-Blaslanzen mit einem zentralen Kanal, durch den las Gas, beispielsweise Sauerstoff, in schraubenförmiger Bewegung zum Düöonmund geführt wird, dadurch gekannzeichnet, daß das Gas in zwei zueinander konzentrischen Zonen (5|11) durch den Kanal geführt wird, wobei das Gas in der inneren Zone (11) mit hoher Winkelgeschwindigkeit und in der äußeren Zone (5) mit niedriger Winkelgeschwindigkeit geführt wird.
2. 2. Düse nach Anspruch 1, bei der als Mittel zur Erzielung der schraubenförmigen Bewegung des Gasstromes eine Wendel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eich die Wendel (2) bis in den Bereich des Düsenkopfes (3) erstreckt und einen den Innendurchmesser des Gasführungsrohres (1) unterschreitenden, Durchmesser besitzt, so daß ein Ringspalt (5) zwischen dem Gasrohr (1) und dem gedachten, der Wendel (2) umschriebenen Zylinder (6) gebildet ist.
3. 3. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Gasrohres (1) mit achsparallelen Riefen« Leitblechen od. dgl. versehen ist*
4. 4» Düse nach Anspruch 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (2) an einer Stange gehalten ist.
5. 5. Düse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (2) an einem aie durchragenden Rohr (7) gehalten ist, das der Zuführung gasförmiger, flüssiger oder fester Brennstoffe, Zuschlagstoffe od. dgl. dient.

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   6« Düse nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Brennerdüse in dem brennstoffführenden Innenrohr (7) ein Gewinde eingeschnitten ist.

   7·-Düse nach einen der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung als Sauerstoff-Blaslanze das Gasrohr (1) von zwei Rohren (9,10) umgeben ist, die miteinander verbundene Ringkanäle zur Zu- bzw. Abführung von Kühlwasser einschließen.

   3. August 1970
   Ba/Vo

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