DE2043808A1

DE2043808A1 - Brennvorrichtung fur Heizgas

Info

Publication number: DE2043808A1
Application number: DE19702043808
Authority: DE
Inventors: Leonard Percy Wokingham Berkshire Kear Robert William Farnham Surrey Bagge, (Großbritannien)
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1969-09-05
Filing date: 1970-09-03
Publication date: 1971-03-11
Also published as: BE755352A; SE362487B; FR2060894A5; DE2043808C2; NL7013039A; US3663153A; GB1273364A

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennvorrichtung zum Betrieb mit Heizgas,z.B. L'PG-Chs., mit einer rotationasymmetrischen, am strpmabwärtsgelegenen Ende offenen Brennkammer und mit einem koaxialen Brenner, dessen Zuführungen für Gas und Verbrennungsluft in die Brennkammer am stromaufwärts gelegenen Ende münden.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Brennvorrichtung, welche für eine industrielle Verwendung z.B. in Stahlwerken ausgebildet ist und an einem Industrieofen installiert werden kann. Ein typischen Anwendungsgebiet sind die metallurgischen öfen, beispielsweise die Kupolöfen. >

Bei bekannten Brennvorrichtungen der eingangs genannten Art sind Vorkehrungen getroffen, die eine stabile Verbrennungsbedingung über einen gewissen Betriebobereich sicherstellen. Die Vorkehrungen umfassen die Erzeugung von stabilisierenden Wirbeln durch die bzw. in den heißen Verbrennungsgasen, welche auf verschiedene Weise mittels einer besonderen Ausbildung der Stirnfläche der Brennerdüse des Gerätes und/oder mittels einer speziell angepaßten Plammenkammer oder Brennkammer erzielt werden.

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Ein besonderes Problem solcher an Industrieöfen installierter Brennvorrichtungen ist die richtige Aufteilung und Verteilung des Oxydiemittels und die innige und abgestufte Mischung mit dem Gas,so daß eine bestimmte Strömung des Gases sichergestellt ist und damit optimale Verbrennungsbedingungen erzielt sind.

Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennvorrielitung zu schaffen, welche in einem großen Betriebsbereich eine stabile und vollständige Verbrennung sicherstellt.

Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs . genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich eine ringförmige Zuführung für Primärlift und/gas in den Boden e_".... ::· Flammenkammer öffnet, welche mit der Brennkammer in Verbin-■ dung steht und von einer ringförmigen Zuführung für Sekundärluft umgeben ist, und daß eine die Verbrennungsluft in zwei vorbeatimmte Anteile von Primär- und Sekundärluft aufteilende Vorrichtung sowie eine die Geschwindigkeit des Sekundärluftstromes relativ zur Geschwindigkeit des Primärluftstromes herabsetzende Vorrichtung vorgesehen ist.

Vorzugsweise stammt die Verbrennungsluft au3 einer einzigen Quelle und ist mittels einer Vorrichtung aufteilbar, welche eine in einem Kanal für die Sekundärluft angeordnete, ψ ggfs. verstellbare Prallplatte umfaßt. Zum Herabsetzen der Geschwindigkeit des Sekundärluftstromes kann eine ringförmige Expansionskammer im Kanal für die Sekundärluft stromabwärts" hinter der Prallplatte vorgesehen sein.

Bei einer speziellen Ausbildungsform kann die stromabwärts weisende Fläche der Prallplatte, welche sich, im wesentlichen rechtwinklig zur Achse des Kanals für die Sekundärluft erstreckt, eine Begrenzungswand der Expansionskammer bilden.

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Auch können Mittel, welche die gleichmäßige Verteilung des Sekundärluftstromes fördern, vorgesehen sein. Dazu ist beispielsweise eine gelochte Verteilerplatte geeignet, die innerhalb der ringförmigen Expansionskammer angeordnet ist und sich im wesentlichen rechtwinklig zur Achse der Expansions— kammer erstreckt.

Bei einer vorteilhaften YJeiterbildung der Erfindung umfaßt die Zuführung für Primärluft und GUs einen ringförmigen Kanal für die Zufuhr der Primärluft, welche von einem ringförmigen Kanal für die Zufuhr des Gases umgeben ist. Beide Kanäle haben am stromabwärts gelegenen Ende die Gestalt eines sich zum Auslaß der Kanäle hin erweiternden Kegels. Der Durchlaß des Kanäles für die Primärluft kann durch'axiale Verschiebung eines zentralen Hohlkörpers veränderbar sein, dessen stromabwärts gelegener Endabschnitt kegelförmig gestaltet ist und die innere Seitenwand des Kanals für die Primärluft bildet.

Um das Flammenbild bzw. die Gestalt der Flamme während des Betriebes in gewünschter Weise einstellen zu können, kann der Boden der Flammenkammer axial versie. !bar sein. Eine stabile Verbrennung wird gefördert, wenn die Brennkammer stromabwärts hinter der Flammenkammer und in einigem Abstand vor ihrem stromabwärts gelegenen Ende eine Mischstelle aufweist, die als örtliche Einschnürung der Brennkammer ausgebildet ist.

Die Erfindung ist mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

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Es zeigen:

Figur 1 einen vereinfacht dargestellten Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Brennvorrichtung nach der Erfindung,

Figur 2 einen vereinfacht dargestellten Längsschnitt durch einen Teil einer alternativen Ausfuhrungsform.

Die in Figur 1 gezeigte Brennvorrichtung umfaßt eine Brennkammer 1 und einen Brenner 2. Am Brenner 2 ist eine Flammenkammer 3 vorgesehen, welche an ihrem offenen, stromabwärts gelegenen Ende mit der Brennkammer 2.in Verbindung steht. Der Boden.der Flammenkammer 3 umfaßt eine ringförmige Öffnung bzw. einen ringförmigen Auslaß 4 einer Gon-Zuführung, welcher einen ringförmigen Auslaß 5 für Primärluft umgibt. Der -Auslaß und der Luft-Auslaß sind jeweils am stromabwärts gelegenen Ende eines ringförmigen Kanales für die Zufuhr von Luft ausgebildet. Jeder der beiden Kanäle erweitert sich zum stromabwärtsgelegenen Ende hin konisch. Die Weite der beiden Kanäle kann jeweils konstant sein, jedoch auch zum Auslaß hin kleiner werden, sodaß im Betrieb jeder Gasstrom beschleunigt wird. Bei der vorliegenden Ausfvhrungsform wird der Querschnitt des Gas-Kanales zum Auslaß hin kleiner, während der Kanal für die Primärluft konstanten Querschnitt bei einstellbarer Weite hat.

Der Brenner 2 ist mit einem gemeinsamen Luft-Einlaß 7 für die Primär- und Sekundärluft versehen. Der Luft-Einlaß ist an eine nicht gezeigte Luft-Quelle, beispielsweise an ein Gebläse angeschlossen, welche Druckluft mit einem Druck bis zu 1 m Wassersäule liefern kann.

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Die Verbrennungsluft kann vorgewärmt v/erden, z.B. aaif rekuperativeni Wege mittels des Aibfallgases des Heizprozesses, für welchen der Brenner wnü die Brennkammer eingesetzt werden (beispielsweise ein Kupolofen).

Alternativ kann eine rekuperativ© Vorwärmung auch innerhalb der Brennvorrichtung selber stattfinden. Die Luft kann durch Kanäle in der feuerfesten Auskleidung der Brennkammer hindurohgeleitet werden oder einen äußeren, inifc der Auskleidung In Berührung stehenden Mantel bilden, wodurch deren Standzeit verlängert v/erden kann. Anschließend kann die Luft durch einen die Stirnwand der Brennkammer bildenden Kanal, welcher auch an die feuerfeste Auakleidung angrenzen kann, und über die äußere Verkleidung des Brenners, welche die Wärme der Planme und Strahlungswärme von der Brennkammer erhält, geleitet werden, bevor sie hinten in den Brenner eintritt. Ι!« genügt die Anwendung eines Teiles dienes Luftweges, v/enn lediglich'eine Vorwärmung im bescheideneren Ausmaß erforderlich ist. '

Die Primärluft wird über einen Kanal 8 zugeführt, mit welchem der Auslaß 5 der Primärluft-Zuführung in Vorbindung steht, Sekundärluft wird über einen ringförmigen Kanal 9 zugeführt. Innerhalb dienen Kanülen int eine Prallplatte Io vorgeahen, welche einen vorbestimmten Durchlaß für die Sekundärluft freiläßt. Die Weite diesen Durchlasses logt den Anteil der Verbrennungsluft feat, welcher als Sekundärluft zugeführt wird. Bo i. der gezoigton Aunführungnform in.t unmittelbar otroraabwärtn von der Pia 11 plat to Io eine iixpamjlonskaminer 11 vorgenehon, v/olchu dl ο (ioHchwLndlgkoi t do« iJokundärlüf ta tromos im De trieb horabnotzt. Kino gelochte Vertollerpliitto 12 otollt eine richtige -Verteilung do'j Iiuf tntromaa In dor Sokundär-Luf t-'/,ufUhrung 6 «tiomabwärtii tlor Vortoilorplntte 12 »Ichor.

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Das Heizgas wird über einen Einlaß 13 zugeführt, welcher mit einer toskammer 14 in Verbindung steht. An diese Gaskammer ist über zwei Qs-Zuführrohre 15 eine Expansionskammer 16 angeschlossen. Die Expansionskammer steht mit dem Gas-Auslaß in Verbindung und stellt einen zu diesem Auslaß hinführenden ringförmigen Kanal dar. In der Expansionskammer 16 können Verwirbelungavorrichtungen 17 vorgesehen sein.

Die Weite der PrimärLuft-Zuführung kann im Betrieb verändert werden. Dazu ist ein zentraler, länglicher Hohlkörper 1i vorgesehen, dessen konisch bzw. kegelförmig gestaltetes stromabwärts gelegenes Ende die innere Seitenwand des Kanales für die Primärluft bildet. Durch eine axiale Verschiebung des P Hohlkörpers beispielsweise in Richtung nach hinten wird der Luft-Auslaß 5 verengt, wodurch die Primärluft beschleunigt und entsprechend die innige Mischung der Gase gefördert wird.

Die Seitenwand der Flammenkammer 3 ist mittels Einstellbolztm 19 relativ zum Boden der Flammenkammer axial verschiebbar. Dies bedeutet, daß die effektive Länge der Flammenkammer ekmtellbar ist, und zwar vorzugsweise zwischen dem o,1- und dem 0,8-fachen ihre3 Durchmessers. Dadurch kann die Flamme in ihrer Gestalt willkürlich beeinfluß und von einer kurzen, weitwinkligen und schirmförmigen Flamme in eine toroidische, verwlrbeite Flamme und auch in eine noch längere FLamme verfc ändert werden.

Die Verbrennung wird innerhalb der Brennkammer zuende-" geführt. Um optimale Verbrennungsbedingungen sicherzustellen, let Innerhalb der Brennkammer eine Mischstelle in Form einer Verengung 2o vorgesehen, welche als Hindernis wirkt, an welchem ein Teil der heißen Gase zurückgelenkt wird, was eine gleichmäßige Wärmeverteilung Innerhalb der Brennkammer ο Ichorf) te Ht.

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Da in der Brennkammer Temperaturen von 18oo°C und höher auftreten können, ist die ein Metallgehäuse 21 aufweisende Brennkammer mit einer feuerfesten Auskleidung 22 versehen. Zwischen dem Gehäuse 21 und der Auskleidung 22 kann eine Faserstoffisolation 23 vorgesehen sein.

Am stromabwärts gelegenen, vom Brenner 2 entfernten Ende der Brennkammer kann eine durch eine Verengung gebildete Auslaßdüse 26 vorgesehen sein. Die Düse bzw. die Verengung führt zu einer Beschleunigung der heißen, ausströmenden Gase auf eine hohe Geschwindigkeit,"wodurch eine besonders schnelle Erhitzung durch Konvektion von beispielsweise Stahlbarren vor dem Schmieden und/oder ein tiefes Eindringen der austretenden Gase in einen Ofen od-er Schacht erzielbar ist.

Bei der in Figur 2 gezeigten Ausfuhrungsform ist ein Abschnitt 24 der Außenwand des Kanäles für die Sekundärluft kegelförmig geformt. Dadurch kann die Menge der Sekundärluft durch axiale Verschiebung der Prallplatte 1o gesteuert werden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird der ringförmige, mit A bezeichnete Durchlaß kleiner, wenn die Prallplatte nach vorne bewegt wird,sodaß entsprechend auch die Menge ^"^Sekundärluft abnimmt. Damit die Menge der Sekundärluft unabhängig eingestellt werden kann, sind Einstellbolzen 25 für die Prallplatte 1q vorgesehen. Der kegelförmige Abschnitt 24 kann sich alternativ auch zum stromabwärtsgelegenen Ende hin erweitern. In diesem Fall entspricht der Endstellung der Prallplatte am vorderen Ende eine maxftaale Zufuhr von Sekundärluft.

Im Betrieb variiert das Verhältnis zwischen Sekundär- und Primärluft normalerweise zwischen 3:1 und 2:1 unter der Voraussetzung, daß keine Nebenluft aus der Umgebung in den Verbrennungsraum hineingelangen kann.

Ansprüche

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Claims

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Ansprüche

Erdgas,

\·) Brennvorrichtung zum Betrieb mit Heizgas, z.B. IPG-Gas,/ mit einer rotationssymmetrischen, am stromabwärts gelegenen Ende offenen Brennkammer und mit einem koaxialen Brenner, dessen Zuführungen für Gas und Verbrennungsluft in die Brennkammer am stromaufwärts gelegenen Ende münden, dadurch gekennzeichnet , daß sich eine ringförmige w Zuführung (8,5,16,4), für Primärluft und fesin den Boden einer Flammenkammer (3) öffnet, welche mit der Brennkammer (1) in Verbindung steht und von einer ringförmigen Zuführung (9_f6) für Sekundärluft umgeben ist, und daß eine die Verbrennungsluft in zwei vorbestimmte Anteile von Primär- und Sekundärluft aufteilende Vorrichtung (1o) sowie eine die Geschwindigkeit des Sekundärluftstromes relativ zur Geschwindigkeit des Primärluftstromes herabsetzende Vorrichtung (11) vorgesehen ist.

2. Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichnet , daß die Verbrennungsluft aus einer gemeinsamen Quelle stammt und mittels einer Vorrichtung aufteilbar h istf welche eine in einem Kanal (9) für die Sekundärluft angeordnete, verstellbare Prallplatte (Ίο) umfaßt.

3· Brennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zum Herabsetzen der Geschwindigkeit des Sekundärluftstromes eine ringförmige Expansionskammer (11) im Kanal (9) für die Sekundärluft stromabwärts hinter der Prallplatte (1o) vorgesehen ist. '

4. Brennvorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e fc , daß für die gleichmäßige Verteilung des Sekundärluft-stromes eine Verteilerplatte (12) vorgesehen ist.

3* Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4-,

dadurch -gekenn ze L c h η e fc ,daß die Zuführung für 'Primärluft und Gas einen ringförmigen Kanal (8) für die Zufuhr der Primärluft umfaßt, welcher Von einem ringförmigen Kanal (16) für die Zufuhr des Gasts umgeben ist, und daß beide Kanäle am ■stromabwärts gelegenen Ende (5,4) die Gestalt eines sich zum Auslaß der Kanäle-hin-erweiternden Kegels haben.

6. Bremsvorrichtung nach Anaprueh 5, dadurch g e k e ti n-

z e 1 ch η et , daiJ der Querschnitt des Kanälen (8) für die Primärluft durch axiale Verschiebung einen zentralen Hohlkörpers (18) -veränderbar lot, deaoen sfcroiir-ibv/ärts gelegener EndabschriLtfc kegelförmig gestaltet ist und die innere Seitenwand des Kanaleu für die .primärluft bildet,

7· Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e η η ν, β i e h η e t , daß der Boden der Flammenkammer (3) axial verstellbar ist»

8. Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche ! bis 7»-dadurch g Ό k e η η ζ ο Lehnet, daß die Brennkammer (1) stromabwärts hinter der Flammenkammer (3) und in einigem Abotand vor ihrem'-atromabwärbo gologonen Ende (2b) oine MisohBtelle (2o) aufv/eiot, din al ο örtlioh« Rinoohnürung -lev Bfünnk^nmör üiiogebildefc ist,

9» Blunnvorrlchtung muih. «inom der Arusprüch ϊ 1^-bia 1o, dadurch ii «ken u ν, ü 1. ¹U η η t , ■-JaiJ d le ■ Brennkammer. (1) ein unter ZwisrihunlMg« ■« In ■·■? Fase ro toi' f i üoJ iorung (ί'5) feuorfnat au«f;f}.klii-idot.o:i fintallgehüuee (2j) ΐιια

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Ιο. Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 1o,

dadurch gekennzeichnet , daß al« geraoin-, £3iime Quelle für die Verbrennungsluft ein Gebläse verwendet ist, das Druckluft bis su einem Druck von 1 m Wassersäule liefert.

II. Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1o,

dadurch gekennzeichnet , dai3 eine Vorrichtung zum Vorwärmen der Verbrennungsluft vorgesehen ist.

" 12. Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11

dadurch gekennzeichne t , daß am otromabv/ärtH gelegenen Ende der Brennkammer (1) eine Auslaßdüse (26) vorgenuhen ist.

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