DE2047453C - Brenneranordnung an einem säulenförmigen Winderhitzer - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich a'-f eine Brenneranordnung an einem säulenförmigen Winderhitzer mit einem vertikalen Brennerschacht, bei der für die Gas- und Luftzufuhr getrennte Kanäle vorhanden sind.

In der Eisenhüttenindustrie ist man bestrebt, die Temperatur des Hochofenwindes auf 1200 bis 1300° C zu bringen. Um derartige Temperaturen zu erreichen, müssen die Kuppeln der Winderhitzer auf 1500¹C und höher aufgeheizt werden. Zur Beheizung der Winderhitzer sind bisher metallische Brenner benutzt worden. Die Haltbarkeit diese"· Brenner geht aber bei den verlangten hohen Temperaturen stark zurück. Zum Schutz dei bekannten metallischen Brenner müssen darüber hinaus besondere Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. der Einbau wassergekühlter Schieber oder ähnlicher Einrichtungen. Diese baulichen Veränderungen erhöhen nicht nur die Störanfälligkeit, sondern verursachen auch zusätzliche Kosten.

Hinzu kommt, daß bei den höheren Temperaturen in den Kuppeln der Winderhitzer eine Beheizung mit reinem Hochofengas nicht mehr ausreicht. Der Wärmeinhalt des Hochofengases muß vielmehr durch Beimischung von Koksofengas oder Erdgas angereichert werden.

Die vorgenannten Gründe, d. h. die geringere Haltbarkeit eines metallischen Brenners bei höheren Temperaturen und die Verbrennung eines Mischgases aus Hochofengas und einem kalorienreicheren Gas, sind die Hauptursachen dafür, daß die herkömmlichen Brenner für die Aufheizung eines Winderhitzers auf die genannten höheren Temperaturen nicht oder aber zumindest nicht wirtschaftlich verwendbar sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 230 053 ist ein Brenner für Winderhitzer bekannt, der zur Erzielung höherer Heißwindtemperaturen in besonderer Weise angeordnet und ausgebildet ist. Der in einem zylindrischen Gehäuse befindliche Brenner ist hierbei an der gebogenen Außenwand der Winderhitzer so angeordnet, daß die Brennerachse senkrecht zur Brennkammer des Winderhitzers verläuft. Im Inneren des Brenners befindet sich ein zentrales Rohr, durch das die Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Gaszufuhr erfolgt durch einen seitlich am zylindrischen Gehäuse des Brenners sitzenden Rohrstutzen, der mit einem das Luftzufuhrrohr umgebenden Ringraum in Verbindung steht. Aus diesem Ringraum tritt der Gasstrom in gleicher Weise wie der Luftstrom parallel zur Achse des Brenners aus. Die Mischung von Gas und Luft findet zwischen dem Austrittsende des Luftzufuhrrohres und der Brennkammer des Winderhitzers statt. Die aus dem Brenner austretende Flamme muß daher, bevor sie in den Brennschacht des Winderhitzers übergeht, um etwa 90° umgelenkt werden. Dadurch können Ungleichförmigkeiten in der Wärmeübertragung und vor allem schädliche örtliche Überhitzungen an einzelnen Stellen der Wandung des Brennschachtes auftreten.

In der deutschen Patentschrift 719 962 ist ein turmartiger regenerativer Gas- oder Lufterhitzer mit außerhalb de:: zylindrischen Gehäuses des Winderhitzers liegendem Brennschacht beschrieben. In den Brennschacht wird durch eine axial zum Brennschacht verlaufende Rohrleitung von unten her Gas und durch einen seitlichen Rohrstutzen Luft eingeführt. Der Rohrstutzen für die Luftzufuhr steht mit einer konzentrisch zum Verbrennungsraum liegenden Ringkammer in Verbindung, von der aus schrägstehende und radial verlaufende Kanäle in den Verbrennungsraum münden. Die einzelnen Teilströme der zugefügten Luft kreuzen sich an einer Stelle der Längsachse des Verbrennungsraumes. Bei dieser Brenneranordnung trnt die Flamme ohne Umlenkung in den Brennschacht ein. Da neben der axialen Führung des Gasstromes auch die Verbrennungsluft im wesentlichen innerhalb einzelner Teilströme in Richtung der Längsachse des Brennschachts zugeführt wird, ergeben sich für die Durchmischung der Brennmittelkomponenten etwa die gleichen Verhältnisse wie bei einem Laminarbrenner.

Aus der österreichischen Patentschrift 228 370 ist ein Brenner für Industrieöfen bekannt, bei dem die Brennmittelkomponenten Gas und Luft durch voneinander getrennte Kanäle dem Verbrennungsraum zugeführt werden. Bei diesem Brenner sind oberhalb und unterhalb eines in der Brennerachse verlaufenden Kanals zwei weitere Kanäle für Luft oder Gas vorhanden, die so abgewinkelt sind, daß sich die aus ihnen austretenden Ströme an einem gemeinsamen Punkt auf der Längsachse des Feuerraumes mit dem mittleren Strom treffen.

In der britischen Patentschrift 562 062 ist ein Brenner aus Metall beschrieben, bei dem die Luft durch seitliche Austrittsöflnungen einer axial in den Verbrennungsraum mündenden Lanze so zugeführt wird, daß die einzelnen Luftströme in eine Drehbewegung versetzt werden. Der Gasstrom tritt dagegen durch den die Lanze umgebenden Ringraum in axialer Richtung ein. Bei diesem Brenner wird die Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in den Verbrennungsraum in eine Drehbewegung versetzt, um dadurch eine bessere Durchmischung mit dem Gas zu erreichen. Die Erzeugung einer Drehbewegung der Brennmittelkomponenten zur Verbesserung der Mi-

schung ist ein bei Gasbrennern seit längerer Zeit bekanntes Prinzip.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brenneranordnung für einen säulenförmigen Winderhitzer in einer feuerfesten Ausführung zu schaffen, bei der einerseits eine gute Durchmischung der Brennmittelkomponenten vor ihrer Zündung gewährleistet ist und andererseits eine geradlinige, d. h. in bezug auf den örennerschacht des Winderhitzers umlenkungsfreie Flammenführung vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Brenneranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brenner aus einer dem Brennerschacht in axialer Verlängerung vorgelagerten, aus feuerfesten Steinen gebildeten, etwa zylindrischen Mischkammer mit einer am oberen Ende befindlichen konischen Einschnürung und tangential sowie in bezug auf die Längsachse der Mischkammer übereinanderliegend in die Mischkammer einmündende Gas- und Luftzufuhrkanäle besteht.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung drei übereinanderliegende Kanäle vorhanden, von denen der mittlere Kanal für die Luftzufuhr und der untere und obere Kanal für die Gaszufuhr dienen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Kanäle an ihrer Eintrittsstelle in die Mischkammer einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit untereinander gleicher Breite haben.

Bei der Brenneranordnung nach der Erfindung münden die Zuführungskanäle für die Brennmittelkomponenten unabhängig voneinander derart tangential in die zylindrische Mischkammer, daß jeder Teilstrom entlang der inneren Wandung der Mischkammer zugeführt wird. Die Teilströme werden dadurch innerhalb der Mischkammer in eine Rotationsbewegung versetzt, bei der die Brennmittelkompunenten durcheinandergewirbelt und auf diese Weise intensiv vermischt werden. Nach der Mischung findet im darüberliegenden Bereich der Mischkammer die Zündung des Gemisches statt, wobei die sich bildende Flamme aus der Mischkammer in geradliniger Verlängerung in den anschließenden Brennschacht des Winderhitzers übergeht. Durch die konische Einschnürung am oberen Ende der Mischkammer wird die Strömung des Gemisches von der Wendung abgelenkt und zur Mitte, d. h. zum Kernpunkt der einsetzenden Verbrennung umgelenkt. Die Vermischung ist hierbei so vollständig, daß bei Volllast bereits in halber Höhe des Brennschachtes die Mischung vollständig ausgebrannt ist, und zwar selbst bei nur geringfügigem Luftüberschuß.

Nachfolgend werden an einem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. I eine Seitenansicht einer Brenneranordnung an einem säulenförmigen Winderhitzer in einem senkrechten Schnitt entlang der Linie I-I der F i g. 2,

F i g. 2 einen waagerechten Querschnitt der Bren-

neranordnung in der Ebene der Linie I I-I I der F i ι;. 1.

Fig. 3 eine Schnittansicht der Eintrittskanäle der

Brenneranordnung in der Ebene der Linie ISI-III der Fig. 1 und

Fig. 4 eine Frontansicht der Eintrittskanäle von ιυ der Innenseite der Mischkammer.

Die zylindrische Mischkammer 1 des Brenners ist aus feuerfesten Steinen aufgebaut, wobei am oberen Ende die einzelnen Schichten jeweils nach innen eingerückt sind, so daß ein konischer Abschluß 2 entsteht. Am unteren Ende ist die Mischkammer durch einen Boden 3 abgeschlossen. In der Nähe des Bodens sind drei übereinanderliegende Kanäle vorgesehen, von denen der untere Kanal 4 und der obere Kanal 5 für die Zufuhr von Gas und der mittlere ao Kanal 6 für die Zufuhr νο.τ Luft dienen.

Dia Mündungsquerschnitte der drei Kanäle sind, wie es aus Fig.4 hervorgeht, im wesentlichen rechteckig, wobei die Breite der Kanäle 4,5,6 gleich groß ist. In Richtung auf die Eingangsseite geht der Kanal 6 von dem rechteckigen Querschnitt in einen kreisrunden Querschnitt über, der etwa dem Querschnitt eines Stutzens 7 für den Anschluß eines Brennluftschieberventils entspricht. Der Stutzen 7 ist von einer kegelstumpfartigen Haube 8 umgeben, die in Verbindung mit der Wandung des Stutzens 7 einen Ringraum begrenzt, über den das Gas den beiden Kanälen 4 und 5 zugeführt wird. Der Anschluß der Zufuhrleitungen kann auch in anderer Weise erfolgen. Die Lage des Brenners in bezug auf den Brennschacht 9 des Winderhitzers 10 ist einerseits aus der Schnittansicht in Fig.l und andererseits aus der Querschnittsansicht in F i g. 2 ersichtlich.

In der Mischkammer 1 bildet sich eine Geschwindigkeitsverteilung in Form eines Rotationsprofils aus, da an den Wandungen und in den Randzonen die Strömungsgeschwindigkeit größer ist als in der Mitte der Mischkammer. Je nach den vorliegenden Verhältnissen kann in der Mitte die Geschwindigkeit auf Null absinken oder sogar eine Rückströmung entstehen. Um die Strömung von der Wand abzulösen, ist die Mischkammer an der Mündung konisch eingeschnürt. Diese Einschnürung bewirkt eine Umlenkung des wirbelnden Gas-Luft-Gemisches zur Mitte hin und damit zum Höhepunkt der Verbrennung. Bei Versuchen wurde festgestellt, daß der Brenner im Bereich 1 :5 zuverlässig regelbar ist. Die Temperaturen in der Mitte der Mischkammer betrugen bei diesen Versuchen 600° C bei der kleinsten durchgesetzten Menge und etwa 150° C bei der größten durchgesetzten Menge.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brenneranordnung an einem säulenförmigen Winderhitzer mit einem vertikalen Brennerschacht, bei der für die Gas- und Luftzufuhr getrennte Kanüle vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner aus einer dem Brennerschacht (9) in axialer Verlängerung vorgelagerten, aus fe-.ierfesten Steinen gebildeten etwa zylindrischen Mischkammer (1) mit einer am oberen Ende befindlichen konischen Einschnürung (2) und tangential sowie in bezug auf die Längsachse der Mischkammer(1) übereinanderliegend in die Mischkammer (1) einmündende Gas- und Luftzufuhrkanäle (4 bis 6) besteht.

2. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei übereinanderlieiiende Kanäle vorhanden sind, von denen der mittlere Kanal (6) für die Luftzufuhr und der ao untere und obere Kanal (4 bzw. 5) für die Gaszufuhr dienen.

3. Brenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (4 bis 6) an ihrer Eintrittsstelle in die Mischkammer (1) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit untereinander gleicher Breite haben.