DE2112314B2 - Aus keramischem werkstoff bestehender brenner fuer winderhitzer von hochofenanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen aus keramischem Werkstoff bestehenden Brenner für Winderhitzer von Hochofenanlagen mit einem senkrecht verlaufenden Winddurchlaß und einem sich in den Winddurchlaß erstreckenden Brennstoffdurchlaß, wobei die Durchlässe an ihren unteren Enden mit Zuführungsleitungen für Brennluft und Brennstoff verbunden sind.

Mit derartigen Brennern ausgestattete Winderhitzer werden im Hochofenbetrieb zur Aufheizung der für die Roheisenerzeugung erforderlichen Luft eingesetzt. Diese Brenner bestehen in der Regel aus feuerfestem Ziegelmaterial und werden im unteren Bereich des Brennraumes des Winderhitzers untergebracht. Zur Erzielung eines homogenen Brenngemisches werden der Brennstoffstrom und der Brennluftstrom im oberen Teil des Brenners winklig zueinander geführt. Bei einem bekannten Brenner (österreichische Patentschrift 224 790) wird die Brennluft zentrisch zur Brennerachse mittels eines Stutzens zugeführt, dessen Mündungsrand von einem Ringraum umgeben ist, dem der Brennstoff zugeführt wird. Dabei wird mittels eines arn Ringraum angeordneten Wulstrandes dem Brennstoff eine schräg zum Brennluftstrom gerichtete Strömungsrichtung erteilt, die eine Vermischung der Brennluft und des Brennstoffes bewirkt. Bei einem anderen bekannten Brenner (deutsches Gebrauchsmuster 1 958 854) wird nicht die Brennluft, sondern der Brennstoff zentrisch zur Brennerachse zugeführt, während die Brennluft einem konisch ausgebildeten Teil des Brenners durch am Umfang verteilte Düsen so zugeführt wird, daß die Brennstoffströmung und die Brennluftströmung wink!'.' zueinander verlaufen.

Die bekannten Brenner gewährleisten noch nicht die optimale Energieausnutzung. Es ist zwar möglich, durch eine gute Formgebung und Anordnung der Öffnungen der Brennstoff- und Luftdurchlässe eine innige Durchmischung von Brennstoff und Luft sicherzustellen. Der optimale Heizeffekt wird aber mit der guten Durchmischung von Brennstoff und Luft noch nicht erreicht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß

ίο der optimale Heizeffekt nur erreicht werden kann, wenn die angestrebte Mischung von Brennstoff und Luft auch über die gesamte Fläche des Brennerkopfes hinweg bezüglich ihrer Zusammensetzung homogen ist. Solange diese zweite Forderung nicht erfüllt ist, kann es zu unvollständiger Verbrennung mit Verlusten an Wirkungsgrad kommen, oder aber, was noch unangenehmer ist, zu dem Nachteil, daß sich der Winderhitzer nicht auf die gewünschte hohe Temperatur aufheizen läßt.

Die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Mischung hängt von der Geschwindigkeitsverteilung von Brennluft und Brennstoff in den Durchlässen in der Nähe von deren öffnungen ab. Diese Verteilung muß dabei nicht nur ortlich — d. h. über die gesamte Fläche des Brennerkopfes hinweg —, sondern auch zeitlich konstant sein und sich außerdem in beiden Durchlässen jeweils gegenseitig entsprechen. Es ist somit anzustreben, sowohl die Geschwindigkeitsverteilungen des Brennstoffes wie auch der Luft so gleichmäßig wie möglich zu gestalten.

Demgemäß ist die Erfindung die technische Aufgabe zugrunde gelegt worden, einen keramischen Brenner zu schaffen, der im Bereich des Brennerkopfes eine weitgehend gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit für Brennstoff und Luft gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens im unteren 3ereich des Brennstoffdurchlasses ein vertikaler Einbau vorgesehen ist, der zusammen mit der Wand des Brennstoffdurchlasses einen ununterbrochenen, schlitzförmigen Durchlaß rund um den Einbau bildet.

Die Lösung der genannten Aufgabe wird dadurch erschwert, daß der Konstrukteur von Keramikbrennern bei der Brennergestaltung in seiner Freizügigkeit wesentlichen Einschränkungen unterworfen ist, und zwar sowohl wegen der Form des Winderhitzers, wie auch wegen der in den Werkstoffen liegenden Gegebenheiten, die in deren Struktur begründet sind. Schließlich ist auch die Kostenfrage von großer Bedeutung und beschränkt insoweit die freizügige konstruktive Lösung der Aufgabe.

Auch ist bei der Lösung der Aufgabe die Gestaltung des Luftdurchlasses im Außenbereich des Brennerkopfes weniger schwierig, da dieser als den Brennstoffdurchlaß umgebender Ringschlitz ausgebildet werden kann. Ein solcher Ringschlitz erweist sich als besonders günstige Form zum Ausgleich von Unterschieden in der Luftgeschwindigkeit im unteren Teil des Luftdurchlasses. Außerdem kann dieser Ringschlitz am Abblasende des Brenners in eine Reihe von Schlitzen aufgespaltet werden, was zusätzlich eine Ausgleichswirkung bei der Verteilung des Luftstromes ermöglicht.

Wesentlich schwieriger ist die Zuführung des Brennstoff'; im Zentrum des Brenners zu bewerkstelligen. Der zentrische Brennstoffdurchlaß ist mit Beziehung auf seine Querschnittsabmessung relativ kurz. Außerdem wird in der Praxis eine asymmetrische

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Zufuhr des Brennstoffes im Hinblick auf die gegen- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an

seitige Anordnung und den Betrieb von mehreren Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

öfen als vorteilhaft angesehen und daher gefordert. Fig. 1 im vertikalen Schnitt einen Keramikbren-

Diese asymmetrische Brennstoffzufuhr erschwert ner und die ihm benachbarten Teile eines Winderhit-

aber die Aufrechterhaltung einer Strömung mit ho- 5 zers für eine Hochofenanlage,

mogener Geschwindigkeit. Im Hinblick auf diese Zu- Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II der

sammenhänge muß man bei den bekannten Brennern F i g. 1 und

damit rechnen, daß am Abblasende des Brenners Ge- F i g. 3 eine Darstellung von Geschwindigkeitskur-

schwindie'-eitsunterschiede der Brennstoffströmung ven für den Brennstoff.

zwischen . schiedenen Punkten des Brennerkopfes io In Fig. 1 ist mit 1 ein Teil der Außenwand eines bis zu 1 Ou⁰Zo auftreten. In diesem Zusammen- Winderhitzers bezeichnet. In diesem trennt eine hang sei bemerkt, daß früher bereits vorgeschlagen Wand 2 den Brennraum ab. Die Wände bestehen dawurde, den Brennstofffluß dadurch besser zu vertei- bei aus Wärme absorbierenden Ziegelsteinen, die an len, daß man in den Brennstoffdurchlaß Druckvertei- sich bekannt und hier nicht isn Detail gezeigt sind. lungs- und Ausgleichselemente, wie z. B. Gitter u. ä. 15 Zwischen dem Wandteil 1 und dem Wandteil 2 ist einbaute. Solche Teile bewirken aber, wenn sie ord- der auf einem keramischen Werkstoff bestehende nungsgemäß arbeiten, einen beträchtlichen Druck- Brenner angeordnet. Zur ZutT .rung des Brennstoffs verlust, sind also im Endergebnis von beachtlichem bzw. der Brennluft dienen Leuurgen 3 und 4. die Nachteil. Insbesondere wenn Niederdruckgas als dementsprechend mit dem Brennstoffdurchlaß 5 und Brennstoff verwendet wird, wie z. B. Hochofengas 20 dem Luftdurchlaß 6 verbunden sind. Der Brennstoffoder Koksofengas, wurden solche Gitter oder ihnen durchlaß5 öffnet sich mit einer rechteckigen, in ahnliche Vorrichtungen beträchtliche zusätzliche F i g. 2 in gestrichelten Linien wiedergegebenen Öff-Hnergien an den Blaseinrichtungen erfordern. nung in den Brennraum. Der Luftdurchlaß 6 ist an

Der genannte Einbau kann aus einem am Boden seinem oberen Ende durch Blenden oder Zwischen-

des Brenners ansetzenden Ziegelmauervverk beste- 25 räume 12 unterteilt und öffnet sich so in der Form

hen. Es ist auch möglich, den Einbau als Stahlkon- von zwei Reihen von nicht dargestellten schlitzförmi-

struktion auszuführen bzw. aus Beton mit oder ohne gen öffnungen in den Brennraum. Der Oberteil des

Bewehrung zu fertigen. Brenners ist so gestaltet, daß die Luftstrahlen den

Die neuartige Gestallung bewirkt sowohl bei Bren- Brennstoffstrom stark durchdringen,

nern mit ringförmiger als auch bei solchen mit ova- 30 Die Einschnürungen 9 und 10 im Brennstoffdurch-

ler Querschnittsform des Brennstoffdurchlasses eine laß 5 bzw. Luftdurchlaß 6 dienen zur Verbesserung

Verbesserung der Brennstoff verteilung, ohne daß der gleichmäßigen Verteilung der Brennstoff- und

über die Länge des Brennstoffdurchlasses ein unver- Luftströme,

tretbarer Druckverlust entstehen würde. Unten im Brennraum befindet sich ein Einbau 11,

Den Fachmann besonders überraschende Ergeb- 35 der sich so weit nach oben erstreckt, daß er bis kurz nisse werden dann erhalten, wenn von der Erfindung unter die Einschnürung 10 reicht. Dieser Mauerwerkbei einem Brennstoffdurchlaß Gebrauch gemacht einbau oder Einsatz ist an seinem oberen Ende verwird, dessen Querschnitt rechteckig ist und bei dem jungt.

der Schlitz um den Einbau hemm eine im wesentli- Fig. 2 gibt einen Schnitt längs der Linie U-II der

chen stets konstant bleibende Breite aufweist. Der er- 40 F i g. 1 in etwas größerem Maßstr.b wieder. Sie läßt

findungsgemäße Effekt steigert sich in noch stärke- erkennen, daß sich der Einbau 11 im wesentlichen

rem Maß bei einer Gestaltung des Durchlasses, bei über die gesamte Länge des Brennstoffdurchlasses 5

welcher von einer rein quadratischen Form abgewi- erstreckt und daß er einen praktisch um ihn herum-

chen wird. Aber auch bei Brennstoffdurchlässen mit laufenden Schlitz von im wesentlichen konstanter

ovalem Querschnitt ist es möglich, gute Ergebnisse 45 Breite offenläßt,
mit einem Formstück als Einbau zu erhalten, das

gleichfalls ovale Querschnittsform hat. Es dürfte klar Beispiel
sein, daß ein sehr kurz bemessener Einbau auf den

Brennstofffluß keine starke Auswirkung haben wird. Durch einen Keramikbrenner von einer Bauart, Auf der anderen Seite hat es sich als wenig vorteil- 50 wie sie schemaiisch in der Zeichnung dargestellt ist,

haft erwiesen, den Einbau bis nahe an die Abblasöff- werden mit Hilfe geeigneter Gebläse 120 000Nm³Zh

nung des Brennstoffdurchlasses heranreichen zu las- Brennstoff und 180 000Nm³Zh Luft geleitet. Die Zu-

sen. In diesem Bereich würde der Einbau das Ab- führungsrolle 3 und 4 haben Durchmesser von unge-

strömen des Brennstoffes in die genannte Abblasöff- fähr 180 cm.

nung beeinträchtigen. 55 Der BrennstoffdurchJaß 5 hat eine Höhe von 9 m

Wie sich gezeigt hat, lassen sich bei der Erfindung und im Querschnitt bzw. unterhalb der Einschnü-

optimale Ergebnisse erzielen, wenn sich der Einbau rung 10 Abmessungen von 5 m und 0,75 m. Die

über etwas mehr als die untere Hälfte des Brenn- Brennstoffzuleitung 3 ist mit dem Ofen in einem

Stoffdurchlasses erstreckt. Winkel von 30° verbunden, wie aus F i g. 2 klar her-

Die Gefahr einer Störung des Strömungsverlaufes 60 vorgeht.

in der Abblasöffnung durch das Vorhandensein des In F i g. 3 zeigt Linie α die Verteilung der GeEinbaues oberhalb von ihr kann im übrigen dadurch schwindigkeit V, die in der Brennstoffströmung in vermieden werden, daß man den Einbau an seinem der Länge der Abblasöffnung 7 gemessen wird, wooberen Ende dünner ausführt bzw. seinen Quer- bei der Einbau im Brennstoffdurchlaß 5 nicht vorschnitt verringert. Diese Maßnahme hat den weiteren 65 handen war. Aus dieser Graphik geht klar hervor, Vorteil, daß ein abnehmender Strömungswiderstand daß die geneigte Einblasform durch die Brennstoffauftritt, was zu einer Energieersparnis beim Förder- zuführleitung 3 die Wirkung einer beträchtlichen gebläse führt. Asymmetrie im Geschwindigkeitsverlauf hat. Außer-

dem differiert diese Geschwindigkeit zwischen ungefähr 10 und 18m/sec. Diese beträchtlichen Unterschiede führen zu einer ungleichmäßigen Mischung von Brennstoff und Luft um den Brennerkopf herum und demzufolge zu einer ziemlich unvollständigen Verbrennung.

Nach dem Einfügen des Einbaues 11 wurden die gleichen Messungen wiederholt. Der Einbau 11 hatte dabei einen derartigen Querschnitt, daß ein Schlitz offen blieb, der längs der größeren Seite des Einbaues eine Breite von 30 cm und längs der kürzeren Seiten eine Breite von 15 cm hatte. Die Höhe des Einbaues betrug 300 cm.

Linie b in F i g. 3 läßt die Ergebnisse dieser neuen Messungen erkennen. Es zeigt sich klar, daß die Geschwindigkeitsunterschiede auf weniger als 2 m pro Sekunde reduziert wurden. Weiter zeigte sich, daß keine unverbrannten Brennstoffteilchen oberhalb des Brennerkopfes verbleiben, wie durch sorgfältige Messungen festgestellt wurde.

Bei einer abgeänderten Ausführung des Einbaues 11 wurde dieser im Bereich der oberen 50 cm seiner Länge nach links und rechts erweitert, wie F i g. 2 zeigt, so daß er mit den kürzeren Wänden des Brennstoffdurchlasses 5 in Kontakt kam. Dies führte zu dem Vorteil, daß der Einbau eine steifere und stabilere Struktur, zusammen mit dem BrennstoffdurchlaD liefert, so daß auch vermieden wird, daß der Einbau unter dem Einfluß der strömenden Medien in Schwingungen gerät. Es machte sich nicht bemerkbar, daß dies eine Wirkung auf die Verteilung des

is Brennstoffflusses hatte, die die Grenze dessen überschritt, was als unbedeutend bzw. vertretbar anzusehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Aus keramischem Werkstoff bestehender Brenner für Winderhitzer von Hochofenanlagen mit einem s^-krechi. verlaufenden Winddurchlaß und einem sich in den Winddurchlaß erstreckenden Brennstoffdurchlaß, wobei die Durchlässe an ihren unteren Enden mit Zuführungsleitungen für Brennluft und Brennstoff verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens im unteren Bereich des Brennstoffdurchlasses (5) ein vertikaler Einbau (II) vorgesehen ist, det zusammen mit der Wand des Brennstoffdurchlasses (5) einen ununterbrochenen, schlitzförmigen Durchlaß rund um den Einbau (11) bildet

2. Brenner p":h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffdurchlaß (5) rechteckigen Querschnitt hat und daß der Schlitz, der von dem Einbau (11) auf dessen beiden Längsseiten frei gelassen wird, eine konstante Breite hat.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der E^:nbau (11) über etwas mehr als die untere Hälfte des Brennstoffdurchlasses (5) erstreckt.

4. Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (11) an seinem oberen Ende verjüngt ausgebildet ist.