DE2164229B2

DE2164229B2 - Verfahren und anlage zur stabilisierung des verbrennungsprozesses in einem ofen zur zunderfreien erwaermung von waermgut

Info

Publication number: DE2164229B2
Application number: DE19712164229
Authority: DE
Inventors: Nikolaj N.; Gussak Lew A.; Bobolew Wasilij K.; Unxow Ewgenij P.; Astafew Anatolij A.; Chazanow Michail S.; Moroz Witalij J.; Baranowskij Leonid S.; Afanasew Wiktor W.; Zubow Iwan P.; Moskau Semenow
Original assignee: Zentralnyj nautschno-issledowatelskij institut technologii maschinostrojenija; Institut chimitscheskoj fisiki Akademii Nauk SSR; Moskau
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1976-04-15
Also published as: DE2164229A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Stabilisierung des Verbrennungsprozesses in einem Ofen tür zunderfreien Erwärmung von Wärmgut, in dem fine Schutzgasatmosphäre durch luftarme Verbrennung gasförmigen Brennstoffs mit einem Luftfaktor »on 0,5 erzeugt wird und auf eine Anlage zur Durchfühlung des Verfahrens, die eine Brennereinheit mit einer Hauptdüse enthält.

Aus der DT-AS 11 16 255 ist ein direkt beheizter Ofen zur zunderfreien Erwärmung von Wärmgut, insbesondere von Stahl, mit im Ofenraum angeordneten Brennern für die Primärverbrennung des Brennstoffes unter Luftmangel zur Erzeugung der für die direkte Erwärmung erforderlichen Schutzgasatmosphäre und nachgeschalteten Mitteln zur Sekundärverbrennung des Brennstoffes bekannt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Sekundärverbrennungsraum einen Teil des ⁶S Ofenraums bildet und die Sekundärverbrennungsgase frei auf das Wärmgut strahlen. Wenn in einem derartigen Ofen Gas verbrannt wird, dessen brennbare 229

Hauptkomponente — wie meist — Ivsethan ist, ergeben sich Schwierigkeiten bei Verbrennung mit einem Luftfaktor nahe 0,5, da dann das Methan schlecht entflammt, der Brennprozfcß unstabil verläuft und der Sauerstoffgehalt in den Verbrennungsprodukten 1%, der Methangehalt 4% und der Rußgehalt 8 g/m³ beträgt Sowohl die Zusammensetzung der Verbrennangsprodukte wie auch ihre Temperatur sind ungleichmäßig und letztere sinkt unvermeidlich langsam ab, wodurch der Brennprozeß schließlich zum Erlahmen kommt

Wenn der Luftfaktor auf 0,6 bis 0,65 erhöht wird, wird zwar der Verbrennungsprozeß stabiler, jedoch übersteigt der Oxidationsgrad des Wärmgutes den Oxidationsgrad, der bei einem Erwärmen mit dem Luftfaktor 0,5 gegeben ist, um das 2- bis 4fache.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stabilisierung des Verbrennungsprozesses in einem Ofen zur zunderfreien Erwärmung von Wärmgut anzugeben, mit dem eine Schutzgasatmosphäre durch luftarme Verbrennung gasförmigen Brennstoffs mit einem Luftfaktor von 0,5 sicher erreichbar ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Gas-Luft-Gemischstrom vor der Entzündung Verbrennungsprodukte, die durch Verbrennung von 3 bis 10 Volumprozent der gesamten Brennstoffmenge mit einem Luftfaktor von 0,55 bis 0,7 gewonnen werden, kontinuierlich zugeführt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung betreffen Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die eine Brennereinheit mit einer Hauptdüse enthalten, mit den in den Unteransprüchen gekennzeichneten Merkmalen.

Mit der Erfindung wird der wesentliche Vorteil erreicht daß die Flammentemperatur gleichbleibend und relativ hoch bei einem stabilen Luftfaktor, der 0,5 nicht übersteigt beibehalten und wunschgemäß in einem Bereich von 800 bis 1250⁰C variiert werden kann.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Anlage gemäß der Erfindung und teilweise einen Ofen, im Längsschnitt,

F i g. 2 eine Ansicht nach Pfeil A von F i g. 1.

Die Anlage besitzt eine Brennereinheit 1 (F i g. 1), die einen Mischer 2 bekannter Konstruktion enthält, sowie eine mit diesem mit Hilfe von Schraubenbolzen 4 verbundene Ausgangsdüse, die im folgenden Hauptdüse 3 genannt wird. Der Mischer 2 und die Hauptdüse 3 sind an einem Flansch 5 mit Hilfe von Stiften (nicht abgebildet) befestigt. Hierbei ist zwischen den Wänden einer zentralen Bohrung 6, die in dem Flansch 5 vorhanden ist und den Außenwänden der Hauptdüse 3 eine Asbestlage 7 vorgesehen. Mit Hilfe des Flansches 5 und der Schraubenbolzen 8 wird die Brennereinheit 1 an einer Scheibe 9 befestigt, die in das Mauerwerk eines Wärmeofens 10 eingebaut ist. An den Kontaktstellen von Flansch 5 und Scheibe 9 sind ringförmige Asbestlagen 11 und 12 vorgesehen. Diese Lagen 11, 12 sind an den Enden von ringförmigen Zentriervorsprüngen 13 und 14 angebracht, die an der Scheibe 9 ausgeführt sind. In dem Flansch 5 sind entsprechende Vertiefungen für diese Vorsprünge vorgesehen. Auf dem ringförmigen Teil, der zwischen den Vorsprüngen 13 und 14 liegt, ist in der Scheibe 9 eine ringförmige Aussparung 15 ausgeführt. Gegenüber dieser Aussparung 15 ist in dem Flansch 5 eine andere ringförmige Aussparung 16 ausgeführt. Die beiden Aussparungen 15, 16 bilden einen

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Hohlraum, der als Kammer 17 zur Verbrennung des geringeren Brennstoffanteils dient, der in diese Kammer 17 nach dem Vermischen mit Lufr über einen Stutzen 18, der an den Flansch 5 angeschweißt ist, und Kanäle 19 und 20 gelangt, die im Flansch 5 und der Scheibe 9 ausgeführt sind.

Die Querschnitte des Kanals im Stutzen 18 und jeder der Kanäle 19 und 20 sind einander gleich ausgeführt und fürten Durchgang von 10% Brennstoff der Menge bestimmt, die dem Mischer 2 zugeführt wird. In der Kammer 17 sind zwei ringförmige Teile 21 und 22 angeordnet, der eine in der Aussparung 16, der zweite in der Aussparung 15.

Diese Teile 21, 22 weisen abwechselnde Vorsprünge und Vertiefungen auf, die zusammen einen im Querschnitt V-förmigen Ringspalt 23 im Eingangsteil der Kammer 17 bilden. Auf diese Weise dienen die Wände der Teile 21,22 als Spaltwände die entsprechend ausgeführt sind.

Hierbei liegen der Kanal 20, der in bezug auf die Kammer 17 der Eingangskanal ist, und eine der Seiten des Spaltes 23 quer zueinander. Diese Ausführung der Anlage gewährleistet die Stabilisierung des Brennprozesses des Gas-Luft-Gemisches in der Kammer 17. Die Kammer 17 liegt an der Peripherie der Hauptdüse 3 und steht mit zusätzlichen Düsen 24 (F i g. 1 und 2) in Verbindung, die rund um die Hauptdüse 3 angeordnet sind. Hierbei sind die zusätzlichen Düsen 24 gleichmäßig verteilt. Diese Düsen 24 bestehen aus zylindrischen Kanälen in der Scheibe 9, deren Ausgangsenden an den Wänden einer zentralen Bohrung 25 mit kegelförmigen Wänden liegen, die in der Scheibe 9 ausgeführt und gegenüber der Hauptdüse 3 der Brennereinheit 1 angeordnet ist. Hierbei besitzt der Kanal der Hauptdüse 3 auf dem Abschnitt 26, am Ausgang eine zylindrische Form, während der Kegel, der von den Wänden der Bohrung 25 gebildet ist, mit seiner großen Grundfläche dem mittleren Ofenteil zugekehrt ist. Diese Ausführung der Anlage gewährleistet günstige Bedingungen zur Vermischung der Verbrennungsprodukte, die aus den zusätzlichen Düsen 24 austreten, mit dem Hauptstrom des Gas-Luft-Gemisches, der aus der Hauptdüse 3 austritt.

Im oberen Teil der Kammer 17 ist zur Vermeidung gefährlicher Aussetzerscheinungen ein ständig in Betrieb stehender bekannter Funkenerzeuger 27 vorgesehen, der auf einer Knagge 28 montiert ist, die am Flansch 5 angeschweißt ist Der Endteil des Funkenerzeugers 27 liegt in einem Kanal 29, der in der Knagge 28 ausgeführt ist, einem Kanal 30, der in der Scheibe 9 ausgeführt ist, sowie in einem Kanal 31, der in dem ringförmigen Teil 21 ausgeführt ist, wobei all diese Kanäle achsgleich liegen.

Die Anlage ist zum Herstellen einer Schutzatmosphäre im Wärmeofen 10 bestimmt, der zum Erwärmen

ίο von metallischen Körpern unter Bedingungen dient, die eine Oxydation dieser Körper während des Erwärmens ausschließen.

Der Mischer 2 ist zur Bildung des Gas-Luft-Gemisches, beispielsweise eines Gemisches von Naturgas mit Luft, bei einem Luftfaktor von 0,5 bestimmt. Es wird, wie obenerwähnt, ein volumenmäßiger Anteil des Brennstoffs in der Größe von 3 bis 10% in Form eines Gemisches mit Luft über den Stutzen 18 und den Kanal 19 dem Kanal 20 zugeführt, der senkrecht zu einer der Seiten des V-förmigen Ringspaltes 23 liegt, der den Eingangsteil der Kammer 17 bildet. Dank dieser Lage des Kanals 20 und des Spaltes 23 sowie dank der Form dieses Spaltes 23 entstehen intensive Verwirbelungen des Gas-Luft-Gemisches am Eingang in die relativ kleine Kammer 17, wo dieses Gemisch mit Hilfe des Funkenerzeugers 27 ununterbrochen entzündet wird. Die Produkte der unvollkommenen Verbrennung, die bei einem Luftfaktor von 0,55 bis 0,7 verläuft, der den Luftfaktor des Hauptteils des Brennstoffs etwas übertrifft, gelangen über die zusätzlichen Düsen 24 zum Hauptstrom des Gas-Luft-Gemisches in der Zone der intensivsten Verwirbelung und begünstigen die chemische Initiierung des Entzündungsprozesses. Es entsteht eine stabile Hochtemperaturflamme, deren Temperatur

wunschgemäß durch Regulierung der Gemischmenge, die dem Brenner zugeführt wird, in einem Bereich von 800 bis 1250⁰C verändert werden kann.

Auf diese Weise gewährleistet das Verfahren stabile Verbrennung der überwiegenden Menge des Gas-Luft-Gemisches bei einem Luftfaktor 0,5. Auch wird der Einsatz von Regeneratoren vermieden.

Infolge der stabilen Verbrennung des Brennstoffs enthält das gasförmige Medium im Ofen keinen Sauerstoff und kein Methan, wobei auch der Rußanteil 1,5 bis 3 g/m³ nicht übersteigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 21

1. Verfahren zur Stabilisierung des Verbrennungsprozesses in einem Ofen zur zunderfreien Erwärmung von Wärmegut, in dem eine Schutzgasatmosphäre durch luftarme Verbrennung gasförmigen Brennstoffs mit einem Luftfaktor von 0,5 erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gas-Luft-Gemischstrom vor der Entzündung to Verbrennungsprodukte, die durch Verbrennung von 3 bis 10 Volumprozent der gesamten Brennstoffmenge mit einem Luftfaktor von 0,55 bis 0,7 gewonnen werden, kontinuierlich zugeführt werden.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die eine Bi ennereinheit mit einer Hauptdüse enthält gekennzeichnet durch rand um die Hauptdüse (3) der Brennereinheit (1), die zur Verbrennung des Hauptteiles des Brennstoffs vorgesehen ist, an deren Außenseite angeordnete zu- *> sätzliche Düsen (24) sowie durch eine mit den zusätzlichen Düsen (24) in Verbindung stehende Kammer (17) zur Verbrennung des Nebenstromgemisches.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- *5 net, daß die Kammer (17) zur Verbrennung des Nebenstromgemisches ringförmig ausgeführt und an der Peripherie der Hauptdüse (3) der Brennereinheit (1) angeordnet ist.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsteil (23) der Kammer (17) zur Verbrennung des Nebenstromgemisches die Form eines im Querschnitt V-förmigen Ringspaltes (23) besitzt, wobei ein Kanal (20) zur Einführung des Gemisches in den Spalt (23) quer zu einer der Spaltseiten angeordnet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des V-förmigen Spaltes (23) durch zwei ringförmige Teile (21, 22) gebildet werden.

6. Anlage nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündeinrichtung in der Kammer (17) zur Verbrennung des Nebenstromgemisches ein ständig in Betrieb stehender Funkenerzeuger (27) vorgesehen ist.