DE2226046A1

DE2226046A1 - Brenner fuer winderhitzer

Info

Publication number: DE2226046A1
Application number: DE2226046A
Authority: DE
Inventors: Joachim Fritsche
Original assignee: BROHLTAL AG fur STEIN und TON
Current assignee: BROHLTAL AG fur STEIN und TON
Priority date: 1972-05-29
Filing date: 1972-05-29
Publication date: 1973-12-13
Also published as: NL7307499A; BE799859A; DE2226046B2; IT987788B; FR2188797A5; AT337223B; LU67677A1; SE387427B; ATA402273A; GB1415776A; DE2226046C3

Description

Anmelderin: Brohltal Aktiengesellschaft für Stein- und Tonindustrie, 5401 Urmitz bei Koblenz

Titel: Brenner für Winderhitzer

Die Erfindung betrifft einen Brenner für Winderhitzer mit getrennt zugeführten Gas- und Luftströmen, der vorzugsweise mit gasförmigen Brennstoffen betrieben wird.

Durch den periodischen Betrieb dieser Regeneratoren sind die Brenner nur während der Gaszeit in Betrieb und stehen während der Windzeit still. Keramische Brenner werden eingesetzt, um den wassergekühlten

309850/0605

Schieber einzusparen, der notwendig ist, um einen metallischen Brenner vor der Rückstrahlung des erhitzten Brennschachtes während der Windzeit zu schützen. Ein anderer Grund für die Benutzung von keramischen Brennern ist die Verwendung von vorgewärmten Verbrennungsmedien.

Verschiedene bekannte keramische Brenner sind nicht gegen herabfallende Steine geschützt, die sich infolge der jahrelangen Temperaturbeanspruchung von Kuppel und Brennschacht lösen und die Brenner beschädigen. Das Prinzip der bekannten Brenner ist meist der Parallelstrombrenner, der besonders beim Betrieb mit dem heizwertschwachen Gichtgas eine lange Flamme bildet. Eine kurze Flamme hat dagegen den Vorteil, daß nur ein kurzer Brennschacht über dem Brenner erforderlich ist, und daß der Brenner höher im Winderhitzer angebracht werden kann. Das hat bei einem Winderhitzer mit innenliegendem Brennschacht zur Folge, daß die Gefahr der Durchbrüche zwischen Brennschacht und Gitterschacht, die vor allem bei den in den letzten Jahren gesteigerten Temperaturen über 1300⁰C auftreten

können, geringer wird, weil zwischen dem oberen Teil des Besatzes und dem Brennschacht infolge der dortigen

309850/0605

höheren Temperaturen im Besatz die Wärmespannungen im Brennschachtmauerwerk geringer sind. Selbst wenn sich Fugen im Brennschachtmauerwerk geringfügig öffnen sollten, wäre der Schaden weniger groß, weil im oberen Teil des Besatzes infolge geringerer Druckdifferenz weniger Gas in Kurzschluß vom Brennschacht zum Gitter strömen würde und weil oben Gittersteine höherer Qualität eingesetzt werden, die einem heißeren Kurzschluß-Gasstrom besser widerstehen können. Außerdem ist im oberen Bereich des Brennschachtes die Druckbelastung des Besatzes geringer als im unteren Bereich.

Bisher wurde das Problem der Durchbrüche zwischen Brenn- und Gitterschacht dadurch gelöst, daß der Brennschacht in separater Bauweise als nebenstehender Brennschacht ausgeführt wurde. Der Winderhitzer mit innenliegendem Brennschacht ist wegen der erhöhten Gefahr von Durchbrüchen gegenüber dem Winderhitzer mit nebenstehendem Brennschacht im Nachteil.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen keramischen Brenner zu schaffen, der eine kurze Flamme entwickelt und der gegen herabfallende Steine unempfindlich ist. Dies wird gemäß der Erfindung auf vorteilhafte Weise dadurch erreicht, daß die Durchtrittsöffnungen für

309 0!5O/08 OR - 4

Gas und die Durchtrittsöffnungen für Luft in der Wand der Brennkammer des Winderhitzers einander gegenüberliegen und derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß die einzelnen Gas- und Luftströme auf Lücke im Gegenstrom gegeneinander gerichtet sind und in der Brennkammer miteinander vermischt und umgelenkt werden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Brenner, der Brennkammer und die durch die kurze Flamme mögliche Verkürzung des Brennschachtes hat den Vorteil, daß bei den herkömmlichen Winderhitzern mit innenliegendem Brennschacht die Gefahr von Durchbrüchen zwischen Brenner- und Gitterschacht wesentlich verringert wird. Die Vorteile des Winderhitzers mit innenliegendem Brennschacht gegenüber dem Winderhitzer mit nebenstehendem Brennschacht, wie geringerer Platzbedarf, Materialersparnis, größere Stabilität gegenüber dem Innendruck im Winderhitzer und damit verbunden niedrigere Herstellungskosten können durch die Erfindung ausgenutzt werden. Selbst wenn ein Winderhitzer mit nebenstehendem Brennschacht gefordert wird, tragen die erfindungsgemäßen Brenner zur Verkürzung des Brennschachtes und damit zur Einsparung

3 (J 9 8 S 0 / 0 ß 0 5

von Herstellungskosten bei. Durch die senkrecht angeordneten Wände der Brennkammer sind die Durchtrittsöffnungen für Gas und Luft gegen herunterfallende Steine wirksam geschützt und können durch diese nicht beschädigt werden. Die erfindungsgemäße Gegenstrom-Brennkammer kann auch nachträglich in bereits vorhandene Winderhitzer eingebaut werden, so daß der Winderhitzer höheren Temperaturen widersteht und dadurch ein höherer Nutzungsgrad gewährleistet ist.

Die Intensität der Vermischung wird erfindungsgemäß gegenüber den bekannten Parallelstrombrennern dadurch erhöht, daß der Gegenstrom der Gas- und Luftstrahlen auf Lücke erfolgt. Jedem austretenden Gasstrahl wird an der Wurzel Luft zugeführt und umgekehrt. Da Freistrahlen aus der Umgebung Gas bzw. Luft ansaugen, tritt so eine frühzeitige Vermischung ein. Längs des Strahles bewirkt der Gegenstrom im weiteren eine Verwirbelung und Durchmischung an den Reibungsflächen. Damit ist die Differenz der Strömungsgeschwindigkeiten der Medien beim Gegenstrom am größten. Die Anwendung des Gegenstromprinzips ist dann besonders günstig, wenn bei Verwendung von ballastreichem Gichtgas bzw.

-δι
309850/0605

mit höherwertigen Brennstoffen angereichertem Gichtgas die Temperaturen bei 1.3OO°C liegen und die Gas- und Luftmengen im Verhältnis von ca. 1 : stehen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, die in die Brennkammer mündenden Durchtrittsöffnungen für Gas und Luft mit voneinander getrennten Gas- und Luftkammern zu verbinden, die an die Gas- bzw. Luftzuleitung angeschlossen sind. Die Luftkammer kann vorzugsweise durch einen an der Innenmauer des Brennschachtes entlang laufenden Kanal mit zwei Eintrittsstutzen gebildet sein und die Gaskammer kann mit ihrem Eintrittsstutzen in der Außenmauer des Winderhitzers angeordnet sein. Die Gas- und Luftkammer kann im oberen Teil des Brennschachtes angeordnet sein und der tote Raum unter den beiden Kammern kann mit Schamottebruch oder dergl. ausgefüllt sein. Statt der Zwischenschaltung von Gas- und Luftkammern können die Durchtrittsöffnungen in der Brennkammerwand auch direkt an die Zuleitungen für die Gas- und Luftströme angeschlossen werden.

30 98 50/06 0 5

Die Konstruktion eines Winderhitzers mit separater Brennkammer ist dann möglich, wenn die Brennkammer neben und unterhalb der Kuppel des Winderhitzers angeordnet wird und von der Brennkammer ein Verbindungskanal schräg nach oben in einen Zwickel mündet, der zwischen Gitterschacht und der an dieser Stelle vorkragenden und von unten schräg abgeschnittenen Kuppel angeordnet ist. Die Brennkammer kann dabei auf einer senkrechten Heißwindleitung ruhen und die Isolierung der Heißwindleitung kann so abgestimmt werden, daß der Gitterschacht und das Sys tarn Heißwindleitung - Brennkammer - Verbindungskanal die gleiche Ausdehnung erfahren,

Die Brennkammer kann aber auch über der Kuppel des Winderhitzers angeordnet sein, so daß ein brennschachtloser Winderhitzer entsteht. Besonders günstige Betriebsbedingungen in Bezug auf Dehnungsprobleme und die Gleichmäßigkeit der Beaufschlagung des Gitterwerkes lassen sich dann erreichen, wenn zwei diametral gegenüberliegende Brennkammern neben der Kuppel des Winderhitzers angeordnet sind. Die Verbindungskanäle von den Brennkammern können in

3 09850/0605

ein Zwischenstück zwischen Kuppel und Gitterschacht einmünden, das wegen des hohen Innendruckes wie ein hohler Kragen ausgeführt ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung können aus der Zeichnung und der zugehörigen Beschreibung entnommen werden. In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung in vereinfachter, schematischer Form dargestellt, und zwar zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Brennschacht eines Winderhitzers mit innenlxegendem Brennschacht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Winderhitzer nach Fig. 1 entlang der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform des Winderhitzers,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Winderhitzer nach Fig. 3 entlang der Linie IV - IV in Fig. 3,

3 U 9 8 ■'> Π / Π R Π 5

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Winderhitzer mit nebenstehender Brennkammer,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Brennkammer des Winderhitzers nach Fig. 5 entlang der Linie VI - VI in Fig. 5,

Fig. 7 einen Querschnitt durch den Winderhitzer nach Fig. 5 entlang der Linie VII - VII· in Fig. 6,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch einen brennschachtlosen Winderhitzer,

Fig. 9 einen Querschnitt durch die Brennkammer des Winderhitzers nach Fig. 8 entlang.der Linie IX - IX in Fig. 8, . .

Fig. 10 einen Längsschnitt durch einen Winderhitzer mit zwei nebenstehenden Brennkammern,

Fig. 11 einen Längsschnitt durch den Winderhitzer nach Fig. 10 entlang der Linie XI - XI in Fig IO und

Fig. 12 einen Querschnitt durch den Winderhitzer nach Fig. 10 entlang der Linie XII - XII in Fig. 10.

3098 5 0/060 5

Der Winderhitzer nach Fig. 1 und 2 besteht aus dem Brennschacht l_f dem Gitterschacht 2, der Brennkammer 3, der Gaskammer 4 und der Luftkammer 5. Der Brennschacht 1 liegt innerhalb des Gitterschachtes 2. Die Gaskammer 4 besitzt einen Anschlußstutzen 6 und die Luftkammer 5 einen Anschlußstutzen 7 für die Zuführungsleitung. Die Brennkammer 3 hat zwei gegenüberliegende Wände 8 und 9, die mit Durchtrittsöffnungen 10 und 11 versehen sind. Diese öffnungen sind einander gegenüberliegend und versetzt zueinander angeordnet, so daß die Gas- und Luftströme im Gegenstrom gegeneinander und auf Lücke gerichtet sind, wie dies in der Zeichnung durch gestrichelte Pfeile 15 für Gas und durch ausgezogene Pfeile 16 für Luft angedeutet ist. Nach Durchmischen der Gas- und Luftströme werden diese nach oben in den Brennschacht 1 umgelenkt. Die Brennkammer 3 ist nach unten durch den Boden 20 und nach oben durch die Deckplatte 21 mit der öffnung 22 zum Durchtritt der Flammen abgeschlossen. Die über die senkrecht stehenden Mauern 8 und 9 vorstehenden Kanten 23 sorgen für eine bessere Verwirbelung der aus der Brennkammer 3 austretenden Brenngase. Der Heißwind wird durch die öffnung 25 abgezogen, die über der Brennkammer 3 liegt. Die Deckplatte 21 schützt die Brennkammer 3 gegen eine

309850/0605

- Ii ■-

Beschädigung durch herunterfallende Steine. Durch die Anordnung der Durchtrittsoffnungen IO und 11 in den senkrecht stehenden Mauern 8 und 9 können diese durch herabfallende Steine nicht beschädigt werden.

Bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 3 und 4 befindet sich die Brennkammer 30 über dem Heißwindaustritt 31. Die Gaskammer 32 ist in der Außenmauer 33 des Winderhitzers angeordnet, während sich die Luftkammer 34 entlang der Innenmauer 35 des Brennschachtes 36 erstreckt und durch zwei Anschlußstutzen und 38 mit Luft versorgt wird. Der tote Raum 40 unter der Luftkammer 34 kann mit Schamottebruch ausgefüllt sein, der gleichzeitig zum Schutz des Brennschachtes 36 gegen Durchbrüche zum Gitterschacht 41 dient. Der unterhalb des Heißwindaustrittes 31 befindliche tote Raum 42 kann ebenfalls ausgefüllt sein. Die heißen Gase strömen vom Brennschacht 36 über den Kuppelraum 43 zum Gitterschacht 41.

Bei dem in Fig. 5-7 dargestellten Winderhitzer mit nebenstehender Brennkammer 50 sind die sich einander gegenüberliegenden Durchtrittsöffnungen und 52 für Gas und Luft an Zuführungsrohre 53 und 54 -

- 12 -

3 (J IK .- η / η η Π 5

angeschlossen, die über Ventile 55 und 56 mit der Gasleitung 57 und der Luftleitung 58 verbunden sind. Es sind also keine zwischengeschalteten Gas- und Luftkammern vorhanden, wie bei den Brennkammern nach Fig. 1-4. Die Brennkammer 50 ist durch einen schrägen Verbindungskanal 60 mit einem Zwickel 61 verbunden, der zwischen Gitterschacht 62 und der an dieser Stelle vorkragenden und von unten schräg abgeschnittenen Kuppel 63 angeordnet ist. Der Verbindungskanal 60 kann sich frei in den Kuppelraum 63 ausdehnen. Damit ist auch eine getrennte Reparatur der Brennkammer mit dem Verbindungskanal möglich. Durch den engen Querschnitt des Kanals entsteht ein Verwirbelungseffekt mit einer restlichen Verbrennung der Gase an der Einschnürungsstelle. Die Brennkammer 50 ruht auf einem entsprechend starken Heißwindrohr 64. Die Isolierung des Heißwindrohres 64 wird so gewählt, daß die Blechtemperatur und damit die Ausdehnung des Systems Brennkammer - Heißwindrohr der Ausdehnung des Gitterschachtes 62 entspricht.

Die Brennkammer 70 des Winderhitzers nach Fig. 8 und 9 befindet sich über der Kuppel 71 und ist genauso ausgebildet wie die Brennkammer 50 in Fig. 5-7. Die Verbindung zwischen Brennkammer 70 und

- 13 -

3 0 9 8 5 0 / 0 6 Π 5

Kuppelraum 72 wird durch einen Kanal 73 hergestellt, der eine Einschnürungs- und Dehnungsstelle bildet. Der Heißwindkanal 74 mündet seitlich in die Brennkammer 70 ein.

Der Winderhitzer nach Fig. 10-12 hat zwei nebenstehende Brennkammern 80 und 81, die über Kanäle und 83 mit dem Kuppelraum 84 in Verbindung stehen. Die Verbindungskanäle 82 und 83 münden in ein Zwischenstück 87. Wegen des hohen Innendruckes ist das Zwischenstück 87 wie ein radialsymmetrischer hohler Kragen ausgebildet, der zwischen Kuppel 84 und Gitterschacht 89 durch Verstrebungen 90 eingespannt wird. Bedingt durch die Ausdehnung des Schachtmauerwerkes wird der Kragen unabhängig vom Schacht ausgeführt und wegen seiner konvexen Form mit einer verankerten feuerfesten Masse ausgestampft. Um die Dehnungsproblerne zu lösen, kann das Heißwindrohr 85 bis zu einer tragbaren Länge auch an die Brennkammer 80 angehängt werden. Die Brennkammern 80 und 81 ruhen auf einer Konsole 86, auf der sie sich infolge Dehnung seitlich verschieben können.

- 14 -

8 0/0605

Es versteht sich, daß die Erfindung keineswegs auf die in der Zeichnung dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr gibt es mannigfaltige Abwandlungsmöglichkeiten im Aufbau des Winderhitzers und der Brenner sowie der Anordnung der Brenner im Winderhitzer, ohne daß dabei der durch die Erfindung abgesteckte Rahmen verlassen wird.

- 15 -

309850/060 5

Claims

Patentansprüche

1.) Brenner für Winderhitzer mit getrennt geführten Gas- und Luftströmen, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchtrittsöffnungen (10, 51) für Gas und die Durchtrittsöffnungen (11, 52) für Luft in der Wand der Brennkammer (3, 30, 50, 70, 80, 81) des Winderhitzers einander gegenüberliegen und derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß die einzelnen Gas- und Luftströme auf Lücke im Gegenstrom gegeneinander gerichtet sind und in der Brennkammer (3, 30, 50, 70, 80, 81) miteinander vermischt und umgelenkt werden.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die in die Brennkammer (3, 30) mündenden Durchtrittsöffnungen (10, 11) für Gas und Luft mit voneinander getrennten Gas- und Luftkammern (4 und 5, 32 und 34) in Verbindung stehen, die an die Gas- bzw. Luftzuleitung angeschlossen sind (Fig. 1 - 4)

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Luftkammer (34) durch einen an der Innenmauer (35) des Brennschachtes

- 16 -

3 o 9 8 b η / ο π η s

(36) entlang laufenden Kanal mit zwei Eintrittsstutzen (37, 38) gebildet und die Gaskammer mit ihrem Eintrittsstutzen (39) in der Außenmauer (33) des Winderhitzers angeordnet ist (Fig. 3 und 4).

4. Brenner nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß Gas- und Luftkammer (32 und 34) im oberen Teil des Brennschachtes (36) angeordnet sind und daß der tote Raum (40, 42) unter den beiden Kammern (30, 34) mit Schamottebruch oder dergl. ausgefüllt ist (Fig. 3 und 4).

5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zuleitungen (53, 54) für die Gas- und Luftströme direkt an die versetzt angeordneten Durchtrittsöffnungen (51, 52) in der Brenhkammerwand angeschlossen sind (Fig. 5 - 12).

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da£ die Brennkammer (50) neben und unterhalb der Kuppel (63) des Winderhitzers angeordnet ist und vorjder Brennkammer (50) ein Verbindungskanal (60) schräg nach oben in einen Zwickel (61) mündet, der zwischen Gitterschacht (62) und der an dieser Stelle vorkragenden und von unten schräg abgeschnittenen Kuppel (63) angeordnet ist (Fig. 5 - 7).

30 9 8 5 0/ORHS

7. Brenner nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer (50) auf einer senkrechten Heißwindleitung (64) ruht und die Isolierung der Heißwindleitung (64) so abgestimmt ist, daß der Gitterschacht (62) und das System Heißwindleitung (64) - Brennkammer (50) - Verbindungskanal (60) die gleiche Ausdehnung erfahren (Fig. 5 - 7).

8. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennkammer (70) über der Kuppel (71) des Winderhitzers angeordnet ist (Fig. 8 und 9).

9. Brenner nach Anspruch 5-7, dadurch gekennzeichnet , daß zwei diametral gegenüberliegende Brennkammern (80, 81) neben der Kuppel (84) des Winderhitzers angeordnet sind (Fig. 10 - 12)

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch g e . kennzeichnet , daß Verbindungskanäle (82, 83) von den Brennkammern (80, 81) in ein Zwischenstück (87) zwischen Kuppel (84) und Gitterschacht (89) münden, das wegen des hohen Innendruckes wie ein hohler Kragen ausgeführt ist (Fig. 10 - 12).

309850/0605