DE2226046B2

DE2226046B2 - Brenner für Winderhitzer

Info

Publication number: DE2226046B2
Application number: DE2226046A
Authority: DE
Inventors: Joachim 5401 Urmitz Fritsche
Original assignee: BROHLTAL-DEUMAG AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE 5401 URMITZ
Current assignee: BROHLTAL-DEUMAG AG fur FEUERFESTE ERZEUGNISSE 5401 URMITZ
Priority date: 1972-05-29
Filing date: 1972-05-29
Publication date: 1978-04-27
Also published as: GB1415776A; DE2226046A1; BE799859A; DE2226046C3; SE387427B; AT337223B; IT987788B; ATA402273A; LU67677A1; NL7307499A; FR2188797A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für Winderhitzer

ίο mit getrennt geführten und aus Durchtrittsöffnungen der Brennkammer austretenden Gas- und Luftströmen.

Durch den periodischen Betrieb der Winderhitzer

sind die Brenner nur während der Gaszeit in Betrieb und stehen während der Windzeit still. Die herkömmlichen Maschinenbrenner müssen während dieser Zeit mittels wassergekühlter Schieber vor Zerstörung durch Strahlung des erhitzten Brennschachtmauerwerks geschützt werden. Keramische Brenner werden vorteilhaft eingesetzt, um diese gekühlten Schieber einzusparen. Ein anderer Grund für die Benutzung von keramischen Brennern ist die Verwendung von vorgewärmten Verbrennungsmedien.

Das Prinzip der bekannten keramischen Brenner ist meist der Parallelstrombrenner, der besonders beim Betrieb mit dem heizwertschwachen Hochofen-Gichtgas eine lange Flamme bildet. Eine kurze Flamme hat dagegen den Vorteil, daß nur ein kurzer Brennschacht über dem Rrenner benötigt wird, und daß der Brenner in an sich bekannter Weise höher im Winderhitzer

jo angebracht werden kann. Verschiedene bekannte keramische Brenner sind nicht gegen herabfallende Steinstücke geschützt, die sich infolge jahrelanger Temperaturbeanspruchung von der Winderhitzerkuppel und dem Brennschacht lösen und die Brenner

i^r> beschädigen können.

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

■ic vorteilhafte Weise dadurch erreicht, daß die waagerecht verlaufenden Durchtrittsöffnungen für Gas und die ebenfalls waagerecht verlaufenden Durchtrittsöffnungen für Luft in der senkrechten 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 des Brenners und

der Brennkammer hat den Vorteil, daß durch die senkrecht angeordneten Wände der Brennkammer die Durchtrittsöffnungen für Gas und Luft gegen herunterfallende Steinstücke wirksamer geschützt sind und durch diese nicht beschädigt werden können. Ein

^r>5 weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auf Grund der nach dem Gegenstromprinzip angeordneten Gas- und Luftaustrittsöffnungen eine kurze Flamme entsteht, die eine Verkürzung des Brennschachtes ermöglicht. Die erfindungsgemäße Gegenstrom-Brenn-

w) kammer kann sowohl in Winderhitzer mit innenliegendem als auch mit nebenstehendem Brennschacht eingebaut werden und trägt in Verbindung mit einer Verkürzung des Brennschachtes zur Einsparung von Herstellungskosten bei. Des weiteren besteht die

^h"' Möglichkeit, den erfindungsgemäßen keramischen Gegenstrombrenner auch nachträglich in bereits vorhandene Winderhitzer einzubauen, so daß der Winderhitzer mit höheren Temperaturen beaufschlagt werden kann

und dadurch ein höherer Nutzungsgrad gewährleistet ist.

Die Intensität der Vermischung wird erfindungsgemäß gegenüber den bekannten Parallelstrombrennern dadurch erhöht, daß der Gegenstrom eier 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 ι ο im weiteres 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 Verwen- r> dung von ballastreichem Gichtgas bzw. mit höherwertigen Brennstoffen angereichertem Gichtgas die Temperaturen bei 1 300⁰C liegen und die Gas- und Luftmengen im Verhältnis von etwa 1 :1 stehen.

Es ist bereits bekannt (DE-AS 14 51 460), im Boden des Brennschachtes eines einräumigen turmartigen Gas- oder Winderhitzers eine aus feuerfestem keramischem Werkstoff bestehende Verbrennungseinrichtung mit in abwechselnder Reihenfolge ausgebildeten Zuführungsdüsen für Schwachgas und Verbrennungsluft 2^r> vorzusehen. Die Schwachgas- und Luftdüsen sind dabei ringförmig um eine zentrale Brennmittelzuführung zur Achse der Verbrennungseinrichtung hin geneigt angeordnet, wobei jedoch die zentrale Brennmittelzuführung mindestens eine der öl- oder Starkgaszufuhr jo dienende Düsenlanze aufweist, die einen senkrechten Zuführungskanal für die zur Öl- oder Starkgasverbrennung erforderliche Luft durchsetzt. Die Düsenlanze wird durch einen koaxial innerhalb der Schwachgas- und Luftdüsen angeordneten Kranz von Starkgasdüsen Ji ersetzt und ein zentraler Kanal im Boden des Brennschachtes und eine daran angeschlossene Leitung dienen der Abführung des Heißwindes. Bei der bekannten Anordnung verlaufen die Gas- und Luftdüsen nicht waagerecht und sind auch nicht getrennt 4» angeordnet und gegeneinander gerichtet, so daß das erfindungsgemäße Gegenstromprinzip mit dieser Anordnung nicht verwirklicht werden kann.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich, die waagerecht 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 vt entlanglaufenden 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 ^r>o der tote Raum unter den beiden Kammern kann mit Schamottebruch od. dgl. ausgefüllt sein. Statt der Zwischenschaltung von Gas- und Luftkamrnern können die Durchtrittsöffnungen in der Brennkammerwand auch direkt an die Zuleitungen für die Gas- und wi Luftströme angeschlossen werden.

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

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele gernäß der Erfindung in vereinfachter, schematischer Form dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Brennschacht eines Winderhitzers mit innenliegendem 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 F i g. 3 entlang der Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch einen Winderhitzer mit nebenstehender Brennkammer,

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

F i g. 7 einen Querschnitt durch den Winderhitzer nach F i g. 5 entlang der Linie VII-VII in F i g. 6,

F i g. 8 einen Längsschnitt durch einen brennschachtlosen Winderhitzer,

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

F i g. 10 einen Längsschnitt durch einen Winderhitzer mit zwei nebenstehenden Brennkammern,

Fig. 11 einen Längsschnitt durch den Winderhitzer nach F i g. 10 entlang der Linie XI-XI in F i g. 50 und

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

Der Winderhitzer nach F i g. 1 und 2 besteht aus dem Brennschacht 1, dem Gitterschacht 2, der Brannkammer 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 gegünüberliegende 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 Beschädigung durch herunterfallende Steine. Durch die Anordnung der Durchtrittsöffnungen 10 und 11 in den senkrecht stehenden Mauern 8 und 9 können diese durch herabfallende Steine nicht beschädigt werden.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 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 37 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 Heißwindaustritts 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 51 und 52 für Gas und Luft an Zuführungsrohre 53 und 54 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 F i g. 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 mil dem Verbindungskanal möglich. Durch den enger Querschnitt des Kanals entsteht ein Verwirbelungsef-

<■> fekt mit einer restlichen Verbrennung der Gase an der Einschnürungsstelle. Die Brennkammer 50 ruht aul einem entsprechend starken Heißwindrohr 64. Die Isolierung des Heißwindrohres 64 wird so gewählt, daC die Blechtemperatur und damit die Ausdehnung de«

ίο Systems Brennkammer — Heißwindrohr der Ausdehnung des Gitterschachtes 62 entspricht.

Die Brennkammer 70 des Winderhitzers nach F i g. f und 9 befindet sich über der Kuppel 71 und ist genausc ausgebildet wie die Brennkammer 50 in Fig.5-7. Die

is Verbindung zwischen Brennkammer 70 und Kuppel raum 72 wird durch einen Kanal 73 hergestellt, der ein« Einschnürungs- und Dehnungsstelle bildet. Der Heiß windkanal 74 mündet seitlich in die Brennkammer 7( ein.

M Der Winderhitzer nach F i g. 10-12 hat zwei nebenste hende Brennkammern 80 und 81, die über Kanäle 82 unc 83 mit dem Kuppelraum 84 in Verbindung stehen. Die Verbindungskanäle 82 und 83 münden in ein Zwischen stück 87. Wegen des hohen Innendruckes ist das

2^r> Zwischenstück 87 wie ein radialsymmetrischer hohle: Kragen ausgebildet, der zwischen Kuppel 84 unc Gitterschacht 89 durch Verstrebungen 90 eingespann wird. Bedingt durch die Ausdehnung des Schachtmauer werkes wird der Kragen unabhängig vom Schach

i() ausgeführt und wegen seiner konvexen Form mit eine verankerten feuerfesten Masse ausgestampft. Um di< Dehnungsprobleme zu lösen, kann das Heißwindrohr 8! bis zu einer tragbaren Länge auch an die Brennkamme 80 angehängt werden. Die Brennkammern 80 und 8 ruhen auf einer Konsole 86, auf der sie sich infolgi Dehnung seitlich verschieben können.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner für Winderhitzer mit getrennt geführten und aus Durchtrittsöffnungen der Brennkammer austretenden Gas- und Luftströmen, dadurch gekennzeichnet, daß die waagerecht verlaufenden Durchtrittsöffnungen (10,51) für Gas und die ebenfalls waagerecht verlaufenden Durchtrittsöffnungen (11,52) für Luft in der senkrechten 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 waagerecht 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 (F i g. 1 bis 4).

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer (34) durch einen an der Innenmauer (35) des Brennschachtes (36) entlanglaufenden Kanal mit zwei Eintrittsstutzen (37,38) gebildet und die Gaskammer mit ihrem Eintrittsstutzen (39) in der Außenmauer (33) des Winderhitzers angeordnet ist (F i g. 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 od. dgl. ausgefüllt ist (F i g. 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 Brennkammerwand angeschlossen sind (F i g. 5 bis 7).

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (50) neben und unterhalb der Kuppel (63) des Winderhitzers angeordnet ist und von der 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 (F i g. 5 bis 7).

7. Brenner nach Anspruchs 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 (F ig. 5 bis 7).

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

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

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, 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 (F i g. 10 bis 12).