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Drehrohrofenbrenner für gasförmige Brennstoffe Die Erfindung bezieht
sich auf einen Drehrohrofenbrenner für gasförmige Brennstoffe mit einem in seinem
Innern die Brennstoffe heranführenden festen Brennerrohr, das eine sich in Brennstoffaustrittsrichtung
im Querschnitt erweiternde Brennermündung aufweist, in deren Bereich ein axial zum
Brennerrohr bewegbarer Düseneinstellkörper mit einem ebenfalls in Brennstoffaustrittsrichtung
zunehmenden Querschnitt vorgesehen ist, wobei zwischen der Brennermündung und dem
Düseneinstellkörper ein sich zunächst verengender und dann wieder erweiternder lichter
Düsenquerschnitt gebildet wird.
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Es ist bereits ein Brenner der erwähnten Art bekannt, bei dem die
Brennerrohrwand an dem die Brennermündung enthaltenden Ende im Querschnitt etwa
viertelkreisförmig abgerundet ist, so daß sich die im Querschnitt erweiternde Brennermündung
ergibt. In die so gebildete Brennermündung ragt das spitz zulaufende eine Ende eines
Düseneinstellkörpers hinein, der im wesentlichen etwa zylindrisch ausgebildet ist,
wobei das spitz zulaufende Ende mit einer Abrundung in den zylindrischen Hauptteil
übergeht, und der mit seinem weitaus größten Teil vor der Brennermündung liegt sowie
etwa den gleichen Außendurchmesser wie das Brennerrohr aufweist. An diesem die Mündung
enthaltenden Ende sind in die Brennerrohrwand von der Stirnseite her Rohre eingesetzt,
durch die der Düseneinstellkörper axial beweglich gehaltert
ist.
Ferner sind bei dieser bekannten AusfGhrungsform die Brennerrohrwand und der Düseneinstellkörper
hohl ausgeführt, wobei im zylindrischen Umfang des Düseneinstellkörpers Austrittsöffnungen
für Verbrennungsluft vorgesehen sind, die über die hohle Brennerrohrwand herangeführt
werden kann.
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Diese bekannte Brennerausführung besitzt einen äußerst aufwendigen
konstruktiven Aufbau. Aufgrund der Form der Brennermündung und der Ausbildung und
Anordnung des Düseneinstellkörpers ergibt sich bei diesem Brenner eine verhältnismäßig
breite und kurze Flammform, so daß bei einem Einsatz dieses Brenners in einem Drehrohrofen
sehr leicht Beschädigungen der Ausmauerung auftreten, weshalb die Verwendung dieses
Brenners in einem Drehrohrofen sehr in Frage gestellt ist. Ferner hat es sich als
recht aufwendig erwiesen, diesen Brenner mit einer zusätzlichen Luftzufuhr zu betreiben,
wobei außerdem keine Möglichkeit besteht, die Gasaustrittsgeschwindigkeit ständig
zu überwachen.
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Man hat weiterhin bei anderen in der Praxis bekannten Brennern festgestellt,
daß bei Verwendung von Erdgas als Brennstoff eine verlängerte Zone mit höchster
Wärmeausbreitung entstand, was Jedoch bei modernen Drehrohrdfen-lm allgemeinen nicht
erwünscht ist. Da in einem Drehrohrofen der weitaus größte Teil (etwa 95ei) der
Wärmemenge durch Strahlung übertragen wird, ergeben sich bei einer Erdgasverbrennung,
bei der die Flamme eine verhältnismäßig geringe Wärmestrahlung besitzt, Schwierigkeiten
in der Betriebsweise des Drehrohrofens. Zur Erzielung einer vertretbaren wärmestrahlenden
Flamme muß Erdgas bei seiner Verbrennung eine Phase unvollständiger Verbrennung
durchschreiten, in der eine Aufspaltung der schweren Kohlenwasserstoffe stattfindet.
Dies ließe sich zwar verhältnismäßig einfach durch eine reduzierende Verbrennung
erreichen; eine derartige Betriebsweise
ist Jedoch wärmewirtschaftlich
und verfahrenstechnisch nicht zu vertreten, wobei noch hinzukommt, daß eine "strahlende"
Flamme, nicht jedoch eine lange Flamme erwünscht ist. Man hat ferner festgestellt,
daß ein Brenner, der Erdgas unter Verwendung von sogenannter Primärluft verbrennt,
eine beschleunigte Verbrennung erzielt und das erwünschte Strahlen der Flamme verhindert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter-Vermeidung
der Nachteile der bekannten Ausführungen einen Drehrohrofenbrenner der eingangs
genannten Art zu schaffen, der bei verhältnismäßig einfachem Aufbau und gutem Wirkungsgrad
eine konstant zur Brenn- bzw. Sinterzone des Drehrohrofens ausgerichtete und besonders
wärmestrahlende Flamme gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Düseneinstellkörper
etwa birnenförmig, mit abgerundetem Basisumfangsrand ausgeführt und vollkommen innerhalb
der Brennermündung angeordnet ist, wobei das die Mündung enthaltende Ende des Brennerrohres
über das äußere Ende des Düseneinstellkörpers hinausragt, und daß im Bereich desiäußeren
Endes des Düseneinstellkörpers eine Einrichtung zum Messen und Konstanthalten des
Gasdruckes vorgesehen ist, die mit einer Verstellvorrichtung für den Düseneinstellkörper
zusammenwirkt.
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß eine verhältnismäßig
schlanke, kurze und leuchtende Flamme im Drehrohrofen erzielt werden sollte. Wenn
hierbei als Brennstoff Erdgas verwendet wird, so wird dieses nur so weit aufgeheizt,
daß es nicht sofort verbrennt, sondern zunächst die schweren Kohlenwasserstoffe
aufgespalten werden, damit sie dann anschließend sofort auf kürzestem Raum verbrennen
können.
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Aufgrund seiner Ausbildung kann der erfindungsgemäße Brenner mit
Gasgeschwindigkeiten betrieben werden, die im Überschallbereich liegen. Diese Tatsache
trägt vor allem dazu bei, daß die zuvor erwähnten Forderungen erfüllt werden, so
daß durch den erfindungsgemäßen Drehrohrofenbrenner eine verhältnismäßig schlanke,
kurze und leuchtende Flamme erzeugt wird, die eine äußerst große Wärmestrahlung
besitzt.
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Durch die erfindungsgemäße Form des DUsenelnstellkörpers sowie durch
dessen Anordnung innerhalb der Brennermündung kann die erzeugte Flamme in der gewünschten
Weise zur Brenner- bzw. Sinterzone des Drehrohrofens ausgerichtet werden, wobei
die so ausgerichtete Flamme während des ganzen Betriebes konstant gehalten werden
kann.
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Für die Konstanthaltung der Flamme sowie für einen guten Wirkungsgrad
des Brenners ist es Jedoch wichtig, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Gases,
insbesondere des Erdgases, unabhängig von der durchgesetzten Gasmenge in Jedem gewünschten
Geschwindigkeitsbereich vollkommen konstant gehalten wird. Dies wird bei der erfindungsgemäßen
Ausführung durch die am äußeren Ende des Düseneinstellkörpers vorgesehene Einrichtung
erreicht, durch die der Gasdruck an der Brennermündung gemessen und konstant gehalten
wird. Zu diesem Zweck wirt die Verstellvorrichtung für den Düseneinstellkörper mit
der erwähnten Einrichtung zusammen, so daß bei Anderungen des Gasdruckes sofort
ein entsprechendes Nachführen des Düseneinstellkörpers erfolgen kann, um auf diese
Weise die Gasaustrittsgeschwindigkeit konstant zu halten.
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Die Verwendung von Primärluft ist bei der erfindungsgemäßen BrennerausfUhrung
nicht nötig. Dies sowie der konstruktive Aufbau dieses Drehrohrofenbrenners führt
zu einer einfachen und kostensparenden Konstruktion.
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Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer
ganz schematisch gehaltenen Zeichnung näher erläutert.
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Der veranschaulichte Drehrohrofenbrenner 1 dient insbesondere für
die Verbrennung von Erdgas. Der Brenner 1 enthält ein Brennerrohr 2, das nach seiner
Einstellung im Drehrohrofen fest gehaltert ist. Im Innern des Brennerrohres 2 werden
die Brennstoffe, also insbesondere dasErdgas, herangeführt (vgl. Pfeile 3). Das
Brennerrohr 2 weist an seinem am weitesten in den - nicht dargestellten -Drehrohrofen
hineinragenden Ende 4 eine sich in Brennstoffaustrittsrichtung (vgl. Pfeile 3) im
Querschnitt erweiternde Brennermündung 5 auf, die eine besonders schlanke Form besitzt.
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Im Bereich der Brennermündung 5 ist ein Düseneinstellkörper 6 vorgesehen,
der eine etwa birnenförmige Ausbildung besitzt, bei der das äußere Ende des Düseneinstellkörpers
durch eine etwa senkrecht zu dessen Längsachse 7 liegende Basisfläche 8 gebildet
wird, wobei der Basisumfangsrand 8a mit einer Abrundung von verhältnismäßig großem
Radius in die seitliche Oberfläche des Düseneinstellkörpers 6 absatzlos übergeht.
Es ergibt sich auf diese Weise ein Düseneinstellkörper 6, der ebenfalls in Brennstoffaustrittsrichtung
im Querschnitt zunimmt. Der Düseneinstellkörper 6 ist hierbei vollkommen innerhalb
der Brennermündung 5 angeordnet, wobei das die Mündung enthaltende Ende 4 des Brennerrohres
2 huber das Rußere Ende (mit der Basisfläche 8) des Düseneinstellkörpers 6 hinausragt
und wobei die Längsachse 7 des Düseneinstellkörpers 6 und die Längsmittelachse 9
des Brennerrohres 2 zusammenfallen.
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Der Düseneinstellkörper 6 ist in seiner axialen Verlängerung und
durch sein den geringsten Durchmesser aufweisendes inneres Ende 10 starr am Ende
einer Stange 11 befestigt, vorzugsweise sind die Stange 11 und der Düseneinstellkörper
6 einstückig ausgebildet und so miteinander vor bunden, daß sie absatzlos ineinander
-übergehen. Diese Stange 11 ist koaxial im Brennerrohr 2 angeordnet und über Stege
12, die mit axialem Abstand zueinander innerhalb des Brennerrohres 2 befestigt sind,
derart gelagert, daß sie in axialer Richtung des Brennerrohres 2 verschoben werden
kann, wodurch gleichzeitig eine axiale Bewegbarkeit des Düseneinstellkörpers 6 innerhalb
des Brennerrohres 2 bzw. dessen Mündung 5 erreicht wird. Diese axiale Bewegung des
Düseneinstellkörpers 6 wird durch eine nicht näher veranschaulichte Verstellvorrichtung
erzielt, mit der das andere Ende der Stange 11 verbunden ist.
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Im Bereich des äußeren Endes, also im Bereich der Basisfläche 8,
des Düseneinstellkörpers 6 ist eine Einrichtung 13 zum Messen und Konstanthalten
des Gasdruckes vorgesehen, die mit der zuvor erwähnten Verstellvorrichtung für den
Düseneinstellkörper derart zusammenwirkt, daß bei Auftreten einer änderung des Gasdruckes
und somit bei Auftreten einer Veränderung der Gasaustrittsgeschwindigkeit der Düseneinstellköroer
6 im Sinne einer Konstanthaltung der Gasaustrittsgeschwindigkeit innerhalb der Brennermündung
5 axial verschoben wird. Die Steuerung der Gasaustrittsgeschwindigkeit kann für
einfache Brennerausführungen und Drehrohrofenanlagen manuell erfolgen; für größere
Drehrohrofenanlagen sowie für eine automatische Überwachung und Betriebsweise wird
es Jedoch zweckmäßig sein, eine automatische Steuerung vorzunehmen. Als Einrichtung
13 zum Messen und Konstanthalten des Gasdruckes läßt sich Jede Einrichtung
verwenden,
die für einen Einsatz bei Brennern in einem Drehrohrofen geeignet sind.
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Wie bereits weiter oben erwähnt und wie auch aus der Zeichnung deutlich
ersichtlich ist, weist die Brennermündung 5 eine besonders schlanke Form auf, wobei
die Wand 14 des Brennerrohres 2 zum äußeren Rand des Endes 4 hin ganz allmählich
schlank ausläuft. Auch der Einstellkörper 6 weist eine verhältnismäßig schlanke
Form auf, so daß sowohl dieser Düseneinstellkörper als auch die Mündung 5 äußerst
aerodynamisch ausgebildet sind. Zwischen der Brennermündung 5 und dem'Düseneinstellkörper
6 wird auf diese Weise innerhalb des Brennerrohres 2 (an seinem Ende 4) ein sich
zunächst ganz allmählich verengender und dann wieder erweiternder lichter Düsenquerschnitt
15 gebildet. Der engste lichte Düsenquerschnitt liegt dabei im Bereich des größten
Durchmessers des Düseneinstellkörpers 6, d.h. also im Bereich des abgerundeten Basisumfangsrandes
8a. Bei dem erfindungsgemäßen Drehrohrofenbrenner 1 ergibt sich durch diese Ausbildung
ein lichter Düsenquerschnitt, der ähnlich dem lichten Düsenquerschnitt einer Lavall-Düse
ausgebildet ist. In diesem lichten Düsenquerschnitt 15 befinden sich somit keinerlei
Widerstände, die die Gasströmung beeinträchtigen könnten. Der Drehrohrofenbrenner
eignet sich daher ganz besonders für die Verbrennung von Erdgas bei einer Gasgeschwindigkeit,
die im Überschallbereich liegt.
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Bei der Verbrennung wird das Erdgas dann so aufgeheizt, daß es nicht
sofort verbrennt, sondern daß sich die schweren Kohlenwasserstoffe aufspalten und.
daran anschließend sofort auf kürzestem Raum verbrennen. Es wird dadurch eine für
den Betrieb eines Drehrohrofens besonders gut geeignete, wärmestrahlende Flamme
erzeugt, die verhältnismäßig schlank zur Brenn- und Sinterzone ausgerichtet ist.
Aufgrund der Möglichkeit, die Ga,austrittsgeschwindigkeit konstant zu halten, braucht
der günstigste Betriebspunkt des Brenners nur einmal eingestllt zu werden, er kann
dann stets gleichbleibend
beibehalten werden. Ein weiterer Vorteil
ergibt sich dabei noch in verfahrenstechnischer Hinsicht für den Drehrohrofen, da
nämlich keine Verschiebung der Brenn- bzw.
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Sinterzone bei einer Anderung der Brennstoffmenge hervorgerufen wird.
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Der erfindungsgemäße Drehrohrofenbrenner läßt sich auch mit gleich
gutem Erfolg bei anderen gasförmigen Brennstoffen einsetzen.-