DE2700786C3

DE2700786C3 - Ceramic gas burner for wind heaters

Info

Publication number: DE2700786C3
Application number: DE19772700786
Authority: DE
Inventors: Johannes 5107 Simmerath Uerlichs
Original assignee: Hermann Rappold & Co 5160 Dueren GmbH
Current assignee: Hermann Rappold & Co 5160 Dueren GmbH
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1977-01-11
Publication date: 1980-05-14
Also published as: JPS5389040A; DE2700786B2; DE2700786A1; JPS5754683B2

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Gasbrenner für Winderhitzer nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a ceramic gas burner for hot water heaters according to the generic term of Claim 1.

Ein solcher Brenner ist aus der Zeitschrift »Iron and Steel Engineer«, März 1974, Seite 43, Fig. 6, ersichtlich. Er weist in der Brennerachse einen Gaskanal auf, der lieh zu einer Mischkammer erweitert, die vnn einem ringförmigen Luftsammeikanal umgeben ist, wobei Mischkammer und Luftsammeiraum durch schlitzförmige Kanäle miteinander verbunden sind. Über den Mündungsöffnungen der luftführenden Verbindungskanäle ist die Mischkammer in konischer Form als Brennermündung verengt. Zur Mischung von Luft und Brenngas wird die Luft in zwei gegeneinander gerichteten Tangentialströmungen in den Gasstrom eingeführt.Such a burner is from the magazine "Iron and Steel Engineer", March 1974, page 43, Fig. 6, can be seen. It has a gas channel in the burner axis, which expands into a mixing chamber, the one from one ring-shaped Luftsammekanal is surrounded, the mixing chamber and Luftsammeiraum by slot-shaped Channels are interconnected. Above the mouth openings of the air-carrying connection channels the mixing chamber is narrowed in a conical shape as a burner mouth. For mixing air and Combustion gas is the air in two oppositely directed tangential flows in the gas flow introduced.

Der mit einer derartigen Mischkammer erzielbare Mischeffekt ist insbesondere bei gasseitig unterschiedlichen Betriebsbedingungen und bei Schwankungen in der Brennerleistung nicht immer befriedigend. Dies wird verständlich, wenn man bedenkt, daß bei heutigen Hochofenanlagen der Kaloriengehalt des Gichtgases lur Befeuerung der Winderhitzer meist nicht ausreichend ist, um in der zur Verfügung stehenden Zeit dem Winderhitzerbesatz ein Wärmepötential zu geben, das die geforderte Heißwindlemperätür Und Heißwindmenge garantiert In vielen Fällen wird deshalb zusätzlich zu dem Gichtgas Reichgas, wie Koksofengas, Erdgas oder Flüssiggas im Brennschacht der Winderhitzer verbrannt, je nachdem Welches Gas im Bereich eines Hüttenwerkes kostengünstig zur Verfügung steht, wobei die aus Gichtgas und Reichgas gebildete, dem Brenner zugeführte totale Gasmenge bei gleichem Heizwert beachtlich unterschiedlich sein kann. Für Brennerhersteller ist es daher infolge unveränderbarer Gasdurchgangsquerschnitte im Brenner und bei Einhaltung festgelegter Gasgeschwindigkeiten schon im Hinblick auf die von Hüttenwerk zu Hüttenwerk unterschiedlichen Brennstoffangebote aufwendig, für jedes Angebot einen besonderen Brenner zu konzipieren, auch wenn geforderte Brennerleistungen übereinstimmen, um die Grundbedingung jeder Brennerkonzeption, eine gute Vermischung von Gas und Luft, zu erreichen. Sind entsprechend der heutigen Tendenz Winderhitzer großer Leistung mit Brennern auszurüsten, dann lassen sich die Brennerabmessungen kleiner Brenner nicht einfach vergrößert übertragen. Vielmehr ergeben sich neue Mischprobleme, die von Fall zu Fall evtl. durch Vorsehen von Zusatzeinrichtungen beseitigt werden müssen.The mixing effect that can be achieved with such a mixing chamber is, in particular, different on the gas side Operating conditions and fluctuations in the burner output are not always satisfactory. this becomes understandable if one considers that in today's blast furnace systems the calorie content of the furnace gas lur firing of the heater is usually not sufficient to do the in the available time Coil heater to give a heat potential that the required hot blast temperature and quantity of hot blast guaranteed In many cases, therefore, in addition to the furnace gas rich gas, such as coke oven gas, natural gas or liquefied gas is burned in the combustion shaft of the stove, depending on which gas is in the area Smelting works is available inexpensively, the formed from furnace gas and rich gas, the The total amount of gas supplied to the burner can be considerably different for the same calorific value. For It is therefore the burner manufacturer due to the unchangeable gas passage cross-sections in the burner and compliance fixed gas velocities already with regard to those from smelting works to smelting works different fuel offers costly to design a special burner for each offer, even if the required burner capacities correspond to the basic requirements of every burner design, to achieve a good mixing of gas and air. Are in line with today's trend Equipping high-output wind heaters with burners means that the burner dimensions can be smaller Do not simply transfer the burner enlarged. Rather, new mixing problems arise, which on a case-by-case basis may have to be eliminated by providing additional equipment.

Schließlich verlangt die Hüttenindustrie nicht selten eine Regeibarkeit des Brenners von 30 bis 100%. Ein Bereich, innerhalb dessen die Luft- und Gasmengen und damit die Strömungsgeschwindigkeiten in den unveränderbaren Brennerquerschnitten erheblich voneinander abweichen, wodurch wiederum der Mischeffekt beeinflußt wird, der nicht über den ganze.i Regelbereich zufriedenstellend voihanden ist, was Funktionsstörungen des Brenners zur Folge hat.After all, it is not uncommon for the iron and steel industry to require the burner to be controllable by 30 to 100%. A Area within which the air and gas quantities and thus the flow velocities in the unchangeable Burner cross-sections differ significantly from one another, which in turn results in the mixing effect is influenced, which is not satisfactorily available over the whole.i control range, resulting in malfunctions of the burner.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, keramische Gasbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen bei gasseitig unterschiedlichen Betriebsbedingungen und relativ großen Leistungsschwankungen mit einfachen baulichen Mitteln eine verbesserte Vermischung erreichbar ist.The present invention is based on the object To create ceramic gas burners of the type mentioned at the outset, with which on the gas side different Operating conditions and relatively large fluctuations in output with simple structural means improved mixing is achievable.

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Bekanntlich erfährt der Gasstrom bei seinem Eintritt in die Erweiterung eine Entspannung und Geschwindigkeitsverminderung sowie eine Wirbelbildung in der Querhchnittsumfangszone, so daß gemäß der Erfindung an Stellen der Brenngaswirbel mit gleicher oder etwas darüber liegender Vehemenz eingeführte Luft auf einen aufbereiteten und aufgelockerten Gasstrom trifft, der leicht zu durchdringen ist und eine innige Vermischung von Luft und Ga<- zuläßt, und zwar sowohl bei sehr unterschiedlichem Kaloriengehalt des Gases, d. h. verhältnismäßig großen Unterschieden in den Gasmengen als auch in jeder Phase eines relativ großen Regelbereiches, innerhalb dessen die Durchsatzmengen von Gas und Luft ebenfalls enorm variieren können Am Ausgang der Erweiterung wird das entstandene, weitgehend strähnenfreie Gas-Luft-Gemisch gestaut und dabei gleichmäßig über den engeren Querschnitt des Gaskanals verteilt, um dann mit erhöhter Geschwindigkeit der Brennermündung zuzuströmen, wo es mit ruhiger Flamme verbrennt.This object is achieved with the characterizing part of claim 1. As is well known, he learns Gas flow at its entry into the expansion a relaxation and speed reduction as well a vortex formation in the cross-sectional circumference zone, so that according to the invention at points of the fuel gas vortex with the same or slightly above Air introduced with lying vehemence meets a prepared and loosened gas flow, which is easy to penetrate and allows an intimate mixture of air and gas, both with very different calorie content of the gas, d. H. relatively large differences in the amount of gas as well as in each phase of a relatively large control range, within which the throughput rates of gas and air can also vary enormously. largely streak-free gas-air mixture accumulated and thereby evenly over the narrower cross-section of the gas channel in order to then flow at increased speed to the burner mouth, where it is with calmer flame burns.

Mit den Merkmalen des Anspruches 2 ist eine weitere Verbesserung des Mischeffektes zu erreichen, weil die Brenngasmischung der ersten Erweiterung in den folgenden Erweiterungen noch intensiver vermischt wird, Zur intensiveren Vermischung trägt auch der Anspruch 3 bei,With the features of claim 2, a further improvement in the mixing effect can be achieved because the Fuel gas mixture of the first extension mixed even more intensively in the following extensions Claim 3 also contributes to more intensive mixing,

Das Merkmal des Anspruches 4 ist eine zweckmäßige Ausbildung der Erweiterungen und ergibt in Kombinat tion mit Anspruch 5 den Vorteil, daß der Gemischstrom im äußeren Querschnittsbereich einen Drall erhält, der die Mischung und Flammenbildung günstig beeinflußt.The feature of claim 4 is an appropriate design of the extensions and results in combination tion with claim 5 has the advantage that the mixture flow receives a swirl in the outer cross-sectional area, which the mixture and flame formation favorably influenced.

Der Anspruch 6 ist eine praktische Ausgestaltung des Gaskanals für Brenner mit größeren Querschnittsabmessungen, um den Gasstromquerschnitt, in den die Luft eingeführt wird, zu verringern.Claim 6 is a practical embodiment of the gas duct for burners with larger cross-sectional dimensions, to reduce the gas flow cross-section into which the air is introduced.

Die Erfindung ist nachstehend ahhand der Zeichnung erläutert, die mehrere Beispiele in schematischer Darstellung veranschaulichtThe invention is explained below ahhand the drawing, which shows several examples in schematic Illustration illustrated

F i g. 1 zeigt einen im unteren Teil des Brennschachtes eines Winderhitzers angeordneten keramischen Brenner mit einer Gas-Kanal-Erweiterung im Längsschnitt,F i g. 1 shows a ceramic burner arranged in the lower part of the combustion shaft of a blast heater with a gas duct extension in longitudinal section,

F i g. 2 den teilweisen Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 1,F i g. 2 the partial section along the line I-I of Fig. 1,

Fig.3 eine zweite Brennerausführung in ähnlicher Darstellungsweise wie in F i g. 1,Fig. 3 a second burner design in a similar way Representation as in FIG. 1,

F i g. 4 die teilweise Draufsicht zu F i g. 3,F i g. 4 shows the partial plan view of FIG. 3,

Fig.5 ein drittes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt, 5 shows a third embodiment in longitudinal section,

F i g. 6 den Schnitt nach der Linie II—II der F i g. 5,F i g. 6 shows the section along the line II-II in FIG. 5,

F i g. 7 und 8 ein viertes und fünftes Beispiel ebenfalls in Längsschnitten undF i g. 7 and 8 a fourth and fifth example also in longitudinal sections and

F i g. 9 die Draufsicht zu F i g. 8.F i g. 9 shows the top view of FIG. 8th.

Bei dem Äusführungsbeispiei nach Fig. i und 2 ist nvt I der Brennschacht eines Winderhitzers bezeicnnet, der von einem feuerfesten Mauerwerk 2 und einem dieses umgebenden Blechmantel 3 gebildet wird. Im Fuß des Brennschachtes 1 ist ein Brenner aus feuerfestem Material angeordnet mit einem zur Brennschachtachse zentrischen Gas führenden Kanal 4 und einem durch eine Ringwand 5 vom Kanal 4 getrennten Luft führenden ringförmigen Raum 6. Der Gaskan&l 4 und der Luftraum 6 haben quer gerichtete Zuleitungsanichlüsse 7 und 8, von denen der Anschluß 7 des Gaskanals 4 am Boden des Brennschachtes verlegt ist, während der Anschluß 8 des Luftraumes 6 über dem Leitungsanschluß 7 liegt. Unterhalb der sich zum Brennschacht 1 öffnenden Brennermündung 9 ist der Gaskanal 4 mit einer Erweiterung 10 versehen, in die vom Luftraum 6 wegführende Verbindungskanäle 11 mit öffnungen 12 münden, deren Luftzufluß mittels Ventilen 13 bestimmbar ist.In the case of the embodiment according to FIGS. 1 and 2, nvt I denoted the combustion shaft of a blast furnace, which was made of refractory masonry 2 and one of this surrounding sheet metal jacket 3 is formed. In the foot of the firing shaft 1 is a burner made of refractory Material arranged with a gas central to the axis of the gas duct 4 and a through an annular wall 5 separated from the duct 4 air leading annular space 6. The gas duct & l 4 and the air space 6 have transversely directed supply lines 7 and 8, of which the connection 7 of the Gas channel 4 is laid at the bottom of the combustion shaft, while the connection 8 of the air space 6 above the Line connection 7 is located. Below the burner mouth 9 opening to the combustion shaft 1 is the Gas duct 4 is provided with an enlargement 10 into which connecting ducts 11 leading away from the air space 6 open with openings 12, the air inflow of which can be determined by means of valves 13.

Der Brenner funktioniert folgendermaßen:The burner works as follows:

Das Brenngas strömt durch den Zuleitungsanschluß 7 dem Gaskanal 4 zu, in dem es gebündelt bis zu der Erweiterung 10 aufsteigt, wo der Gasstrom plötzlich entspannt und seine Geschwindigkeit unter zumindest an der Umfangszone auftretender Wirbelbildung vermindert wird, so daß die aus den umfangsverteilt angeordneten Mündungsöffnungen 12 in die Erweiterung 10 einströmende Luft zur Mittelachse des Gasstromes vordringen kann. Dabei werden Gas und Luft durch die Umfangszonenwirbel des Gasstromes und die beim Auftreffen der Luftströme entstehenden lentrischen Wirbel wirkungsvoll miteinander vermischt. Beim Verlassen der Erweiterung wird das Gemisch im verengten Kanalabschnitt 14 gebündelt und fließt der Brennermündung 9 zu, an der Randzonenwirbel entstehen, in die gegebenenfalls Zusatzluft durch die itrichpunktiert angedeuteten Mündungsdüsen 15 oder aber auch über nicht gezeigte, zu den Düsen 15 führenden Leitungen Zusatzbrennstoff eingeführt werden kann.The fuel gas flows through the supply connection 7 to the gas duct 4, in which it is bundled up to the Extension 10 rises where the gas flow suddenly relaxes and its speed falls below at least vortex formation occurring at the peripheral zone is reduced, so that the distributed from the peripheral zone arranged mouth openings 12 in the extension 10 air flowing to the central axis of the Gas stream can advance. The gas and air flow through the circumferential zone vortices of the gas flow and the lentric eddies that arise when the air currents hit each other are effectively mixed with one another. When leaving the expansion, the mixture is bundled in the narrowed channel section 14 and flows Burner mouth 9 to, arise at the edge zone vortices, into which additional air may be through the Muzzle nozzles 15 indicated by dash-dotted lines or via not shown, to the nozzles 15 leading lines additional fuel can be introduced.

Die Ventile 13 können zum Zu* und Abschalten von Mündungsöffnungen 12 an die Erweiterung dienen, je nachdem welche Gasmengen mit welchem Kaloriengehalt pro Zeiteinheit durchströmen und welche Stöchio^ metrie verlangt wird. Es ist aber auch möglich, an Stelle des Zu- und Abschaltens von Mündungsöffnungen 12 die durch die Verbiniiiingskanäle 11 strömende Luftmenge mit Hilfe von Regelventilen zu dosieren oder aber beide Verfahren zu benutzen.The valves 13 can be used to connect and disconnect orifices 12 to the extension, depending after which gas quantities flow through which calorie content per unit of time and which stoichio ^ metry is required. But it is also possible in place the connection and disconnection of orifices 12 flowing through the connecting channels 11 To dose the air volume with the help of control valves or to use both methods.

Die Brennerausführung nach F i g. 3 und 4 weist einen Gaskanal 4 mit zwei hintereinander geschalteten Erweiterungen 16 und 17 auf, von denen die Erweiterung 16 mit Mündungsöffnungen 18 versehen ist, die dem aufsteigenden Gasstrom schräg entgegengerichtet sind, so daß einströmende Luft einen intensiven Verwirbelungseffekt bewirkt Die Luft fließtThe burner design according to FIG. 3 and 4 has a Gas channel 4 with two extensions 16 and 17 connected in series, of which the Extension 16 is provided with mouth openings 18, which obliquely oppose the rising gas flow so that incoming air creates an intense turbulence effect. The air flows

ίο den öffnungen 18 von einer Sammelleitung 19 durch Verbindungskanäle 20 zu.ίο the openings 18 from a collecting line 19 through Connection channels 20 to.

Zu der anderen Erweiterung 17 führen zwei ebenfalls von der Sammelleitung 19 abgehende Verbindungskanäle 21 und 22 mit Mündungsöffnungen 23 und 24.To the other extension 17, two connecting channels also lead from the collecting line 19 21 and 22 with mouth openings 23 and 24.

Hiervon sind die öffnungen 23 dem Gasstrom wiederum teilweise entgegengerichtet während die Mündungen 24 quer dazu stehen. Die Erweiterung 17 hat ferner Mündungsöffnungen 25 zum Zuführen von Zusatzbrennstoff, der durch die strichpunktierten Leitungen 7€ von der Ringleitung 27 zufließtOf these, the openings 23 are again partially directed in the opposite direction to the gas flow, while the orifices 24 are perpendicular thereto. The extension 17 also has orifices 25 for supplying additional fuel, which flows in through the dash-dotted lines 7 € from the ring line 27

Das Äusführungsbeispiei nach F i ^ 3 und 4 macht besonders deutlich, wie in den in einfacher weise in den Gaskanal 4 einbaubaren Erweiterungen Gas, Luft und auch Zusatzbrennstoffe effektvoll miteinander vermischt werden können.The example according to F i ^ 3 and 4 makes particularly clear, as in the extensions gas, air and additional fuels can also be effectively mixed with one another.

Alle V.rbindungskanäle 20,21,22 und die Leitung 26 können mit Regelventilen 28 ausgestattet sein.All connection channels 20, 21, 22 and line 26 can be equipped with control valves 28.

Der Brenner nach Fig. 5 und 6 hat in dem den Gaskanal 4 einschließenden feuerfesten Mauerwerk 2 hintereinander angeordnete Erweiterungen 30, 31 und 32 in Form von Umfangsausschnitten, deren Ausschniasbreite ein Drittel des Gaskanalumfanges ausmacht und die jeweils um dieses Drittel versetzt zueinander sind. Für jeden Erweiterungsausschnitt 30 bis 32 ist eine Mündungsöffnung 33,34 und 35 mit einem Verbindungskanal 36, 37 und 38 vorgesehen, dem Luft mit einer derartigen Geschwindigkeit entströmt, daß der Luftstrom auf die gegenüberliegende Wandfläche des Gaskanals 4 auf- und zurückprallt. Darüber hjiaus übt die versetzte Anordnung der Erweiterungsausschnitte 30 bis 32 auf den Gasstrom Diallwirkung aus, was _u einer noch besseren Vermischung beiträgt.The burner according to FIGS. 5 and 6 has refractory masonry 2 in the gas duct 4 one behind the other arranged extensions 30, 31 and 32 in the form of circumferential cutouts, their cutout width a third of the circumference of the gas duct and each offset by this third are to each other. For each extension cutout 30 to 32 is an orifice 33, 34 and 35 with one Connection channel 36, 37 and 38 provided, the air flows out at such a speed that the air flow hits the opposite wall surface of the gas duct 4 and rebounds. About that hjiaus the staggered arrangement of the extension cutouts 30 to 32 exerts a dial effect on the gas flow, which contributes to an even better mix.

Nach Fig.7 weist der in den Brennschacht 1 eingebaute Brenner einen Gaskanal 40 auf. dessenAccording to FIG. 7, the burner built into the combustion shaft 1 has a gas duct 40. whose

<t5 Ringform durch die Anordnung eines Verdrängungskörpers 41 im Gaskanalzentrum gebildet wird. Diese Ausführung wird bevorzugt dann benutzt, wenn eine relativ hohe Brennerleistung vorgegeben ist und entsprechend große Gas- und Luftmengen zu mischen sind. Hierbei würde der Durchmesser eines runden Gaskanals so groß werden, daß die Luft in den Gasstrom nur unbefriedigend einmischbar wäre.<t5 ring shape is formed by the arrangement of a displacement body 41 in the gas channel center. These Execution is preferably used when a relatively high burner output is specified and Correspondingly large amounts of gas and air are to be mixed. Here the diameter of a would be round Gas channel become so large that the air could only be mixed into the gas flow in an unsatisfactory manner.

Der ringförmige Ga.«kanal 40 und die darin vorgesehene ringförmige Erweiterung 42 mit den Mündungsöffnungen 43 garantieren eine einwandfreie Vermischung des Ga ws mit der durch die Verbfndungskanäle 44 aus der Sammelleitung 4-5 über die Regelventile 46 herangeführten Luft, die wiederum so zugeführt werden kann, daß sie an den den Mündungs-The annular Ga. «Channel 40 and the annular expansion 42 provided therein with the Mouth openings 43 guarantee perfect mixing of the gas with that through the connecting channels 44 from the manifold 4-5 via the control valves 46 supplied air, which in turn can be supplied so that they can be attached to the muzzle

öffnungen 43 gegenüberliegenden Wandstellen der Erweiterung 42 zurückprallt und sich dabei mit dem aufgelockerten Gasstrom vermischt.openings 43 opposite wall points of the extension 42 rebounded and thereby with the loosened gas stream mixed.

Zum Zuführen von Zusatzluft- oder Zusatzbrennstoffen bietet sich bei dieser Brennerausführung derFor supplying additional air or fuel with this burner version the

Verdrängungskörper 41 an, der zu diesem Zweck einen Hohlraum 47 aufweist von dem aus Kanäle 48 zur Erweiterung 42 führen.
Bei der Ausführung gemäß Fig.8 und 9 handelt esDisplacement body 41, which for this purpose has a cavity 47 from which channels 48 lead to expansion 42.
The embodiment according to FIGS. 8 and 9 is

sich um einen Ovalbrenner für innenschachtwinderhitzer mit einem Gaskanal 50 und einer Erweiterung 51, Mündungsöffnungen 52, Verbindungskanälen 53 und einer Luftsammelleitung 54. Auch hierbei kann eine intensive Vermischung von Gas und Luft in der Erweiterung 51 herbeigeführt werden.an oval burner for in-shaft heater with a gas duct 50 and an extension 51, Mouth openings 52, connecting channels 53 and an air collecting line 54. Here, too, a intensive mixing of gas and air in the extension 51 can be brought about.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Ceramic gas burner for stove with vertical combustion shaft, one in the Having a combustion shaft axis or a gas duct arranged parallel to it and an air collection space, of the connecting channels in a fuel gas vortex generating, at a distance below the burner mouth lead lying expansion in the gas channel, characterized in that the MOndungsöffnungen (12,18,23,24,33,34,35,43,52) der Connecting channels (11, 20, 21, 22, 36, 37, 38, 44, 53) are provided at the points of the fuel gas vortex.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the gas channel (4) instead of one Extension several extensions connected in series (16,17,30,31,32) with mouth openings for air (18,23,24,33,34,35) (Fig. 3 to Fig. 6).

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that orifices for air (Ϊ2, iS, 23, 24) are arranged opposite one another (Fig. Ibis Fig. 4).

4. Burner according to claim 2, characterized in that the extensions (30, 31, 32) in the Gas duct (4) are designed as circumferential cutouts (F i g.

5 and FIG. 6).

6. Burner according to claim 4, characterized in that the cutouts formed as circumferentials Extensions (30,31,32) are circumferentially offset.

5. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the gas duct (40) is ring-shaped by a central displacement body (41) (FIG. 7).

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