DE2903147C2

DE2903147C2 - Keramischer Brenner für Winderhitzer

Info

Publication number: DE2903147C2
Application number: DE2903147A
Authority: DE
Inventors: Hans Kuckertz; Erich Marx; Rudolf 5161 Merzenich Mueller
Original assignee: Hermann Rappold & Co 5160 Dueren GmbH
Current assignee: Hermann Rappold & Co 5160 Dueren GmbH
Priority date: 1979-01-27
Filing date: 1979-01-27
Publication date: 1981-01-22
Also published as: JPS6315482B2; DE2903147B1; BR8000444A; JPS55134215A; US4313724A

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Brenner für Hochofen^Winderhitzer mit nebeneinander angeordneten Zuführungskanälen für das Heizgas und die Verbrennungsluft, wobei der Gaszuführungskanal einen zur Brennschachtachse des Winderhitzers geneigten Misch- und Ansaugbereich aufweist und der Luftzuführungskanal mit Luftaustrittdüsen versehen ist, die in den Misch- und Ansaugbereich des Gaszuführungskanals münden.

Keramische Brenner dieser Art werden bekanntlich in Winderhitzern zur Erzeugung das für den Hochofenbetrieb nötigen Heißwindes eingesetzt

Hierbei ergeben sich besondere Probleme, wenn Heizgase mit niedrigem Gasdruck und/oder stark wechselndem Heizwert verwendet werden. Infolge der gestiegenen Durchsatzleistungen und des damit verbundenen höheren Druckabfalls ist der Gasdruck in vielen Gasnetzen älterer Hochofenanlagen so niedrig, daß die bisher bekannten Brenner der eingangs genannten Art nicht mehr eine einwandfreie Verbrennung des Heizgases gewährleisten. Dieser niedrige Gasdruck ist zudem in den meisten Gasnetzen großen Schwankungen unterworfen, wenn beispielsweise ein oder mehrere Verbraucher zu- oder abgeschaltet werden. Derartige pulsierende Gasströme können ohne zusätzliche Maßnahmen nur noch in Anlagen mit geringem Gegendruck verbrannt werden, wie beispielsweise in Kesselhäusern. Für die Aufheizung von Winderhitzern sind sie jedoch bei dem hohen Druckverlust im Gitterwerk nicht mehr einsetzbar.

Zusätzliche Schwierigkeiten tauchen auf, wenn der Heizwert des Heizgases stark schwankt, wobei diese Schwankung in der Praxis beispielsweise zwischen 3000 und 5500 kj/m³ betragen kann. Während beim niedrigen Heizwert eine vergleichsweise geringe Verbrennungsluftmenge eine ca. 30% größere Gasmenge beschleunigen muß, stehen beim hohen Heizwert 1 Nm³ Gas ca. 1,3 Nm' Verbrennungsluft mit höherer Düsenaustrittsgeschwindigkeit gegenüber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der auch beim Einsatz von Heizgasen mit niedrigem Gasdruck und/oder stark wechselndem Heizwert eine stets einwandfreie Verbrennung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) der Gaszuführungskanal im Misch- und Ansaugbereich einen winkligen Verlauf mit einer Umlenkungsstelle aufweist und in einem sich daran anschließenden Gasaustrittsbereich koaxial zum Brennschacht des Winderhitzers liegt,

b) die Luftaustrittsdüsen zwei unterschiedlich geneigte Düsenreihen bilden, wobei die eine Düsenreihe auf die gegenüberliegende Wand des Gaszuführungskanals im Bereich der Umlenkungsstelle gerichtet ist., während die zweite Düsenreihe auf den am Ende des Gaszuführungskanals befindlichen Brennermund gerichtet ist, wobei

c) der Gaszuführungskanal im Gasaustrittsbereich mit an seinen Wänden unterhalb des Brennermündes angeordneten Vorsprüngen versehen ist.

Auf diese Weise wird einerseits eine intensive purchmischung des Brenngases mit der Verbrennungsluft erzielt., weil der aus der ersten Düsenreihe austretende Luftstrom zürn Teil auf die gegeriüberlie> gende Leitwand des Gaszuführungskanals prallt und sich dort intensiv mit dem aüfströmenden Heizgas vermischt, Während sich ein Weiterer Teil infolge der

Richtung der Geschwindigkeitsvektoren von Verbrennungsluft und Heizgas erst im höher gelegenenen Teil des Brenners — oberhalb der Umlenkungsstelle des Gaszuführungskanals — voll vermischt Andererseits wird durch die zweite Düsenreihe eine starke Ansaugwirkung erreicht, da diese Düsen aufgrund ihres geringeren Einfallswinkels fast ausschließlich als Injektordüsen wirken. Die im Gasaustrittsbereich des Gaszuführungskanals angeordneten Versprünge verhindern den befürchteten Freistrahleffekt, der zu ι ο pulsierender und unvollkommener Verbrennung führen würde. Sie tragen wesentlich zum Mischungseffekt bei und haben bei maximalen Gasdurchsätzen die zusätzliche Wirkung einer Flammenrückhaltung.

Die besten Misch- und Ansaugeffekte können erreicht, wenn die Luftaustrittsdüsen der einen Düsenreihe 30^c bis 50° und die der anderen Düsenreihe 0° bis 10° zur Brennschachtachse geneigt sind, während der Gaszuführungskanal im Misch- und Ansaugbereich 20° bis 40° zur Brennschachtachse geneigt ist.

Es ist dabei von Vorteil, wenn die Neigungswinkel der zweiten Düsenreihe und des Gaszuführungskanals so gewählt werden, daß die Geschwindigkeitsvektoren der aus den Düsen austretenden Luft und des Gasstromes sich in Brennschachtmitte am Brennermund vereinigen.

Die Düsen der beiden Düsenreihen sind vorteilhafterweise auf etwa gleicher Höhe und im Wechsel versetzt zueinander angeordnet

Die im Gasaustrittsbereich des Brenners vorgesehenen Vorsprünge werden zweckmäßigerweise durch ein j so oder mehrere Reihen von feuerfesten Steinen gebildet, die versetzt zueinander angeordnet sind. Diese Steine sind in radialer Richtung verschiebbar angeordnet, damit eine optimale Einstellung für die verschiedenen Durchsatzleistungen erfolgen kann.

Zur Verminderung von Druckverlusten im Brenngas und der Verbrennungsluft ist es ferner zweckmäßig, den Brenner in Gleitschalungsweise aus ff-Stampfmassen zu erstellen. Dadurch haben die Luft- und Gaszuführungskanäle glatte Wände, die eine Verringerung des Druckverlustes innerhalb des Brenners mit sich bringen. Die Austrittsdüsen werden mit Hilfe von Styroporkernen ausgeformt. Die Wandstabilität wird durch Ringanker und Baustahlmatten erreicht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. I einen erfindungsgemäßen Brenner im Längsschnitt,

Fig.2 die Einzelheit II aus Fig. 1, vergrößert dargestellt,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie Ill-III in Fig. 1, F i g. 4 die Draufsicht zu F i g. 1,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in F i g. 1.

In der Zeichnung ist mit 1 der Brennschacht eines Winderhitzers bezeichnet, der von einem Außermauerwerk 2 und einer Trennwand 3 aus feuerfestem Material begrenzt ist. Letztere trennt den Brennsehaeht 1 vom ,nicht dargestellten Gitterwerk des Winderhitzters,

Am unteren Ende des Brennschachtes 1 ist ein keramischer Brenner 4 angeordnet, der mit einem in den Brennschacht 1 mündenden Gaszuführüngskanal 5 und einem im wesentlichen parallel zu ihm verlaufenden Luftzuführungskanal 6 versehen ist.

Der Gaszuführüngskanal 5 und der Lüftzuführungskanal 6 haben einen annähernd rechteckigen Querschnitt (siehe Fig.3^ und stehen über koaxiale Verbindungskanäle 7 und 8 mit nicht dargestellten Gasbzw. Luftzuleitungen in Verbindung.

Der Gaszuführungskanal 5 ist in einem Gaseintrittsbereich 9, einem Misch- und Ansaugbereich 10 und einem Gasaustrittsbereich 11 unterteilt Im Gaseintrittsbereich 9 verläuft er achsparallel zum Brennschacht 1. Im Misch- und Ansaugbereich 10 weist er einen winkligen Verlauf mit einer Umlenkstelle 13 auf, wobei die beiden Kanalstrecken 14 und 15 vor und hinter der Umlenkstelle 13 zu der Mittelachse 12 des Brennschachtes 1 geneigt sind. Deren Neigungswinkel 16 bzw. 17 beträgt in beiden Strecken 30°.

Im Gasaustrittsbereich 11 verläuft der Gaszuführungskanal 5 koaxial zum Brennschacht 1.

Der Luftzuführungskanal 6 ist mit zwei unterschiedlich geneigten und etwa auf gleicher Höhe liegenden Reihen von Luftaustrittsdüsen 18 und 19 versehen, die in den Misch- und Ansaugbereich 10 des Gaszuführungskanals 5 münden. Die Düsen 18 citr einen Düsenreihe sind auf die gegenüberliegende Wand *ϋ des Gaszuführungskanals 5 im Bereich der Umlenkungsstelle 13 gerichtet, während die Düsen 19 der anderen D^senreihe auf den am Ende des Gaszuführungskanals 5 befindlichen Brennermund 21 gerichtet sind. Der Neigungswinkel 22 bzw. 23 der Düsen 18 und 19 zur Mittelachse 12 des Brennschachtes 1 beträgt 30 bzw 10°. Der Neigungswinkel 24 der be.den Düsenreihen 18 und 19 zueinander beträgt somit 20°.

Im Gasaustrittsbereich 11 des Gaszuführungskanals 5 sind etwas unterhalb des Brennermundes 21 zwei Lagen von versetzt zueinander angeordneten feuerfesten Steinen 25 und 26 angeordnet, die zwischen drei weiteren Lagen von Steinen 27 liegen, derart, daß sie an den Leitwänden des Gaszuführungskanals 5 radiale Vorsprünge mit dazwischenliegenden Lücken 28 bilden. Die Steine 25 und 26 sind in radialer Richtung verschiebbar angeordnet, um die Länge der von ihnen gebildeten Vorsprünge an die jeweiligen Durchsatzleistungen des Brenners optimal anzupassen.

Der Brenner 4 wird in Gleitschalungsbauweise aus feuerfesten Stampfmassen erstellt Zur Formgebung der Luftaustrittsdüsen 18 und 19 weiden Stj.-oporkerne verwendet. Die Wandstabilität wird durch Ringr.nker 29 und Baustahlmatten 30 erreicht.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die Luftaustrittsdüsen 18 so geneigt, daß dei aus ihnen austretende Luftstrom zum Teil gegen die gegenüberliegende Leitwand 20 des Luftzuführungskanals 5 im Bereich der Umlenkstelle 13 prallt Dadurch wird in diesem Bereich eine innige Vermischung des Heizgases mit dzr Verbrennungsluft erreicht.

D.e Düsen 19 sind dagegen so ausgerichtet, daß die resultierende der Geschwindigkeitsvektoren des durch die Gaszuführungsleitung 5 aufsteigenden Gasstromes und des durch die Düsen austretenden Luftstromes sich in Brennschachtmitte am Brennermund 21 vereinigen. Die LuftaustrinsHüsen 19 erzeugen somit einen sehr starken Ansaugeffekt, der es der Verbrennungsluft ermöglicht, auch bei Einsatz von Heizgasen mit niedrigem Gasdruck die für eine einwandfreie Verbrennung erforderliche Gasmenge mitzureißen. Die Luftaustrittsdüsen 19 bringen auch den nötigen Ansaugeffeki bei, Um beim Einsatz von Heizgasen mit stark wechselndem Heizwert die bei niedrigem Heizwert erforderliche größere Gasmenge zu beschleunigen.

Die als Brems- und Flammenhaltesteine wirkenden Vorsprünge 25 und 26 verhindern ihrerseits, daß der Kernstrahl des Luftstföihes ungehindert in den

Brennerschacht 1 als Freistrahl gelangen kann, was zu pulsierender und unvollkommener Verbrennung führen würde. Dieser Kernstrahi wird durch die Vorsprühge 25 und 26 abgebremst. Auf diese Weise wird erreicht, daß auch in dem Gasaustrittsbereich 11 des Gaszuführungskanals 5 eine intensive Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Heizgas stattfindet, so daß dieses am Brennermund 21 mit kurzer Flamme brennt, wenn die Zündtemperatur Vorhanden ist

Man kann den Misch- und Ansaugeffekt des Brenners je nach Betriebsbedingungen — d. h. je nach Gasdruck oder Heizwert des verwendeten Heizgases — durch Verändern der Einfallswinkel 16, 17, 22 und 23, sowie der Querschnitlsverhältnisse des Gaszuführungskanals 5 und der Luftaustrittsdüsen 18 und 19 optimieren. Es hat sich iri der Praxis herausgestellt, daß die besten

Ergebnisse erzielt werden, wenn die Winkel 16 und 17 zwischen 20° Und 40°, und die Winkel 22 und 23 zwischen 30° und 50° bzw, zwischen 0° und 10^tt variieren!

Eine weitere Regulierung des Misch- Und Ahsaugeffektes im Brenner känfi erzielt werden durch eine entsprechende Einstellung der feuerfesten Brems^ Und Flammerihältesteine 25 und 26.

Beim beschriebenen Brenner werden nur im oberen Teil feuerfeste Steine als Brems- lind Rückhaltesleine eingesetzt. Der Brenner selbst wird aus feuerfester Stampfmasse hergestellt, was minimale Druckverluste innerhalb des Brenners mit sich bringt. Darüber hinaus ist diese Ausführung preisgünstiger, als wenn der Brenner gemauert würde.

Hierzu 2 blatt zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Keramischer Brenner für Hochofen-Winderhitzer mit nebeneinander angeordneten Zuführungskanälen für das Heizgas und die Verbrennungsluft, wobei der Gaszuführungskanal einen zur Brennschachtachse des Winderhitzers geneigten Misch- und Ansaugbereich aufweist und der Luftzuführungskanal mit Luftaustrittsdüsen versehen ist, die in den Misch- und Ansaugbereich des Gaszuführungskanals münden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Gaszuführungskanal (5) im Misch- und Ansaugbereich (10) einen winkligen Verlauf mit einer Umlenkungsstelle (13) aufweist und in einem sich daran anschließenden Gasaustrittsbereich (11) koaxial zum Brennschacht (1) des Winderhitzers liegt,

b) die Luftaustnttsdüsen zwei unterschiedlich geneigte Düsenreihen (18, 19) bilden, wobei die eine Düsenreihe (18) auf die gegenüberliegende Wand (20) des Gaszuführungskanals (5) im Bereich der Umlenkungsstelle (13) gerichtet ist, während die zweite Du jenreihe (19) auf den am Ende des Gaszuführungskanals befindlichen Brennermund (21) gerichtet ist, wobei

c) der Gaszuführungskanal (5) im Gasaustrittsbereich (11) mit an seinen Wänden unterhalb des Bren..ermundes (21) angeordneten Vorsprüngen (25,26) vergehen ic

2. Brenner nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsdüse · der einen Düsenreihe (18) 30° bis 50" und die der anderen Düsenreihe (19) 0° bis 10° zur Brennschachtachse (12) geneigt sind, während der Gaszuführungskanal (5) im Misch- und Ansaugbereich (10) 20° bis 40° zur Brennschachttchse (12) geneigt ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (23 bzw. 17) der zweiten Düsenreihe (19) und des Gaszuführungskanals (5) so gewählt sind, daß die Geschwindigkeitsvektoren der aus den Düsen austretenden Luft und des Gasstromes sich in Brennschachtmitte •m Brennermund (21) vereinigen.

4. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen der beiden Düsenreihen (18, 19) auf etwa gleicher Höhe und im Wechsel versetzt zueinander ingeordnet sind.

5. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gasaustrittsbereich (11) des Brenners vorgesehenen Vorsprünge durch eine oder mehrere Reihen von feuerfesten Steinen (25,26) gebildet werden, die verset/t zueinander angeordnet sind.

6. Brenner nach Anspruch 5. dadurch gekennleichnet. daß die Steine (25, 26) in radialer Richtung verschiebbar angeordnet sind,

7. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner in Gleilschalungswcisc aus ff-Stampfmassen erstellt ist.