DE2946120A1

DE2946120A1 - Controlling gaseous fuel combustion in metal melting furnace - by equalising temperature and pressure of fuel and air prior to combustion

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Publication number: DE2946120A1
Application number: DE19792946120
Authority: DE
Inventors: Milton E. Berry; Ronald L. Carrollton Ga. Pariani
Original assignee: Southwire Co LLC
Current assignee: Southwire Co LLC
Priority date: 1979-11-15
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1981-05-27

Abstract

A combustible gaseous fuel mixture having predetermined constant mass ratio of components for burning in melting furnace is produced by substantially equalising the temperature and pressure of O2 containing gas and hydrocarbon containing gas prior to mixing in a predetermined volume ratio. The gas temperatures are equalised by passing an indirect heat exchange and pressures equalised by sensing pressure of one component and adjusting other accordingly. Air is the preferred O2 source and this may be dried prior to use. The fuel, may need to be vaporised but is preferably natural gas, CH4, C2H5, C3H8, C4H10. The process is particularly employed in melting of Cu. Greater control of gas mixture gives e.g. cast Cu with O content 0.03%.

Description

Verfahren und Vorrichtung zumMethod and device for

Zuführen einer gasförmigen Brennstoffmischung zu einer Ofen, insbesondere zum Schmelzen von Metall Die Erfindung bezieht sich auf metallurgische Schmelzprozesse, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 11 für das genaue Steuern der gasförmigen Brennstoff-Luft-Mischung, die zum Erzeugen der Hitze und zum Erzeugen einer geeigneten Atmosphäre in einem Ofen dient, namentlich einem Ofen zum Schmelzen von Kupfer.Supplying a gaseous fuel mixture to a furnace, in particular for melting metal The invention relates to metallurgical melting processes, in particular to a method and a device according to the preamble of the patent claim 1 or claim 11 for the precise control of the gaseous fuel-air mixture, those for generating the heat and for creating a suitable atmosphere in one Furnace is used, namely a furnace for melting copper.

Viele metallurgische Prozesse werden in einer Umgebung durchgeführt, die durch hohe Temperaturen und eine Gasförmige Atmosphäre von genau gesteuerter chemischer Zusammensetzung gekennzeichnet ist. Ein Beispiel für einen derartigen Prozess findet in einem Ofen zum Schmelzen von Kupfer statt. als w(ittre beispiele sind Wärmebehandlungsöfen oder Öfen zur Oberflächenbehandlung zu nennen, beispielsweise Einsatzöfen, bei denen eine genaue Steuerung der Atmosphäre erforderlich ist. Um eine kontrollierte Atmosphäre zu Ickommen, verwendet man bei vielen bekannten Prozessen elekt:rische Heizvorrichtungen für die Primärerhitzung und eine gesonderte Zufuhr von gasförmigem Brennstoff fiir die Herstellung einer Atmosphäre mit einer gesteuerten chemischen Zusammensetzung. Ein vorteilhafterer Weg für die Durchführung derartiger Prozesse besteht darin, eine einzige Quelle hier einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff vorzuseilen, beispielsweise Erdgas, Methan, Propan, Butan od. dgl., weicher nach Verbrennen mit Luft oder mit Sauerstoff sowohl die erforderliche Hitze erzeugt als auch eine Atmosphäre mit der erforderlichen chemischen Zusammensetzung. Es tauchen jedoch mancherlei Probleme auf, wenn man ein Brennersystem dahingehend auslegt, daß es zwei verschiedenen Anforderungen Genüge leisten soll. Ein Hauptproblem ist die genaue Steuerung der chemischen Zusammensetzung der Mischung, die verbrannt werden soll. Dies ist äußerst wesentlich, da diese ursprüngliche Zusammensetzung die größte Auswirkung auf den Verbrennungsprozess hat. Wenn einmal diese anfängliche Zusammensetzung bekannt oder festgelegt ist, können die resultierenden Verbrennungsprodukte beim Verbrennungsvorgang mit Genauigkeit vorausgesagt werden.Many metallurgical processes are carried out in an environment which is precisely controlled by high temperatures and a gaseous atmosphere chemical composition. An example of such a thing Process takes place in a furnace for melting copper. as w (ittre examples heat treatment ovens or ovens for surface treatment are to be mentioned, for example Insert furnaces where precise control of the atmosphere is required. Around A controlled atmosphere is used in many known processes electric heating devices for primary heating and one separate supply of gaseous fuel for the creation of an atmosphere with a controlled chemical composition. A more beneficial way for that Carrying out such processes is to use a single source here, a hydrocarbon fuel to advance, for example natural gas, methane, propane, butane or the like., softer after Burning with air or with oxygen produces both the required heat also an atmosphere with the required chemical composition. Dive it however, there are a number of problems when designing a burner system to that it should meet two different requirements. A major problem is the precise control of the chemical composition of the mixture that is burned shall be. This is extremely essential as this is the original composition has the greatest impact on the combustion process. Once this initial Composition is known or fixed, the resulting combustion products can be can be predicted with accuracy during the combustion process.

Es ist äußerst schwierig, eine genaue Steuerung beim Vermischen von Brennstoffen und Luft über einen breiten Bereich von veränderlichen Durchflußraten aufrecht zu erhalten, die vielfach erforderlich sind aufgrund der Schwankungen des Hitzebedarfs, wie sie bei einigen metallurgischen Prozessen auftreten, beispielsweise dem Schmelzen von Kupfer für die Schmelzezufuhr zu einem Gießverfahren, das mit variablem Schmelzedurchsatz arbeitet.It is extremely difficult to have precise control when mixing Fuels and air over a wide range of variable flow rates which are often required due to the fluctuations in the Heat demand as it occurs in some metallurgical processes, for example the smelting of copper for the melt supply to a casting process, which with variable melt throughput works.

Das Brennstoff-Luft-Verhältnis beeinflußt sowohl die Verbrennungstemperatur als auch die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte. Wenn die Mischung überschüssige Luft enthält, ist die Flamme verhältnismäßig kiihl,und die Verbrennungsprodukte enthalten unreagierten Sauerstoff. Wenn die Mischung einen Brennstof fiberschuß hat, ist die Flamme viel heißer,und die Verbennungsprodukte enthalten unreagierten Wasserstoff.The fuel-air ratio affects both the combustion temperature as well as the composition of the combustion products. If the mixture is excess Contains air, the flame is comparatively cool, and the products of combustion contain unreacted oxygen. If the Mix a fuel excess, the flame is much hotter and contains the products of combustion unreacted hydrogen.

Genauer gesagt ist es das Massenvtrhältnis des brennstoffs relativ zu dem in der Luft zur Verfügung stehenden Sauerstoff, das den Verbrennu.lgsprozeß am meisten b.einflußt. Jedoch halten auch andere Vertinderliche, beispielsweise die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Dichte der Luftlebenfalls einen sekundären Einfluß auf den Verbrennungsprozeß, wie es weiter unten im einzelnen erläutert wird.More precisely, it is the relative mass ratio of the fuel to the oxygen available in the air, which the combustion process most b. influences. However, there are also other disapprovals, for example the temperature, the humidity and the density of the air are secondary Influence on the combustion process, as will be explained in detail below.

Die Temperatur der Umgebungsluft, die als Sauerstoffquelle benutzt wird, kann während eines einzigen Tages um beispielsweise 22° C schwanken, was eine Änderung des Massenstroltls an Sauerstoff von etwa 3,5 z bei einem konstanten Volumenstrom der Luft hervorruft und damit eine Änderung der Zusammensetzung der Brenngase. Eine derartige Änderung hat eine merkliche Auswirkung auf die Atmosphäre, die durch die Verbrennung in einem metallurgischen Schmelzofen erzeugt wird und kann die Güte des erzeugten Produkts beeinträchtigen. In ähnlicher Weise können Schwankungen der Feuchtigkeit der Uingebungsluft einen merklichen Einfluß auf den Sauerstoffgehalt eines gegebenen Luftvolumens haben, insbesondere bei hohen Temperaturen. So verursacht beispielsweise bei 430 C eine Schwankung der Feuchtigkeit der Umgebungsluft von 0 % Feuchte auf 100 % Feuchte eine Verringerung des Sauerstoffgehalts der Luft von etwa 7 %. Diese Verringerung des Sauerstoffgehalts kann einen bemerkenswerten und sch.-idlichen Einfluß auf viele metallurgische Prozesse haben. Noch wesentlicher ist jedoch, daß Schwankungen der Feuchte des eintretenden Luftstroms eine ausgeprägte Auswirkung auf die chemische Zusammensetzung der Verbrennungsgase aufgrund der Gleichgewichtsreaktionen des Verbrennungsywrozesses haben. Beispielsweise verursacht ein hoher Anteil an Wasserdampf in dem Strom der Reaktionspartner eine Erhöhung der Wasserdampfmenge im Strom der Verbrennungsprodukte, was eine vollständige Verbrennung aufgrund allgemein bekannter chemischer Gesetze verhindert.The temperature of the ambient air used as the source of oxygen can fluctuate by, for example, 22 ° C during a single day, which is a Change in the mass flow of oxygen of about 3.5 z at a constant volume flow of the air and thus a change in the composition of the fuel gases. One such change has a noticeable effect on the atmosphere caused by the Combustion is generated in a metallurgical smelting furnace and can be good affect the product produced. Similarly, fluctuations in the Humidity of the ambient air has a noticeable influence on the oxygen content of a given volume of air, especially at high temperatures. So caused for example at 430 C a fluctuation in the humidity of the ambient air of 0% humidity to 100% humidity a reduction in the oxygen content of the air from about 7%. This reduction in oxygen levels can be a remarkable as well have a similar influence on many metallurgical processes. Even more essential however, fluctuations in the humidity of the incoming air flow are pronounced Effect on the chemical composition of the combustion gases due to the equilibrium reactions of the burn yw process. For example causes a high proportion of water vapor in the stream of reactants an increase in Amount of water vapor in the stream of combustion products, resulting in complete combustion prevented due to well-known chemical laws.

Bei üblichen Systemen vermischt man im allgemeinen Brennstoff und Luft auf der Basis des Volumenstroms, was zur Folge hat, daß die Zufuhr nicht mit einem konstanten stöchiometrischen Massenverhältnis von Brennstoff-Sauerstoff unter sich ändernden Betriebsbedingungen erfolgt.Conventional systems generally mix fuel and Air on the basis of the volume flow, which has the consequence that the supply does not match a constant stoichiometric mass ratio of fuel-oxygen under changing operating conditions takes place.

Eine derartige Mischvorrichtung ist in der US-PS 3 799 195 beschrieben. Andere Patentschriften, die sich auf Brenngas-Mischvorrichtungen beziehen, sind folgende: US-PS 3 883 322 US-PS 3 934 987 US-PS 3 788 825 US-PS 3 230 059 US-PS 3 721 253.Such a mixing device is described in US Pat. No. 3,799,195. Other patents relating to fuel gas mixing devices are the following: U.S. Patent 3,883,322 U.S. Patent 3,934,987 U.S. Patent 3,788,825 U.S. Patent 3,230,059 U.S. Patent 3 721 253.

Diese Druckschriften befassen sich allgemein mit dem Verdampfen und/oder Vermischen eines oder mehrerer gasförmiger Kohlenwasserstoffe für eine Verbrennung, wenden sich jedoch nicht den Problemen zu, die mit der Steuerung des Massenstroms der Brenngase zusammenhängen, die sowohl zum Erzeugen der Wärme als auch einer genau eingestellten, nicht oxydiercnden Atmosphäre in einem metallurgischen Prozeß dienen, beispielsweise in einem Ofen zum Schmelzen von Kupfer.These documents deal generally with evaporation and / or Mixing one or more gaseous hydrocarbons for combustion, however, do not address the problems associated with mass flow control the fuel gases are related to both generating the heat as well as an accurate set, non-oxidizing atmosphere in a metallurgical process, for example in a furnace for melting copper.

Beim Schmelzen von Kupfer muß Sorge getragen werden, daß die dem geschmolzenen Kupfer zugeführte Sauerstoffmenge auf einen so kleinen Wert wie möglich beschränkt bleibt, vorzugsweise Null ist. In der Praxis ist dieses Ziel jedoch schwierig zu erreichen, bedingt durch die normalen Xnderungen der Ofenatmosphäre, wie sie während des Verbrennungsprozesses hervorgerufen werden. Obgleich es im allgemeinen wünschenswert ist, den Sauerstoffgehalt auf einen Wert von weniger als etwa 0,045 % (c;cwichtsprozent) zu begrenzen, kann dieser Grenzwert zeitweilig überschritten werden. Wenn der Sauerstoffgehalt des Metalls etwa 0,05 % übersteigt, ist das Kupfer brüchig und muß wieder aufgeschmolzen und/ oder desoxydiert werden, um den Sauerstoffgehalt zu verringern. In der Praxis wird ein Sauerstoffgehalt von etwa 0,03 % oder weniger bevorzugt.When melting copper, care must be taken that the molten Oxygen supplied to copper is limited to as small a value as possible remains, preferably is zero. In practice, however, this goal is difficult to achieve due to the normal changes in furnace atmosphere as they occur during of the combustion process. Although it is generally desirable is, the oxygen content to a value of less than about 0.045 % (c; c weight percent), this limit value may be exceeded temporarily will. If the oxygen content of the metal exceeds about 0.05%, it is copper brittle and must be melted again and / or deoxidized to reduce the oxygen content to reduce. In practice, an oxygen content of about 0.03% or less will be used preferred.

In der US-PS 3 199 977 ist ein Kupferschmelzofen aufgezeigt, der ein Verbrennungssystem ausnutzt, das für den Betrieb mit Erdgas und für das Herstellen eines gegossenen Kupferstrangs ausgelegt ist, der einen Sauerstoffgehalt von 0,01 % bis 0,035, E besitzt. Die Anmelder dieser Patentschrift sind sich darüber im Klaren, daß fehlerhaftes Mischen von Brennstoff und Luft zu gegossenen Strängen führen kann, deren Sauerstoffgehalt einen unerwünscht hohen Wert hat. Die gewünschte Steuerung des Mischvorgangs wird bei dieser Patentschrift jedoch durch eine Platte mit exzentrischer Öffnung bewerkstelligt, die stromaufwärts eines Mischkrümmers angeordnet ist, der Luft in den Brennstoffstrom auf einem vorbestimmten Weg einleitet, der empirisch ermittelt wurde. Auf Veränderungen im Massenstromverhältnis von Brennstoff und Luft, die sich aus Druck-Temperatur-Schwankungen in einem oder beiden der gasförmigen Komponenten ergeben, die bei dem Verbrennungsprozeß benutzt werden, beschäftigt sich diese Patentschrift nicht,noch enthält sie einen Hinweis darauf.In US Pat. No. 3,199,977, a copper smelting furnace is shown which has a Combustion system exploits that for operation with natural gas and for manufacturing a cast copper strand is designed with an oxygen content of 0.01 % to 0.035, E has. The applicants for this patent are aware that incorrect mixing of fuel and air can result in cast strands, whose oxygen content has an undesirably high value. The control you want the mixing process is in this patent by a plate with eccentric Accomplished opening, which is arranged upstream of a mixing elbow, the Introduces air into the fuel stream in a predetermined path that is empirically was determined. Changes in the mass flow ratio of fuel and air, resulting from pressure-temperature fluctuations in one or both of the gaseous Components used in the combustion process this patent specification does not refer to it, nor does it contain any reference to it.

Die in dieser Patentschrift beschriebene Vorrichtung muß daher dauernd überwacht und eingestellt werden. Da eine geeignete Zufuhr von Erdgas nicht immer möglich ist, wäre es außerdem wünschenswert, ein Verbrennungssystem mit Flüssiggas zu betreiben. Es ergeben sich jedoch schwerwiegende Probleme, wenn versucht wird, die Verbrennung genau zu steuern, indem Luft mit Brennstoff auf Volumenbasis vermischt wird. Es ist bekannt, daß Schwankungen der Tempera- tur oder des Drucks von Gas eine Xnderung der Masse pro Volumeneinheit bedingen, es ist jedoch angesichts der großen Volumen und hohen Massenströme praktisch nicht möglich, sämtliche Variablen auf einem konstanten Wert zu halten.The device described in this patent must therefore be permanent monitored and adjusted. Since a suitable supply of natural gas is not always is possible, it would also be desirable to have a combustion system using liquefied petroleum gas to operate. However, serious problems arise when trying to precisely control combustion by mixing air with fuel on a volume basis will. It is known that fluctuations in temperature tur or des Pressure of gas cause a change in mass per unit volume, but it is In view of the large volumes and high mass flows, all of them are practically impossible To keep variables at a constant value.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Steuerung der Verbrennung in einem Schmelzofen aufzuzeigen und eine Vorrichtung zu schaffen, die für einen Schmelzofen eine gasförmige Brennstoffmischung zur Verfügung stellt, bei der die gasförmigen Brennstoff- und Sauerstoffanteile ein vorbestimmtes Massenverhältnis haben.The invention is based on the object of a method for the control to demonstrate the incineration in a melting furnace and to create a device, which provides a gaseous fuel mixture for a melting furnace, in which the gaseous fuel and oxygen proportions have a predetermined mass ratio to have.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei dem Verfahren besteht ein Verfahrensschritt in der Angleichung der Temperatur und des Drucks der beiden Gasströme vor dem Vermischen dieser Ströme in einer Mischeinrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie die Volumenströme der beiden hindurchfließenden Gasströme steuert.The object related to the method is according to the invention by in claim 1 specified features solved. There is a process step in the process in equalizing the temperature and pressure of the two gas streams before mixing these flows in a mixing device, which is designed so that they the volume flows of the two gas streams flowing through it.

Sodann wird die Mischung verbrannt, um einen heißen Gasstrahl bekannter chemischer Zusammensetzung zu szeugen.The mixture is then burned to a hot gas jet known chemical composition.

Die Temperaturangleichung wird bewerkstelligt, indem man die beiden Ströme, in gegenseitigem Wärmeaustausch miteinander stehend, führt. Die Druckangleichung wird durchgeführt, indem man den Druck es den höheren Druck aufweisenden Gasstroms auf den Wert des den niedrigeren Druck aufweisenden Gasstroms absenkt.The temperature equalization is accomplished by moving the two Currents, standing in mutual heat exchange with each other, leads. The pressure equalization is carried out by increasing the pressure of the higher pressure gas stream is reduced to the value of the gas flow having the lower pressure.

Wenn ein verflüssigter Brennstoff, beispielsweise flüssiges Propan, benutzt wird, wird der Brennstoff verdampft, bevor das Angleichen von Temperatur und Druck stattfindet.When a liquefied fuel, such as liquid propane, is used, the fuel is evaporated before the temperature equilibrium and printing takes place.

Wenn Umgebungsluft dazu verwendet wird, um den verdampften Flüssigbrennstoff so weit zu verdünnen, daß er etwa die gleichen physikalischen Eigenschaften wie Erdgas besitzt, wird vorzugsweise als zusätzlicher Verfahrensschritt das Trocknen der Luft auf einen vorbestimmten niedrigen Feuchtegrad durchgeführt, bevor das Angleichen von Temperatur und Druck vorgenommen wird.When ambient air is used to make the vaporized liquid fuel to be diluted so far that it is about the same physical properties like natural gas, drying is preferably used as an additional process step the air to a predetermined low level of humidity before adjusting is made by temperature and pressure.

Die erhaltene gasförmige Brennstoffmischung wird sodann dem metallurgischen prozeß zugeführt, beispiel sweise einem Ofen zum Schmelzen von Kupfer, wobei die Zufuhr unter sorgfältig geregelten Bedingungen erfolgt, bei denen voraussagbare Verbrennungsprodukte erhalten werden. Beim Schmelzen von Kupfer kann das erhaltene gegossene tupfer einen Sauerstoffgehalt besitzen, der fortwährend innerhalb des annehmbaren Bereichs von weniger als etwa 0,03 % liegt.The resulting gaseous fuel mixture then becomes the metallurgical process supplied, for example a furnace for melting copper, the Feeding takes place under carefully controlled conditions where predictable Combustion products are obtained. When melting copper, the obtained cast swabs have an oxygen content that is continuously within the acceptable range is less than about 0.03%.

Die die Vorrichtung betreffende, gestellte Aufgabe ist erfindunasgemäß durch die in Patentanspruch 11 aufgeführten Merkmale gelöst.The problem posed relating to the device is according to the invention solved by the features listed in claim 11.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.The invention is explained in detail below with reference to the drawing.

Es zeigen: Fig. 1 eine schematisierte Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei dem ein gasförmiger Brennstoff und Umgebungsluft gesondert behandelt und vor der Zufuhr zu einem metallurgischen Schmelzofen miteinander kombiniert werdentund Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem gasförmiger Brennstoff und Luft erhitzt und vorgemischt werden und sodann vor ihrer Weiterbehandlung mit einem Erdgas strom kombiniert werden.1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of the invention, in which a gaseous fuel and ambient air are treated separately and combined together prior to being fed to a metallurgical furnace FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment corresponding to FIG. 1, where gaseous fuel and air are heated and premixed and then be combined with a natural gas stream before further treatment.

Die vorliegende Erfindung ist von höchstem Nutzen, wenn man Brennstoffe zu verbrennen hat, die, weil ein entsprechender Vorrat von Erdgas nicht zur Verfügung steht, aus verflüssigten Kohlewasserstoffen bestehen, wie Propan oder Butan.The present invention is of utmost utility when considering fuels that has to burn because an adequate supply of natural gas is not available consist of liquefied hydrocarbons, such as propane or butane.

Fig. 1 zeigt einen Lufteinlaß 10,der Luft zu einem Filter 12 zuführt, wo Feststoffc entfernt werden, bevor die Luft zu einem Verdichter 14 gelangt. Die gefilterte Luft wird auf einen geeigneten Druck verdichtet, beispielsweise auf einen Überdruck von etwa 0,35 bar, und wird über einen bl- und Wasserabscheider 16 geführt, in dem überschüssige Feuchtigkeit und öldämpfe aus der Luft kondensiert werden.Fig. 1 shows an air inlet 10 which supplies air to a filter 12, where solids are removed before the air goes to a compressor 14. the filtered air is compressed to a suitable pressure, for example a Overpressure of about 0.35 bar, and is passed through a bl and water separator 16, in which excess moisture and oil vapors from the air are condensed.

Ein Trockner 18 kann dazu vorgesehen sein, um zusätzlich jedwede verbliebene Feuchtigkeit und öldämpfe zu entfernen.A dryer 18 can be provided to additionally any remaining Remove moisture and oil fumes.

Bei dem Trockner 18 kann es sich um einen Gefriertrockner, einen regenerativen Trockner mit Absorptionsmitteln, beispielsweise Silikagel, oder um eine Kombination eines Gefriertrockners und eines regenerativen Trockners handeln.The dryer 18 can be a freeze dryer, a regenerative one Dryers with absorbents such as silica gel, or a combination act as a freeze dryer and a regenerative dryer.

Es ist vorzuziehen, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Luft einen verhältnismäßig niedrigen und gleichbleibenden Wert hat, um sicherzustellen, daß das Verhalten des nachfolgenden Verbrennungsprozesses voraussagbar ist.It is preferable if the moisture content of the air is proportionate has a low and constant value to ensure that the behavior of the subsequent combustion process is predictable.

Bei einem typischen Beispiel liefert der Trockner 18 Luft mit einem Taupunkt zwischen -180 C bis 4,40 C, je nach Art des Trockners. Der Druck des den Trockner 18 verlassenden Luftstroms wird durch innen Druckregler 20 üblicher Bauart gesteuert.In a typical example, dryer 18 supplies air with one Dew point between -180 C to 4.40 C, depending on the type of dryer. The pressure of the den The air flow leaving the dryer 18 is controlled by internal pressure regulators 20 of conventional design controlled.

Wo flüssiger Brennstoff verwendet wird, beispielsweise flüssiges Propan oder Butan, lagert dies unter Druck in einem Vorratstank 22, und zwar üblicherweise bei Umgebungstemperatur. Der flüssige Brennstoff wird mittels einer Purnpe 24 durch einen Verdampfer 26 gepumpt, um einen gasförmigen Brennstoffstrom mit einem Druck von etwa 0,42 bis 0,63 bar zu bilden, wobei der Druck durch einen Druckregler 21 gesteuert ist, und mit einer Temperatur von etwa 38°C oder einer beliebigen anderen Temperatur, wie sie bei dem betreffenden benutzten Brennstoff erforderlich ist. Der heiße gasförmige Brennstoff wird in einen Wärmetauscher 28 geleitet.Where liquid fuel is used, such as liquid propane or butane, stores this under pressure in a storage tank 22, usually at ambient temperature. The liquid fuel is pumped through by means of a pump 24 an evaporator 26 is pumped to a gaseous fuel stream at a pressure from about 0.42 to 0.63 bar, the pressure being controlled by a pressure regulator 21 is controlled, and at a temperature of about 38 ° C or any other Temperature as required by the fuel used in question. The hot gaseous fuel is passed into a heat exchanger 28.

Der Wärmetauscher 28 weist Einlässe 28a und 28b sowie Auslässe 28c und 28d für die einzelnen Luft- und Gasströme auf.The heat exchanger 28 has inlets 28a and 28b and outlets 28c and 28d for the individual air and gas flows.

Die Gase werden in indirektem Wärmeaustausch miteinander geführt, wobei die betreffenden Temperaturen im wesentlichen aneinander angeglichen werden, bevor das Vermischen stattfindet. Der Wärmetauscher 28 ist so ausgelegt, daß die Temperaturdifferenz (AT) zwischen dem Luftstrom und dem Brennstoff- strom am Ausgang immer geringer ist als etwa 5,60 C, vorzugsweise geringer als 1,10 C. Die Austrittstemperaturen des Luftstroms und des Brennstoff stroms sind immer höher als die Verdampfungstemperatur des betreffenden Brennstoffs,der Verwendung findet, und können gemeinsam zunehmen oder abnehmen, je nach Änderungen der Umgebungsbedingungen.The gases are conducted with one another in indirect heat exchange, whereby the temperatures in question are essentially adjusted to one another, before mixing takes place. The heat exchanger 28 is designed so that the Temperature difference (AT) between the air flow and the fuel current at the exit is always less than about 5.60 C, preferably less than 1.10 C. The outlet temperatures of the air flow and the fuel flow are always higher as the evaporation temperature of the fuel in question that is used, and can increase or decrease together, depending on changes in environmental conditions.

Die in der Temperatur einander angeglichenen Luft- und Gasströme treten gesondert in ein Mischventil 36 über zugehörige Rohrleitungen 30 und 32 ein. Ein Druckregler 34 ist in der Rohrleitung 32 dazu vorgesehen, um den Druck des Brennstoffstroms im wesentlichen an den Druck des Luftstroms mit Hilfe einer Fühlerleitung 34a anzupassen, die selbsttätig den flußabwärts herrschenden Druck des Brennstoffstroms steuert. Die in Temperatur und Druck einander angeglichenen Luft- und Brennstoff ströme werden somit gesondert dem Mischventil 36 zugeführt, das vorzugsweise dem Metallschmelzofen benachbart angeordnet ist.The air and gas flows, which are equal in temperature, occur separately into a mixing valve 36 via associated pipelines 30 and 32. A Pressure regulator 34 is provided in pipeline 32 to control the pressure of the fuel flow essentially to adapt to the pressure of the air flow with the aid of a sensor line 34a, which automatically controls the downstream pressure of the fuel flow. The air and fuel flows, which are adjusted to one another in temperature and pressure thus fed separately to the mixing valve 36, which is preferably the metal melting furnace is arranged adjacent.

Das Mischventil 36 ist von üblicher Bauart und steuert lediglich das gewünschte Volumenverhältnis der beiden zu mischenden Gase, bevor sie in Brenner (die nicht gezeigt sind) einströmen, die zu einem metallurgischen Schmelzofen 40 gehören. Das Mischventil 36 kann beispielsweise eine einstellbare öffnungsplatte (nicht dargestellt) im Einlaß für den Luftstrom und eine weitere Platte (nicht dargestellt) im Einlaß für den Casstrom besitzen. Ein geeignetes Mischventil ist im Handel erhältlich unter der Bezeichnung "Gas Blender Valve", hergestellt von der Firma Selas Corporation America, Dresher, Pa.The mixing valve 36 is of conventional design and controls only that Desired volume ratio of the two gases to be mixed before entering the burner (not shown) flowing to a metallurgical furnace 40 belong. The mixing valve 36 can, for example, be an adjustable orifice plate (not shown) in the inlet for the air flow and another plate (not shown) in the inlet for the Casstrom. A suitable mixing valve is commercially available under the name "Gas Blender Valve" manufactured by Selas Corporation America, Dresher, Pa.

Es ist zu bemerken, daß sowohl der Brennstoffstrom als auch der Gasstrom in bezug auf ihre Temperatur und ihren Druck einander gleich gemacht werden, bevor sie miteinander in dem Mischventil 36 auf der Basis konstanter Volumenströme mitein- ander vermischt werden. Das erzeugte Brennstoff-Luft-Gemisch hat somit ein vorbestimmtes gleichbleibendes Massenverhältnis zwischen Brennstoff und Sauerstoff, wodurch sich voraussagbare Verbrennungsprodukte ergeben. Im Betrieb wird das Mischventil 36 so eingestellt, daß ein Brennstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, das das stöchiometrische Verhältnis darstellt, oder wird, je nach den genauen Anforderungen des metallurgischen lVarmebehandlungsverfahrens, das ausgeführt wird, auf einen anderen Wert eingestellt. Eine Brennstoff-Gas-Mischung, die eine etwas reduzierende Atmosphäre ergibt, ist beim Schmelzen von Kupfer vorzuziehen.It should be noted that both the fuel flow and the gas flow in terms of their temperature and pressure are made equal to each other before they interact with one another in the mixing valve 36 on the basis of constant volume flows at the be mixed. The fuel-air mixture produced thus has a predetermined one constant mass ratio between fuel and oxygen, whereby result in predictable combustion products. In operation, the mixing valve 36 becomes so set that a fuel-air mixture is formed which the stoichiometric Ratio represents, or will, depending on the exact requirements of the metallurgical Heat treatment process in progress set to a different value. A fuel-gas mixture that gives a somewhat reducing atmosphere is preferable when smelting copper.

Wenn es sich bei dem Schmelzofen 40 um einen Ofen zum Schmelzen von Kupfer handelt, beispielsweise einen Ofen der Art, wie er in der US-PS 3 199 977 beschrieben ist, beträgt das Volumenverhältnis von Brennstoff zu Luft etwa 1 : 9,6 bei Erdgas und für unvollständige Verbrennung.If the melting furnace 40 is a furnace for melting Copper, for example a furnace of the type described in US Pat. No. 3,199,977 is described, the volume ratio of fuel to air is about 1: 9.6 for natural gas and for incomplete combustion.

Bei Verwendung von Propan ist ein Volumenverhältnis von etwa 1 : 5 erforderlich.When using propane, a volume ratio of about 1: 5 is necessary.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines Verbrennungsanalysators 42 zur selbsttätigen (oder manuellen) Steuerung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses. Eine Probe des zu analysierenden Gases wird kontinuierlich der Mischung entnommen, die das Mischventil 36 verläßt, und wird dem Analysator 42 über eine Rohrleitung 44 zugeführt, in dem die Probe in einer in thermischem Gleichgewichtszustand gehaltenen Brennkammer verbrannt wird. Bei einem derartigen Analysator kann es sich um ein "Qual-O-Rimeter" handeln (ein Produkt der Firma Selas Corporation of America, Dresher Pa. mit warenzeichenrechtlich geschützter Bezeichnung), das Temperaturänderungen des brennenden Gases ermittelt. Da die Temperatur der Probeflamme u.a. durch das Brennstoff-Luft-Volumenverhältnis beeinflußt wird, bietet dieser Analy- sator eine Basis für die Selbstregelung des Mischventils 36, die automatisch in Abhängigkeit von den Analysenergebnissen des Analysators erfolgt. Andere Arten von Verbrennungs-Analysatoren, die die Flammentemperatur oder die Verbrennungsprodukte ermitteln und die thermische Infrarot-Leitfähigkeit ausnutzen oder auf dem Prinzip der Flammenionisation arbeiten, können ebenfalls Anwendung finden.Another feature of the invention is the use of a Combustion analyzer 42 for automatic (or manual) control of the fuel-air ratio. A sample of the gas to be analyzed is continuously taken from the mixture, which leaves the mixing valve 36 and is fed to the analyzer 42 via a pipe 44 supplied in which the sample is held in a state of thermal equilibrium Combustion chamber is burned. Such an analyzer can be a "Qual-O-Rimeter" (a product of the Selas Corporation of America, Dresher Pa. with trademarked designation), the temperature changes of the burning gas determined. Since the temperature of the test flame is, among other things, caused by the Fuel-air volume ratio is influenced, this analy- sator a basis for the self-regulation of the mixing valve 36, which is automatically dependent from the analysis results of the analyzer. Other types of combustion analyzers, which determine the flame temperature or the combustion products and the thermal Use infrared conductivity or work on the principle of flame ionization, can also be used.

Beispielsweise könnte der Sauerstoffgehalt in den Brenngasen analysiert und das Brennstoff-Luft-Verhältnis entsprechend eingestellt werden, um sicherzustellen, daß der Sauerstoffgehalt auf einem Wert von unterhalb etwa 0,1 %, vorzugsweise auf einem Wert von weniger als 1000 Teilen pro Million/ gehalten wird.For example, the oxygen content in the fuel gases could be analyzed and the fuel-air ratio adjusted accordingly to ensure that the oxygen content to a value of below about 0.1%, preferably a value of less than 1000 parts per million / is held.

Die Erfindung ist auch von Nutzen, wenn Ergas zumindest in gewissem Umfang zur Verfügung steht. Wenn die Zufuhr von Erdgas lediglich zeitweilig oder saisonabhängig in nicht ausreichendem Maße zur Verfügung steht, dann ist es lediglich erforderlich, die Quelle für das in den Wärmetauscher 28 strömende Erdgas während der Perioden .nicht ausreichender Zufuhr abzukoppeln oder abzuschalten und wieder auf die Verwendung verdampften Brennstoffs umzuschalten. Wenn die Zufuhr des Erdgases jedoch auf Dauer nicht dazu ausreicht, um die volumenmäßigen Anforderungen des Schmelzofens zu erfüllen, dann ist es möglich, dem verdampften Brennstoff eine gewisse Menge Erdgas zuzumischen, vorausgesetzt, daß der verdampfte Brennstoff mit einer geeigneten Luftmenge vermischt und verdünnt ist, so daß er die gleichen Eigenschaften besitzt wie ein gleiches Volumen von Erdgas. Damit das erforderliche Zumischen und Verdünnen ununterbrochen in vorhersagbarer Weise bewerkstelligt werden kann, werden die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht, wie es in Fig. 2 dargestellt ist und nachstehend erläutert wird.The invention is also useful when using natural gas at least to some extent Scope is available. If the supply of natural gas is only intermittent or is not available in sufficient quantities depending on the season, then it is simply required, the source of the natural gas flowing into the heat exchanger 28 during of periods of insufficient supply, disconnect or switch off and then again to switch to the use of vaporized fuel. When the supply of natural gas However, in the long run it is not sufficient to meet the volume requirements of the melting furnace to meet, then it is possible to use the evaporated fuel a certain amount To add natural gas, provided that the evaporated fuel with a suitable Amount of air is mixed and diluted so that it has the same properties like an equal volume of natural gas. So that the required mixing and dilution can be accomplished uninterruptedly in a predictable manner, are the principles of the present invention applied as shown in FIG and is explained below.

Die Verbrennungsluft durchläuft das System in der gleichen Weise, wie es in Fig. 1 beschrieben wurde. Da es jedoch auch erforderlich ist, Verdünnungsluft zu dem verdampften Brennstoffstrom vor dem Mischen mit Erdgas zuzuführen, ist es vorteilhaft, eine kleine Menge von Verbrennungsluft (beispielsweise ungefähr 10 %) vom Auslaß des Trockners 18 in einen Wärmetauscher 27 eintreten zu lassen. Natürlich wäre es möglich,die Verdünnungsluft von einer vollständig gesonderten Quelle her zuzuführen, falls dies erwünscht sein sollte. Der Wärmetauscher 27 ist dem Wärmetauscher 28 ähnlich, abgesehen davon, daR er kleinere Abmessungen besitzt, und wird dazu benutzt, die Temperatur des Stroms der Verdünnungsluft im wesentlichen an die Temperatur des Stroms des verdampften Brennstoffs anzugleichen, die vom Verdampfer 26 zugeführt wird.The combustion air passes through the system in the same way as described in FIG. 1. However, there is too necessary is, dilution air to the vaporized fuel stream prior to mixing with natural gas it is advantageous to add a small amount of combustion air (for example about 10%) enter a heat exchanger 27 from the outlet of the dryer 18 permit. Of course, it would be possible to have the dilution air from a completely separate one Source to be supplied, if this should be desired. The heat exchanger 27 is similar to heat exchanger 28 except that it has smaller dimensions, and is used to determine the temperature of the stream of dilution air essentially to adjust to the temperature of the flow of vaporized fuel coming from the evaporator 26 is fed.

Die in der Temperatur einander angeglichenen Ströme der Luft und des Brennstoffs werden durch einen Druckregler 23 in ihren Drücken aneinander angeglichen, bevor sie in einem Mischventil 35 vermischt werden, das dem Mischventil 36 ähnlich ist, abgesehen davon, daß es eine geringere Mischkapazität besitzt. Die erhaltene Mischung aus Verdünnungsluft und verdampftem Brennstoff wird so eingestellt, daß sie den gleichen Druck besitzt wie das über einen Druckregler 25 zugeführte Erdgas, und wird sodann in die Erdgasleitung eingeführt, wenn es gewünscht wird.The currents of air and des Fuel are adjusted in their pressures by a pressure regulator 23, before they are mixed in a mixing valve 35 which is similar to the mixing valve 36 apart from having a smaller mixing capacity. The received Mixture of dilution air and evaporated fuel is adjusted so that it has the same pressure as the natural gas supplied via a pressure regulator 25, and is then introduced into the natural gas pipeline if desired.

Aus den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird klar, daß die Erfindung einem lange offen stehenden Bedürfnis gerecht wird, nämlich dem Bedürfnis, Ofenatmosphären mit vorgemischten Brenngasen in der Weise zu erzeugen, daß voraussagbare und gleichbleibende Verbrennungsprodukte erreicht werden.From the above embodiments it is clear that the invention meets a long-standing need, namely the need for oven atmospheres Using premixed fuel gases to produce that predictable and consistent Combustion products can be achieved.

Durch die gesonderte Behandlung des sauerstoffhaltigen Gasstroms und des kohlenwasserstoffhaltigen Gasstroms vor dem Mischvorgang, um die Temperaturen, Drücke und die Feuchtig- keitsgehalte vor dem Mischvorgang im wesentlichen gleich zu machen, werden die Veränderlichen, welche ins Gewicht fallende Fluktuationen der physikalischen Eigenschaften der Gase hervorrufen können, ausgeschaltet, so daß ein konstantes Massenverhältnis erhalten wird, und zwar für jedes gegebene Volumenverhältnis,auf das das Mischventil eingestellt wird.Due to the separate treatment of the oxygen-containing gas stream and of the hydrocarbon-containing gas stream before the mixing process in order to determine the temperatures, Pressure and the humid essentially before the mixing process to make equal are the variables, which are weighty fluctuations the physical properties of the gases can cause off, so that a constant mass ratio is obtained for any given volume ratio that the mixing valve is adjusted.

Obgleich die Erfindung lediglich anhand bevorzugter Beispiele im einzelnen dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich, daß mannigfache Abwandlungen und Weiterbildungen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. LeerseiteAlthough the invention is only detailed on the basis of preferred examples has been illustrated and described, it is understood that numerous modifications and further developments are possible without departing from the scope of the invention. Blank page

Claims

P a t e n t a n 5 o r u c h e 1. Method for supplying a combustible, gaseous fuel mixture to a furnace, especially a metallurgical one Melting furnace, with the process steps: a) Providing a first gaseous Fuel component in the form of an oxygen-containing medium and with a specific one Temperature and a certain pressure, b) providing a second gaseous Fuel component in the form of a hydrocarbon-containing medium with a certain Temperature and a certain pressure and c) mixing the first and second gaseous Fuel component in a predetermined volume ratio and supply of the gaseous Fuel mixture to a furnace to burn the mixture therein, characterized in, that to ensure that the gaseous components of the supplied to the furnace Fuel mixture regardless of fluctuations in temperature and pressure of the first and second gaseous fuel components have a constant mass ratio have the temperatures and pressures of the first and second gaseous fuel components are substantially aligned with one another before the mixing thereof is carried out will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the matching the temperatures of the first and second gaseous fuel components carried out is guided by the components standing in indirect heat exchange with one another will.

3. The method according to claim 1, characterized in that the matching the pressures of the first and second gaseous fuel components carried out is determined by the pressure of one of the two components and the pressure of the other Component is adjusted as a function of the determined pressure so that the The pressure of this other component is essentially equal to the pressure of the one component is.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the chemical composition of the gaseous fuel mixture from first and the second gaseous fuel component is analyzed and that the volume ratio is set to a predetermined ratio to a predetermined chemical To obtain mass ratio depending on the analysis result.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the first gaseous fuel component air is used, characterized in that the air is dried to a constant low humidity value before the adjustment the temperatures and pressures of the air and the second gaseous fuel component he follows.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the second gaseous fuel component a liquefied fuel is used, thereby characterized in that the evaporation of the liquefied fuel is carried out, before equalizing the temperatures and pressures of the vaporized fuel and the first gaseous fuel component takes place.

7. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the first gaseous fuel component air and as a second gaseous fuel component Propane, natural gas or methane is used, characterized in that the mixed Gases, which form the gaseous fuel mixture, monitored to the volume ratio of the gases and deviations from the predetermined volume ratio automatically to correct.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that that the predetermined volume ratio between the first and second gaseous fuel component is used to produce a combustion product of low oxygen content generate something that is in the reducing range.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that that the combustible, gaseous fuel mixture in a metallurgical furnace is burned to obtain combustion products, the oxygen content of which is lower is than about 0.05 t.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in, that a furnace for melting copper is used as a metallurgical melting furnace will.

11. Device, in particular for performing the method according to one of claims 1 to 10 for supplying a combustible, gaseous fuel mixture to a furnace, for example a metallurgical melting furnace or the like, with a device for providing a first gaseous fuel component with a certain temperature and a certain pressure, a device for Providing a second gaseous fuel component with a specific one Temperature and a certain pressure, a device for mixing the first and second gaseous fuel component having a predetermined volume ratio and having means for introducing the gaseous fuel mixture into a Furnace for burning the same therein, characterized in that one upstream from the mixing device (35, 36) arranged device (23, 27, 28, 34) is provided is to the temperatures and pressures of the first and second gaseous fuel components substantially align with one another.

12. The device according to claim 11, characterized in that as Device for adjusting the temperature at least one heat exchanger (27, 28) for an indirect heat exchange between the first without mixing and a second fuel component is provided, by means of which for each component an outlet temperature is reached whose deviation from the temperature of the other Component is at least less than 5.6 C.

1 3. Vorrichtuncl according to claim 11 or 12, characterized in that oass at least one pressure regulator (23, 34) as a device for equalizing the pressures with a pressure sensor device (34a) is provided, which components with one of the nowre is in communication to regulate the pressure of the other component.

14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized by one upstream of the means (23, 27, 28, 34) for adjusting Temperature and pressure arranged device (18) for drying the first fuel component, in order to bring this to a constant low humidity value.

15. Device according to one of claims 11 to 14, characterized by one upstream of the means (23, 27, 28, 34) for matching of temperature and pressure arranged evaporator (26) for evaporating the second Fuel component.