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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Warmetechnik, und betrifft
insbesondere Gasbrenner.
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Besonders erfolgreich kann die vorliegende erfindung im Hüttenwesen
in Schmelz- und Wärme öfen zum Schmelzen und zur Überhitzung von GuBeisen und Stahl
sowie auch in Kesselfeuerungen der Fernheiz- und Wärmekraftwerke verwendet werden.
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Zur Zeit findet Erdgas als eine besonders billige Brennstoffart eine
weitgehende Anwendung in der Industrie zum Verbrennen in Heiz-, Vergütungs- und
Schmelzofen sowie in Feuerungen der Wärmekraftwerke. Dabei ist oft eine bei hoher
Temperatur verlaufende und sparsame Verbrennung von Gas, wie z.B. zum Schmelzen
und zur Überhitzung von Eisenmetallegierungen (GuSeisen- und Stahllegierungen) erforderlich.
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Eine hohe temperatur kann man in Gasflammenstrablen durch eine Verkürzung
des Flammenweges bei der Gasverbrennung und durch eine Erhöhung der Wärmespannung
im Volumen der brennenden Flamme erreichen, was bei einer Optimierung der Konstruktionselemente
eines Gasbrenners, durch die Zuführung von Heißluft in den Brenner, durch die Verwendung
einer Vorwärmung des Heißgases vor dessen Vermischen mit Luft ermöglicht wird. Diese
Reserven einer wirksamen Verbrennung von Gas werden jedoch nicht genügend ausgenutzt,
weil in einer Reihe von Fällen Brenner von einer unvollkommenen Konstruktion verwendet
werden. Die meisten der vorhandenen Brenner können sowohl bei der Verwendung von
Heißwind als auch bei der Verwendung von Kaltwind nicht
wirksam
und zuverlässig betrieben werden: sie sind für einen Betrieb in Verbindung mit Winderhitzern
nicht geeignet und gestatten es nicht, das Gas unter Bildung von leuchtenden, durch
Strahlung Wärme abgebendenund damit Stoffe schnell erhitzenden, brennenden Flammen
zu verbrennen.
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Es ist ein Gasbrenner bekannt, der eine Konfusordüse enthält, in
der im Zentrum ein Gasverteilerrohr mit in verden setzter Ordnung angeordneten Öffnungen
fürlGasaustritt vorgesehen ist. Da bei dem bekannten Gasbrenner das Gasverteilerrohr
über die Düsenöffnung heraustritt, wird dabei das Vermischen von Gas mit Luft am
Austritt und außerhalb der Konfusordüse gewährleistet. (. SU-Urheberschein Nr.241353)
Der bekarinte Gasbrenner gestattet es, das Gas im Heißluftstrom unter Bildung einer
kurzen leuchtenden Flamme zu verbrennen.
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Zur Durchführung von speziellen Prozessen, z.B. in metallurgischen
Ofen, müssen jedoch brennende Flammen verschiedener Gestalt erzeugt werden, die
im Querschnitt verschiedene Gaszusammensetzung, Leuchtkraft und Temperatur aufweisen,
was bei der Verwendung des bekannten Gasbrenners nicht erreicht werden kann.
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Es ist auch ein Gasbrenner bekannt, der für die Anwendung in Dampf-
und Heißwasserkesseln vorgesehen ist und der von uns als Prototyp genommen worden
ist. (U. das Buch von Iv.eisels P.B. Wigdortschik S.Ja. 'tGasbrennervorrichtungen','
Verlag der Literatur für Bauwesen, moskau, 1964, Seite 200).
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Der bekannte Gasbrenner enthält in der Kammer angeordnete
Gasverteilerrohre
für die Gaszuführung, die mit axiaL und radial angeordneten Austrittsöffnungen für
Gas versehen sind.
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Dieser Brenner ist derart berechnet und ausgeführt, daß beim gleichen
Druck des Gases und der Luft, die in den Brenner zugeführt werden, die Zuführung
des Gas- und Luftgemisches in die Feuerung des Kessels bei einem Koeffizienten des
Luftverbrauches von 1,05-1,1 gewährleistet wird. Unter den Bedingungen der erhitzten
Auskleidung bildet sich eine durchsichtige brennende Flamme.
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Bei der Durchführung von speziellen Prozessen, z.B. in metallurgischen
Ofen kann dieser Brenner jedoch nicht verwendet werden, weil es mit seiner Hilfe
nicht möglich ist, brennende Flammen verschiedener Gestalt zu erzeugen, die im eine
Querschnittiverschiedene Gaszusammensetzung, Leuchtkraft und Temperatur aufweisen,
sowie auch ein gutes Vermischen des Gas- Luftgemisclies zu erreichen.
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Der vorliegenden Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, einen
Gasbrenner zu schaffen, in dem die benachbarten Gasverteilerrohre relativ zueinander
derart angeordnet sind, daß die Bildung von kurzen leuchtenden Planen verschiedener
Gestalt bei der Verbrennung von Gas im Kaltwind- und Heißwindstrom, eine Verminderung
der oxydierenden Eigenschaften der Verbrennungsprodukte sowie eine Erhöhung der
Verbrennungstemperatur derselben gewährleistet werden.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Gasbrenner, der in
der Kant er anueordnete Gasverteilerrohre enthalt, welche mit axial und radial angeordneten
Austrittsöffnungen
versehen sind, erfindungsgemäß die benachbarten
Gasverteilerrohre relativ ueinander derart angeordnet sind, dalS ihre Stirnflächen
seitens der Austrittsöffnungen in verschiedenen Ebenen relativ zu der Ebene liegen,
in der die Kammer angeordnet ist.
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Durch eine solche konstruktive Ausführung des Gasbrenners wird eine
freie Ertwicklung der Gasstrahlen im Luftstrom an je einem Gasverteilerrohr unter
Bildung seiner eigenen brennenden Flamme gewährleistet. Außerdem wird jedes Gasverteilerrohr,dessen
Stirnfläche seitens der Austrittsöffnungen in einer näheren Ebene relativ zu der
Ebene, in der die Kammer angeordnet ist, liegt, mit seiner Flamme die Wände des
Gasverteilerrohres beheizen, dessen Stirnfläche seitens der Austrittsöffnungen in
einer weiter entfernten beine relativ zu der ebene liegt, in der die Kammer angeordnet
ist; dadurch wird das in diesem riohr befindliche Gas auf eine hohe Temperatur erwärmt.
Indem das erwärmte Gas aus dem Gasverteilerrohr austritt, vermischt es sich mit
der Luft und bildet eine kurze Flanime mit einer hohen Temperatur, einer größeren
Leuchtkraft und mit weniger oxidierenden Verbrennungsprodutten; dabei werden auch
der Prozeß des Vermischens des Gas-Luft-Gemisches verbessert und der Prozeß der
Gasverbrennung im ganzen intensiviert.
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Der Abstand (11) zwischen den Stirnflächen der benachbarten Gasverteilerrohre,
die in verschiedenen Ebenen liegen, beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung das
0,3-12-fache des Durcliinessers( Cf ) derselben.
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Durch eine solche konstruktive Ausführung des Gasbrenners
wird
die Bildung einer kurzen Flamme gewahrleistet und der Prozeß- der Vermischung des
Gas-Luft-Gemisches begünstigt.
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Ist der Gasbrenner derart aufgeführt, daß der Abstand (11) zwischen
den Stirnflächen der benachbarten Gasverteilerrohre, welche in verschiedenen Ebenen
liegen, weniger als das 0,3-fache des Durchmessers derselben beträgt,führt das zu
einer starken Senkung der Verbrennungstemperatur, weil in diesem Fall das Gas in
den Gasverteilerrohren nicht erwärmt wird; folglich wird eine vollständilye Gasverbrennung
nicht gewährleistet.
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Falls der Gasbrenner derart ausgebildet ist, daß der Abstand (11)
zwischen den Stirnflächen der benachbarten Gasverteilerrohre, welche in verschiedenen
Ebenen liegen, mehr als das 12-fache des DurchmeeserSderselben (d) beerfolgt den
trägt, / ein Absohmelzen der Gasverteilerrohre inlHochtemperaturzonen der Flammen.
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Es ist vorteilhaft, daß im Gasbrenner die Stirnflachen der Gasverteilerrohre
aus der Kammer auf eine SatSernung (12) heraustreten, die das 0,3-12-fache des Durchmessers
(d) derselben beträgt.
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Durch eine solche Ausführung des Gasbrenners werden eine kurzflammige
leuchtende Gasverbrennung und eine hohe Temperatur der Gasverbrennung gewährleistet.
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Wenn der Gasbrenner derart ausgeführt ist, daß die Stirnflächen der
Gasrohre aus der Kammer auf eine Entfernung (12) heraustreten, die kleiner als das
0,3-fache des Durchmessers(d) derselben ist, wird in diesem Fall kein
gutes
Vermischen des Gas-LuSt-Geruischee gewährleistet; folglich wird keine kurzflammige
Verbrennung gesichert, weil dabei keine intensiven Wirbelungen der Gasstrahlen entstehen,
die zu einer Annäherung der Gasentzündungs an front/die Austrittsöffnungen der Gasverteilerrohre
beitragen.
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Wenn der Gasbrenner derart ausgebildet ist, daß die Stirnflåchen
der Gasrohre aus der Kammer auf eine Entfernung (12) heraustreten, die mehr als
das 12-fache des Durchmessers(d) derselben beträgt, kann das zu einem Ausfall des
gesamten Brenners führen, weil in diesem Fall ein Abschmelzen der Gasverteilerrohre
erfolgen kann, die sich im peripharen Teil der Kammer 1 des Gasbrenners befinden.
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Nachfolgend wi£d die erfindung durch Beschreing eines Ausführungsbeispiels
unter Bezug auf Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung
die Gesamtansicht eines erfindungsgemaßen Gasbrenners, im Längsschnitt; Fig. 2 dasselbe,
wie in Fig. 1 wiedergegeben, in Vorderausicht; i?rj 3 einen Schnitt nach der Linie
III-I1I in Fig.2; Fig. 4 dasselbe, wie in Fi. 1 dargestellt, mit einer fortschreitenden
Vergrößerung oder Verminderung der Längen der Gasverteilemohre; Bi. 5 dasselbe,
wie in Fig. 1 dargestellt, mit einer fortschreitenden Verlängerung der Enden der
Gasverteilerrohre in Richtung von der Wänden der Kammer zu ihrer Mittellinie; Fig.
6 dasselbe, wie in Fi. 1 wiedergegeben, mit einer
fortschreitenden
Verlängerung der Enden der Gasverteilerrohre in Richtung vom Zentrum der Kammer
zu ihren Wänden.
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Der Gasbrenner enthält eine Karnuier 1 mit in dieser angeordneten
Gasverteilerrohren 2 . Die Gasverteilerrohre 2 sind mit axialen 3 und radialen 4
Austrittsöffnungen versehen. Die benachbarten Gasverteilerrohre 2 sind relativ zueinander
derart angeordnet, daß deren Stirnflächen 5 seitens der Austrittsöffnungen 3,4 in
verschiedenen Ebenen relativ zu der ebene der Kammer 1 liegen. Der Abstand 11 zwischen
den Stirnflächen 5 der benachbarten Gasverteilerrohre 2 , welche in verschiedenen
Ebenen liegen, beträgt das 0,3 bis 12fache des Durchmessers d derselben. Außerdem
ist es notwendig, daß die Stirnflächen 5 der Gasverteilerrohre 2 aus der Kammer
1 auf eine Entfernung 1 h1'austreten, die das 0,3 bis 12 fache des Durchmessers(d)
derselben beträgt.
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Durch verschiedene Anordnungen der Gasverteilerrohre 2 in der Kamner
1 kann man Gesamtflammen schafen, die ihren ihren in ihrer Gestalt,/Temperaturzonen,/Gaszusamiflensetzungen
und der Leuchtkraft nach unterschiedlich sind. So, z.B. gestat-(kontinuierliche)
tet es eine folgerichtige Vergrößerung oder Verminderung der Länge der Gasverteilerrohre
2 (Fig. 4), leuchtende E'lammen von einer glaichmäßigen Zusammensetzung und Temperatur
bei der Gasverbrennung sowohl im Heißwind als auch im Kaltwind zu erzeugen, wobei
diese Gleichmäßigkeit in den ebenen des Flammenquerschnittes erreicht wird, die
parallel zu der Ebene liegen, in weloher die herausragenden Stellen der Stirnwand
an den Enden der Gasverteilerrohre 2 liegen.
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zinke folgerichtige Verlängerung der Inden der Gasverteilerrohre
2 in Richtung von den Wanden der Kammer 1 zu der iilittellinie derselben (Fig. 5),
führt zur Bildung einer herausragenden intensiv leuchtenden Hochtemperaturzone im
Zentrum der Gesamtflaeme. Eine folgerichtige Verlängerung der Enden der Gasverteilerrohre
2 in Richtung vom Zentrum der Kammer 1 zu ihrer Wänden (Fig.6) trägt zur Bildung
eines intensiveren Leuchtens der Gesamtflamme in ihren Grenzbereichen bei. Es sind
auch kompliziertere Kombinationen in der Anordnung der Gasverteilerrohre 2 relativ
zueinaiider und der dabei sich bildenden Gestalten der Gesamtflammen möglich. Durch
eine Verstellung der Rohre 2 in der Kammer 1 kann man die Gestalt und die Größe
der Gesamtflamme sowie auch die Anordnung ihrer Zonen im Verlauf des Betriebes des
Brenners ändern.
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Die Form der Kammer 1 im Querschnitt kann rechteckig, kreuzförmig,fl-förmig,
T-förmig, rund, oval, dreieckig, vieleckig und komplizierter sein; dadurch wird
es möglich, Gasbrenner in der erfindungsgemäßen Ausführung für Feuerungen und Ofen
beliebiger Form einzurichten.
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Der Gasbrenner hat folgende Arbeitsweise.
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Iii die Eanner 1 wird Kalt- oder ileiBluft zugeführt, wonach i die
Gasverteilerrohre 2 ein brennbares Gas eingeführt wird. Indem das brennbare Gas
durch axiale und radiale Öffnungen 5,4 der Gasverteilerrohre 2 austritt, wird es
mit Luft vermischt und entzündet. Durch die strahlenförmige Gasverteilung im Luftstrom
werden an jedem Gasverteilerrohr 2 intensive Wirbelungen gebildet, die zu einer
an Annäherung der Gasentzündungsfront/ die Austrittsöffnungen
3,
4 der Gasverteilerrohre 2 beitragen. Da die k>tirnflächen 5 der benachbarten
Gasverteilerrohre 2 in verschiedenen Ebenen liegen, entwickeln sich die Gasstratilen
im Luftstrom an jedem Gasverteilerrohr 2 frei, indem sie ihre eigene brennende Flamme
bilden; jedes tiefer angeordnete Gasverteilerrohr 2 beheizt mit seiner Flamme auch
die Hand des herausragenden Gasverteilerrohres 2 , wodurch das in diesem Rohr strömende
Gas auf eine hohe 'l'emperatur erwärmt wird. Indem das erwärmte Gas aus den Öffnungen
4,3 des Gasverteilerrohres 2 austritt, vermischt es sich mit Luft und bildet eine
kurze brennende Flamme von hoher Temperatur, grober Leuchtkraft und mit weniger
oxidierenden Verbrennungsprod ukt en.
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Der erfindungsgemäße Gasbrenner gestattet es, kurze leuchtende Blammen
verschiedener Gestalt bei der Zuführung des HeiB- und Kaltwindes zu erzeugen, die
oxidieranden Eigenschaften der Verbrennungsprodukte zu vermindern, was für einen
normalen Ablauf des Schmelzprozesses im Kupolofen, insbesondere, wenn Stahl als
Bestandteil des Einsatzgutes verwendet wird, notwendig ist.
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Durch die Bildung von leuchtenden kurzen Flalninen bei der Verbrennung
von Erdgas im Kaltwindstrom werden die Warmeübertragung durch Ausstrahlung intensiviert,
der thermische Wirkungsgrad der Wärmeaggregate erhöht, der Verschleiß der Auskleidung
und die Abmessungen der Verbrennungskammer vermindert.
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Der vorliegende Gasbrenner gewährleistet einen zuverlässigen und
gefahrlosen Betrieb ohne Durchschläge und Losreißen der Flamme und läßt sich leicht
anßleizen. Durch
die Wirbelbildung der ströme des Gas- Luftgemisches
an jesich dem Gasbrenner pflanztldie Flammenfront beim Anheizen schnell fort, was
zu einer Stabilisierung des Verbrennungsprozesses, einer Verkürzung des Flaemenweges,
und einer Erhöhung der Verbrennungstemperatur beiträgt. Der erfindungsgemaß Gasbrenner
kann bei einem niedrigen, mittleren oder hohen Gas- und Luftdruck und bei Verbrauchskoeffizienten
betrieben werden, die unter 1 liegen. Es können Gasarten verschiedener Zusammensetzung,
und zwar Erdgas, Azetylen, Propan, Butan, Wasserstoff, Erdölgas, Generatorgas, Koksofengas,
Ku-polofengas sowie auch Heizgasgemische verwendet werden. Die Luft kann mit Sauerstoff
angereichert werden oder es kann Reinsauerstoff als Oxydationsmittel verwendet werden.