DE3132788C2 - Keramischer Gasbrenner für Hochofenwinderhitzer - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein keramischer Gasbrenner mit einem zentralen Kanal (3) in einem Gehäuse (1). Im Unterteil kommuniziert das Gehäuse (1) mit einem Gaszuführungsstutzen (5). Im Unterteil des zentralen Kanals (3) ist senkrecht zum Gaszuführungsstutzen (5) eine vertikale Trennwand (6) angeordnet. Diese Trennwand (6) besitzt eine Öffnung (7), die dem Gaszuführungsstutzen (5) gegenüberliegt. Außerdem enthält der keramische Gasbrenner einen Luftsammler (11), der den zentralen Kanal (3) teilweise bzw. vollständig umgibt. Der Luftsammler (11) ist durch einen Vorsprung (12) in zwei Zonen (13 und 15) unterteilt. Die erste Zone (13) kommuniziert unmittelbar mit einem Luftzuführungsstutzen (14) und besitzt mindestens eine Reihe von Luftaustrittsschlitzen (17), die in der vertikalen Seitenwand (4) des zentralen Kanals (3) in der ersten Zone (13) ausgebildet sind, die mit dem Luftzuführungsstutzen (14) unmittelbar kommuniziert. In der zweiten Zone (15) des Sammlers ist ebenfalls eine Reihe von Luftaustrittsschlitzen (18) vorgesehen. Diese Ausbildung ergibt eine Vergleichmäßigung der Gas- und der Luftströmungen über den Querschnitt des Kanals (3), was zu einem homogenen Gemisch führt und eine symmetrische Flamme ergibt.

Description

dadurch gekennzeichnet,

— daß der Luftsammler (11) mindestens eine weitere Reihe von Luftaustrittsschlitzen (17) aufweist, die in der ersten Zone (13) in der vertikalen Wand (4) des zentralen Kanals (3) angebracht sind,

— daß die in der zweiten Zone (15) des Luftsammlers (11) liegenden Luftaustrittsschlitze (18) ebenfalls in der vertikalen Wand (4) des zentralen Kanals (3) ausgebildet sind, und

— daß in der vertikalen Trennwand (6) gegenüber dem Gaszuführungsstutzen (5) eine öffnung (7) angeordnet ist.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftaustrittsschlitze (17) in der ersten Zone (13) relativ zu den Luftaustrittsschlitzen (18) der zweiten Zone (15) schachbrettartig versetzt angeordnet sind.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Luftaustrittsschlitze (17) der ersten Zone (13) auf der dem Luftzuführungsstutzen (14) nächsten Seite der vertikalen Wand (4) des zentralen Kanals (3) ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft einen keramischen Gasbrenner für Hochofenwinderhitzer der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Aus der DE-OS 21 12 314 ist ein derartiger keramischer Brenner bekannt, bei dem im Unterteil eines zentralen Gaskanals ein Gaszuführungsstutzen mündet und ein den Gaskanal vollständig umgebender Luftsammler mit dem Luftzuführungsstu'.zen kommuniziert. Die Luft strömt aus dem Luftsammler durch eine Reihe horizontal angeordneter Schlitze im Oberteil des Sammlers aus. Im Unterteil des zentralen Gaskanals ist eine vertikale Trennwand angeordnet, die von dem aus dem Gaszuführungsstutzen austretenden Gas umströmt wird, wodurch eine Verbesserung der Gasverteilung erreicht werden soll. Die senkrecht zum einströmenden Gas angeordnete Trennwand führt nicht nur zu einem zusätzlichen Strömungswiderstand, sondern ein wesentlicher Teilstrom wird εη ihrer Vorderseite nach oben abgelenkt, wodurch die im rückwärtigen Teil des Gaskanals strömende Gasmenge zu gering und damit die Geschwindigkeitsverteilung ungleichmäßig wird. £ Wenn ein Brenner dieser Bauart in Winderhitzern mit äußerer oder innerer Brennkammer angeordnet wird, die etwa runde Form haben, entsteht am Austritt aus dem Brenner auf der einen Seite ein Gasüberschuß und auf der anderen ein Luftüberschuß. Die Flamme entfaltet sich unsymmetrisch und erhitzt das Mauerwerk ungleichmäßig. Das führt zur Rißbildung im Mauerwerk, was einen schnellen Ausfall des Winderhitzers zur Folge hat. Außerdem können in die Luftschlitze, die aus dem Oberteil des Luftsammlers in die Brennkammer auslaufen, die abgebrochenen Stücke des Mauerwerks aus der Brennkammer gelangen und den Brennerbetrieb beeinträchtigen.

Aus der DE-PS 25 41 991 ist ein keramischer Brenner für Winderhitzer bekannt, in dessen Zentrum ein scheibenartiger, einen Kranz von Durchlässen aufweisender Mischkörper in Strömungsrichtung hinter einer Verbindung der konzentrischen Zufuhrräume für Brenngas und Verbrennungsluft vorgesehen ist Dadurch soll hinter dem Mischkörper ein Gebiet von vergleichmäßigten Strömungsgeschwindigkeiten entstehen, um den Mischeffekt unter betriebsbedingten Belastungsänderungen zu verbessern. Dieser Verbindung in Form einer Reihe von in den *:entralen Gaskanal einmündenden Luftaustrittsschlitzen kann eine weitere stromauf vorgeschaltet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen keramischen Gasbrenner der eingangs geschilderten Gattung so weiterzubilden, daß eine gleichmäßigere Erhitzung des Mauerwerks der Winderhitzerbrennkammer am gesamten Umfang durch Erzeugung einer symmetrischen Gasflamme gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Durch die zusätzliche Anordnung der Luftaustrittsschlitze in der ersten Zone des Luftsammlers, die unmittelbar mit dem Luftzuführungsstutzen kommuniziert, wird eine wesentlich gleichmäßigere Luftverteilung über den Querschnitt des zentralen Kanals erreicht. Die Schlitze in der zweiten Zone hinter dem Vorsprung bewirken die Einströmung von bereits aus der horizontalen Richtung im Luftzuführungsstutzen in die vertikale Richtung im Luftsammler umgelenkter Luft. Der Luftdurchsetz in dieser zweiten Zone ist an den dem Luftzuführungsstutzen gegenüberliegenden Schlitzen infolge des Impulses der zuströmenden Luft maximal und an den dem Luftzuführungsstutzen nahen Schlitzen minimal. Der Vorsprung im Luftsammler erzeugt einen zusätzlichen Strömungswiderstand, der die Ungleichmäßigkeit verringert. Durch die Schlitzreihe in der ersten mit dem Luftzuführungsstutzen unmittelbar kommunizierenden Zone strömt ein Teil der Luft, bei der die Stromumlenkung noch nicht stattgefunden hat. Der Luftdurchsatz durch die dem Luftzuführungsstutzen benachbarten Schlitze in der ersten Zone ist maximal, weil ein erhöhter Druck durch den Staudruck des aus dem Luftzuführungsstutzen austretenden Stroms erzeugt wird. Minimal ist der Luftdurchsatz durch die Schlitze, die in der Nähe der dem Luftzuführungsstutzen gegenüberliegenden Seite des zentralen Kanals liegen, weil ein Teil des Drucks beim Durchströmen des Luftsammlers abgebaut wird. In den beiden

Schlitzreihen entsteht somit eine umgekehrt ungleichmäßige Luftstromverteilung. Dort, wo in der einen Schlitzreihe der Durchsatz maximal ist, ist in der anderen der Durchsatz minimal. Bei der Vereinigung der Ströme, die aus den beiden Schlitzreihen in den zentralen Kanal austreten, werden die Ungleichmäßigkeiten ausgeglichen und die summarische Vendlung wird ungefähr gleichmäßig.

Durch die Ausbildung der vertikalen Trennwand mit einer öffnung in der Mitte im zentralen Kanal wird das to Gasgeschwiiijigkeitsfeld ausgeglichen, weil nur ein Teil des aus dem Gaszuführungsstutzen horizontal austretenden Gasstromes die gegenüberliegende Wand des zentralen Kanals erreicht. Der andere Teil wird durch die Trennwand nach oben abgelenkt. Eine derartige Trennwand ist bei einer beliebigen Form des zentralen Kanals, darunter auch bei der meist verbreiteten runden Form, in Winderhitzern wirksam.

Durch die Anordnung der Luftaustrittsschlitze in der vertikalen Seitenwand des zentralen Kanals wird verhindert, daß Stücke von abgebrochenem Mauerwerk aus der Brennkammer in die Schlitze gelangen können. Dadurch wird ein zuverlässiger Betrieb des Brenners während seiner ganzen Betriebsdauer gewährleistet und das anfangs erreichte gleichmäßige Gas-Luft-Verhältnis konstant aufrechterhalten.

Im Ergebnis einer derartigen Zuführung und Verteilung von Gas und Luft wird im keramischen Gasbrenner ein gleichmäßiges Gas-Luft-Verhältnis am Austrittsquerschnitt des zentralen Kanals gewährleistet. In der Brennkammer entsteht eine symmetrische Gasflamme und das Brennkammermauerwerk wird an dem Umfang gleichmäßig erhitzt. Dadurch wird die Lebensdauer der Brennkammer und des gesamten Winderhitzers verlängert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasbrenners dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen keramischen Gasbrenner im Vertikalschnitt, bei dem der Gaszuführungs- und der Luftzuführungsstutzen um 90° versetzt in einer Vertikalebene dargestellt sind;

F i g. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie II—II in Fig. 1.

Der keramische Gasbrenner besteht aus einem Gehäuse 1, das aus einem Feuerfeststoff einheitlich mit den Wänden der Brennkammer 2 eines Winderhitzers hergestellt ist. Bei anderen keramischen Gasbrennern kann das Gehäuse 1 separat von den Wänden der Brennkammer 2 ausgeführt werden.

Im Gehäuse 1 ist ein kreisrunder zentraler Kanal 3 vorgesehen, der auch eine beliebige andere Querschnittsform (Oval, Linse u. a.) haben kann. Im Unterteil ist die Wand 4 des zentralen Kanals 3 einheitlich mit dem Gehäuse 1 ausgeführt, sie kann jedoch auch separat ausgebildet sein. Im Oberteil ist die Wand 4 des zentralen Kanals 3 selbständig aus einem Feuerfeststoff hergestellt.

Im Unterteil des Gehäuses 1 kommuniziert der zentrale Kanal 3 mit einem Gaszuführungsstutzen 5. Senkrecht zum Gaszuführungsstutzen 5 ist im Unterteil des zentralen Kanals 3 eine vertikale Trennwand 6 (F i g. 2) aus Feuerfeststoff angeordnet. Sie kann aus einem beliebigen hitzebeständigen Material hergestellt werden. In der vertikalen Trennwand 6 ist eine Öffnung 7 ausgestaltet, die dem Gaszuführungsstutzen 5 gegenüberliegt.

Durch eine derartige Gaszuführung zum zentralen Kanal 3 (Fig. 1) wird die Geschwindigkeitsverteilung der Gasbewegung im zentralen Kanal 3 wesentlich verbessert Beim Fehlen der vertikalen Trennwand 6 wird der Gasstrom bei der Gasumlenkung aus der horizontalen Richtung im Gaszuführungsstutzen 5 in die senkrechte Richtung im zentralen Kanal 3 gegen die Wand 8 des zentralen Kanals 3 abgelenkt, die vom Gaszuführungsstutzen 5 am weitesten entfernt ist. Hier ist die Geschwindigkeit maximal. An der am Gaszuführungsstutzen 5 anliegenden Wand 9 des zentralen Kanals 3 ist die Gasgeschwindigkeit minimal, infolge der vertikalen Trennwand 6 mit der öffnung 7 erreicht nur ein Teil des Gases die dem Gaszuführungsstutzen 5 gegenüberliegende Wand 8 des zentralen Kanals 3. Der andere Teil des Gases wird durch die Wand 6 selbst nach oben abgelenkt und vergrößert die Gasmenge, die in der Nähe des Gaszuführungsstutzens 5 an der Wand 9 strömt Die gesamte Gasgeschwindigkeitsverteilung relativ zur Achse 10 des zentralen Kanals 3 ist in diesem Fall gleichmäßiger und symmetrischer. Dadurch wird ein gleicher Widerstand gegen das Eindringen der Luftstrahlen in den Gasstrom erzeugt und eine gleichmäßige Vermischung von Gas und Luft erreicht

Um den zentralen Kanal 3 herum ist zwischen seiner Wand 4 und dem Gehäuse 1 ein Luftsammler 11 angeordnet, der den zentralen Kanal 3 teilweise bzw. vollständig umgibt. Bei einer runden Form der Brennkammer 2, wie im vorliegenden Beispiel, ist der zentrale Kanal 3 durch den Luftsammler 11 vollständig umgeben, bei anderen Formen der Brennkammer 2 kann jedoch der Luftsammler 11 nicht geschlossen sein und den zentralen Kanal 3 nur teilweise umgeben.

Der Luftsammler 11 besitzt einen horizontalen Vorsprung 12, der auf der Seite der Wand 4 des zentralen Kanals 3 angeordnet ist, jedoch auch auf der Seite des Gehäuses 1 bzw. auf der Seite des Gehäuses 1 und auf der Seite der Wand 4 des zentralen Kanals 3 angeordnet sein kann. Er besteht aus dem feuerfesten Mauerwerk, kann jedoch auf andere Weise, z. B. durch die Anordnung von hitzebeständigen Stahlringen, ausgebildet werden.

Der Vorsprung 12 ist an dem gesamten Umfang des Sammlers 11 angeordnet und unterteilt diesen in zwei Zonen. Die erste Zone 13 kommuniziert unmittelbar mit einem Luftzuführungsstutzen 14. Die zweite Zone 15 liegt hinter dem Vorsprung 12 und die Luft strömt in diese durch eine Verjüngung 16 des Luftsammlers 11, die durch den Vorsprung 12 begrenzt ist

In den Zonen 13 und 15 des Luftsammlers 11 sind Luftaustrittsschlitze 17 und 18 vorgesehen, die in der vertikalen Wand 4 des zentralen Kanals 3 ausgebildet sind. Sie sind unter einem rechten Winkel zur Achse 10 des zentralen Kanals angeordnet, können jedoch auch unter einem anderen Winkel zur Achse 10 liegen.

Die dargestellte Anordnung des Schlitzes 18 in der vertikalen Wand 4 des zentralen Kanals 3 ist optimal. Dadurch wird eine Verstopfung der Luftschlitze 17 und 18 durch Stücke von abgebrochenem Mauerwerk der Brennkammer 2 verhindert und ein zuverlässiger Dauerbetrieb des keramischen Gasbrenners ermöglicht

Die Verjüngung 16 im Luftsammler 11 ist erforderlich, um die Ungleichmäßigkeit des Luftaustritts durch die Schlitze 18 zu verringern, die in der zweiten Zone 15 hinter dem Vorsprung 12 liegen. Durch den zusätzlichen Widerstand in der Verjüngung 16 wird die Geschwindigkeiuungleichmäßigkeit im Luftsammler 11 reduziert, die nach der Umlenkung des Luftstroms aus der horizontalen Richtung im Luftzuführungsstutzen 14 in die vertikale Richtung im Luftsammler 11 entsteht. Der Vorsprung 12 soll so bemessen sein, daß die Durch-

Schnittsgeschwindigkeit in der Verjüngung 16 die Durchschnittsgeschwindigkeit des Luftaustritts aus den in der zweiten Zone 15 liegenden Schlitzen 18 nicht unterschreitet. Je höher die Geschwindigkeit in der Verjüngung 16 ist, desto gleichmäßiger ist die Geschwindigkeitsverteilung über die Schlitze 18 in der Zone 15. Aber desto höher wird auch der Widerstand des keramischen Gasbrenners gegen den Luftdurchtritt sein. Deshalb soll das Verhältnis der Durchschnittsgeschwindigkeit in der Verjüngung 16 zur Durchschnittsgeschwindigkeit in den Schlitzen 18 der Zone 15 nahe Eins sein.

Die Luftaustrittsschlitze 17 der ersten Zone 13 sind relativ zu den Schlitzen 18 der zweiten Zone 15 schachbrettartig angeordnet. Das gestattet es, die Luft an dem Umfang des zentralen Kanals 3 gleichmäßiger zu vertei- !en.

Die Schlitze 17 der ersten Zone 13, die mit dem Luftzuführungsstutzen 14 unmittelbar kommuniziert, sind derart ausgebildet, daß einer dieser Schlitze 17 auf der dem Luftzuführungsstutzen 14 nächsten Seite des zentralen Kanals 3 in der Senkrechtebene liegt, die durch die Achse 19 des Luftzuführungsstutzens 14 verläuft

Auf diese Weise gestattet die Anordnung der Luftschlitze 17 und 18 eine gute Luftverteilung über dem Querschnitt des zentralen Kanals 3.

Der keramische Gasbrenner funktioniert wie folgt:
Über den Gaszuführungsstutzen 5 strömt das Gas in den Unterteil des zentralen Kanals 3 ein. Hier ist in Bewegungsrichtung des Gases die vertikale Trennwand 6 (F ig. 2) mit der öffnung 7 angeordnet. Bei der Durchströmung des Gases durch die vertikale Trennwand 6 und bei seiner Umlenkung im zentralen Kanal 3 erhält das Geschwindigkeitsfeld des Gases vor den Luftaustrittsschlitzen 17 eine hohe Gleichmäßigkeit und Symmetrie.

Aus dem Luftzuführungsstutzen 14 strömt die Luft in den Luftsammler 11 und tritt aus diesem in den zentralen Kanal 3 durch zwei Reihen von Luftaustrittsschlitzen 17 und 18, die in der vertikalen Wand 4 des zentralen Kanals 3 ausgebildet sind. Dadurch, daß die eine Reihe der Schlitze 17 in der Zone 13 angeordnet ist, die mit dem Luftzuführungsstutzen 14 unmittelbar kommuniziert, und mindestens einer der Schlitze 17 dieser Reihe auf der dem Luftzuführungsstutzen 14 nächsten Seite des zentralen Kanals 3 in der durch die Achse 19 des Luftzuführungsstutzens 14 verlaufenden Senkrechtebene liegt und die andere Reihe der Schlitze 18 in der Zone 15 hinter dem Vorsprung 12 des Luftsammlers 11 angeordnet ist, entsteht eine ungefähr gleichmäßige summarische Luftverteilung an dem Umfang des zentralen Kanals 3. Sie wird dadurch erreicht, daß die Ungleichmäßigkeiten der Verteilung des aus den beiden Zonen 13 und 15 durch die Schlitze 17 und 18 austretenden Luftstroms ungefähr umgekehrt sind. Dort, wo in der einen Zone der Durchsatz (Geschwindigkeiten) maximal ist, ist der Durchsatz in der anderen Zone minimal. Beim Austritt in den zentralen Kanal vereinigen sich die Luftströme aus den beiden Zonen 13 und 15 und die Ungleichmäßigkeiten werden gegenseitig derart ausgeglichen, daß die summansche Luftverteilung im zentralen Kanal 3 nahezu gleichmäßig ist. Dazu trägt auch die schachbrettartige Anordnung der Schlitze 17 der einen Zone relativ zu den Schlitzen 18 der anderen Zone bei.

Im Oberteil des zentralen Kanals 3 werden Gas und Luft vermischt und am Austritt in die Brennkammer 2 entzündet Eine stabile Entflammung des Gas-Luft-Gemisches wird durch eine sprunghafte Erweiterung des Querschnitts vom zentralen Kanal 3 zur Brennkammer 2 gefördert. Hier entsteht eine Zone der Zirkulation der Verbrennungsprodukte, die als eine zuverlässige Zündquelle dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Keramischer Gasbrenner für Hochofenwinderhitzer, umfassend

— ein Gehäuse mit einem zentralen Kanal,

— einen mit diesem Kanal in dessen Unterteil kommunizierenden Gaszuführungsstutzen,

— eine vertikale Trennwand, die im Unterteil des zentralen Kanals senkrecht zum Gaszuführungsstutzen aufgestellt ist, und

— einen Luftsammler, der den zentralen Kanal zumindest teilweise umgibt und einen horizontalen Vorsprung aufweist, der den Luftsammler in zwei Zonen unterteilt, deren erste mit einem oberhalb des Gaszuführungsstutzens angeordneten Luftzuführungsstutzen unmittelbar kommuniziert und deren zweite eine Reihe von Luftaustrittsschlitzen aufweist,