DE3603387A1 - Verfahren zum betreiben eines gas-infrarotstrahlers und gas-infrarotstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrei­ ben eines Gas-Infrarotstrahlers und auf einen insbeson­ dere bei diesem Verfahren verwendbaren Gas-Infrarot­ strahler.

Gasbeheizte Infrarotstrahler, auch als Strahlungsbren­ ner bezeichnet, werden u.a. bei der Behandlung oder Verarbeitung von bahnförmigem Gut eingesetzt, nament­ lich in der Papier- und Karton-Industrie. Dabei kann es sich insbesondere um die Erwärmung der Materialbahn in der Pressenpartie von Kartonmaschinen, um die Trock­ nung von Papier und Karton und um die Trocknung von Streichfarbe auf Papier oder Karton handeln.

Bekannte Infrarotstrahler (Strahlungsbrenner) weisen in einem Gehäuse eine von einem Gas- oder Brennstoff­ dampf-Luft-Gemisch gespeiste Vorkammer, eine von die­ ser durch eine Sperrschicht aus hitzebeständigem Material getrennte Brennkammer und einen die letztere nach außen abdeckenden Glühkörper auf. In der Sperr­ schicht befinden sich Durchtrittsöffnungen für das Gemisch. Bei einer besonders bewährten Ausführung wird der Glühkörper durch eine Anzahl von einzelnen vier­ eckigen Glühkörperteilen gebildet, die von einem vor ihnen angeordneten Gitter gehalten sind (DE-PS 16 29 952).

Bei Trocknungsanlagen für Bahnmaterial werden Infrarot­ strahler in mehreren Reihen hintereinander angeordnet, wobei sich jede Reihe über die ganze Bahnbreite er­ streckt. Jede Reihe besteht aus einer entsprechenden Anzahl von nebeneinanderliegenden Infrarotstrahlern. Der Feuchtigkeitsgehalt einer zu trocknenden Bahn ist vielfach über die Bahnbreite hinweg unterschiedlich und kann sich auch in Richtung der Bahnlänge ändern. Man spricht von einem Feuchtigkeits-Profil in der Bahn. Dieses kann durch Meßeinrichtungen vor dem Strahler­ system in seinem Verlauf bestimmt werden. Weil als Er­ gebnis normalerweise ein gleicher Trocknungsgrad der Bahn erzielt werden soll, muß die Zuführung von Wärme­ energie zu der Bahn bereichsweise verändert werden können.

Dies geschieht bei bekannten Anlagen durch Regulierung der Gaszufuhr zu einzelnen Infrarotstrahlern oder zu Gruppen von solchen. Dazu kann in der Gaszuleitung zu jedem Strahler ein Ventil vorgesehen sein, das mittels einer Steuerung in vorgebbarer Weise geöffnet und ge­ schlossen wird. Dies kann insbesondere mit einer sog. Impuls-Steuerung geschehen, wobei innerhalb eines vor­ gegebenen festen Zeitabschnitts Öffnungszeiten und Schließzeiten des Ventils gesteuert miteinander ab­ wechseln.

Mit den bisher üblichen Mitteln ist es nur möglich, die Energieabgabe eines oder mehrerer Infrarotstrahler bis auf etwa 40% der maximalen Energieabgabe zu ver­ mindern. Bei Unterschreitung dieses Wertes durch wei­ tere Herabsetzung der je Zeitabschnitt zugeführten Gasmenge konnte der Betrieb des Strahlungsbrenners nicht mehr aufrechterhalten werden. Vielmehr erlosch der Brenner bei einer starken Verminderung der Brenn­ stoffzufuhr, so daß ein neuer Zündvorgang notwendig wurde, der nicht nur eine unliebsame Unterbrechung darstellt und zusätzlichen Aufwand erfordert, sondern auch noch gewisse Risiken mit sich bringt. Andererseits besteht aber das dringende Bedürfnis, einen Gas-Infra­ rotstrahler in seiner Energieabgabe möglichst weit herunterregulieren zu können, um den jeweiligen Anfor­ derungen optimal gerecht werden zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Schwierigkeiten zu überwinden und ein Verfahren anzu­ geben, das es gestattet, die Energieabgabe eines Gas- Infrarotstrahlers (Strahlungsbrenners) besser als bisher den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Mit der Erfindung soll weiterhin ein Gas-Infrarotstrahler geschaffen werden, der ein sicheres Arbeiten auch bei mengenmäßig sehr unterschiedlicher Speisung mit Gas bzw. einem Gas-Luft-Gemisch ermöglicht und der dadurch einen weiten Betriebsbereich hat. Die Erfindung strebt dabei auch eine vorteilhafte Ausbildung des Gas-Infra­ rotstrahlers im einzelnen an. Weitere mit alledem zu­ sammenhängende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herab­ setzung der Energieabgabe des Infrarotstrahlers die gesteuert zugeführte Gasmenge zeitweilig bis in einen Bereich hinein vermindert, der einer unterhalb von etwa 40% der maximalen Energieabgabe des Infrarotstrah­ lers liegenden Energieabgabe entspricht, und es wird zumindest beim Arbeiten in diesem Bereich in der Brenn­ kammer eine getrennt von der gesteuert zugeführten Gasmenge gespeiste Flamme aufrechterhalten.

Auf diese Weise ist es möglich gemacht, einen Gas- Infrarotstrahler auch bei erheblich reduzierter Ener­ gieabgabe, die ggf. sogar bis auf Null oder nahe Null verringert werden kann, sicher und kontinuierlich zu betreiben. Selbst, wenn die Zufuhr des Gases vor­ übergehend unterbrochen wird, arbeitet der Strahler bei neu einsetzender Gaszufuhr sogleich mit entspre­ chender Energieabgabe weiter. Durch die Erfindung kann den Anforderungen des jeweiligen Falles, z.B. beim Trocknen einer Papierbahn, besonders gut Rechnung ge­ tragen werden, so daß auch bei extremen Feuchtigkeits­ profilen auf günstige Weise das angestrebte Ergebnis erreicht werden kann.

Der getrennt vom gesteuert zugeführten Betriebsgas mit Gas gespeisten Flamme kann auch die Verbrennungs­ luft gesondert zugeführt werden. Dies erübrigt sich normalerweise aber dann, wenn während einer Herab­ setzung der Energieabgabe durch Verminderung der Be­ triebsgaszufuhr eine Luftzufuhr zur Brennkammer ganz oder ggf. in vermindertem Umfang aufrechterhalten wird, wie es besonders zweckmäßig ist.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Gas- Infrarotstrahler mit einer im wesentlichen allseits von Bauteilen umgrenzten Brennkammer, in die einzel­ ne Zuführungen für ein Gas-Luft-Gemisch münden, wobei gemäß der Erfindung zusätzlich zu diesen Zuführungen wenigstens eine in die Brennkammer gerichtete Düse od.dgl. für eine Dauerflamme mit einer eigenen, von einer gesteuerten Betriebsgas-Zuführung unabhängigen Gas-Zuleitung vorhanden ist. Ein solcher Brenner eig­ net sich besonders gut für die Verwendung bei dem weiter oben erläuterten Verfahren, kann aber auch in anderen Fällen mit Vorteil eingesetzt werden.

Die Düse od.dgl. für die Dauerflamme kann mit ihrer Mündung in die Brennkammer hinein reichen oder aber auch relativ zu einer Begrenzung der Brennkammer zu­ rückgesetzt sein.

Bei einer vorteilhaften Ausführung ist die Düse od.dgl. für die Dauerflamme von einem Strömungsweg für ein Medium umgeben. Dieses Medium kann reine Verbrennungs­ luft sein, die ggf. für die Düse gesondert zugeführt wird, oder es kann auch Luft mit einer Beimischung von Gas sein, insbesondere aus einer vor der Brennkam­ mer angeordneten Vorkammer.

Bei einer Strahler-Ausführung, die eine von der Brenn­ kammer durch eine hitzebeständige Sperrschicht getrenn­ te Vorkammer aufweist, ist vorteilhaft der Strömungs­ weg ein durch die Sperrschicht hindurchgehender Kanal.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen Zeich­ nung und aus den Ansprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Gas-Infrarotstrahler in einem vertikalen Mittelschnitt und

Fig. 2 eine Ausführung von dem Brenner nach Fig. 1 zugeordneten Versorgungs- und Steuerelementen als sich an Fig. 1 nach oben hin anschließende Darstellung.

Der dargestellte Gas-Infrarotstrahler 1 weist eine im wesentlichen rechteckige Grundform auf und enthält in einem ggf. isolierten Metallgehäuse 2 eine Vorkam­ mer 3 und eine Brennkammer 4 sowie einen entsprechend rechteckigen Brennerkopf 5. Dieser weist ein Drahtgit­ ter 6 auf, von dem einzelne Glühkörperteile 7 gehalten sind. Die letzteren haben z.B. eine quadratische Grund­ form und bestehen aus einer hochwertigen Legierung.

Die Vorkammer 3 ist von der Brennkammer 4 durch eine Sperrschicht 9 getrennt, bei der es sich namentlich um ein Vlies aus keramischen Fasern oder um ein ande­ res geeignetes Material handeln kann. Die Sperrschicht 9 weist von der Vorkammer 3 zur Brennkammer 4 durchge­ hende Zuführungen 12 für das Gas-Luft-Gemisch auf. Die­ se Zuführungen sind vorteilhaft durch in die Sperr­ schicht eingesetzte Metallröhrchen gebildet, die z.B. an einer die Sperrschicht 9 haltenden und zur Vorkam­ mer 3 hin abdeckenden Metallplatte 8 befestigt sind.

Mit der Ziffer 10 ist ein Splint od.dgl. bezeichnet, mit dem die Gehäuse zweier benachbarter Strahler mit­ einander verbunden sind, insbesondere bei einer Reihen­ anordnung von Strahlern.

Einer oder mehrere in einer solchen Reihe angeordnete Strahler können mit einer oder mehreren Zünd- und Überwachungselektroden versehen sein, wie dies bekannt ist. Es ist ohne weiteres auch möglich, bei dem erfin­ dungsgemäßen Strahler eine Zünd- und/oder Überwachungs­ elektrode oder entsprechende Einrichtungen vorzusehen.

Durch den in der Brennkammer stattfindenden Verbren­ nungsvorgang wird der Glühkörper erhitzt und gibt seine Energie in Form von Strahlung, überwiegend Infrarot­ strahlung, ab.

Einzelheiten der Brennstoffzuführung sind aus Fig. 2 ersichtlich. Mit der Ziffer 13 ist eine Luft-Speise­ leitung und mit der Ziffer 14 eine Gas-Speiseleitung bezeichnet. Diese Leitungen können zur Versorgung ei­ ner größeren Anzahl von Strahlern bzw. Strahlerreihen dienen. Aus den Speiseleitungen 13 und 14 gelangen Luft und Gas über eine Mischdüse 15 in eine Mischkam­ mer 16, die mit ihrem unteren Ende in die Vorkammer 3 mündet (vgl. Fig. 1).

Während die Luft bei der dargestellten Ausführung aus der Speiseleitung 13 ständig über die Mischdüse 15 und die Mischkammer 16 zum Strahler 1 strömt, ist die Gas­ zuführung in besonderer Weise steuerbar.

Von der Speiseleitung 14 aus führt zunächst ein Gas­ rohr 17 zu einem Abzweigstück 18, von dem aus dann ein Zuleitungsrohr 19 über ein Kopfstück 20 zu der Mischdüse 15 führt.

In dem Zuleitungsrohr 19 befindet sich ein Ventil 26, das mittels einer Einrichtung 27 zu betätigen ist, insbesondere aus einer völligen Schließstellung in eine völlige Öffnungsstellung und umgekehrt. Die Ein­ richtung 27 ist über eine Leitung 28 von einer nicht wiedergegebenen Zentraleinheit aus in an sich bekann­ ter Weise steuerbar. Bei den Teilen 26 und 27 kann es sich insbesondere um ein elektromagnetisch betätigtes Ventil handeln.

Besonders vorteilhaft ist eine Impuls-Steuerung vor­ gesehen. Diese arbeitet vorteilhaft so, daß innerhalb eines vorgegebenen festen Zeitabschnitts oder Taktes von beispielsweise 6 s das Ventil 26 für eine bestimm­ te Anzahl von Schaltvorgängen jeweils für eine gewisse Zeit geöffnet wird, wobei diese Öffnungszeit einstell­ bar ist. Dadurch kann die Menge des zeitlich zugeführ­ ten Betriebsgases geändert werden, um die Energieab­ gabe des Strahlers 1 zu variieren. Die Zeiten, während derer das Ventil 26 geöffnet und geschlossen ist, sind in jedem Falle so kurz, daß infolge der Trägheitsver­ hältnisse im anschließenden System ein Ausgleich er­ folgt, so daß schließlich in der Brennkammer kontinu­ ierlich ein Gemisch der jeweils gewünschten Qualität entsprechend der angestrebten Energieabgabe des Strah­ lers ankommt.

Von dem Abzweigstück 18 führt eine mit dem Gasrohr 17 ständig frei verbundene Gaszuleitung 21 zu einer Düse 22, die auf die Brennkammer 4 hin gerichtet ist bzw. in diese mündet. Diese Düse hat somit eine Gas­ zufuhr, die von der Steuerung der Menge des Betriebs­ gases, das der Mischdüse 15 und der Mischkammer 16 und dann mit der Luft dem Strahler 1 zugeleitet wird, un­ abhängig ist. Dadurch wird in der Brennkammer 4 ständig eine Dauerflamme aufrechterhalten.

Hierdurch ist es in besonders günstiger Weise möglich, die mittels des Ventils 26 gesteuert zuführbare Menge des Betriebsgases bis auf sehr kleine Werte zu ver­ ringern, und die Energieabgabe des Strahlers je nach den Anforderungen herabzusetzen, ohne daß dadurch das Arbeiten des Strahlers unterbrochen oder nachtei­ lig beeinflußt wird.

Die Düse 22 kann in die Brennkammer 4 hineinragen. Bei der dargestellten Ausführung befindet sich die Mündung der Düse 22 in einem durch die Sperrschicht 9 hindurch­ gehenden Metallröhrchen 24, das einen ringförmigen Strömungsweg 23 begrenzt, der von der Vorkammer 3 zur Brennkammer 4 führt. Auf diese Weise erhält die Dauer­ flamme der Düse 22 ihre Verbrennungsluft von der Vor­ kammer her durch den Strömungsweg 23.

Abweichend von der dargestellten Ausführung sind noch verschiedene andere Anordnungen und Ausbildungen einer Düse od.dgl. für eine Dauerflamme möglich. So kann z.B. auch eine der Zuführungen 12 als Düse für eine Dauerflamme verwendet werden und an eine separate Gaszuleitung angeschlossen sein, wie sie strichpunk­ tiert in der rechten Hälfte der Fig. 1 bei der Zahl 21′ angedeutet ist. Die Verbrennungsluft ist dann die ohne­ hin der Brennkammer 4 zugeleitete Luft.

Die Düse für die Dauerflamme kann auch mit einem Gas- Luft-Gemisch gespeist werden.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt, für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfin­ dung fallend angesehen werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben eines eine im wesentlichen all­ seits von Bauteilen umgrenzte Brennkammer aufweisenden Gas-Infrarotstrahlers mit variabler Energieabgabe, wo­ bei die Menge des der Brennkammer oder einer vorge­ schalteten Mischkammer außer der Luft zugeführten Gases mit Hilfe einer Steuerung, insbesondere einer Impuls-Steuerung, veränderbar ist, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Herabsetzung der Energieabgabe des Infra­ rotstrahlers die gesteuert zugeführte Gasmenge zeit­ weilig bis in einen Bereich hinein vermindert wird, der einer unterhalb von etwa 40% der maximalen Energie­ abgabe des Infrarotstrahlers liegenden Energieabgabe entspricht, und daß zumindest beim Arbeiten in diesem Bereich in der Brennkammer eine getrennt von der ge­ steuert zugeführten Gasmenge gespeiste Flamme aufrecht­ erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuert zugeführte Gasmenge zeitweilig bis in einen Bereich hinein vermindert wird, der einer unter­ halb von etwa 20% der maximalen Energieabgabe des Infrarotstrahlers liegenden Energieabgabe entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuert zugeführte Gasmenge zeitweilig bis in einen Bereich hinein vermindert wird, der einer etwa auf dem Wert Null liegenden Energieabgabe des Infra­ rotstrahlers entspricht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Herabsetzung der Energieabgabe eine Luftzufuhr zur Brennkammer auf­ rechterhalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der getrennt mit Gas gespeisten Flamme auch Verbrennungsluft gesondert zugeführt wird.

6. Gas-Infrarotstrahler mit einer an Gas- und Luft-Speise­ leitungen angeschlossenen Mischkammer od.dgl. und ei­ ner im wesentlichen allseits von Bauteilen umgrenzten Brennkammer, in die einzelne Zuführungen für das Gas-Luft-Gemisch aus der Mischkammer münden, wobei zu­ mindest die zeitlich zuführbare Menge des Betriebsgases mittels eines steuerbaren Organs, vornehmlich unter Beeinflussung durch eine Impuls-Steuerung, veränderbar ist, insbesondere zur Verwendung bei dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zusätzlich zu den Gas-Luft-Gemisch-Zuführungen (12) wenigstens eine in die Brennkammer (4) gerichtete Düse (22) od.dgl. für eine Dauerflamme mit einer eige­ nen, von der Steuerung der Menge des Betriebsgases unab­ hängigen Gas-Zuleitung (21) vorgesehen ist.

7. Strahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (22) od.dgl. für die Dauerflamme von einem Strömungsweg (23) für ein Medium umgeben ist.

8. Strahler nach den Ansprüchen 6 und 7 mit einer aus der Mischkammer mit dem Gas-Luft-Gemisch gespeisten Vorkam­ mer, die von der Brennkammer durch eine hitzebeständige Sperrschicht getrennt ist, durch die die einzelnen Zu­ führungen für das Gas-Luft-Gemisch zur Brennkammer hin­ durchgehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungs­ weg (23) ein durch die Sperrschicht (9) hindurchgehen­ der Kanal ist.