DE4208951C2

DE4208951C2 - Hot gas generator

Info

Publication number: DE4208951C2
Application number: DE4208951A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr Ing Wulfert; Friedrich Schmaus; Horst Mohr
Original assignee: WALTER BRINKMANN GmbH; Loesche GmbH
Current assignee: WALTER BRINKMANN GmbH; Loesche GmbH
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2012-03-20
Also published as: DE4208951A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgaserzeuger mit einem Gasbrenner gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a hot gas generator with a gas burner according to the preamble of claim 1.

Heißgaserzeuger mit Schwachgasbrennern dienen der Aufhei zung von Prozeßluft, vor allem für Trocknungsprozesse, und sind insbesondere bei der Verhüttung von Eisenerzen im Ein satz. Bei der Verhüttung von Eisenerzen im Hochofenprozeß entstehen gasförmige Produkte mit einem relativ geringen Heizwert, die hinreichend unter dem Namen "Gichtgase" be kannt sind und die zu einem gewissen Teil aus brennbaren Bestandteilen (CO, H₂), zum überwiegenden Teil jedoch aus inerten gasförmigen Bestandteilen (CO₂, N₂) be stehen. Weitere brennbare gasförmige Bestandteile können ebenso wie andere, sehr unterschiedliche gasförmige organische Verbindungen bei den hier mit "Schwachgas" bezeichneten Gasen hinzutreten.Hot gas generators with lean gas burners are used for heating process air, especially for drying processes, and are particularly useful when smelting iron ores sentence. When smelting iron ores in the blast furnace process arise gaseous products with a relatively low Calorific value, the be sufficiently under the name "top gases" are known and to a certain extent from flammable Ingredients (CO, H₂), but for the most part from inert gaseous components (CO₂, N₂) be stand. Other flammable gaseous components can as well as other very different gaseous ones organic compounds with those with "weak gas" designated gases.

Der Begriff des "Schwachgases" betrifft einen Bereich des Heizwertes von kleiner ca. 5 MJ/m_N³ (m_N³ entspricht m³ im Normzustand) und wird im weiteren vor allen Dingen am Gichtgas orientiert.The term "weak gas" refers to a range of the calorific value of less than approx. 5 MJ / m _N ³ (m _N ³ corresponds to m³ in the normal state) and is mainly based on top gas.

Bei herkömmlichen, nicht gattungsgemäßen Heißgaserzeugern mit Schwachgasverbren nung wird das zu verbrennende Schwachgas häufig durch eine tangentiale Zuführung im Brennerkopf in eine mehr oder we niger intensiv rotierende Bewegung versetzt. Der Schwach gasstrom und die Verbrennungsluft werden hierbei in der Re gel zunächst über zwei getrennte Kammern dem Brenner zu geführt, wobei das eine Medium in Art einer spiralförmigen Bewegung mit dem anderen Medium in die ei gentliche Brennkammer eingeströmt wird. Die Vermischung zwischen Schwachgas und Verbrennungsluft erfolgt erst in der Brennkammer, sozusagen bei ablaufendem Verbrennungs prozeß.In conventional, non-generic hot gas generators with lean gas combustion The lean gas to be burned is often tangential feed in the burner head in a more or we niger intensely rotating movement. The weak gas flow and the combustion air are here in the Re gel to the burner via two separate chambers led, the one medium in the manner of a spiral movement with the other medium in the egg conventional combustion chamber is poured in. The mixing between lean gas and combustion air takes place first in the combustion chamber, so to speak when the combustion is running process.

Um bei dieser Brennerauslegung und Einströmtechnik der bei den Medien eine hinreichend gute Verbrennung gewährleisten zu können, ist es erforderlich, die Brennkammer möglichst groß zu dimensionieren, damit ausreichende Verbrennungs zeiten zur Verfügung stehen.In order to use the burner design and inflow technology of the guarantee the media a sufficiently good combustion To be able to, it is necessary to have the combustion chamber as possible dimensioned large so that sufficient combustion times are available.

Daneben ist es bei diesen Aggregaten erforderlich, eine die Verbrennung unterstützende "heiße" Umgebung zu schaffen, die dadurch realisiert wird, daß die Brennkammer sehr lang und feuerfest ausgekleidet erstellt wird. Diese feuerfesten Auskleidungen werden auf hohe Temperaturen aufgeheizt und unterstützen somit den Verbrennungsvorgang, wodurch letzt lich, aber mit erheblichen Nachteilen, ebenfalls ein zu friedenstellendes Ausbrandergebnis erreichbar ist.In addition, it is necessary with these units, one that To create combustion-supporting "hot" surroundings which is realized in that the combustion chamber is very long and fireproof lined is created. These fireproof Linings are heated to high temperatures and thus support the combustion process, which ultimately Lich, but with considerable disadvantages, too a satisfactory burnout result can be achieved.

Derartige Aggregate eines Heißgaserzeugers mit Schwachgas verbrennung erfordern daher aufgrund der massiven Aus legung mit feuerfesten Auskleidungen der gesamten Brenn kammer hohe Aggregatgewichte. Hinzu treten lange Anfahrzeiten, um die Feuerfestauskleidungen auf die Temperaturen aufheizen zu können, welche für die Schaffung der die Verbrennung unterstützenden heißen Umgebung notwendig sind. Dies bringt erhebliche Anfahrkosten mit sich. Meist ist zudem ein kontinuierlich betriebener Brenner, der nicht nur als Start- oder Zündbrenner eingesetzt wird, erforderlich, um die kontinuierliche und gute Verbrennung aufrechtzuer halten. Aber auch das Abfahren, also Abschalten, diese Heißgaserzeugers ist mit Problemen verbunden, da in diesen Aggrega ten eine sehr große Speicherwärme vorhanden ist.Such units of a hot gas generator with lean gas therefore require combustion due to the massive extinction laying with fireproof linings of the entire kiln chamber high unit weights. There are also long start-up times, around the refractory linings on the To be able to heat up temperatures which for the creation of the support the combustion hot environment are necessary. This brings considerable start-up costs. Most is also a continuously operated burner that not only is used as a start or pilot burner, required to maintain the continuous and good combustion hold. But also shutting down, i.e. switching off, this hot gas generator is associated with problems because in these aggregates there is a very large amount of storage heat.

Ein gattungsgemäßer Heißgaserzeuger ist in der Fachzeit schrift "Öl- und Gasfeuerung", 1965, Jahrgang 10, Seite 680, Abb. 11 dargestellt. Obwohl dieser Heißgaserzeuger für ein Brenngas mit hohem Energieinhalt vorgesehen ist, weist die Brennermuffel eine im Vergleich zur nachfolgenden, aus zwei zy lindrischen Lochmänteln aus Metall innerhalb eines Blechman tels bestehende Einströmeinrichtung für Mischluft große und somit ge wichtsverursachende Abmessungen auf, welche ein entspre chend hohes Gewicht bedingen. In Fällen einer Notabschal tung muß die große Speicherwärme zur Vermeidung von Schäden infolge Überhitzung abgeführt werden. Aus diesem Grund ist es bei einem derartigen Heißgaserzeuger erforderlich, ei nen Notkamin zu installieren, über den die Speicherwärme im Falle von raschen Abschaltmaßnahmen abgeführt werden kann. Hierzu ist es erforderlich, eine ausreichende Menge von Kühlluft dem Heißgaserzeuger zuzuführen. Bei Stromausfall müssen die Kühlluftaggregate mittels Notstromaggregat in Betrieb gehalten werden.A generic hot gas generator is in the trade font "Oil and gas firing", 1965, year 10, page 680, Fig. 11 shown. Although this hot gas generator for one Fuel gas with a high energy content is provided Burner muffle one compared to the following, made of two zy Lindrole perforated metal coats within a tin man existing inflow device for mixed air large and thus ge weight-causing dimensions, which correspond to a high weight. In cases of emergency shutdown tion must the large storage heat to avoid damage due to overheating. For this reason it is necessary in such a hot gas generator, ei to install an emergency fireplace, via which the storage heat in the In the event of rapid shutdown measures can be dissipated. This requires a sufficient amount of Supply cooling air to the hot gas generator. In the event of a power failure the cooling air units must be installed in an emergency generator Operation be kept.

Aus der DE-AS 10 12 419 ist ein Heißlufterzeuger bekannt, bei dem ein Teil der zu erhitzenden Prozeßluft in Roh ren um eine Vielzahl von Einzelflammen durch den Flammen raum geleitet wird. Aufgrund der Metallkonstruktion ist dieser bekannte Heißlufterzeuger jedoch nicht zur Schwach gasverbrennung geeignet.A hot air generator is known from DE-AS 10 12 419, in which a part of the process air to be heated in raw a variety of single flames through the flames room is directed. Because of the metal construction this well-known hot air generator, however, is not too weak suitable for gas combustion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Heißgaserzeuger der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem bei einem hohen Ausbrandgrad der brennbaren Bestandtei le eines Schwachgases als Brenngas in einer kurzen Flamme nur sehr geringe Speicherwärme beim Anfahrprozeß erforder lich ist, um bei Notabschaltungen Notbelüftungsmaßnahmen zu vermeiden.The invention has for its object a To create hot gas generators of the generic type at that with a high degree of burnout of the flammable constituent le of a weak gas as fuel gas in a short flame only very low storage heat required during the start-up process Lich to emergency ventilation measures in case of emergency shutdowns to avoid.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of characterizing part of claim 1 solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the Un claims specified.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist daher einerseits die Gestaltung des Schwachgasbrenners dahingehend, daß dort eine optimale Vermischung zwischen dem zu verbrennenden Schwachgas und der erforderlichen Verbrennungsluft auf sehr kurzem Raum erreicht wird. Hierfür wird der Brenner als Mehrlanzenbrenner ausgelegt, in dem die Verbrennungsluft und das Schwachgas über einander umgebende Düsen unter ho her Geschwindigkeit in die Brennkammer einströmen, so daß eine große Reaktionsfläche im Hinblick auf eine opti male Verbrennung des Schwachgases erzeugt wird. Zudem wird aber andererseits die zur Erhitzung der Prozeßluft erfor derliche Lochmanteleinrichtung relativ lang ausgebildet. Aufgrund dieser Maßnahme erreicht man mit dem erfindungsgemäßen Ge genstand eine erhebliche Gewichtsersparnis in der Gesamtan lage. Die durchgeführten konstruktiven Maßnahmen führen da her zu einer Schwachgasverbrennung auch bei niedrigen Heiz werten im Bereich von 4190 kJ/m_N³ bis 2500 kJ/ m_N³ mit einem selbständigen Verbrennungsablauf, so daß lediglich ein Startbrenner erforderlich ist. Mittels dieses Startbrenners wird die Brennermuffel kurzzeitig z. B. in einer Anfahrtszeit von 10 bis 15 min. auf die erforder liche Temperatur aufgeheizt. Die intensive Vermischung des Schwachgases mit der erforderlichen Verbrennungsluft er laubt es aber auch, eine sehr kurze Brennermuffel vorzuse hen. An essential idea of the invention is therefore on the one hand the design of the lean gas burner in such a way that an optimal mixing between the lean gas to be burned and the required combustion air is achieved in a very short space. For this purpose, the burner is designed as a multi-lance burner, in which the combustion air and the lean gas flow through nozzles surrounding one another at high speed into the combustion chamber, so that a large reaction area is produced with a view to optimal combustion of the lean gas. In addition, on the other hand, the hole jacket device required for heating the process air is relatively long. Because of this measure, the object of the invention achieves considerable weight savings in the overall system. The design measures carried out therefore lead to lean gas combustion even at low calorific values in the range from 4190 kJ / m _N ³ to 2500 kJ / m _N ³ with an independent combustion process, so that only a starting burner is required. By means of this start burner the burner muffle is briefly z. B. in a journey time of 10 to 15 minutes. heated to the required temperature. The intensive mixing of the lean gas with the required combustion air also allows it to hen a very short burner muffle.

Die Kombination aus einer relativ kurzen Brennermuffel und einer längeren Lochmanteleinrichtung, z. B. aus Stahlblech, hat erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Wärmewirt schaftlichkeit eines derartigen Heißgaserzeugers, da nur sehr geringe Speicherwärme beim Anfahrprozeß erforderlich ist. Auch beim Abfahren der Anlage kann das gesamte Aggre gat sehr rasch abgeschaltet werden, ohne daß Notkamine und wärmebeständige Absperrklappen hierfür erforderlich sind. Hinzu tritt eine sehr breite Regelfähigkeit der für die Nachfolgeprozesse erforderlichen Wärmemenge, wobei diese auf die gute Regelbarkeit des einzuströmenden Schwachgases wie auch der zugeführten Prozeßluft zurück führbar ist. Darüber hinaus zeichnet sich der erfindungs gemäße Heißgaserzeuger auch durch die gute Belastbarkeit im Hinblick auf starken Temperaturwechsel aus.The combination of a relatively short burner muffle and a longer perforated jacket device, e.g. B. made of sheet steel, has significant advantages in terms of heat management Society of such a hot gas generator, because only very low storage heat required during the start-up process is. The entire aggregate can also be shut down when the system is shut down gat can be switched off very quickly without emergency chimneys and heat-resistant butterfly valves are required for this. In addition, there is a very wide range of rules for the Follow-up processes required amount of heat, this on the good controllability of the incoming Low gas as well as the supplied process air back is feasible. In addition, the invention excels hot gas generators also due to the good resilience in the With regard to strong temperature changes.

Mit dem Schwachgasbrenner, insbesondere als Nieder druck-Schwachgas-Mehrlanzenbrenner, wird am Austritt der Brennkammer eine sehr niedrige CO-Konzentration erreicht.With the lean gas burner, especially as a low pressure-lean gas multi-lance burner, is at the outlet of the Combustion chamber reaches a very low CO concentration.

Der erfindungsgemäße Heißgaserzeuger ist daher so ausge legt, daß innerhalb der sehr kurzen Brennermuffel, die zweckmäßigerweise in einem Verhältnis von 1 : 3 bis 1 : 5 zur Länge der Lochmanteleinrichtung steht, eine intensive Ver mischung der mittels hoher Strömungsgeschwindigkeiten über Düsen eingeblasenen Schwachgas- und Verbrennungsluftmedien mit nachfolgend hohem Ausbrandgrad der brennbaren Bestand teile des Schwachgases in einer aufgefächerten kurzen Flam me erreicht wird.The hot gas generator according to the invention is therefore so out puts that within the very short burner muffle that expediently in a ratio of 1: 3 to 1: 5 to Length of the perforated jacket device stands, an intensive Ver mixing of the medium by means of high flow velocities Low-gas and combustion air media injected into nozzles with subsequent high degree of burnout the combustible stock parts of the lean gas in a fanned out short flame me is reached.

Hierzu ist vorgesehen, das Gichtgas und die Verbrennungs luft aufzuteilen, wobei die beiden Medien über ineinander liegende Düsen zum Brenneraustritt geführt werden. Durch Dralleinsätze, insbesondere gasseitige und luftseitige Düsenbohrungen, die es gestatten, daß ein Verbrennungsluft anteil auch rechtwinklig in die einzelnen Gasströme ein tritt, werden die Berührungs- und Reaktionsflächen der beiden Medien miteinander vergrößert.For this purpose, the blast furnace gas and the combustion are provided air split, with the two media over into each other horizontal nozzles are led to the burner outlet. By Swirl inserts, especially gas-side and air-side Nozzle bores that allow combustion air share into the individual gas flows at right angles occurs, the contact and reaction surfaces of the both media enlarged together.

Zudem werden auch bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten der Medien aus den Düsen durch die an den Kanten auftretenden örtlichen Wirbel eine gute Vermischung und Unterstützung einer sicheren Zündung gewährleistet.In addition, even at high exit speeds Media from the nozzles through the occurring on the edges local vortex good mixing and support guaranteed safe ignition.

Die optimale Vermischung der beiden miteinander reagieren den Medien gestattet es auch, die Nennleistung bei sorgfältiger Mischungseinstellung erheblich herabregeln zu können. Andererseits ist es auch vorstellbar, daß die Gas menge bei ausreichendem Vordruck erheblich erhöht werden kann, ohne daß ein Abreißen der Flamme zu befürchten wäre.The optimal mixing of the two react with each other the media also allows the rated output at Carefully adjust the mixture down considerably can. On the other hand, it is also conceivable that the gas quantity can be increased considerably with sufficient pre-pressure can without fear of the flame breaking off.

Die einzelnen Lanzen, durch die die Verbrennungsluft oder alternativ auch das Gas zum Brenneraustritt über die Düsen geführt werden kann, sind mindestens im Düsenbereich aus hochhitzebeständigem Werkstoff ausgelegt, um ein Verbrennen bzw. Schmelzen der Düsen auch bei dieser Schwachgasverbren nung zu vermeiden.The individual lances through which the combustion air or alternatively, the gas for burner outlet via the nozzles can be performed are at least in the nozzle area high heat resistant material designed to prevent burning or melting of the nozzles even with this low gas burn avoidance.

Zur Verdeutlichung der Vorteile, die beim erfindungsgemäßen Heißgaserzeuger erreicht werden, wird insbesondere im Hin blick auf die Dimensionsabmessungen nachstehendes Beispiel angeführt:
Für die Verbrennung von Gichtgas in einem erfindungsgemäßen Heißgaserzeuger wurde bei maximaler Wärmeleistung von ca. 28,5 × 10⁶ kJ/h, was einem Gichtgasvolumendurchsatz von ca. 9.500 m_N³/h entspricht, die axiale Länge der Brennermuffel mit ca. 2 m gewählt, wobei am Brennermuffel austritt gute Ausbrandergebnisse erzielt wurden. Die Ver brennung erfolgte in einem Temperaturbereich größer 700°C. To clarify the advantages that are achieved in the hot gas generator according to the invention, the following example is given in particular with regard to the dimensional dimensions:
For the combustion of blast furnace gas in a hot gas generator according to the invention, the axial length of the burner muffle was chosen to be about 2 m at a maximum heat output of approx. 28.5 × 10⁶ kJ / h, which corresponds to a blast furnace gas throughput of approx. 9,500 m _N 3 / h , good burnout results were achieved at the burner muffle. The combustion took place in a temperature range greater than 700 ° C.

Im Rahmen einer Rauchgasanalyse wurden hierbei am Brennkam meraustritt CO-Werte zwischen 50 bis 250 ppm erreicht, was den sehr hohen Ausbrandgrad charakterisiert.As part of a flue gas analysis, the combustion chamber escapes CO values between 50 and 250 ppm, which characterized the very high degree of burnout.

Der Mischraumteil, der sich an die Brennermuffel an schließt und in dessen Bereich die zu erhitzende Pro zeßluft eingeströmt wird, ist hierbei von einer Lochmantel einrichtung, insbesondere aus gelochten Stahlblechen, umge ben. Diese gelochten Zylindermäntel bewirken, daß die z. B. über ein Spiralgehäuse rotierend eintretende aufzuheizende Prozeßluft die heißen Rauchgase von den stählernen Loch mänteln abhält, diese also quasi kühlt, und andererseits die aus der Flamme austretenden Rauchgase ebenfalls in eine ro tierende Bewegung versetzt, wodurch somit eine gute strähnenfreie Vermischung zwischen Rauchgas und Prozeßluft erreicht wird.The mixing room part that attaches itself to the burner muffle closes and in its area the pro to be heated Zeßluft is poured in, is of a perforated jacket device, in particular from perforated steel sheets, vice ben. These perforated cylinder jackets cause the z. B. those to be heated rotatingly entering via a spiral housing Process air the hot flue gases from the steel hole keeps coats, so to speak cools them, and on the other hand the flue gases emerging from the flame also into a ro ting movement offset, thus making a good streak-free mixing between flue gas and process air is achieved.

Bei einem Vergleich mit dem herkömmlichen Heißgaserzeuger mit Schwachgasverbrennung wäre bei der vorgenann ten Wärmeleistung von 28,5 × 10⁶ kJ/h eine feuerfest ausgemauerte Brennkammer von ca. 7 m Länge erforderlich, wobei sich dieser Brennkammer ein weiterer Raum von ca. 2 m Länge zur Vermischung der aufzuheizenden Prozeßluft an schließen müßte. Es entstünde daher eine Gesamtlänge von ca. 9 m. Diese Gesamtlänge wäre aufgrund der hohen Temperaturen feuerfest auszukleiden. Unterstellt man einen Brennkammerdurchmesser von ca. 2,2 m und eine Wandstärke von ca. 200 mm des Feuerfestmaterials, so ergäbe sich über diese Gesamtlänge von 9 m ein Gewicht der Feuerfestauskleidung von etwa 25 t. In a comparison with the conventional hot gas generator with Lean gas combustion would be with the aforementioned th heat output of 28.5 × 10⁶ kJ / h a fireproof bricked combustion chamber of approx. 7 m length required, this combustion chamber is another room of about 2 m Length for mixing the process air to be heated should close. This would result in a total length of approx. 9 m. This total length would be due to the high Lining temperatures fireproof. Assume a combustion chamber diameter of approximately 2.2 m and a wall thickness of approx. 200 mm of the refractory material, this would result in a weight over this total length of 9 m the refractory lining of about 25 t.

Bei einem erfindungsgemäßen Heißgaserzeuger steht dem nur ein Gewicht von Feuerfestmaterial von ca. 2,5 t entgegen, was nur 10% des herkömmlichen Gewichts entspricht.In a hot gas generator according to the invention that is only a weight of refractory material of approx. 2.5 t, which is only 10% of the conventional weight.

Bei einer herkömmlichen Brennkammer muß entsprechend auch das ca. Zehnfache an Energie aufgebracht werden, um die Masse der Feuerfestmaterialien auf die gewünschte Betriebs temperatur z. B. beim Anfahren aufheizen zu können. Beim Abfahren, also Abschalten einer solchen Anlage, be dingt dies, daß diese über viele Stunden dem Abkühlprozeß unterzogen werden muß, wobei die Wärmemenge üblicherweise über Dach abgefahren werden muß, um nachfolgende, sonst mit erhitzter Prozeßluft versorgte Verbraucher nicht zu gefährden oder zu beschädigen.In the case of a conventional combustion chamber, this must be done accordingly that about ten times more energy is applied to the Mass of refractory materials to the desired operating temperature z. B. to be able to heat up when starting. When shutting down, i.e. switching off such a system, be this is because this lasts for many hours of the cooling process must be subjected to, the amount of heat usually must be driven over the roof to subsequent, otherwise consumers supplied with heated process air are not closed endanger or damage.

Gerade im Hinblick auf diese Feuerfest material-Auskleidung über die gesamte Länge von Brenner muffel und Mischkammer zeigt sich der eklatante Vorteil beim erfindungsgemäßen Heißgaserzeuger.Especially with regard to this refractory Material lining along the entire length of the burner muffle and mixing chamber shows the blatant advantage in the hot gas generator according to the invention.

Bei dem Schwachgasbrenner können alternativ sowohl die Luftaustrittsdüsen innen liegen und von Gasdüsen umgeben sein, als auch eine umgekehrte Beschickung der Medien vor handen sein. Diese Konstruktion erlaubt es, Schwachgase bis zu einem Bereich von etwa 2,5 MJ/m_N³ optimal zu verbrennen und zur Heißgaserzeugung nutzen zu können.In the case of the lean gas burner, both the air outlet nozzles can alternatively be inside and be surrounded by gas nozzles, and the media can be charged in reverse. This construction allows low gases to be optimally burned up to a range of approximately 2.5 MJ / m _N ³ and used for hot gas generation.

Die beim erfindungsgemäßen Heißgaserzeuger der Brennermuf fel nachgeschaltete Lochmanteleinrichtung macht durch die Art und Weise der Einströmcharakteristik der Prozeßluft in die Mischkammer eine Feuerfestauskleidung des Mischkammer teils nicht erforderlich, da die zu erhitzende Prozeßluft die zylindrischen Stahlmäntel des Rohrmantels kühlt. Wei terhin werden bei spiralförmig eingeführter Prozeßluft die aus der Muffel austretenden heißen Rauchgase in eine spiralförmige Bewegung versetzt, und es gelingt hiermit, neben dem Kühleffekt eine sehr intensive Vermischung zwi schen den heißen Rauchgasen und der aufzuheizenden Pro zeßluft zu erreichen. The burner sleeve in the hot gas generator according to the invention fel downstream perforated jacket device makes through the Type of flow characteristic of the process air in the mixing chamber is a refractory lining of the mixing chamber partly not necessary because the process air to be heated cools the cylindrical steel jacket of the pipe jacket. Wei thereafter with process air introduced spirally the hot flue gases emerging from the muffle into one spiral movement, and it succeeds in addition to the cooling effect, a very intensive mixing between the hot flue gases and the pro to be heated to reach zeßluft.

Der erfindungsgemäße Heißgaserzeuger bietet die Möglich keit, Schwachgase unterschiedlichster Herkunft für wärme wirtschaftliche Prozesse einzusetzen, in denen bisher hoch wertige Energieträger wie Öle, Erdgase oder Kohle verwen det werden. Der Anteil an CO des genutzten Schwachgases kann zwischen 18 Vol.-% und ca. 30 Vol.-% liegen. Besonders hervorzuheben sind hierbei wärmewirt schaftliche, verfahrenstechnische und kostenmäßige Aspekte. Auch aufgrund der sich verschärfenden Umweltschutzbedingun gen ist man in immer größer werdendem Umfang bemüht, gas förmige Produkte für Zwecke einzusetzen, bei denen man normalerweise nur in sehr geringem Umfang oder überhaupt nicht technisch Schwachgase verwertet. Eine Vielzahl dieser Produkte wird auch heute noch abgefackelt, ohne daß deren Energieinhalt genutzt wird. Die dabei entstehenden Rauchga se werden einfach in die Atmosphäre emittiert. Mittels des erfindungsgemäßen Heißgaserzeugers kann daher der Ausstoß an umweltschädlichen Rauchgasbestandteilen, wie CO, Ruß, NO_x, minimiert werden.The hot gas generator according to the invention offers the possibility of using lean gases of various origins for thermal economic processes in which previously high-quality energy sources such as oils, natural gases or coal are used. The proportion of CO in the weak gas used can be between 18 vol.% And approx. 30 vol.%. Of particular note here are thermal, process engineering and cost aspects. Also due to the tougher environmental protection conditions, efforts are increasingly being made to use gaseous products for purposes in which normally only a very small amount or not at all technical waste gases are used. A large number of these products are still burned up today without their energy content being used. The resulting smoke gases are simply emitted into the atmosphere. By means of the hot gas generator according to the invention, the emission of environmentally harmful flue gas components, such as CO, soot, NO _x , can be minimized.

Bei der Verhüttung von Eisenerzen ist man seit Jahren be strebt, den für den Reduktionsprozeß bei der Verhüttung er forderlichen Koks zum Teil durch Kohlenstaub zu substituie ren. Hierdurch könnte erreicht werden, daß die umweltbela stenden Auswirkungen bei der Koksherstellung verringert werden, zum anderen könnte Kohle direkt ohne die Zwischen stufe der Verkokung eingesetzt werden, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führen würde. Der direkte Einsatz der Kohle erfordert jedoch, daß diese getrocknet werden muß, wofür sich aber gerade ein Trocknungsprozeß mit im erfin dungsgemäßen Heißgaserzeuger erhitzter Prozeßluft bei der Ausnutzung des Energieinhalts von Schwachgas dann anbieten würde. The smelting of iron ores has been around for years that strives for the reduction process in smelting it to replace required coke with coal dust ren. This could be achieved that the environmental the constant effects of coke production are reduced secondly, coal could be used directly without the intermediate stage of coking are used, leading to significant Would result in cost savings. The direct use of the Coal, however, requires that it be dried but for which a drying process is currently being invented Hot gas generator according to the invention heated process air at the Then offer exploitation of the energy content of lean gas would.

Ein weiterer Anwendungsbereich für die Verbrennung von stark CO-haltigen Schwachgasen tritt im Zusammenhang mit der Vergasung von Kohle auf.Another area of application for the combustion of strongly CO-containing weak gases occurs in connection with the gasification of coal.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below using a schematic Embodiment explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen erfindungsge mäßen Heißgaserzeuger mit einem spezifisch ausge legten Schwachgasbrenner im rechten Bereich und ei ner Lochmanteleinrichtung im linken Bereich, und Fig. 1 is an axial longitudinal section through a erfindungsge MAESSEN hot gas generator with a specifically designed lean gas burner in the right area and egg ner perforated jacket device in the left area, and

Fig. 2 einen radialen Schnitt längs der Linie A-A nach Fig. 1. FIG. 2 shows a radial section along the line AA according to FIG. 1.

Eine Heißgaserzeuger-Vorrichtung 10 ist schematisch in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellt. Die weitestgehend koaxial zur Längsachse ausgelegte Vorrichtung weist im rechten Be reich einen Startbrenner 1 mit Luftzufuhr L und Erdgaszu fuhr E auf. Diesem Startbrenner 1 schließt sich ein Luft gehäuse 2 mit Zuführstutzen für die Verbrennungsluft L an. Das Luftgehäuse 2 ist gekoppelt mit einer Gaskammer 4, in die Gichtgas G über einen Zuführstutzen eingeleitet wird.A hot gas generator device 10 is shown schematically in FIG. 1 in longitudinal section. The largely coaxial designed device has in the right loading area a start burner 1 with air supply L and Erdgaszu drove E. This start burner 1 is followed by an air housing 2 with a feed connector for the combustion air L. The air housing 2 is coupled to a gas chamber 4 , into which blast furnace gas G is introduced via a supply nozzle.

Diese bisher genannten Baugruppen des Startbrenners 1, des Luftgehäuses 2 und der Gaskammer 4 stellen im wesentlichen den Schwachgasbrenner 18 dar.These previously mentioned assemblies of the starting burner 1 , the air housing 2 and the gas chamber 4 essentially represent the lean gas burner 18 .

Die Zuführung der Luft aus dem Luftgehäuse 2 zum Austritt des Brenners 18 erfolgt hierbei über einzelne Rohre 3 als Lanzen, die die Gaskammer durchsetzen und austrittsseitig von Gasdüsen 5 umgeben sind. Die Aufteilung der Verbren nungsluft L und des zugeführten Gichtgases G in Ein zelströme, die über Düsen 15 bzw. 5 in eine Brennkammer eintreten, bewirkt eine intensive Vermischung und Ober flächenvergrößerung, so daß in der sich nach links an schließenden Brennermuffel 6 eine relativ kurzflammige op timale Verbrennung des Gichtgases G realisiert werden kann.The air is supplied from the air housing 2 to the outlet of the burner 18 via individual pipes 3 as lances which penetrate the gas chamber and are surrounded by gas nozzles 5 on the outlet side. The division of the combustion air L and the supplied blast furnace gas G into a single stream, which enter nozzles 15 and 5 into a combustion chamber, causes intensive mixing and surface enlargement, so that in the burner muffle 6, which closes to the left, a relatively short-flame op maximum combustion of the blast furnace gas G can be realized.

Die Brennermuffel 6 ist mit feuerfestem Material, z. B. Schamotte, ausgekleidet, wobei zur Messung und Kontrolle der Innenwandtemperatur ein stabförmiges Thermoelement 7 in der Wandung der Brennkammer vorgesehen sein muß. Am Brennereintritt ist des weiteren eine UV-Zelle 19 vorge sehen.The burner muffle 6 is made of refractory material, e.g. B. fireclay, lined, a rod-shaped thermocouple 7 must be provided in the wall of the combustion chamber to measure and control the inner wall temperature. At the burner inlet a UV cell 19 is further seen.

Die Brennermuffel 6 wird nach außen hin von einem Spiral gehäuse 8 zur Zuführung der zu erhitzenden Prozeßluft P um geben. Von diesem Spiralgehäuse 8 gehen nach links in achs paralleler Richtung ein Schutzmantel 9 und teleskopartig ineinandergreifende Lochmäntel 11, 12, 13 und 14 aus. Die Lochmäntel 11 bis 14 und der Schutzmantel 9 sind aus einem Stahlblech hergestellt. Von rechts nach links in Richtung der Brennerflamme und Strahlung ist eine Durchmessererwei terung der einzelnen Lochmäntel vorgesehen, wobei am stu fenartigen Übergangsbereich Ringspalte 16 gebildet sind, durch die die Prozeßluft P eingeströmt wird. Die Lochmäntel 11 bis 14 sind mit einer Vielzahl von Löchern 17 ausgestat tet, so daß hierüber und über die Ringspalte 16 ein optima les Einströmen der kälteren Prozeßluft P in die Rauch gasströmung möglich ist.The burner muffle 6 is from the outside of a spiral housing 8 to supply the process air to be heated P to give. From this spiral housing 8 , a protective jacket 9 and telescopically interlocking perforated jackets 11 , 12 , 13 and 14 extend to the left in the axis parallel direction. The perforated sheaths 11 to 14 and the protective sheath 9 are made of sheet steel. From right to left in the direction of the burner flame and radiation, a diameter expansion of the individual perforated shells is provided, annular gaps 16 being formed at the step-like transition region through which the process air P flows. The perforated jackets 11 to 14 are equipped with a plurality of holes 17 , so that an optima les inflow of the colder process air P into the flue gas flow is possible via this and the annular gaps 16 .

Diese einströmende kältere Prozeßluft P bewirkt einerseits ein Kühlen der Lochmäntel 11 bis 14 und andererseits durch entsprechend konstruktive Auslegung eine spiralartige Ummantelung der vor der Flamme entstehenden Rauchgase, so daß eine Führung und gleichzeitige Abkühlung in diesem Bereich erfolgt. This inflowing, colder process air P, on the one hand, cools the perforated shells 11 to 14 and, on the other hand, by means of a correspondingly constructive design, a spiral-like sheathing of the flue gases arising before the flame, so that guidance and simultaneous cooling take place in this area.

In der Darstellung nach Fig. 2 ist ein Radialschnitt längs der Linie A-A dargestellt. Hierbei wird die Auslegung des Brenners 18 koaxial zur Achse mit einer Vielzahl von Lanzen 3 erkennbar. In den Kammern für die Verbrennungsluft L und das Gichtgas G liegt zunächst eine Art tangentiale Ein strömung vor, die aufgeteilt wird auf einzelne Lanzen und Düsen, wobei deren Durchmesserverringerung eine gleich mäßige Beaufschlagung über den Gesamtquerschnitt der Kammern ermöglicht.In the illustration of FIG. 2 is a radial section along illustrated line AA. Here, the design of the burner 18 coaxial to the axis with a plurality of lances 3 can be seen . In the chambers for the combustion air L and the blast furnace gas G, there is first a kind of tangential flow, which is divided into individual lances and nozzles, the reduction in diameter of which enables uniform application over the entire cross section of the chambers.

Claims

1. Hot gas generator
with a gas burner ( 18 ) to which a fuel gas and combustion air (L) can be supplied for mixing at least on the outlet side,
with an outlet side provided on the gas burner (18) lined with refractory material burner muffle (6) and
with one of the burner muffle (6) following Einströ determining unit for to be heated process air (P) in the form of a perforated casing means made of metal, which is arranged at least provided circumferentially in the exit region of the Bren nermuffel (6) and substantially parallel to the axis of the burner muffle (6),
characterized,
that when using a lean gas (G) as the fuel gas the burner ( 18 ) is designed as a multi-lance burner with individual flow divisions for combustion air (L) and lean gas (G), in the tubes ( 3 ) for the one medium a chamber ( 4 ) for the push through other medium and outlet nozzles ( 15 ) of the pipes ( 3 ) are surrounded at the end by nozzles ( 5 ) for the other medium,
that swirl devices and / or radially directed nozzle bores are present in the individual flow distributions, and
that the burner muffle ( 6 ) is designed to be significantly shorter in the axial direction than the perforated jacket device.

2. Hot gas generator according to claim 1, characterized in that the ratio of the axial length of the burner muffle ( 6 ) to the perforated jacket device is approximately 1: 3 to 1: 5.

3. Hot gas generator according to claim 1 or 2, characterized in that the perforated casing device in the axial direction has a plurality of largely cylindrical and coaxial perforated jackets ( 11 , 12 , 13 , 14 ) which are meshed with one another with an increasing diameter in the axial direction and form an annular gap ( 16 ) at their transitions for the inflow of process air (P).

4. Hot gas generator according to claim 3, characterized in that the perforated shells ( 11 , 12 , 13 , 14 ) form inner, perforated steel sheet shells in an outer, closed steel sheet jacket ( 9 ).

5. Hot gas generator according to one of claims 1 to 4, characterized in that a starting burner ( 1 ) is provided which can be switched off after a short start-up time.