DE813293C - Verfahren zum Betriebe von Industrieoefen mit gasfoermigem oder/und fluessigem Brennstoff und Vorrichtung zur Durch-fuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betriebe von Industrieoefen mit gasfoermigem oder/und fluessigem Brennstoff und Vorrichtung zur Durch-fuehrung des Verfahrens

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DE813293C
DE813293C DEP49845A DEP0049845A DE813293C DE 813293 C DE813293 C DE 813293C DE P49845 A DEP49845 A DE P49845A DE P0049845 A DEP0049845 A DE P0049845A DE 813293 C DE813293 C DE 813293C
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DE
Germany
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gas
liquid fuel
jet
air
nozzle
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DEP49845A
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Alfred Dr-Ing Mund
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Osterreichisch Amerikanische Magnesit AG
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Osterreichisch Amerikanische Magnesit AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2700/00Special arrangements for combustion apparatus using fluent fuel
    • F23C2700/04Combustion apparatus using gaseous fuel

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)

Description

  • Verfahren zum Betriebe von Industrieöfen mit gasförmigem oder/und flüssigem Brennstoff und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Industrieöfen mit gasförmigem oder/und flüssigem Brennstoff.
  • Beim Betriebe von Industrieöfen, z. B. Siemens-Martin-Ofen, mit gasförmigem Brennstoff, z. B. mit Kaltgas oder mit flüssigem Brennstoff, der durch Zentrifugalwirkung in Form eines Büschels in einen Luft-oder Gasstrom eingeführt wird, bestehen Schwierigkeiten in der Führung und Regelung der Flamme.
  • Wird das Gas mittels einer einfachen zylindrischen oder konischen Gasdüse mit konstantem Querschnitt zugeführt, so sinkt mit abnehmender Gasmenge die Gasgeschwindigkeit; dadurch leidet aber erfahrungsgemäß die Flammenführung, für die in erster Linie die Energie und die damit verbundene Tiefenwirkung des Strahls maßgeblich ist. Man hat deshalb schon versucht, diesen Schwierigkeiten durch verschiedene Maßnahmen zu begegnen. Eine dieser bekannten Maßnahmen besteht in der Anwendung mehrerer einfacher Düsen mit konstantem Querschnitt, die für sich abschaltbar sind, so daß bei verringerter Gasmenge eine Düse oder mehrere dieser Düsen abgeschaltet werden können. Diese Anordnung bedingt aber erheblich größere Baukosten, umständliche Bedienung des Ofens, sowie auch den Nachteil einer nur stufenweisen, also verhältnismäßig groben Regelung; für eine einwandfreie Flammenführung ist aber eine kontinuierliche Regelung von großer Wichtigkeit. Außerdem tritt bei der Aufteilung der Gasmenge auf mehrere Ströme eine Verkürzung der Flammen ein.
  • Eine andere bekannte Maßnahme zur Beseitigung der eingangs erwähnten Schwierigkeiten besteht in der Anordnung einer regelbaren Düse, bei der durch Ein-oder Ausschieben eines Stempels oder durch Einsetzen bzw. Entfernen eines Ringes der Austrittsquerschnitt der Düse so verändert wird, daß bei wechselnder Belastung die Gasaustrittsgeschwindigkeit annähernd gleich bleibt. Was die Querschnittsänderung mit Hilfe von Ringen anbelangt, so ist auch hier wiederum nur eine grobe stufenweise Regelung, keineswegs aber eine stetige Anpassung an den jeweiligen Brennstoffverbrauch möglich. Zudem ist diese Ausführung auch sehr kompliziert, da die Düse zum Wechseln der Ringe ausgebaut werden muß. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten bei der Kühlung der Düse, deren Außenrohr wegen der hohen Temperatur immer gekühlt sein muß. Werden nun in das wassergekühlte Düsenrohr Ringe zur Verkleinerung des Querschnitts eingesetzt, so sind diese Ringe nur indirekt, also mangelhaft gekühlt, was ein Verziehen und gegebenenfalls sogar ein Verbrennen dieser Ringe zur Folge hat. Aber auch die Änderung des Gasaustrittsquerschnitts durch Verschieben eines Stöpsels bedingt schwerwiegende Nachteile. So ergibt eine solche Düse nur bei vollkommen zurückgezogenem Stöpsel einen Vollstrahl, dagegen aber einen Hohlstrahl, wenn zum Zwecke der Verkleinerung des Austrittsquerschnitts der Stöpsel vorgeschoben wird. Dieser Hohlstrahl besitzt ungefähr den gleichen Außendurchmesser wie der bei ungedrosselter Düse entstehende Vollstrahl und einen Hohlraum, der sich bei abnehmender Gasmenge vergrößert. In diesem Hohlraum tritt zusätzlich innere Turbulenz durch Wirbelerscheinungen ähnlich den in Totwasserräumen ein. Diese Innenturbulenz verbraucht einerseits Gasstromenergie, die dadurch für die Flammenführung verloren geht, und verursacht andererseits eine starke Vermischung mit der Luft und somit eine kürzere Flamme. Da überdies der äußere Durchmesser des Gasstroms immer der gleiche bleibt, ändert sich nicht die Mantelfläche des Gasstroms, an der die Mischung von Gas mit Luft stattfindet, d. h. bei geringerer Gasmenge besteht die gleich große Mischungsfläche wie bei voller Gasmenge. Auch aus diesem Grunde wird die Flamme bei geringerer Gasmenge kürzer.
  • Die gleichen Schwierigkeiten treten auch beim Be-, trieb von Industrieöfen mit flüssigem Brennstoff auf, bei welchen das für die Flammenform maßgebliche Medium, Luft oder Gas, geregelt wird. Werden flüssige Brennstoffe durch Zentrifugalwirkung zerstäubt, so bildet sich eine buschige, schlecht geführte Flamme. Bei Feuerungen für Industrieöfen, wie Siemens-Martin-Ofen o. dgl., ist aber eine solche Flamme nicht verwendbar. Hier muß' sogenannte Führungsluft oder Führungsgas zur Anwendung kommen, das nach den bisher bekannten Ausführungen in Form eines Hohlstrahls parallel oder annähernd parallel zur Achse der Oldüse über diese hinwegstreicht. Dieser Hohlstrahl hat aber die gleichen, im vorstehenden bei der Stöpselregelung dargelegten Nachteile.
  • Erfindungsgemäß sollen die aufgezeigten Schwierigkeiten und Nachteile beim Betriebe von gas- oder ölbeheizten Industrieöfen beseitigt werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in den Ofen geregelte Mengen von Gas oder Luft in Form eines wirbelfreien vollen Hartstrahls zur Flammenführung eingeführt werden, dessen Durchmesser proportional zur jeweils eingeregelten Menge des Gases oder der Luft ist. Es handelt sich also bei dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für Industrieöfen um einen aus Gas oder Luft bestehenden Strahl von ähnlicher Beschaffenheit wie der aus der Hvdraulik zum Betriebe von Freistrahlturbinen (Peltonräder) bekannte Flüssigkeitsstrahl. Während aber beim Hartstrahl der Freistrahlturbinen die Strömungsenergie in einer gewissen Entfernung von der Düse in Arbeit umgesetzt wird, wird beim erfindungsgemäßen Betriebsverfahren für Industrieöfen die Strömungsenergie auf der gesamten Länge des Hartstrahls und vor allem dessen Steifheit und die proportiönal zur Gas- oder Luftmenge sich ändernde Umfläche des Strahls nutzbar gemacht. Auf diese Weise werden alle Bedingungen für eine ideale Flammenführung im Ofen mit großer, stets gleichbleibender Tiefenwirkung erfüllt; das sind die Bedingungen, daß die Gas-oder Luftströmung bei jeder eingestellten Gas- oder Luftmenge den jeweils kleinsten Querschnitt aufweist und eine konstante, über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verteilte Geschwindigkeit besitzt.
  • Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren eignet sich sowohl für gasgefeuerte Industrieöfen als auch für Öfen, die mit flüssigem Brennstoff betrieben werden. Im ersteren Falle ist es der gasförmige Brennstoff, der in Form eines Hartstrahls in den Ofen eingeführt wird. Bei flüssigem Brennstoff kann dieser zentral in den vollen Hartstrahl eingeführt werden, und zwar an jener Stelle, wo der Hartstrahl erstmalig gebildet wird, also dort, wo der ringförmig aufgeteilte Strom zum Hartstrahl zusammengeführt wird. Hierbei kann der Hartstrahl entweder aus Verbrennungsluft oder aus einem brennbaren Gas selbst bestehen, wenn der flüssige Brennstoff nicht als Hauptbrennstoff, sondern bloß zur Anreicherung des gasförmigen Brennstoffs (Karburierung) verwendet werden soll.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es zu seiner Durchführung nur einfacher Vorrichtungen bedarf. Diese Vorrichtungen bestehen im Wesen aus einer gegen das Bad des Ofenshingerichteten und an eine Druckgas- bzw. Druckluftleitung angeschlossenen Düse mit einstellbarer Nadel nach Art der Nadeldüsen von Freistrahlturbinen. Bei Verwendung von flüssigem Brennstoff ist die Düsennadel an ihrer Spitze mit einer Zerstäubereinrichtung ausgestattet, die durch eine in der Achse der Düsennadel verlaufende Bohrung mit einer Zufuhrleitung für flüssigen Brennstoff in Verbindung steht. Ein besonderer Vorzug derartiger Düsen besteht in der leichten Regelungsmöglichkeit, so daß die Gas- oder Luftmenge jederzeit genau den jeweiligen Arbeitsstufen des Ofenbetriebes leicht angepaßt werden kann.
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Durchführung des Betriebsverfahrens gemäß der Erfindung dargestellt.
  • Fig. i zeigt einen Siemens-Martin-Ofen im Längsschnitt mit eingebauten Düsen gemäß der Erfindung. In Fig. 2 ist die Düse zum Betriebe eines Industrieofens mit Gasheizung vergrößert im Längsschnitt dargestellt. hig. 3 zeigt eine Düse im vergrößerten Längsschnitt für den Betrieb eines Industrieofens mit flüssigem Brennstoff. Die notwendige `'Wasserkühlung für die Düsen ist in den Darstellungen der Einfachheit halber weggelassen.
  • Fig. i zeigt den Ilerdraum i mit der Herdsohle 2 und dem darin befindlichen Bad 3 sowie der Herd-(lecke 4. Die von den Luftkammern 6 hochsteigenden Luftzüge 5 verlaufen mit ihrem Teil 5' schräg gegen (las Bad 3. In den äußeren Stirnwänden der Luftzüge 5 sind Düsen io eingebaut, die zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs, z. B. eines Kaltgases, dienen. Die Düsen io sind in Fig. 2 in einem Ausführungsbeispiel irrgrößerem Maßstabedargestellt. Sie bestehen aus einem Düsenrohr ii mit sich verjüngen-(lern Ende 12, in dem eine Austrittsöffnung 13 vorgesehen ist. Im Innern des Düsenrohrs ii ist ein rotationssvmmetrischer Regelkörper 14 axial verschiebbar angeordnet, der in der Strömungsrichtung des G;L,es in eine Spitze 14' ausläuft. Der Regelkörper 14, nachstehend Nadel genannt, ist von außen verschiebbar, z. B. mittels eines Handrads 23, so daß der zwischen Außenfl=äche der Nadel und der Öffnung 13 verbleibende Ringspalt vergrößert oder verkleinert werden kann. Die Einrichtung zum Verschieben der Nadel 14 kann natürlich verschieden ausgebildet sein, und stellt die dargestellte Einrichtung nur eines der vielen möglichen Ausführungsbeispiele dar. Bei dieser ist die verschiebbar geführte Spindel 15 der Nadel 14 durch einen in eine Längsnut 22 eingreifenden Stift 21 gegen Drehung gesichert und mit Außengewinde 25 versehen, (las mit den Innengewinden des Nabenkörpers des am Ort drehbaren Handrads 23 zusammen arbeitet. Bei Drehung des Handrads 23 in einem Drehsinn wird die Nadel 14 in die Öffnung 13 hineinbewegt, wodurch der zwischen der Öffnung 13 und der Außenfläche der Nadel 14 verbleibende Ringspalt verkleinert wird. Durch diesen Ringspalt tritt das Gas aus und vereinigt sich an der Spitze 14' zu einem vollen Hartstrahl 8, dessen Durchmesser proportional mit der Querschnittsfläche der Düse, also mit der geregelten Gasmenge, sich ändert. Wird dagegen die Nadel 14 durch entgegengesetztes Drehen des Handra(ls 23 zurückgezogen, so wird dadurch ein immer größerer Ringquerschnitt der Öffnung 13 freigegeben. In ganz zurückgezogenem Zustand ist die Öffnung 13 vollständig frei, und der Hartstrahl 8 nimmt in diesem Fall den Durchmesser der Öffnung 13 an.
  • Bei der Bewegung des Hartstrahls 8 zum Bad 3 mischt sich derselbe auf Grund des Mischungsvorganges mit der Umgebungsluft und erweitert sich unter einem Winkel von etwa 13', wie dies in Fig. i mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Das Ausführungsbeispiel für flüssigen Brennstoff gemäß Fig. 3 ist ähnlich dem gemäß Fig. 2, und sind die gleichen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Unterschiedlich ist nur, daß die Spindel 15 eine Längsbohrung 3o aufweist, und auch die Nadel 14 mit einer Längsbohrung 31 versehen ist, die zu einer an der Nadelspitze vorgesehenen Zerstäubereinrichtung führt. Diese Zerstäubereinrichtung kann z. B. aus einem an der Nadelspitze ausmündenden Zerstäuberkana132 und einem mit spiralförmigen Führungsflächen versehenen Einsatz 33, der dem zugeführten Brennstoff eine rotierende Bewegung erteilt, bestehen, so daß dieser innerhalb des Streukegels 35 büschelförmig auszutreten versucht. Zum Ausbreiten des zerstäubten flüssigen Brennstoffs kommt es aber nicht, da die aus der Düsenöffnung 13 austretende und an der Nadelspitze zu einem Hartstrahl 8 zusammengeführte Luft den zerstäubten flüssigen Brennstoff erfaßt und sich mit diesem zu einem brennbaren Gemisch vereinigt. Die Zuführung des Brennstoffs zur Bohrung 3o erfolgt von der Brennstoffzuleitung 38 aus.
  • Die in Fig.3 dargestellte Düse kann auch zum Anreichern eines gasförmigen Brennstoffs mit flüssigem Brennstoff verwendet werden.; in diesem Fall führt der Krümmer und das anschließende Düsenrohr ii statt Luft ein brennbares Gas.
  • Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Düsen sind im Austritts- bzw. Endquerschnitt des Düsenrohrs und unmittelbar vorher die Erzeugenden oder die entsprechenden Tangenten des Düsenrohrs stärker zur Achse geneigt als die Erzeugenden bzw. die entsprechenden Tangenten des Nadelkörpers. Die Erzeugenden oder entsprechenden Tangenten des Düsenrohrs und Nadelkörpers können aber auch mit gleicher Neigung zur Achse angeordnet sein.
  • Wie aus Fig. i ersichtlich, sind die Düsen io schräg zum Bad 3 gerichtet, so daß ihre Achse und damit der gebildete Hartstrahl 8 durch den schrägen Kanalteil 5' der Luftzüge verläuft. Beim Betriebe ergibt der Hartstrahl 8 bei jeder eingestellten Menge eine gute Flammenführung mit einer großen, stets gleichbleibenden Tiefenwirkung, da sich mit der eingestellten Menge auch proportional der Durchmesser des Strahls, also dessen für die Mischung mit der Luft maßgebliche Umfläche ändert und dadurch im Verlauf des Strahls eine stets gleichbleibende Verbrennung erhalten wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betriebe von Industrieöfen mit gasförmigem oder/und flüssigem Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ofen geregelte Mengen von Gas oder Luft in Form eines wirbelfreien vollen Hartstrahls zur Flammenführung eingeführt werden, dessen Durchmesser proportional zur eingeregelten Menge des Gases oder der Luft ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiger Brennstoff in die Zusammenführungsstelle zum vollen Hartstrahl des ringförmig aufgeteilten Stroms eingeführt wird.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch Z oder 2, gekennzeichnet durch gegen das Bad (3) des Ofens gerichtete und an eine Druckgas- bzw. Druckluftleitung angeschlossene Düsen (1i, 12, 13) jeweils mit einstellbarer Nadel (I4)-4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Düsennadel (i4) an ihrer Spitze (i4') mit einer Zerstäubereinrichtung (32, 33) ausgestattet ist, die durch eine in der Achse der Düsennadel verlaufenden Bohrung (30) mit einer Zuführleitung (38) für flüssigen Brennstöff verbunden ist.
DEP49845A 1949-07-15 1949-07-24 Verfahren zum Betriebe von Industrieoefen mit gasfoermigem oder/und fluessigem Brennstoff und Vorrichtung zur Durch-fuehrung des Verfahrens Expired DE813293C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1286256B (de) * 1963-03-13 1969-01-02 Bickley Furnaces Inc Geregelter Gasbrenner

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1286256B (de) * 1963-03-13 1969-01-02 Bickley Furnaces Inc Geregelter Gasbrenner

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