-
Kombinierter Kohlenstaub- und Gasbrenner Die Erfindung betrifft einen
kombinierten Kohlenstaub- und Gasbrenner, insbesondere Kohlenstaub- unct Schwachgasbrenner,
für mittlere und große Leistungen mit gleichmäßig ineinander angeordneten, teilweise
ortsfesten, teilweise beweglichen Zuführungen.
-
Es gilt technische Betriebe, bei denen Gas, insbesondere Schwachgas,
in großen Mengen anfällt, z. B. Hochofenbetriebe. Es handelt sich hier je nach der
Zahl der Hochöfen um Gichtgasmengen von 5o ooo bis 200 ooo cbm/Std., die je nach
Ofengang mehr oder weniger ungleichmäßig anfallen. Hinzu kommt, daß der Verbrauch
dieses Gases zu einem großen Teil ebenfalls stark schwankt: in der Früh- bzw. Früh-
und Mittagsschicht ist der Bedarf in den Gießereien, Kraftzentralen usw. groß, während
er des Nachts und an Sonn- und Feiertagen an diesen Verbrauchsstellen wegfällt.
Man sucht zwar, durch Einbau großer Gasometer diese Schwankungen in Erzeugung und
Verbrauch des Gichtgases etwas aufzufangen, doch sind die anfallenden Gasmengen,
insbesondere in Zeiten des schwachen Verbrauchs, zu groß, um vom Gasometer aufgenommen
werden zu können. Man versucht zwar weiterhin, sieh durch kombinierte Kesselbeheizung
zu helfen, mit Rostfeuerung und darüber angeordneter Gasdüse. Hierbei treten die
Schwierigkeiten auf, daß bei plötzlich ausfallendem Gas die Aufheizung der Rostfeuerung
ziemlich lange dauert, um die ausgefallenen Wärmemengen des Gases zu ersetzen und
umgekehrt. Man muß bei diesem intermittierenden Gasanfall auch zwangsläufig Kessel
unter Kohlenfeuerung in Reserve halten, um plötzlichen Gaswegfall in kurzer Zeit
ausgleichen zu können, was alles unnötig Kohle kostet, während andererseits trotz
aller dieser Bemühungen erfahrungsgemäß sehr große Gasmengen doch noch ungenutzt
in die Luft abgeblasen oder abgefackelt werden müssen. Ein weiterer betrieblicher
Nachteil des Schwachgases ist der, daß mit ihm allein nur Temperaturen bis etwa
iooo bis 120o° erzielt werden können. Hochofenbetriebe
sind aber
meist mit Zementfabriken verbunden, deren Drehrohröfen Temperaturen von i-loo° und
darüber erfordern, wozu also Gichtgas nicht herangezogen werden kann.
-
Aus diesen technischen und betrieblichen Gegebenheiten ergibt sich
.demnach das Problem, einen kombinierten Gichtgas-Kohlenstaub-Brenner zu schaffen,
mit dem es möglich ist, die genannten Gasschwankungen durch schnellste Umstellung
von Gas auf Kohlenbetrieb bzw. umgekehrt aufzunehmen, der gleichzeitig derart schnell
und fein wirkende Steuerorgane für Gas- und Kohlenstaubzuführung besitzt, daß die
Gasschwankungen, am Manometer abgelesen, mit wenigen Handgriffen durch ein Mehr
oder Weniger an Kohlenstaubzuführung ohne jegliches Absinken derBetriebstemperaturen
aufgefangen werden können. Weiterhin müssen auch die Steuerorgane für die Verbrennungsluft
(Erst- und Zweitluft) schnell und fein einstellbar sein, da der Kohlenstaub gegenüber
dem Schwachgas die fünffache Menge Verbrennungsluft braucht; auch ist es Aufgabe
des Brenners, den bisher üblichen Ülberschuß an Verbrennungsluft nicht zu benötigen,
d. h. einen unnötigen Luftballast zu vermeiden. Schließlich muß der Brenner für
Großleistungen, z. B. bei Zementdrehrohröfen, geeignet sein.
-
Hinsichtlich des Standes der Technik wird bemerkt, daß kombinierte
Gas-Kohlenstaub-Brenner an sich bekannt sind, bei denen um eine zentrale Kolllenstaubdüse
herum zentrisch zwei weitere Stutzen für die Zuführung der Zweitluft und des Gases
angeordnet sind. Es sind dies Zweikammerbrenner. Sie sind für den kontinuierlichen
Betrieb einer konstant gegebenen Gas-Kohlenstaub-Mischung bestimmt, haben also keine
Steuerorgane für Kohlenstaub, Gas und Erst- und Zweitluft, die schnellsten und fein
regelbar umgestellt werden können; sie sind weiterhin nur für kleinere und mittlere
Leistungen bestimmt und für Schwachgas unbrauchbar.
-
Gegenüber diesem Stand der Technik betrifft die Erfindung einen Vierkammerbrenner
mit zentrisch ineinander angeordneter Kohlenstaubdüse, Zuführungsstutzen für die
Erstluft, Stutzen für Gas und dem für die Zweitluft. Die Dimensionierung der Kammern
und Strömungswege ist so groß gehalten, daß sowohl iooo/o mit Kohlenstaub als auch
iooo/o mit Gas gefahren werden kann. Es muß jedoch mit wenigen Handgriffen an den
Steuerorganen auch jedes Gemisch zwischen iooo/o Kohle und iooo/o Gas eingestellt
werden können, und zwar hinsichtlich der Brennmedienwie auch hinsichtlich der Erst-
und Zweitluft. Dieses Problem ist folgendermaßen gelöst: Der Kohlenstaub in der
innersten Brennerkammer wird durch eine Schnecke zugeführt, deren Umlaufzahl je
Minute genau regelbar ist und somit die Zuführung dieses Brennstoffes in dem Intervall
von o bis iooo/o der jeweils erforderlichen Gesamtwärmemenge sichert. Die Erstluft
wird durch Drosselung in der Luftzuführungsleitung gesteuert; die Gaszufuhr muß
dagegen ebenfalls von o bis iooo/o fein regelbar sein, und sie erfolgt daher durch
ein als Kolbenschieber ausgebildetes Gasventil innerhalb des Brenners, das als Doppelventil
wirkt. Eine Anschlagleiste auf dem Ringkörper legt sich beim Schließen auf einen
Sitz (Vollabschluß bei iooo/oigem Fahren mit Kohlenstaub), beim öffnen des Schiebers
gleitet dieser Ringkörper über Schlitze eines darunterliegenden Ringkörpers und
gibt je nach Öffnungsweite dem Gas mehr oder wenigerZutritt; dieZweitluftzuführung
kann durch einen ebenfalls im Brenner angeordneten Ringschieber fein regelbar ausgebildet
sein. jeder der vier Ströme, Kohlenstaub, Erstluft, Gas und Zweitluft, kann durch
Drallrippen in ihren Zuführungskammern in Drall versetzt werden, wodurch eine gute
Durchmischung vor allein der beiden Brennmedien schon innerhalb des Brenners gewährleistet
ist.
-
Zu diesen wesentlichen 'Merkmalen der Erfindung treten zusätzlich
noch folgende: Werden mehrere Brenner zusammen angesetzt, z. B. bei einer Drehofenbatterie
oder bei Großkesseln, so kann statt der einzelnen Zuführungsschnecken in jedem Brenner
eine gemeinsame Zuteilung außerhalb desselben vorgesehen werden, wobei dann die
Zuführung des Kohlenstaub-Erstluft-Gemisches durch die Erstluftkammer erfolgt. Die
an sich bekannten, zentral durch den Brenner laufenden Preßluft-, Gas- und Ölrohre
zur Erzeugung einer Zündflamme bzw. einer Dauerflamme höherer Temperatur werden
mit einem dritten, sie umhüllenden Schutzrohr versehen, das gleichzeitig als Steuerorgan
für das Gasventil dient. Der Brenner kann in einem Kugelflansch gelagert sein, um
der Flamme jede Richtung geben zu können, wvas betrieblich oft erwünscht ist.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
erläutert.
-
Abb. i. zeigt den Brenner gemäß der Erfindung im Schnitt, während
Abb.2 einen Einblasekrümmer für Primärluft darstellt, der gegen die Kohlenstaubzuführung
ausgewechselt werden kann, wenn an Stelle von Kohlenstaub im Fall einer Reparatur
von dieser Zuführung nur mit Gas gefahren werden soll.
-
Abb. i läßt die wesentlichen Merkmale des Brenners erkennen, nämlich
die vier Kammern, und zwar die innerste Kammer i mit der Kohlenstaubzuführungsschnecke
2. die über den regelbaren Schneckenantrieb 3 in verschiedener Umlaufzahl die Kohlenstaubzuteilung
von o bis iooo/o des Gesamtwärmebedarfes durchführt; am hinteren Ende der Schnecke
ist der Zuleitstutzen .I angeordnet, in den aus einem Bunker Kohlenstaub laufend
zugeführt wird; zentrisch um die Kammer i herum ist die Kammer 5 für die Zuführung
der Erstluft vorgesehen, die über den Stutzen 6 mit Drosselklappe 24 zugeleitet
wird; die beiden Kammern i und 5 enden zur Brennermündung hin in einer gemeinsamen
vertikalen Ebene, so daß die Erstluft den aus i austretenden Kohlenstaub sofort
erfassen und weitertransportieren kann. Gegen das Ende der Kammern i und 5 zu ist
der Gaszuführungsstutzen
; angeordnet, der in die dritte zentrische
Kammer 8 für das Gas mündet; 8 ist als ziemlich lange lirennerschnauze ausgebildet,
um das Steuerorgan für die Gaszuführung darin unterzubringen. Das Gassteuerventil
9 ist folgendermaßen konstruiert: der durch die ganze Brennerschnauze sich erstreckende
Zylinderkolben ist bei g° mit einer Aufschlagleiste versehen, die sich auf den Sitz
io im Innern der Schnauze auflegt und dadurch für den Kohlenvollbetrieb den Gaszutritt
völlig abschließt. Beim Zurückschieben dieses Gassteuerventils g werden die Tangentialschlitze
ii freigegeben. die im Schlitzringkörper 12 vorgesehen sind. Die Feinregelung des
Gaszutrittes erfolgt darin durch das mehr oder weniger starke Zurückziehen des Kolbenschiebers
über die Schlitze und durch die dadurch erzeugte Spaltweite derselben. Die Tätigung
des Gassteuerventilsg geschieht durch <las Handrad 13 und Stellschraube ig am
hinteren Ende des Brenners, durch das das Rohr 14 mittels des geteilten Bundes i
.# hin und her bewegt wird. Das IZolir 1 4 ist mit dem Kolbenschieber durch den
Steg i6 fest verbunden. Für die Zuführung der Zweitluft schließlich ist die Kammer
17 zentrisch über der Gaskammer 8 angeordnet; die Feinregelung der Zweitluft erfolgt
über einen Ringschieber. Für den Fall großer Hitze im Verbrennungsraum kann der
vordere Schnauzenteil mit einem Wasserkühlmantel 18 versehen sein.
-
Es ist ohne weiteres verständlich, daß bei Anordnung mehrerer Brenner
zu einem Betriebe, z. B. bei einer Batterie von Drehrohröfen, die Kohlezuteilunn
an die Kohlenbunker verlegt werden kann. Die Brenner werden dann als Einblasebrenner
ausgebildet, d. h. der Kohlenstaub, der jedem einzelnen Brenner natürlich genau
dosiert über die Hauptzuteilschnecke oder Schleuse zugeführt wird, gelangt schon
als Gemisch auf seinem Wege zum Brenner in den Erstluftstutzen 6. Die Kohlenaufgabe
mit Kammer i und Schnecke 2 fällt in diesem Fall fort, oder besser gesagt, fällt
mit der Kammer 5 zusammen, die die aus Abb. 2 ersichtliche Bauart 25 hat.
-
Es ist an sich bekannt, innerhalb von Mehrkammerkombinationsbrennern
zentrale Rohre für die Erzeugung einer Zündflamme usw. mittels durch diese Rohre
zugeführte Edelgase 27 oder 01
28 und Preßluft 26 anzuordnen. Diese sind bei
den bekannten Brennern aber fest angeordnet. Da es betrieblich wünschenswert ist,
diese zentralen Rohre mit ihren Zünddüsen am Brennerende während des Betriebes herausnehmen
und reparieren zu können, so wird erfindungsgemäß ein drittes Schutzrohr 14 um diese
zentralen Zuleitungsrohre herum angeordnet, in dem sie herausziehbar lagern. Das
Schutzrohr bietet, wieerwähnt, auchgleichzeitigdie Möglichkeit, als Steuerstange
für das Gaskolbenventil mitverwendet werden zu können.
-
Die Feinregelung der Zweitluft, mit der 2/3 bis '/s der ganzen erforderlichen
Verbrennungsluft zugeführt wird, ist bei dem Brenner gemäß der Erfindung insofern
besonders wichtig, als Schwachgas, z. B. Gichtgas, nur etwa iooo WE/cbm hat und
nur o,8 cbm Luft zur Verbrennung bedarf. Jeder Luftüberschuß bedeutet einen Wärmeverlust,
der bei so schwachem Gas besonders empfindlich ist; auch wird die Zündbarkeit des
an sich schon schwer zündbaren Gichtgases durch vermeidbaren Überschuß an Verbrennungsluft
noch weiter herabgemindert. Andererseits braucht das zweite Brennmedium, der Kohlenstaub,
sehr erhebliche Verbrennungsluftmengen. Der Brenner braucht also ein zwar groß dimensioniertes,
aber doch schnell und fein regelbares Steuerorgan für die Zweitluft. Dieses besteht
erfindungsgemäß aus einem Ringschieber, der sich aus einem inneren Ringkörper 20
und einem äußeren Ringkörper 21 zusammensetzt. Diese beiden Ringkörper sind mit
gleich großen Schlitzen versehen; der äußere Ringkörper gleitet über dem inneren,
und zwar mittels des Handrades 22 und des Antriebsritzels 23. Dadurch können die
Schlitze außerhalb jeder Deckung stehen (Vollabschluß) oder bis zur Volldeckung
gegeneinander bewegt werden (Voll-Luft). Zwischen diesen beiden Grenzfällen ist
infolge der Feinstellbarkeit des Ringschiebers über Ritzel und Handrad jede Zweitluftmenge
fein regelbar.
-
Bei metallurgischen oder anderen Schmelz- und Sinterprozessen, z.
B. beim Zementbrennen, ist es oft erwünscht, zwecks Abschmelzens von Ansätzen im
Ofen eine Änderung der Flammenrichtung vornehmen zu können, d. h. z. B. die Flamme
unmittelbar auf den Ansatz zu richten. Zu diesem Zweck kann erfindungsgemäß der
Brenner an dem Kopfende, mit dem er in den Ofen hineinragt, in einen Kugelflansch
aufgehängt werden; es wäre dies in der Abb. i bei Punkt a. Die Blechrohrleitungen
für Luft- und Brennstoffzuführung sind elastisch genug, eine Veränderung der Brennachsrichtung
um wenige Grad zu erlauben, die schon genügen, um die erwünschte Änderung der Flammrichtung
zu erzielen, andernfalls werden kurze, federnde Metallschläuche dazwischengebaut.
-
Im Betrieb des Brenners kann entsprechend seiner Bauart nur im Antrieb
der Kohlenschnecke die Notwendigkeit einer Reparatur eintreten. Es ist nun bei vielen
Öfen, insbesondere bei metallurgischen und bei Zementöfen, wegen der empfindlichen
Zustellung sehr unerwünscht, den Ofen ganz erkalten zu lassen. Die Konstruktion
des Brenners erlaubt es, den hinteren Teil mit den Kammern i und 5 einfach herauszunehmen,
während der vordere Teil mit der Gas- und Zweitluftzuführung am Ofen montiert bleibt.
Die entstehende Öffnung wird durch einen Blindflansch geschlossen, durch den das
Schutzrohr mittels einer kleinen Stopfbüchse hindurchragt. Der Flansch ist zum Abschluß
der Kammer 5 mit einem kurzen Stutzen zu versehen (vgl. Abb. 2). Der verbleibende
Vorderteil des Brenners kann dann als Gasbrenner sofort weiter benutzt werden, id.
h. der Ofen kann zumindest warm gehalten, die Zustellung also vor Schaden bewahrt
bleiben.
-
Die Betätigung des Brenners ist folgende: Zu Beginn werden die Ventile
26 für Preßluft und 27 bzw. 28 für Gas bzw. Öl geöffnet und eine Zündflamme
erzeugt.
Normalerweise werden kalte Öfen mittels Gichtgas auf Hitze gebracht. Es wird daher
das Gaskolbenventil9 leicht geöffnet, ebenso die Zweitluftzufuhr, so daß das ausströmende
Gasluftgemisch sich an der Zündflamme entzündet. Allmählich wird nun der Ofen auf
Betriebshitze gebracht, die für einen Zementofen, etwa bei idoo° liegt. Zu diesem
Zweck wird bei Vorhandensein von genügend Gas der Kolbenschieber voll geöffnet und
so viel Kohlenstaul) zugeführt, daß die genannte "Temperatur erzielt wird. _\m Brenner
selbst ist ein U-Rohr-Nlanometerbrett für Gas, Erst- und Zweitluft angebracht, das
mittels kleiner Schlauchhähne an den drei Ringkammern dieser drei Ströme betätigt
wird. Der Brennmeister hat darauf zu achten, daß der Druck der Erst- und Zweitluft
stets etwas unter dem Gasdruck liegt. Stellt er am Manometer ein Absinken des Gasdruckes
fest, so muß mehr Kohlenstaub und auch entsprechend mehr Zweitluft zugegeben werden,
um die richtige Betriebstemperatur zu halten; steigt der Gasdruck, so wird eine
zu große Hitze sich entwickeln, die durch Drosselung des Kohlenstaubstromes wieder
auf Betriebstemperatur Herabgemindert wird.