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Verfahren zur gleichmäßigen Beheizung von Wärmöfen, insbesondere von
Tieföfen mit Einwegbeheizung Bei Tieföfen neuzeitlicher Bauart geht die Tendenz
dahin, den Brennraum aus dem Bereich der Blöcke zu legen und die Brennerzahl möglichst
auf ein bis zwei Stück zu beschränken. Die Flamme wird dann meist U-förmig geführt.
Dabei hat es sich gezeigt, daß der Einsatz an der der Brennerseite gegenüberliegenden
Stirnseite während der Aufheizzeit schneller aufgewärmt wird als an der Brennerseite.
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Diese Erscheinung beruht auf der Eigenart der U-Flamme, den Temperaturhöchstwert
am Umkehrpunkt der Flamme zu entwickeln. Zur gleichmäßigen Durchwärmung des Einsatzes
muß daher mit zunehmender Wärmzeit die Brennerleistung gedrosselt werden, wodurch
sich der Umkehrpunkt der Flamme und damit der Temperaturhöchstwert mehr und mehr
zur Brennerwand hin verlagern. Das Aufheizen und Durchwärmen des Einsatzes vollzieht
sich also in Richtung auf den Brenner hin in örtlich vorwandernden Zonen und beeinträchtigt
die günstigste Wärmzeit um den Betrag, der zum Ausgleich dieses Temperaturgefälles
erforderlich ist.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur gleichmäßigen Beheizung
von Wärmöfen, insbesondere von Tieföfen mit Einwegbeheizung, bei dem belastungsunabhängig
die Mischgeschwindigkeit bzw. die Flammenlänge der Brenner in solcher Weise geändert
wird, daß der Flammentemperaturhöchstwert im Sinne eines Temperaturausgleichs mit
wechselnder Wirkungsrichtung im Ofen verlagert wird. Zu diesem Zweck werden Brenner,
z.
B. Gasbrenner, mit veränderlicher Mischgeschwindigkeit bzw. einstellbarer Flammenlänge
vorgesehen, deren hierfür bestimmte Einstellorgane zur dauernden Verlagerung des
Flammentemperaturhöchstwertes mittels beliebiger Antriebsmittel in einem vorgegebenen
Rhythmus stetig, schrittweise oder periodisch gesteuert werden.
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Um die gleichmäßige Durchwärmung des Einsatzes ohne die Gefahr örtlicher
Überhitzungen in noch höherem Maße zu gewährleisten, können erfindungsgemäß auch
mehrere Brenner vorgesehen sein, von denen bei einzelnen Brennern oder auch Brennergruppen
die Flammenlängenregelung gegenüber den anderen Brennern mit Phasenverschiebung,
insbesondere im gegenläufigen Rhythmus, und/oder anderer Frequenz vorgenommen wird.
Auch kann die Regelung so vorgenommen werden, daß bei einzelnen Brennern der Flaminentemperaturhöchstwert
nur einen Teil des Herdraumes überstreicht.
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Wenn außer der belastungsunabhängigen Flammenlängenregelung in bekannter
Weise auch ein Belastungsregelkreis vorgesehen ist, wird erfindungsgemäß eine gegenseitige
Störung der beiden Regelungen, die z. B. Pendelungen hervorrufen könnte, dadurch
verhindert, daß die Stellgeschwindigkeit der Flammenlängenregelung gegenüber der
Stehgeschwindigkeit des Belastungsregelkreises wesentlich verzögert wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Temperatur des
Ofenraumes in Strömungsrichtung der Brenner an geeigneten Stellen gemessen und die
Temperaturdifferenz über quotientenbildende Meßwerke zur Anzeige und/oder zur manuellen
oder automatischen Flammenlängensteuerung benutzt.
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Zwecks Vergleichmäßigung der Ofentemperatur im dreidimensionalen Raum
kann auch eine Regelung vorgesehen sein, bei der in einer Ofenebene quer zur Strömungsrichtung
der Brenner, vorzugsweise in der Meßebene der mittleren Ofentemperatur, die auftretenden
Temperaturdifferenzen gemessen und über quotientenbildende Meßwerke belastungsunabhängig
entsprechend den örtlichen Wärmebedarfsänderungen zur unterschiedlichen Verteilung
der dem Ofen jeweils zugeregelten Verbrennungsteilnehmer (Gas, Öl, Kohlenstaub und
Luft) auf die einzelnen Brenner oder Brennergruppen benutzt werden.
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In der Zeichnung ist als Beispiel ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeigneter Tiefofen dargestellt.
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Der Tiefofen besteht aus dem eigentlichen Herdraum i, der mit einem
Deckel 2 verschlossen werden kann. An der einen Längswand des Ofens befindet sich
der Brennerstein 3, in den in bekannter Weise ein Brenner .a. eingebaut ist. Unterhalb
des Brenners befindet sich der Gasabzugskanals. Das Brenngas und die Verbrennungsluft
werden dem Brenner über Rohrleitungen 6 und 7 zugeführt. Über die Rohrleitung 6
kann das Gas dein Brenner in zwei konzentrischen Kanälen 8 und 9 zuströmen. Der
Kanal 8 mit kreisförmigem Querschnitt führt unmittelbar in den Brennerstein, während
der kreisringförmige Kanal 9 an der Brennermündung durch den wellenförmig gestalteten
Rand der äußeren Gasdüse in nebeneinanderliegende Austrittsquerschnitte für Gas
und Luft aufgeteilt ist, die zweckmäßig so gerichtet sind, daß gleichzeitig eine
Drallwirkung erzielt wird.
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Im Gasgehäuse des Brenners ist eine Einstellklappe 1o vorgesehen,
die wahlweise die Kammer 8 oder die Kammer 9 oder auch beide Kammern für den Gasstrom
freigeben kann. Die Einstellklappe 1o wird über ein Gestänge 1i von einem Steuermotor
12 stetig, schrittweise oder periodisch von seiner einen Extremstellung in die andere
bewegt. Der Steuermotor 12 erhält seine Impulse von einem Zeitschaltgerät
13.
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Steht die Einstellklappe 1o in der eingezeichneten Stellung, strömt
das Gas lediglich durch den Brennerkanal8, und es entsteht eine große Flammenlänge,
wobei sich die Flammengase im Ofen U-förmig in Richtung des eingezeichneten Pfeiles
1d. bewegen und dabei die in den Herdraum eingesetzten Blöcke 15 umspülen. Der Flammentemperaturhöchstwert
befindet sich hierbei in der Nähe der dem Brenner gegenüberliegenden Wand.
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Befindet sich die Einstellklappe 1o dagegen in ihrer anderen Extremstellung,
dann ist der Gasdurchgang durch die Brennerdüse 8 gesperrt, und das Gas strömt durch
den kreisringförmigen Kanal 9 in den Brenner ein. In diesem Fall ist sowohl das
Gas als auch die durch die Rohrleitung 7 einströmende Luft gezwungen, durch das
Drallmundstück des Brenners auszutreten; der Brenner arbeitet also als reiner Wirbelbrenner.
Die Flammengase bewegen sich dabei in etwa entsprechend dem strichpunktiert gezeichneten
Pfeil 15. Durch die Wirbelung werden Gas und Luft schneller gemischt. Dadurch
verlagert sich der Flammentemperaturhöchstwert in Richtung auf die Brenneröffnung
hin, wobei sich gleichzeitig von dem wirbelnden Brennstrahl Flammenfetzen ablösen,
die vorzeitig umkehren, so daß nur noch ein Teil der Flammengase die dem Brenner
gegenüberliegende Wand erreichen.
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Bei einer automatischen Hinundherbewegung des Schiebers 1o wird sich
also, wie es das erfindungsgemäße Verfahren vorsieht, der Flammentemperaturhöchstwert
mit wechselnder Wirkungsrichtung im Ofen verlagern.
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Gemäß den weiteren Merkmalen der Erfindung werden an geeigneten Stellen
des Ofenraumes in der Strömungsrichtung der Brenner die Temperaturen gemessen, aus
den Meßwerten ein Quotient gebildet und der Quotient zur Anzeige und/oder zur selbsttätigen
Steuerung der Flammenlänge benutzt.
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Die absoluten Temperaturen können durch Thermoelemente oder Fotozellengeräte
gemessen, die elektrischen Meßwerte in gegenläufige Drehmomente von bei gleichen
Temperaturen gleicher Größe umgewandelt und auf ein Anzeige- oder Regelgerät in
der Weise übertragen werden, daß sich bei ausgeglichener Temperatur der Zeiger bzw.
der
Impulsgeber für die Flammenlängensteuerung in einer Gleichgewichtslage befindet
und bei einer auftretenden Temperaturdifferenz aus dieser Gleichgewichtslage nach
rechts oder links ausschlägt, dadurch die Tendenz der Temperaturdifferenz anzeigt
bzw. durch Abtastung mittels Fallbügel oder bei Verwendung eines Spiegelgalvanometers
lichtelektrisch mittels Fotozelle und elektronischer Verstärkung den entsprechenden
Steuervorgang einleitet.
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Auch können die elektrischen Meßwerte der Vergleichspyrometer über
Abstimmwiderstände für gleiche Temperaturen auf gleiche EMK eingeregelt und unter
Einschaltung eines Drehspulmeßwerkes in der Weise parallel geschaltet werden, daß
bei ausgeglichener Temperatur das Instrument spannungslos ist, während bei auftretenden
Temperaturdifferenzen ein der Tendenz der Temperaturdifferenz entsprechend gerichteter
Strom fließt, der einen Ausschlag im Uhrzeigersinne oder im entgegengesetzten Sinne
bewirkt und als Impuls für die Flammenlängensteuerung dient.
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Darüber hinaus können aber auch beliebige Differenzen- oder Quotientenmeßwerke
Benutzung finden.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird bei jeder Belastung eine
gleichmäßige Temperaturverteilung im Ofenraum gewährleistet. Da der Flammentemperaturhöchstwert
dauernd im Ofenraum verlagert wird, kann der Einsatz durch die Flamme nicht gefährdet
werden. Man kann sich deshalb auf wenige Brenner beschränken, wodurch die Ofenführung
wesentlich erleichtert wird.
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Das Verfahren kann mit gasförmigen, flüssigen und staubförmigen Brennstoffen
durchgeführt werden, sofern die Brenner mit Schaltorganen für die Einstellung der
Verbrennungsgeschwindigkeit bzw. Flammenlänge ausgerüstet sind.
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Als Antrieb für die Flammenlängensteuerung können regelbare elektrische,
pneumatische oder hydraulische Aggregate dienen, die mit oder ohne Programmregler
gesteuert werden.