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Brenner für Ofen und Feuerungen Man hat schon oft, besonders bei Feuerungen,
vor allem bei Schmelzöfen, z. B. Drehöfen, eine veränderliche Form und Länge der
Flamme, die gegebenenfalls sehr kurz gehalten werden kann, zu erreichen versucht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an derartigen Brennern
und umfaßt Ausführungsformen, bei denen diese Brenner mit Gas oder mit Masut oder
auch mit pulverisierten festen Brennstoffen gespeist werden können.
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Der Brenner gemäß der Erfindung ist .durch einen schraubenlinienförmigen
Primärluftstrom gekennzeichnet und durch einen Sekundärluftstrom, der einen quer
zur Brennerachse liegenden Schleier bildet und. dessen radiale Geschwindigkeit höher
ist als die axiale Geschwindigkeit des Primärluftstroms.
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Zu diesem Zweck besteht der Brenner in seinem vorderen Teil aus einem
Verteilkranz für die sekundäre Verbrennungsluft, der mit seitlichen Öffnungen versehen
ist, die in solcher Weise im Kreise verteilt sind, daß ein oder mehrere Verbrennungsluftschleier
erzeugt werden, die quer zur Achse des Brenners liegen.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die besonders zum Zuführen
von brennbarem Gas oder Öl verwendbar ist, besteht der Brenner aus einem oder mehreren
Kränzen von seitlichen Öffnungen
von geringem Querschnitt, welche
in; ein am Ende geschlossenes Röhr gebohrt sind und aus welchem das Brenngas radial
mit einer Geechwindigkeit austritt, die merklich größer ist als die Geschwindigkeit,
mit der die Primärluft in den Ofen mit schraubenförmiger Bewegung von geringstrnöglicher
Steigung eintritt. Am Ende des Brenners befindet sich ein Kranz seitlich eingebohrter
öffnungen für die Sekundärluft.
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Bei Anwendung von Gas mit ungenügender Heizkraft kann man Ö1 im Gas
zerstäuben, z. B. indem man das Öl entgegengesetzt zur Richtung des Gases einführt.
Man kann das Öl auch mittels Luft zerstäuben.
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Bei einer anderen Ausführungsform, die besonders zum Speisen mit Gas
bestimmt ist, wird der Brennstoff durch Öffnungen zugeführt, welche, aus Zwischenräumen
zwischen dem Brennerkörper und einer am Ende gelegenen Abenkvorrichtung bestehen,
die durch einen hohlen Körper mit einem Kranz von seitlichen Löchern zum Einleiten
der sekundären Verbrennungsluft gebildet wird.
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Die Form der Flamme kann gegebenenfalls auch verändert werden durch,
a) eine Einrichtung, die .der Primärluft beim Eintreten in den Ofen eine regelbare
Schraubenbewegung erteilt; b) veränderbare Lage des Brenners in der Ofenöffnung,
dne die Richtung der Flamme bestimmt und durch Veränderung der Entfernung zwischen
der -Innenwandung des feuerfesten Materials, das dien Brenner umgibt, und der Zone,
in der die sekundäre Verbrennungsluft austritt.
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Als Beispiele und um das Verständnis zu erleichtern, sind einige Ausführungsformen
in dien Zeichnungen dargestellt.
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Fig. i zeigt einen axialen Schnitt durch einen Ofen gemäß der Erfindung;
Fig.2 zeigt einen Brenner dieses Ofens in größerem Maßstab.; Fig.3 zeigt einen,
Schnitt III-III durch den Brenner nach Fig. z-; Fig. q. zeigt einen Schnitt durch
einen -Ofen gemäß der Erfindung; Fig.5 zeigt einen Längsschnitt durch einen Brenner
gemäß der Erfindung; Fig. 6 ist ein Schnitt VI-VI durch den Brenner nach Eig. 5
; _ Fig.7 zeigt einen Längsschnitt durch einen anderen Brenner gemäß der Erfindung,
und, zwar nach der Linie VII-VII der Fig. 8; . Fig. 8 ist ein Schnitt nach der Linie
VIII-VIII der Fig. 7; Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch eine dritte Ausfüh.rüng
des Brenners gemäß der Erfindung, und zwar nach der Linie IX-IX der Fig. io; Fig.
io zeigt einen Schnitt X-X gemäß Fig. 9,; Fig. i i ist eine Vorderansicht eines
Bauteiles des in den Fig. 9 und io dargestellten Brenners; Fig. i2 zeigt einen Längsschnitt
und Fig. 13 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführung des Brennens nach der
Erfindung.
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Biei dem in den Fig. i bis 3 veranschaulichten Beispiel ist dier Ofen
zum Schmelzen von Stahl durch Beheizen mit Gas bestimmt. Der Brenner besteht ätis
einem zyliridrischen Rohr 2 mit Durchbohrungen 3 und ist an seinem Ende durch -einen.
Boden q. verschlossen. Das durch die Leitung kommende Leuchtgas -steht unter einem
verhältnismäßig hohen, Druck und entweicht durch die Bohrungen 3. Die Bohrungen
der Lochkränze stehen quer zu der Achse des Rohres 2, und zwar. sind die Achsen
der Bohrungen der Lochkränze senkrecht oder geneigt zur Brennerachse und bilden
so ebene bzw. kegelige Flächen. Die Bohrungen liegen zum Teil auch tangential zu
dem Zylinder, der durch den Brenner 2 gebildet wird.
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Der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff wird. in Form von Luft
zugeführt. Diese kommt durch ein zylindrisches Loch 6 in der Wandung 7 des Ofens
i. Die Luft bewegt sich schraubenlinienförmig mit geringer Steigung. Unter diesen
Verhältnissen bildet-. die Luft beim Austreten aus dem Loch 6 eine hohlkegelförmige
Fläche mit-verhältnism.äßig kleinem Winkel und beschreibt einen kegeligen Schraubenweg.
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Unter diesen Umständen bestreicht das aus den Löchern 3 des Rohres
:2 kommende Gas die feuerfeste Wandung, durchquert auf Grund seiner größeren Geschwindigkeit
relativ zu der der Luft die durch die Luft gebildete Fläche, verbrennt mehr oderweniger
vollständig, breitet sich entlang den I_ängswänden 8 des Ofens i oder der Oberfläche
des Ofeneinsatzes 9 aus und; bildet so einen Schutzschirm, der das Oxydieren des
letzteren verhindert.
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Um die Verbrennung zu verbessern, bildet das Rohr 2 an seinem Ende
eine Kammer io, in welche die Luft durch die Leitung i i gelangt und durch Löcher
i2 austritt, welche gegen die Achse des Brenners 2 geneigt sind und einen Kegel
bilden, der den an; den Löchern 3 entstehenden Gasschleier schneidet.
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Dieses Einleiten von. Luft in den Kern der Flamme trägt nennenswert
dazu bei, die Flamme zu verkürzen und; so das Verbrennen des Gases zu sichern, das
-andernfalls den erforderlichen Sauerstoff nicht vorfinden würde.
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Im allgemeinen gibt das Leuchtgas keine ausreichend heiße Flamme.
Man kann die Heizkraft aber verbessern, wenn man in die Gasmasse eine geringe Menge
brennbaren Öls einführt. Bei der in Rede stehenden Ausführungen wird das Öl durch
eine Leitung 13 einem Einsatz 1q. zugeleitet, der sich an einer Stelle befindet,
wo die Temperatur des Brenners das Zerstäuben begünstigt: Das tinspritzen des *Öls
erfolgt entgegengesetzt zu dem Brenngasstrom, was eine - bessere Verteilung des
Öls in dem Gas zur Folge hat.
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Dieses Einspritzen des Öls bringt außerdem den Vorteil mit sich, die
Flamme strahlend zu machen und hierdurch ,den Austausch der Wärme zwischen der Flamme
und dem Ofen zu beschleunigen. Die Erfindung ist aber nicht auf die hier beschriebene
Ausführung beschränkt. So z. B. bilden .die Löcher in der zeichnerischen Darstellung
eiri auseinandergehendes Bündel. Die Achsen der Löcher können z. B. auch senkrecht
zur Achse des Brenners 2
liegen oder zusammenlaufend angeordnet
sein. Die Löcher können gleichen Querschnitt haben oder verschiedene Querschnitte,
je nach dem Fall. In der Darstellung erfolgt das Einspritzen des Öls entgegengesetzt
zum Gas. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Ölstrom, der durch den
Einsatz 14 geht, gegen die Richtung des Gasstromes zu neigen.
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Bei der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Ausführung erhält der
Ofen i' Primärluft durch eine Öffnung 2'. Diese Luft strömt zwischen einer Anzahl
Schaufeln mit vorzugsweise regelbarer Neigung, welche :der Luft eine Drehgeschwindigkeit
erteilen. Die Luft tritt also in den Ofen i' mit einer schraubenförmigen Bewegung
ein, deren Steigung von :derjenigen der Schaufeln abhängt.
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Der gasförmige Brennstoff und die Sekundärluft gelangen, in den Ofen
durch den Brenner 4' und strömen normalerweise entlang der Brennerachse entsprechend
der Schraubenbewegung der Primärluft. Der Brenner q.' ist einstellbar und kann gegen
das Innere des Ofens vorgeschoben werden; er besteht aus einem Rohr, in welches
der Brennstoff durch eine Öffnung 8' eintritt, wohingegen die Sekundärluft durch
ein Rohr 5' zugeleitet wird. Es ist eine Düse 6' für flüssigen Brennstoff zum Anreichern
des gasförmigen Brennstoffs vorgesehen. Das Ende des Rohres q.', das in den Ofen
i' eintritt, ist geschlossen. Das Rohr bildet zwei Kammern g' und io'. Die Kammer
g', welche den Brennstoff erhält, ist mit dem äußeren, Raum durch Öffnungen ig'
und die Kammer io', welche die Sekundärluft empfängt, durch Öffnungen 2o' mit dem
äußeren. Raum verbunden.
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Der in Fig.5 und 6 dargestellte Brenner ist besonders zum Beheizen
mit staubförmiger Kohle bestimmt. Diese tritt zu dem Brenner durch -eine Verteilschnecke
und einem biegsamen oder teleskopartigen und gelenkigen Anschluß. Die auf diesem
Wege zugeführte Kohle wird von einem gasförmigen Transportmittel, wie Luft, Brenngas,
indifferentem Gas od. dgl. aufgenommen und in die Leitung 8' bis zu einem Leitkörper
12' von aerodynamischer Gestaltung getragen, das die Form .des B,renustoffschleiers
bestimmt und das Entstehen von Wirbeln verhütet, welche Ablagerungen von Kohle und
ein Verkoken herbeiführen könnten. Das Gemisch aus der pulverisierten Kohle und
dem gasförmigen Träger entweicht durch die von dem Leitkörper 12' und dem Rohr 4'
gebildete Öffnung ig'. Die Sekundärluft, welche durch die Leitungen 8' hinzutritt,
strömt in die Kammer iö und entweicht durch die Öffnungen 2ö .
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Der Leitkörper 12 ist beweglich. Indem man ihn mehr oder weniger mittels
des Rohres i8' verschiebt, wird der Querschnitt der Öffnung ig' für den Brennstoff
in der Richtung zum Ofen: i' verändert, und somit kann auch die Geschwindigkeit
des Brennstoffes für eine bestimmte Leistung verändert werden. Man könnte die Brennstoffleistung
auch dann verändern, wenn man die Geschwindigkeit konstant erhält. Der Brennstoff
entweicht dann nach außen mit einer durch die Neigung gegen- die Achse des Rohres
4' sowie durch die schraubenförmige Bewegung der Primärluft gegebenen Geschwindigkeit.
Auch die Entfernung zwischen den Öffnungen i g' und 2d ist regelbar. Zu diesem Zweck
wird die Kammer io' aus zwei teleskopisch zusammenhängenden Teilen gebildet, deren
Entfernung mit Bezug zueinander mittels eines Antriebteils 17' verändert werden
kann.
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Der von der Öffnung i g' kommende Brennstoff wird in den Ofen ausgestrahlt
und gegebenenfalls bei der Berührung mit der Primärluft vorgewärmt. Es ist zweckmäßig,
.die Dauer zwischen dem Augenblick des Hinaustretens aus dem Brenner q.' und dem
Augenblick dies Zusammentreffens mit der Sekundärluft je nach her Art des Brennstoffs
zu verändern, besonders wenn gepulverte Kohle benutzt wird. Diese Übergangsdauer
kann dadurch verändert werden, daß man, den Querschnitt der Öffnung ig' verändert,
ebenso die Entfernung zwischen den Öffnungen ig' und 2d .
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Die Sekundärluft bewirkt eine gute Verbrennung in dem mittleren Teil
der Flamme, und die C-Peschwindigkeit der Sekundärluftstromfäden. übt eine ablenkende
Wirkung auf die Flamme aus.
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Bei der in den Fig.7 und 8 veranschaulichten Ausführung ist der Brenner
besonders zum Heizen mit einem flüssigen Brennstoff bestimmt. Dieser wird z. B,.
mittels einer Pumpe in einen Zerstäuber 21' geliefert, der vor dem Leitkörper 12'
liegt. Es ist notwendig, die Zerstäubung sehr weit zu treiben, um einen ausgebreiteten
Schleier und eine kurze Flamme zu erhalten. Im übrigen ist der Brenner wie der vorstehend
beschriebene beschaffen. Die Kammer io' besteht dabei aus einem Stück, so daß d:ie
Entfernung zwischen den Öffnungen ig' und 2o' unveränderlich ist.
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Bei dem in den Fig. g bis i i dargestellten Beispiel ist der Brenner
insbesondere für einen flüssi, gen Brennstoff bestimmt. Dieser gelangt mit einem
Überdruck zu dem Leitkörper 12,', der glatt oder m-it Rinnen 24 versehen sein kann,
um einzelne Gasströme zu erhalten, die in die Primärluft und die Sekundärluft eindringen,
wodurch die Verbrennung beschleunigt wird. In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
,sind die Rinnen 24' schraubenförmig ausgebildet, sie können aber auch radial verlaufen,
um kreisende Gasadern zu erzeugen. Die die Rinnen enthaltende Fläche kann senkrecht
zur Achse des Rohres q.' stehen oder kegelförmig sein.
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Der in den Fig. 12 und, 13 gezeigte Brenner ist vereinfacht und gleichfalls
für einen gasförmigen Brennstoff bestimmt. Er hat mehrere Lochkränze i j , durch
die das Brenngas entweicht, und einen einzigen Lochkranz 2o' für die Sekundärluft.
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Bei allen Brennern nach den Fig. 4 bis 13 wird der Leitkörper 12'
durch die kreisende Sekundärluftgekühlt, die aus den Öffnungen 20' ent-,veicht,
und die durch den Brennstoff und die Sekundärluft gebildeten Schleier sind sowohl
gegen die Achse des Brenners 4 als auch zu der Richtung der Primärluft geneigt.
Die Gestalt der Flamme kann beeinflußt werden durch Änderung der Geschwindigkeiten,
der
Luft und. Brennstoffströme, der Querschnitte der Öffnungen oder der Neigung der
Öffnungen, der Verteilung der Öffnungen auf dem Umfang des Brenners 4' usw. Insbesondere
können zum Verteilen der Wärme im Ofen die Öffnungen ig' und 20' ungleichmäßig über
den Umfang des Brenners verteilt sein. Dies kann insbesondere dadurch erzielt werden,
daß man die Achse des Leitkörpers i2' gegen die des Rohres q.' versetzt. Ferner
kann man den Öffnungen ig' und 2o' verschiedene Neigungen geben, so daß die Brennstoffäden
zur Brennerachse verschieden geneigt sind.