EP0559144B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gasbefeuerung eines Brennofens der keramischen Industrie - Google Patents

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EP0559144B1
EP0559144B1 EP93103297A EP93103297A EP0559144B1 EP 0559144 B1 EP0559144 B1 EP 0559144B1 EP 93103297 A EP93103297 A EP 93103297A EP 93103297 A EP93103297 A EP 93103297A EP 0559144 B1 EP0559144 B1 EP 0559144B1
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burner
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gas
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burners
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Max Bacher
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Bacher & Schmidt GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/002—Gaseous fuel
    • F23K5/005—Gaseous fuel from a central source to a plurality of burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B9/36—Arrangements of heating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/30—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B9/40—Arrangements of controlling or monitoring devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices

Definitions

  • the invention relates to a method for gas firing according to the preamble of patent claim 1 and a device for carrying out gas firing according to the preamble of patent claim 11.
  • the firing zone or high-temperature zone has hitherto usually been equipped either with so-called clean gas pulse burners or with so-called primary air burners.
  • the clean gas pulse burners work without air.
  • the gas is blown into the kiln in short pulses.
  • it is disadvantageous that such clean gas pulse burners only prove themselves under certain operating conditions. For high ovens or such at high flow speeds there is a risk that the pulse flames are deflected by the prevailing flow and therefore no longer cover the full height or width of the stack. This results in undesirable temperature differences across the cross-section of the combustion chamber.
  • Primary air burner With the primary air burner, an air stream is blown in separately at each burner at the same time as the gas. This air flow must be of sufficient mass to carry the gas with it when it leaves the burner and to give the flame a long range.
  • Primary air burners are preferably used in furnaces with a very high combustion output and a high flow rate.
  • a disadvantage of such primary air burners is their relatively complex structure.
  • the primary air burners have burner lances that consist of an outer tube for air and an inner tube for gas.
  • Both pipes have to be made of a highly refractory special steel, because the tip of the lance has to be only a few centimeters in front of the combustion chamber, in which temperatures of 800 ° C to 1100 ° C occur.
  • the pipes are also subject to severe wear due to the often very corrosive furnace atmosphere. Pipes made of corrosion-resistant ceramics, such as silicon carbide, can hardly be used, since the necessary structural details such as nozzles, swirl vanes, centering can only be achieved with very high costs, in particular mold costs.
  • a disadvantage of the previously known constructions is also the outlay in terms of equipment because separate lines, hoses, couplings, regulating elements, etc. are required for gas and air.
  • EP-A-0 134 907 discloses a device in which a controllable mixing vessel for mixture formation is provided for each burner or burner group, which is complex in terms of apperations and control technology.
  • the invention has for its object to develop a method and an apparatus of the type mentioned in such a way that the gas firing can be carried out with less design effort compared to the known prior art.
  • gas firing can be implemented with a comparatively significantly lower design and manufacturing expenditure.
  • the method and the device according to the invention advantageously enable the use of simple ceramic tubes without special shapes, as a result of which high wear resistance can be achieved inexpensively.
  • the gas / primary air mixing ratio is advantageously chosen so that no ignitable mixture is formed, the amount of air in any case being considerably below the amount required for stoichiometric combustion.
  • the mixture of gas and primary air is according to the invention are formed centrally for all burners or burner groups, the non-ignitable mixture being fed to the individual burners or burner groups in a safety-advantageous manner via a single distributor line.
  • the mixture provided before being fed to the burner or burners is carried out in a pressure-tight mixing vessel, from which the mixture flows via a line to the burners or burner groups, in which line actuators are also attached.
  • the mixing device is preferably controllable in order to set and maintain the required mixture ratios.
  • the mixture is supplied by pulsed blowing, the frequency and the length of the blowing pulses being preferably controlled.
  • the gas firing can be adapted well to the respective needs, and further optimization of the gas firing can be achieved according to a further embodiment if the burner is mixed with at least one burner group or for burner groups with different burners with mixed pulses.
  • the method according to the invention and the device according to the invention also advantageously enable the gas firing to be adapted regionally with respect to the combustion material, in which the lower region of a combustion material with the long flames and The upper part of the material to be burned is heated with short flames, and according to an advantageous development of the invention, burners with long flames and burners with short flames, which are present in at least one burner group, can alternately be supplied with the mixture.
  • the height of the fire or the temperature distribution over the height of the material to be fired or trimmings can also preferably be influenced by adjusting the operating time of the gas firing.
  • At least one actuator is provided for the respective control of the pulsed injection, and preferably corresponding actuators can also be provided for the control of the length, shape and / or temperature of the flames for each burner or each burner group.
  • each burner has an injection tube consisting predominantly of ceramic material, and that a simple device for swirling and / or deflection is preferably provided for each injected mixture jet on each burner.
  • the primary air burner group outlined in FIG. 1 consists of a total of ten burners 7, for which a mixture preparation is provided in a central mixing vessel 3, to each of which primary air is supplied via a line 2 and a distributor pipe 4, and gas or fuel gas via a line 1. From the mixing vessel 3, which can be regulated in a manner not shown, the mixture is fed to the burners 7 via intermediate lines 6 via actuators 5.
  • the burner 7 consists, in a simple manner, as shown in FIG. 2, of an injection tube 8, which mainly consists of ceramic material and has an outlet opening 9, from which the mixture for gas firing is blown into a furnace 10. In a manner not shown, this blowing can be done in pulses, whereby according to the features mentioned above, the frequency and the length of the blowing pulses can also be controlled in a way not shown, as can the sequence and the flame design and its area of use.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasbefeuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung einer Gasbefeuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
  • In gasbefeuerten Brennöfen, insbesondere Tunnelöfen, der keramischen Industrie wird bisher die Brennzone bzw. Hochtemperaturzone üblicherweise entweder mit sogenannten Reingas-Impulsbrennern oder mit sogenannten Primärluftbrennern ausgerüstet. Die Reingas-Impulsbrenner arbeiten ohne Luft. Bei ihnen wird das Gas in kurzen Impulsen in den Brennofen geblasen. Nachteilig ist dabei jedoch, daß sich derartige Reingas-Impulsbrenner nur unter bestimmten Betriebsbedingungen bewähren. Bei hohen Öfen oder solchen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit besteht die Gefahr, daß die Impulsflammen durch die herrschende Strömung abgelenkt werden und dadurch nicht mehr die volle Höhe bzw. Breite des Brenngutstapels bestreichen. Hieraus resultieren unerwünschte Temperaturdifferenzen über dem Querschnitt des Brennraums.
  • Bei dem Primärluftbrenner wird gleichzeitig mit dem Gas ein Luftstrom separat an jedem Brenner eingeblasen. Dieser Luftstrom muß eine ausreichende Masse aufweisen, um das Gas bei Austritt aus dem Brenner mitzureißen und der Flamme eine große Reichweite zu geben. Primärluftbrenner werden vorzugsweise bei Öfen mit sehr hoher Brennleistung und mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eingesetzt.
  • Als nachteilig ist bei derartigen Primärluftbrennern allerdings ihr relativ aufwendiger Aufbau anzusehen. Die Primärluftbrenner weisen Brennerlanzen auf, die aus einem Außenrohr für Luft und einem Innenrohr für Gas bestehen. Beide Rohre müssen aus einem hochfeuerfesten Spezialstahl hergestellt sein, weil sich die Lanzenspitze nur wenige Zentimeter vor dem Brennraum befinden muß, in dem Temperaturen von 800 °C bis 1100 °C auftreten. Die Rohre unterliegen zudem wegen der häufig sehr korrosiven Ofenatmosphäre einem starken Verschleiß. Kaum verwendbar sind Rohre aus korrosionsbeständiger Keramik, wie beispielsweise aus Siliziumkarbid, da mit diesen die erforderlichen konstruktiven Details wie Düsen, Drallflügel, Zentrierungen nur mit sehr hohen Kosten, insbesondere Formenkosten, verwirklicht werden können. Nachteilig ist bei den bisher bekannten Konstruktionen auch der apparative Aufwand, weil für Gas und Luft jeweils eigene Leitungen, Schläuche, Kupplungen, Regelorgane usw. erforderlich sind.
  • Das Prinzip einer getrennten Zuführung von Primärluft und Gas und der Gemischbildung in dem jeweiligen Brenner bzw. im Brenneraustrittsöffnungsbereich ist beispielsweise in der DE-OS 3045106, der DE-OS 3834795, der DD-PS 235003 und der GB-PS 2217829 offenbart. Ein System der Bestückung von Industrieöfen bzw. Tunnelöfen mit Lufteindüsungen und verschiedenen Brennersystemen beschreibt weiterhin die DD-PS 131291. Die EP-A-0 134 907 offenbart eine Vorrichtung, bei der für jeden Brenner bzw. Brennergruppe ein regelbares Mischgefäß zur Gemischbildung vorgesehen ist, was apperativ und steuerungstechnisch aufwendig ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß die Gasbefeuerung mit einem im Vergleich zum bekannten Stand der Technik geringeren konstruktiven Aufwand durchgeführt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale und vorrichtungsseitig durch die im Patentanspruch 11 genannten Merkmale gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung, die das Verfahren bzw. die Vorrichtung vorteilhaft weiterbilden, sind den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung läßt sich die Gasbefeuerung mit einem vergleichsweise deutlich geringeren konstruktiven und herstellungstechnischen Aufwand realisieren. Vorteilhaft ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung die Verwendung von einfachen Keramikrohren ohne Sonderformen, wodurch hohe Verschleißfestigkeiten kostengünstig erzielt werden können. Dies wird bei der Erfindung dadurch erreicht, daß die Mischung der beiden Medien Gas und Primärluft schon vor den einzelnen Brennern herbeigeführt wird, so daß die aufwendige Konstruktion des Brenners entfällt und auch der Brenner mit relativ geringen Kosten aus verschleißfestem Material gefertigt werden kann. Das Mischungsverhältnis Gas/Primärluft wird dabei vorteilhaft so gewählt, daß kein zündfähiges Gemisch entsteht, wobei die Luftmenge in jedem Fall beträchtlich unter der zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Menge liegt.
  • Die Mischung von Gas und Primärluft wird dabei nach der Erfindung zentral für alle Brenner bzw. Brennergruppen gebildet werden, wobei das nicht zündfähige Gemisch in sicherheitstechnisch vorteilhafter Weise über eine einzige Verteilerleitung den einzelnen Brennern bzw. Brennergruppen zugeführt wird.
  • Die vorgesehene Mischung vor dem Zuführen zu dem bzw. den Brennern erfolgt gemäß der Erfindung in einem druckdichten Mischgefäß, von dem das Gemisch über eine Leitung zu den Brennern bzw. Brennergruppen strömt, wobei in dieser Leitung noch Stellorgane angebracht werden.
  • Das Mischgerät ist vorzugsweise regelbar, um benötigte Gemischverhältnisse einzustellen und beizubehalten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Zuführung des Gemischs durch impulsweises Einblasen vorgenommen, wobei bevorzugt die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse gesteuert werden. Hierdurch läßt sich die Gasbefeuerung an die jeweiligen Bedürfnisse gut anpassen, wobei eine weitere Optimierung der Gasbefeuerung nach einer weiteren Ausgestaltung dann erreichbar ist, wenn Brenner wenigstens einer Brennergruppe bzw. für Brennergruppen mit unterschiedlichen Brennern eine zyklische Brennerbeaufschlagung mit Gemischimpulsen vorgenommen wird. Alternativ oder gleichzeitig besteht weiterhin in günstiger Weise die Möglichkeit, die Flammenlänge, die Flammenform sowie die Flammentemperatur durch Steuerung des Drucks der Primärluft, des Mischungsverhältnisses Gas/Primärluft und/oder durch Dimensionierung der Gemischaustrittsöffnung einzustellen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen in günstiger Weise auch eine bereichsweise Anpassung der Gasbefeuerung bezüglich des Brenngutes, in dem der untere Bereich eines Brenngutes mit den langen Flammen und der obere Teil des Brenngutes mit kurzen Flammen erhitzt wird, wobei nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weiterhin wenigstens in einer Brennergruppe vorhandene Brenner mit langen Flammen und Brenner mit kurzen Flammen alternierend mit dem Gemisch beaufschlagt werden können. Die Feuerhöhe bzw. die Temperaturverteilung über die Höhe des Brenngutes bzw. Besatzes kann zudem vorzugsweise durch Verstellen der Einschaltdauer der Gasbefeuerung beeinflußt werden.
  • Für die jeweilige Steuerung der impulsweisen Einblasung ist wenigstens ein Stellorgan vorgesehen, wobei vorzugsweise auch für die Steuerung der Länge, Form und/oder Temperatur der Flammen für jeden Brenner bzw. jede Brennergruppe entsprechende Stellorgane vorgesehen sein können.
  • Hinsichtlich der konstruktiven Vereinfachung bietet die Erfindung die günstige Möglichkeit, daß jeder Brenner ein vorwiegend aus keramischem Material bestehendes Einblasrohr aufweist, und daß vorzugsweise für den eingeblasenen Gemischstrahl an jedem Brenner eine einfache Einrichtung für die Verwirbelung und/oder Umlenkung vorgesehen ist.
  • In den anliegenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Primärluftbrennergruppe, bei der das Gemisch zentral für alle Brenner vor diesem gebildet wird; und
    Fig. 2
    eine schematisierte Darstellung eines in einem Ofen befestigten Brenners mit einem Einblasrohr aus keramischen Material.
  • Die in Fig. 1 skizzierte Primärluftbrennergruppe besteht aus insgesamt zehn Brennern 7, für die eine Gemischaufbereitung in einem Zentralen Mischgefäß 3 vorgesehen ist, zu dem jeweils Primärluft über eine Leitung 2 und ein Verteilerrohr 4 sowie Gas bzw. Brenngas über eine Leitung 1 zugeführt werden. Aus dem in nicht dargestellter Weise regelbaren Mischgefaß 3 wird das Gemisch über Stellorgane 5 den Brennern 7 über Zwischenleitungen 6 zugeführt. Der Brenner 7 besteht in einfacher Weise, wie in Fig. 2 gezeigt, aus einem Einblasrohr 8, das vorwiegend aus keramischen Material besteht und eine Austrittsöffnung 9 aufweist, aus der das Gemisch zur Gasbefeuerung in einen Brennofen 10 eingeblasen wird. In nicht dargestellter Weise kann dieses Einblasen impulsweise erfolgen, wobei gemäß den oben erwähnten Merkmalen auch die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse in nicht dargestellter Weise ebenso wie die Abfolge und die Flammengestaltung und deren Einsatzbereich gesteuert werden können.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Gasbefeuerung eines Brennofens der keramischen Industrie, der wenigstens einen Brenner bzw. eine Brennergruppe aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß aus Gas und Primärluft ein nichtzündfähiges Gemisch herstellt wird,
    daß an dem Gemisch ein Luftanteil gewählt wird, der unter der zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Menge liegt, und
    daß dieses Gemisch jedem Brenner bzw. jeder Brennergruppe zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gemisch für jeden Brenner bzw. jede Brennergruppe separat gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gemisch zentral für alle Brenner bzw. Brennergruppen gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zuführung des Gemischs durch impulsweises Einblasen vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse gesteuert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Brenner wenigstens einer Brennergruppe in zyklischer Aufeinanderfolge mit Gemischimpulsen beaufschlagt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Flammenlänge, die Flammenform sowie die Flammentemperatur durch Steuerung des Drucks der Primärluft, des Mischungsverhältnisses Gas/Primärluft und/oder Dimensionierung der Gemischaustrittsöffnung eingestellt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der untere Bereich eines Brenngutes mit langen Flammen und der obere Teil des Brenngutes mit kurzen Flammen erhitzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß wenigstens in einer Brennergruppe vorhandene Brenner mit langen Flammen und Brenner mit kurzen Flammen alternierend mit dem Gemisch beaufschlagt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Feuerhöhe bzw. die Temperaturverteilung über die Höhe des Besatzes vorzugsweise durch Verstellen der Einschaltdauer gesteuert wird.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für alle Brenner (7) bzw. alle Brennergruppen ein zentrales regelbares Mischgefäß (12) zur Herstellung eines nichtzündfähigen Gemisches aus Gas und Primärluft vorgesehen ist, das über eine einzige Verteilerleitung jedem Brenner bzw. jeder Brennergruppe zuführbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für eine jeweilige Steuerung einer impulsweisen Einblasung des Gemischs für jeden Brenner (7) bzw. jede Brennergruppe wenigstens ein Stellorgan (5) vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für eine Steuerung der Länge, Form und/oder Temperatur der Flammen für jeden Brenner (7) bzw. jede Brennergruppe Stellorgane (5) vorgesehen sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß jeder Brenner (7) ein vorwiegend aus keramischen Material bestehendes Einblasrohr (8) aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für den eingeblasenen Gemischstrahl an jedem Brenner (7) eine einfache Einrichtung für die Verwirbelung und/oder Umlenkung vorgesehen ist.
EP93103297A 1992-03-04 1993-03-02 Verfahren und Vorrichtung zur Gasbefeuerung eines Brennofens der keramischen Industrie Expired - Lifetime EP0559144B1 (de)

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Free format text: ERRATUM: PATENT NUMBER EP0559144 THIS PATENT WAS ADVERTISED IN THE PATENTS AND DESIGNS JOURNAL NO. 5763 ON 20TH OCTOBER 1999 AS HAVING CEASED. REINSTATEMENT OF THE PATENT UNDER RULE 100 IS BEING CONSIDERED.

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Free format text: "PATENT EP 0559144 PREVIOUSLY ANNOUNCED AS CEASED IN THE PATENTS DESIGNS JOURNAL NO. 5763 OR 20 OCTOBER 1999 HAS BEEN REINSTATED FOLLOWING THE EXERCISE OF DISCRETION UNDER RULE 100. THE PATENT IS REINSTATED SUBJECT TO THE ATTACHMENT OF TERMS TO PROTECT THIRD PARTIES."

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Free format text: PATENT NUMBER EP0559144 THE PATENT IS CEASED WITH EFFECT FROM 02.03.2000.

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