SE439680B - Industribrennare for upphettning av ugnsutrymmen i industriugnar - Google Patents

Description

7809777-1 2 är styrd i beroende av förbränningslufttillförseln.

Denna brännare arbetar med en kontinuerlig bnënsle- lufttillförsel, varvid för anpassning av brännarens värme- avgivning vid det rådande värmebehovet är i ugnsutrymmet en kontinuerlig blandningsreglering anordnad. Eftersom det nu är svårt att vid ett större regleringsförhâllande driva brännaren å ena sidan vid maximalinställningen med godtagbar bullerutveckling och därmed motsvarande ringa utloppshastighet och å andra sidan vid minimalinställning- en med fortfarande tillräcklig blandningsenergi för en sotfri förbränning, är det också förut känt genom tid- skriften'Gas - Värme International", 25 (1976) Heft ll, l2,Seiten 577-80, att driva en industribrännare med re- kuperativ luftförvärmning av det inledningsvis nämnda slaget med en till- och frånreglering, dvs en tvâpunkts- reglering, på så sätt, att brännaren under förhållandevis korta inkopplingsperioder avger eldstötar med full effekt och därefter åter fránkopplas.

En sådan drivning erfordrar en tillförlitlig tänd- anordning, som säkerställer, att brännaren efter utgången av den förhandenvarande viloperioden tänds felfritt.

Vid alla dessa brännare är förvärmare så anordnade, att det på förbränningslufts- och avgassidan tillsammans på förvärmaren uppträdande tryckfallet är förhållandevis litet och genomgående ligger i storleksordningen av i huvudsak mindre än 10 mbar. Därför utformas förvärmarna med förbränningslufts- och avgaskanaler, vilka uppvisa en förhållandevis stor, inre bredd. Eftersom tryckfallet i en förvärmare förändras med driftstemperaturen och tillverkningstoleranserna av förvärmaren, strävar man att hålla den vid förvärmaren uppträdande tryckförlusten så liten som möjligt gentemot den vid det i lufttillförsel- röret belägna doseringsspjället uppträdande tryckskillnaden för att därmed hålla luftmängden konstant oberoende av förvärmartemperaturen, så att även bränsle-luftförhållandet över det hela uppträdande temperaturområdet förblir unge- Vanligtvis står tryckíallct i förvärmaren till det vid doseringsspjället fär konstant. ungefär i förhållandet 1:5 7809777-1 uppträdande tryckfallet.

Bortsett från detta har man hittills allmänt värnat om uppfattningen, att vid en förvärmare med högre tryckfall och därför smalare förbränningslufts- och avgaskanaler kan igentäppningsrisken hos förvärmaren inte längre styras.

Den med sådana,med rekuperativ luftförvärmning arbetande brännare erhållbara, förbräïfiflgstëflflßkâ Verkflifläs' graden nf ligger vid en avgastemperatur av 10000 C under ungefär 0,7.

På den andra sidan blir med tilltagande luftför- värmning i luftförvärmaren flamtemperaturen högre och därmed den omgivningsskadliga Nog-andelen i avgaserna större. För att motverka detta eftersträvas ett i det närmaste stökiometriskt blandningsförhâllande av bränsle- luftblandningen. Detta medför emellertid, att vid kall eller med lägre temperaturer arbetande förvärmare, exempelvis vid igängkörningen eller vid lågtemperatur- driften, måste sot- och CO-bildningen tas i beräkningen i större grad. Också av detta skäl har hittills måtten av förvärmarens kanaler uppmätts förhållandevis stora. Ändamålet med uppfinningen är att så förbättra en industribrännare av det inledningsvis nämnda slaget, -att den utan överdrivet extra materialkostnad är avsevärt miljövänlig och samtidigt uppvisar en avse- Värt högre förbränningstèknisk verkningsgrad. Ändamålet uppnås enligt uppfinningen genom att industribrännaren kännetecknas av att genom det att förvärmare, genom snäv dimensionering av strömnings- kanalerna på förbränningsluftsidan bildar en strypning, genom vars temperaturberoende strömningsmotstånd - vid en försumbar, temperaturberoende ändring av strömningsmot- ståndet i bränsletillförselröret - bränsle-luftförhàllandet är automatiskt reglerbart mellan det värde, som motsvarar det varma tillståndet under driftsförhàllanden, och ett åtminstone 10 % lägre värde vid det kalla tillståndet.

Uppfinningen använder sig av kunskapen, att den kinematiskatnämeuaahos gasen höjs väsentligt med tempera- turen. Sålunda stiger exempelvis vid en ökning av medel- 7809777-1 4 driftstemperaturen i förvärmaren till ungefär 4000 C genom stigning av den kinematiska tfixmeUg1h0s den likaledes motsvarande uppvärmda gasen strömningsmotstàndet hos förvärmaren till ungefär det fyrfaldiga värdet gentemot det kalla tillståndet.

Vid den nya brännaren är denna omständighet medvetet utnyttjad på så sätt, att en högre andel av tryckförlusten i brännaren - vilken normalt praktiskt fullständigt ligger på doseringsspjället i lufttillförselröret - skall för- läggas till förvärmaren, som genom motsvarande bestäm- ning av kanalerna utformas med ett högre strömnings- motstånd. Därmed uppnås för det första, att pâ grund av den ökade strömningshastigheten av gasen ökas värmeöver- föringsverkningsgraden hos förvärmaren vid samma konstruk- tionsvolym, medan för det andra brännarens luftgenommatning bestämmes i huvudsak genom det i jämförelse med det andra spjällstället höga strömningsmotståndet hos förvärmaren, så att genom detta i beroende av temperaturen föränderli- ga strömningsmotstând hos förvärmaren regleras bland- ningsförhâllandet mellan bränsle och förbränningsluít automatiskt. Därmed uppnås fördelen, att vid igång- körningen i relativt kallt tillstånd eller i tursdrift bryts i huvudsak CO- och sotbildningen genom det drifts- lâgtempera- då förhandenvarande luftöverskottet, medan vid temperatur i det nämeste stökiometrisk förbränninge- betingelse föreligger, under vilken enkelt en mycket mindre NOX-bildning uppträder.

Bränsle- förbränningsluftsförhâllandet anpassas sålunda automatiskt till ugnstemperaturen. Eftersom vid lägre temperaturer alltid minskas inverkan av det till- tagande luftöverskgttet på den förbränningstduüska verkningsgraden W f, säkerställas också över hela driftsområdet alltid drift. att utjämna inverkan av tillverkningstoleran- den på förvärmaren uppträdande tryckförlusten, en lönsam För serna på det i lufttillförselröret belägna luftspjället Vid de 3 inställes i driftstillstànd på den riktiga mängden. praktiken normalt föreliggande förhållandena, har det 7809777-1 visat sig fördelaktigt, om förvärmaren är så utformad, att den under driftsbetingelser vid full last på för- bränningsluftsidan har ett tryckfall av åtminstone 10 mbar, varvid detta tryckfall också tillfälligt kan uppgå till mer än 20 mbar.

Vid denna storlek På tryckfallet vid förvärmaren har den praktiska erfarenheten visat, att strömnings- motståndet hos förvärmaren vid de vanliga driftsbetingel- serna uppvisar ett i jämförelse med de andra i brännaren rådande strömningsmotstânden tillräckligt stort värde, för att säkerställa en säkrare blandningsreglering.

Förvärmaren kan med fördel utformas som en för- värmare bestående av rör med längsgående flänsar, varvid det inre flänsavstândet på förbränningsluftsidan kan vara mindre än c:a 5 mm och på avgassidan mindre än c:a 8 mm, vilket jämfört med kända förvärmare för brännare är överraskande små mätt.

Därvid har det visat sig, att de i branschen rådande, förutfattade meningarna avseende tilltäppningsrisken hos förvärmaren i föreliggande fall därför är Ogrufldäde, eftersom genom luftöverskottet i lägtemperaturomrâdet en sotbildning säkert undvikes.

Brännaren kan i en föredragen utföringsform vara reglerad till till- och frândrift, varvid då tillfasen kan vara mindre än 60 sek. Genom denna förhållandevis korta eldstöt, vars varaktighet bestäms genom den erforderliga värmeavgivningen av brännaren, erhålles optimalt för- hållande avseende driften av brännaren och värmefördel- ningen.

Slutligen kan förvärmaren även under frânfasen av till- och frànkopplingen genomströmmas med förbrännings- luft, varmed en jämförelse av värmeavgivningen uppnås, eftersom luften i den heta förvärmaren upphettas. Vid en ugnsanläggning med öppna brännare indikeras i ugns- utrymmet en kraftig avgasomvälvning med impulsströmmen av den vid brännarmynningen uppträdande, förvärmda luften, varigenom företrädesvis i lågtemperaturugnar den kon- vektiva värmeövergângen förbättras och temperaturomrâdet l5 7809777-1 ytterligare utjämnas.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de bifogade ritningarna, vilka visar en föredragen utföringsform. Fig. l visar schematiskt en axiell längdsektion av en industribrännare enligt upp- finningen insatt i ett mantelstrâlrör. Fig. 2 visar en tvärsektion efter linjen II-II av industribrännaren i fig. 1.

I en lämplig öppning i en med 1 betecknad ugns- vägg är ett vid en ände tillslutet mantelstràlrör 2 in- fört, vilket sträcker sig in i ett ugnsutrymme 3. Kon- centriskt med mantelstrålröret 2 är i detta ett flam- rör 4 anbragt, vilket består av enskilda, keramiska seg- ment och därmed uppvisar en viss böjlighet. På detta keramiska flamrör 4 är en egentlig brännare 5 anordnad, vilken är utformad som en gasbrännare, som drivs med koksugnsgas, jordgas, propan eller liknande som bränsle.

Brännaren 5 har ett centralt bränsletillförselrör 6, i Vil' ket mynnar en ett bränslespjäll 24 innehållande bränsle- tillförselledning 7, vilken styrs av en magnetventil 8 och vars strömningsmotstând för bränslet är försumbart litet gentemot strömningsmotstândet för bränslespjället 24.

Koncentriskt med bränsletillförselröret 6 är i mantelsträl- röret ett lufttillförselrör 9 upphängt, vilket begränsar ett ringformigt utrymme l0 med en luftledningcylinder 20, i vilket utrymme en lufttillförselledning ll mynnar, i vilken en magnetventil 12 sitter. Mellan lufttillförsel- röret 9 och det i detta omrâde som avgasrör verkande man- telstrâlröret 2 är ett andra, ringformigt utrymme 13 ut- format, i vilket - liksom i det första, ringformiga ut- rymmet 10 - flänsar 14 av en förvärmare 15 bestående av rör med längsgående flänsar sträcker sig, vilken förvärma- re är förenad med brännare 5 till en konstruktionsenhet och av vilken förvärmare lufttillförselröret 9 och man- telstrâlröret 2 bildar var sin del.

Lufttillförselröret 9 är vid brännarmynningen - vid 16 - försett med en diameterminskning och infört i det keramiska flamröret 4. l0 78097774 7 Innanför luftledningscylindern 20 förlöper en tändelektrod 17, som medger att i den omedelbara när- heten av brännarmynningen 16 uppnå en för tändning av bränsle-luftblandningen tillräcklig tändgnista.

Slutligen är ännu en flamövervakningsanordning 18 anbragt på bränsletillförselröret 6, vilken anordning reagerar för flammans jonisation eller dess UV-strålning.

Flamövervakningsanordningen 18, tändelektroden l7 och magnetventilenr18,]2 är anslutna till en regleranord- ning, som antyds vid 19.

Förvärmarens 15 konstruktion framgår i detalj av fig. 1 och 2. På det eventuellt av enskilda ringdelar sammanfogade luftledningsröret 9 är i ett stycke flänsar 14 pågjutna, som växelvis sträcker sig in i det ringformi- ga utrymmet 13 och det ringformiga utrymmet 10. Antalet flänsar 14 är så bestämt, att de i det inre, ringformiga utrymmet 10 belägna, av flänsarna 14 begränsade för- bränningsluftkanalerna 21 uppvisar en bredd av c:a 4 mm medan de av flänsarna 14 i det yttre belägna, ringformiga utrymmet 13 begränsade avgaskanalerna 22 är c:a 7 mm breda.

Diametern av den de i det ringformiga utrymmet 13 belägna, yttre flänsarna omskrivna cirkeln uppgår till cza 130 mm, medan diametern av cirkeln, som inskriver de inre flänsar- na 14 uppgår till 70 mm. Den nominella effekten av brännaren belöper sig till cza 20 kW. Förvärmarens 15 längd uppgår till 400 mm. ningen i lâgtemperaturområdet kan avgaskanalernas 22 inre På grund av den uteblhnn sofimld- bredd och därmed även förbränningskanalerna 21 även väljas mindre.

Vid drift sker en till- och frånreglering av bränna- ren 5 genom regleranordningen 19. För detta ändamål styrs lämpligen magnetventilenm 8,12 och tändelektroden 17 av regleranordningen 19, så att tillfasens fördröjning är mindre än 60 sek., medan frånfasen bestäms motsvarande det rådande energibehovet. Tändningen medelst tändelektroden 17 sker omedelbart vid brännarmynningen 16, varvid samtidigt en tillförlitlig, optisk flamövervakning företas genom bräns1e~ tillförselröret 6 medelst flamövervakningsanordningen 18. 7809777-1 8 De vid de korta eldstötarna från brännarmynningen 16 utträdande, heta avgaserna strömmar genom flamröret 4 och omlänkas sedan uppåt vid den tillslutna änden av mantel- strålröret 2 pâ det i fig. l visade sättet. Innan de heta avgaserna träder ut genom en avgasstuts 23, strömmar de genom avgaskanalerna 22 av förvärmaren 15, där de över flänsarna l4 och lufttillförselröret 9 avger sitt värme till den i motström genom förbränningsluftkanalerna 21 genomströmmande förbränningsluften. Avgaskanalerna 22 och förbränningsluftkanalerna 21 är så bestämda, att vid förvärmaren 15 på förbränningsluftsidan uppträder ett tryckfall av åtminstone 10 mbar företrädesvis emellertid av mer än 20 mbar, vilket medför en motsvarande hög för- bränningsluft- eller avgashastighet i förbränningsluft- kanalerna 21 resp. avgaskanalerna 22. Denna höga ström- ningshastighet resulterar också i en motsvarande hög värme- överföringsverkningsgrad hos förvärmaren 15 och därmed en utmärkt utnyttjning av avgasvärmet.

I lufttillförselledningen ll är en luftstrypning el- ler ett membran 25 anbragt, vilket tillsammans med bränsle- strypningen 24 tjänar till att injustera den i till- och fråndrift arbetande brännaren 5 till en bestämd drifts- punkt.

Den på föreskrivet sätt injusterade brännaren 5, vars förvärmare l5 har de i det ovanstående nämnda måtten och ett därav resulterande strömningsmotstånd, arbetar vanligtvis under följande tryckförhàllanden: Förbränningsluft kall driftstemperatur Ap totalt (mbar) 50 50 Ap förvärmare (mbar) 18 Ap luftspjäll (mbar) 45 32 Bränsle-luftförhållande (rel. luftmängden) 1,17 1,00 Som synes arbetar brännaren vid till driftstemperatur uppvärmd förvärmare 15 med ett stömgmetriskt blandningsför- hållande, medan vid igàngkörning, dvs i kallt tillstànd, föreligger ett luftöverskott av cza 17%. Dessutom ligger 15luften 7809777-1 9 i driftstillstândet tryckfallet vid förvärmaren 15 i stor- leksordningen av tryckförlusten vid luftspjället 24, medan i kallt tillstånd den genom luftspjallet 24 åstadkomna tryck- sänkningen vida överväger.

Denna brännares förbränningstekniska veflaünq$ßad*f qqgår till ungefär 0,8 vid IOOOOC ugnstemperatur Medan i fig. l visas brännarens 5 placering i ett s.k. mantelstrâlvärmerör, kan brännaren, såsom redan no- terats, användas även för direkt upphettade anläggningar, i vilka den avger avgasen omedelbart till ugnsutrymmet 3.

Speciellt i dessa fall kan det vara lämpligt att tillföra förbränningsluft även i pauserna mellan eldstötarna för strálomvälvning i ugnsutrymmet och för att uppnå en för- bättring av värmefördelningen. Den inströmmande förbränninge- upphettas därvid i den heta förvärmaren 15.

Claims (5)

1. 0 15 20 25 30 7899777-1 10 PATENTKRAV l. Industríbrännare för gasformiga eller vätske- formiga bränslen, vilken har en reglerad bränsle-luft- tillförsel för upphettning av ugnsutrymmen i industriugnar och en med brännaren till en byggenhet förenad förvärmare, som genomströmmas av förbränningsluft och avgaser i motström, k ä n n e t e c k n a d därav, att förvärmaren (15) genom snäv dimensionering av strömningskanalerna på förbränningsluftsidan bildar en strypning, genom vars temperaturberoende strömningsmotstånd - vid en försumbar, temperaturberoende ändring av strömningsmot- ståndet i bränsletillförselröret (6) - bränsle-luftför- hàllandet är automatiskt reglerbart mellan det värde, som motsvarar det varma tillståndet under driftsför- hållanden, och ett åtminstone l0% lägre värde vid det kalla tillståndet.

2. Brännare enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att förvärmaren (15) är så utformad, att vid driftsförhållanden motsvarande fullast ett tryckfall på åtminstone 10 mbar uppträder i denna på förbränninge- luftsidan.

3. Brännare enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att tryckfallet uppgår till mer än 20 mbar.

4. Brännare enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d därav, att förvärmaren (15) är konstruerad som en med längsgående flânsar försedd förvärmare. '

5. Brännare enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att det i den med längsgående flänsar försedda förvärmaren (15) invändiga avståndet mellan flänsarna på förbränningsgassidan är mindre än ca 5 mm och att motsvarande avstånd på avgassidan är mindre än ca 8 mm.