DE2700786B2

DE2700786B2 - Keramischer Gasbrenner für Winderhitzer

Info

Publication number: DE2700786B2
Application number: DE19772700786
Authority: DE
Inventors: Johannes 5107 Simmerath Uerlichs
Original assignee: Hermann Rappold & Co 5160 Dueren GmbH
Current assignee: Hermann Rappold & Co 5160 Dueren GmbH
Priority date: 1977-01-11
Filing date: 1977-01-11
Publication date: 1979-07-26
Also published as: DE2700786C3; JPS5754683B2; JPS5389040A; DE2700786A1

Description

Die Erfindung betrifft einen keramischen Gasbrenner für Winderhitzer nach dem Gattungsbegriff des *» Anspruches 1.

Ein solcher Brenner ist aus der Zeitschrift »Iron and Steel Engineer«, März 1974, Seite 43, Fig. 6, ersichtlich. Er weist in der Brennerachse einen Gaskanal auf, der sich zu einer Mischkammer erweitert, die von einem ·<> ringförmigen Luftsammeikanal umgeben ist, wobei Mischkammer und Luftsammeiraum durch schlitzförmige Kanäle miteinander verbunden sind. Über den Mündungsöffnungen der luftführenden Verbindungskanäle ist die Mischkammer in konischer Form als "'" Brennermündung verengt. Zur Mischung von Luft und Brenngas wird die Luft in zwei gegeneinander gerichteten Tangentialströmungen in den Gasstrom eingeführt.

Der mit einer derartigen Mischkammer erzielbare '^ Mischeffekt ist insbesondere bei gasseitig unterschiedlichen Betriebsbedingungen und bei Schwankungen in der Brennerleistung nicht immer befriedigend. Dies wird verständlich, wenn ma;, bedenkt, daß bei heutigen Hochofenanlagen der Kaloriengehalt des Gichtgases ^b() zur Befeuerung der Winderhitzer meist nicht ausreichend ist, um in der zur Verfugung stehenden Zeit dem Winderhitzerbesatz ein Wärmepotential zu geben, das die geforderte Heißwindtemperatur und Heißwindmenge garantiert. In vielen Fällen wird deshalb zusätzlich zu ^b' dem Gichtgas Reichgas, wie Koksofengas, Erdgas oder Flüssiggas im Brennschacht der Winderhitzer verbrannt, je nachdem welches Gas im Bereich eines Hüttenwerkes kostengünstig zur Verfugung steht, wobei die aus Gichtgas und Reichgas gebildete, dem Brenner zugeführte totale Gasmenge bei gleichem Heizwert beachtlich unterschiedlich sein kann. Für Brennerhersteller ist es daher infolge unveränderbarer Gasdurchgangsquerschnitte im Brenner und bei Einhaltung festgelegter Gasgeschwindigkeiten schon im Hinblick auf die von Hüttenwerk zu Hüttenwerk unterschiedlichen Brennstoffangebote aufwendig, für jedes Angebot einen besonderen Brenner zu konzipieren, auch wenn geforderte Brennerleistungen übereinstimmen, um die Grundbedingung jeder Brennerkonzeption, eine gute Vermischung von Gas und Luft, zu erreichen. Sind entsprechend der heutigen Tendenz Winderhitzer großer Leistung mit Brennern auszurüsten, dann lassen sich die Brennerabmessungen kleiner Brenner nicht einfach vergrößert übertragen. Vielmehr ergeben sich neue Mischprobleme, die von Fall zu Fall evtl. durch Vorsehen von Zusatzeinrichtungen beseitigt werden müssen.

Schließlich verlangt die Hüttenindustrie nicht selten eine Regelbarkeit des Brenners von 30 bis 100%. Ein Bereich, innerhalb dessen die Luft- und Gasmengen und damit die Strömungsgeschwindigkeiten in den unveränderbaren Brennerquerschnitten erheblich voneinander abweichen, wodurch wiederum der Mischeffekt beeinflußt wird, der nicht über den ganzen Regelbereich zufriedenstellend vorhanden ist, was Funktionsstörungen des Brenners zur Folge hat.

Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, keramische Gasbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen bei gasseitig unterschiedlichen Betriebsbedingungen und relativ großen Leistungsschwankungen mit einfachen baulichen Mitteln eine verbesserte Vermischung erreichbar ist

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Bekanntlich erfährt der Gasstrom bei seinem Eintritt in die Erweiterung eine Entspannung und Geschwindigkeitsverminderung sowie eine Wirbelbildung in der Querschnittsumfangszone, so daß gemäß der Erfindung an Stellen der Brenngaswirbel mit gleicher oder etwas darüber liegender Vehemenz eingeführte Luft auf einen aufbereiteten und aufgelockerten Gasstrom trifft, der leicht zu durchdringen ist und eine innige Vermischung von Luft und Gas zuläßt, und zwar sowohl bei sehr unterschiedlichem Kaloriengehalt des Gases, d. h. verhältnismäßig großen Unterschieden in den Gasmengen als auch in jeder Phase eines relativ großen Regelbereiches, innerhalb dessen die Durchsatzmengen von Gas und Luft ebenfalls enorm variieren können. Am Ausgang der Erweiterung wird das entstandene, weitgehend strähnenfreie Gas-Luft-Gemisch gestaut und dabei gleichmäßig über den engeren Querschnitt des Gaskanals verteilt, um dann mit erhöhter Geschwindigkeit der Brennermündung zuzuströmen, wo es mit ruhiger Flamme verbrennt.

Mit den Merkmalen des Anspruches 2 ist eine weitere Verbesserung des Mischeffektes zu erreichen, weil die Brenngasmischung der ersten Erweiterung in den folgenden hrweiterungen noch intensiver vermischt wird. Zur intensiveren Vermischung trägt auch der Anspruch 3 bei.

Das Merkmal des Anspruches 4 ist eine zweckmäßige Ausbildung der Erweiterungen und ergibt in Kombination mit Anspruch 5 den Vorteil, daß der Gemischstrom im äußeren Querschnittsbereich einen Drall erhält, der die Mischung und Flammenbildung günstig beeinflußt.

Der Anspruch 6 ist eine praktische Ausgestaltung des Gaskanals für Brenner mit größeren Querschnittsabmessungen, um den Gasstromquerschnitt, in den die Luft eingeführt wird, zu verringern.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert die mehrere Beispiele in schematischer Darstellung veranschaulicht

F i g. 1 zeigt einen im unteren Teil des Brennschachtes eines Winderhitzers angeordneten keramischen Brenner mit einer Gas-Kanal-Erweiterung im Längsschnitt,

F i g. 2 den teilweisen Schnitt nach der Linie I-I der

Fig.3 eine zweite Brennerausführung in ähnlicher Darstellungsweise wie in F i g. 1,

F i g. 4 die teilweise Draufsicht zu F i g. 3,

Fig.5 ein drittes Ausführungsbeispiel im Längsschnitt,

F \ g. 6 den Schnitt nach der Linie H-II der F i g. 5,

F i g. 7 und 8 ein viertes und fünftes Beispiel ebenfalls in Längsschnitten und

F i g. 9 die Draufsicht zu F i g. 8.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 ist mit 1 der Brennschacht eines Winderhitzers bezeichnet, der von einem feuerfesten Mauerwerk 2 und einem dieses umgebenden Blechmantel 3 gebildet wird. Im Fuß des Brennschachtes 1 ist ein Brenner aus feuerfestem Material angeordnet mit einem zur Brennschacht achse zentrischen Gas führenden Kanal 4 und einem durch eine Ringwand 5 vom Kanal 4 getrennten Luft führenden ringförmigen Raum 6. Der Gaskanal 4 und der Luftraum 6 haben quer gerichtete Zuleitungsanschlüsse 7 und 8, von denen der Anschluß 7 des Gaskanals 4 am Boden des Brennschachtes verlegt ist, während der Anschluß 8 des Luftraumes 6 über dem Leitungsanschluß 7 liegt. Unterhalb der sich zum Brennschacht 1 öffnenden Brennermündung 9 ist der Gaskanal 4 mit einer Erweiterung 10 versehen, in die vom Luftraum 6 wegführende Verbindungskanäle 11 mit öffnungen 12 münden, deren Luftzufluß mittels Ventilen 13 bestimmbar ist.

Der Brenner funktioniert folgendermaßen:

Das Brenngas strömt durch den Zuleitungsanschluß 7 dem Gaskanal 4 zu, in dem es gebündelt bis zu der Erweiterung 10 aufsteigt, wo der Gasstrom plötzlich entspannt und seine Geschwindigkeit unter zumindest an der Umfangszone auftretender Wirbelbildung vermindert wird, so daß die aus den umfangsverteilt angeordneten Mürdungsöffnungen 12 in die Erweiterung 10 einströmende Luft zur Mittelachse des Gasstromes vordringen kann. Dabei werden Gas und Luft durch die Umfangszonenwirbel des Gasstromes und die beim Auftreffen der Luftströme entstehenden zentrischen Wirbel wirkungsvoll miteinander vermischt. Beim Verlassen der Erweiterung wird das Gemisch im verengten Kanalabschnitt 14 gebündelt und fließt der Brennermündung 9 zu, an der Randzonenwirbel entstehen, in die gegebenenfalls Zusatzluft durch die strichpunktiert angedeuteten Mündungsdüsen 15 oder aber auch über nicht gezeigte, zu den Düsen 15 führenden Leitungen Zusatzbrennstoff eingeführt werden kann.

Die Ventile 13 können zum Zu- und Abschalten von Mündungsöffnungen 12 an die Erweiterung dienen, je nachdem welche Gasmengen mit welchem Kaloriengehalt pro Zeiteinheit durchströmen und welche Stöchiometrie verlangt wird. Es ist aber auch möglich, an Stelle des Zu- und Abschaltens von Mündungsöffnungen 12 die durch die Verbindungskanäle U strömende Luftmenge mit Hilfe von Regelventilen zu dosieren oder aber beide Verfahren zu benutzen.

Die Brennerausführung nach F i g. 3 und 4 weist einen Gaskanal 4 mit zwei hintereinander geschalteten ■■· Erweiterungen 16 und 17 auf, von denen die Erweiterung 16 mit Mündungsöffnungen 18 versehen ist, die dem aufsteigenden Gasstrom schräg entgegengerichtet sind, so daß einströmende Luft einen intensiven Verwirbelungseffekt bewirkt Die Luft fließt

in den öffnungen 18 von einer Sammelleitung 19 durch Verbindungskanäle 20 zu.

Zu der anderen Erweiterung 17 führen zwei ebenfalls von der Sammelleitung 19 abgehende Verbindungskanäle 21 und 22 mit Mündungsöffnungen 23 und 24.

ι > Hiervon sind die öffnungen 23 dem Gasstrom wiederum teilweise entgegengerichtet, während die Mündungen 24 quer dazu stehen. Die Erweiterung 17 hat ferner Mündungsöffnungen 25 zum Zuführen von Zusatzbrennstoff, der durch die strichpunktierten

.'» Leitungen 26 von der Ringleitung 27 zufließt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.3 und 4 macht besonders deutlich, wie in den in einfacher Weise in den Gaskanal 4 einbaubaren Erweiterungen Gas, Luft und auch Zusatzbrennstoffe effektvoll miteinander ver-

ji mischt werden können.

Alle Verbindungskanäle 20,21,22 und die Leitung 26 können mit Regelventilen 28 ausgestattet sein.

Der Brenner nach F i g. 5 und 6 hat in dem den Gaskanal 4 einschließenden feuerfesten Mauerwerk 2

jo hintereinander angeordnete Erweiterungen 30, 31 und 32 in Form von Umfangsausschnitten, deren Ausschnittsbreite ein Drittel des Gaskanalumfanges ausmacht und die jeweils um dieses Drittel versetzt zueinander sind. Für jeden Erweiterungsausschnitt 30

)'i bis 32 ist eine Mündungsöffnung 33,34 und 35 mit einem Verbindungskanal 36, 37 und 38 vorgesehen, dem Luft mit einer derartigen Geschwindigkeit entströmt, daß der Luftstrom auf die gegenüberliegende Wandfläche des Gaskanals 4 auf- und zurückprallt. Darüber hinaus

tu übt die versetzte Anordnung der Erweiterungsausschnitte 30 bis 32 auf den Gasstrom Drallwirkung aus, was zu einer noch besseren Vermischung beiträgt.

Nach F i g. 7 weist der in den Brennschacht 1 eingebaute Brenner einen Gaskanal 40 auf, dessen Ringform durch die Anordnung eines Verdrängungskörpers 41 im Gaskanalzentrum gebildet wird. Diese Ausführung wird bevorzugt dann benutzt, wenn eine relativ hohe Brennerleistung vorgegeben ist und entsprechend große Gas- und Luftmengen zu mischen

ω sind. Hierbei würde der Durchmesser eines runden Gaskanals so groß werden, daß die Luft in den Gasstrom nur unbefriedigend einmischbar wäre.

Der ringförmige Gaskanal 40 und die darin vorgesehene ringförmige Erweiterung 42 mit den

« Mündungsöffnungen 43 garantieren eine einwandfreie Vermischung des Gases mit der durch die Verbindungskanäle 44 aus der Sammelleitung 45 über die Regelventile 46 herangeführten Luft, die wiederum so zugeführt werden kann, daß sie an den den Mündungs-

bo öffnungen 43 gegenüberliegenden Wandstellen der Erweiterung 42 zurückprallt und sich dabei mit dem aufgelockerten Gasstrom vermischt.

Zum Zuführen von Zusatzluft- oder Zusatzbrennstoffen bietet sich bei dieser Brennerausführung der

b5 Verdrängungskörper 41 an, der zu diesem Zweck einen Hohlraum 47 aufweist, von dem aus Kanäle 48 zur Erweiterung 42 führen.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 8 und 9 handelt es

sich um einen Ovalbrenner für Innenschachtwinderhitzer mit einem Gaskanal 50 und einer Erweiterung 51, Mündungsöffnungen 52, Verbindungskanälen 53 und einer Luftsammelleitung 54. Auch hierbei kann eine intensive Vermischung von Gas und Luft in der Erweiterung 51 herbeigeführt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Keramischer Gasbrenner für Winderhitzer mit senkrechtem Brennschacht, der einen in der Brennschachtachse oder parallel dazu angeordneten · Gaskanal und einen Luftsammeiraum aufweist, von dem Verbindungskanäle in eine Brenngaswirbel erzeugende, mit Abstand unterhalb der Brennermündung liegende Erweiterung im Gaskanal führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mün- > >■ dungsöffnungen (12,18,23,24,33,34,35,43,52) der Verbindungskanäle (11,20,21,22,36,37,38,44,53) an den Stellen der Brenngaswirbel vorgesehen sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (4) anstelle einer ^: · Erweiterung mehrere hintereinandergeschaltete Erweiterungen (16,17,30,31,32) mit Mündungsöffnungen (Or Luft (18,23,24,33,34,35) aufweist (F i g. 3 bis F ig. 6).

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch -■'■ gekennzeichnet, daß Mündungsöffnungen für Luft (12, 18, 23, 24) gegenüberliegend angeordnet sind (Fig. I bisFig.4).

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterungen (30, 31, 32) im -'■ Gaskanal (4) als Umfangsausschnitte ausgebildet sind (F i g.

5 und F i g. 6).

6. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Umfangsausschnitte ausgebildeten Erweiterungen (30,31,32) umfangsversetzt sind. ^ln

5. Brenner nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (40) durch einen zentrischen Verdrängungskörper (41) ringförmig ausgebildet ist (F i g. 7).