DE2530170A1 - Industriebrenner - Google Patents

Description

Patentanmeldung
Ludwi g-Ofag-Indugas
Indus tri eofenanlagen GmbH
43 Essen, Moltkeplatz 1

Indus tri ebr eimer

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Indus triebrenner, insbesondere für Wärmöfen und Wärmebehandlungsöfen in der Eisen- und Stahlindustrie, - mit

zentralem BrennmittelzufUhrungsrohr und dieses koaxial umgebendem Verbrennungsmittelzuführungsrohr in Form eines Hyperboloidströmungsrohres,

Hyperboloidströmungsrohr bedeutet, daß die aus der MUndung des Hyperboloidströmungsrohres austretenden Verbrennungs-

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mittelstrahlen in Richtung der geraden Erzeugenden eines einschaligen Rotationshyperboloids strömen, dessen Achse mit der des Brennmittelzuführungsrohres zusammenfällt. Brennmittel bezeichnet im Rahmen der Erfindung sowohl die für Industriebrenner Üblichen Gase als auch öl. Verbrennungsmittel bezeichnet alle üblichen Verbrennungsmittel, insbesondere also Luft und mit Sauerstoff angereicherte Luft.

Die (aus der Praxis) bekannten, gattungsgemäßen Industriebrenner haben sich an sich bewährt. Es stört jedoch, daß diese Industriebrenner weder bei der konstruktiven Gestaltung noch betriebsmäßig auf einfache Weise eine Einstellung unterschiedlicher Brennercharakteristiken mit Variation zwischen hauptsächlich axialer Impulsströmung der Verbrennungsgase einerseits, hauptsächlich Drallströmung andererseits und außerdem Übergangsformen. Gerade solche Variationsmöglichkeiten bei der grundsätzlichen konstruktiven Auslegung und/oder bei der betriebsmäßigen Einstellung verlangt Jedoch die Praxis, wenn solche Industriebrenner bei Wärmöfen in der Eisen- undStahlindustrie eingesetzt werden sollen. Hier kommt es z.B. darauf an, die Verbrennungsgase im ganzen¹ so zu führen, daß unterschiedliche Auftriebsverhältnisse im Ofenraum durch axialen Impuls gleichsam überströmt werden und eine Anpassung an unterschiedliches Wärmgut und unterschiedliche Aufheizungsbedingungen durchgeführt werden kann, j

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Industriebrenner so weiter auszubilden, daß in der erläuterten Weise die Brennercharakteristik bei der Auslegung des Brenners insgesamt und/oder im Bedarfsfalle auch betriebsmäßig geändert werden kann.

Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe lehrt die Erfindung, daß zwischen dem zentralen Brennmittelzuführungsrohr und dem Hyperboloidstrahlrohr ein weiteres Verbrennungsmittelzuführungsrohr, koaxial zum Brennmittelzuführungsrohr angeordnet ist, welches als erstes Axialströmungsrohr ausgebildet ist, und daß das Hyperboloidströmungsrohr von einem weiteren Verbrennungsmittelzuführungsrohr umgeben ist, welches als zweites Axialströmungsrohr ausgelegt ist. - Während der Ausdruck Hyperboloidströmungsrohr in der eingangs erläuterten Weise zum Ausdruck bringt, daß die Verbrennungsmittelstrahlen aus diesem Rohr in Richtung der geraden Erzeugenden eines einschaligen Rotationshyperboloids austreten (Drallströmung), sagt der Ausdruck Axialströmungsrohr, daß die Verbrennungsmittel aus diesen Rohren mit im wesentlichen axialer Strömungsrichtung (axiale Impulskomponente) austreten. Die Brennmittel treten im allgemeinen aus dem Brennmittelzuführungsrohr bei einem erfindungsgemäßen Industriebrenner ebenfalls in axialer Strömungsrichtung aus, obwohl die Möglichkeit besteht, auch hier eine Drallkomponente aufzudrücken. Um stets wohldefinierte Strömungsverhältnisse in den Teilströmen zu

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erzielen, empfiehlt die Erfindung, daß im Bereich der Mündung der Axialströmungsrohre radiale Strömungsleitbleche angeordnet sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß bei der beschriebenen konzentrischen Anordnung der Rohre Ringspalte entstehen, in denen also die Strömungsleitbleche in der beschriebenen Weise angeordnet sind. Um eine betriebsmäßige Einstellung der Brennercharakteristik zu ermöglichen, lehrt die Erfindung, die Anordnung so zu treffen, daß das Brennmittelzuführungsrohr, das Hyperboloidströmungsrohr, das -erste Axialströmungsrohr und das zweite Axialströmungsrohr mit selbständigen Steuer- und/oder Regelventilen ausgerüstet sind, die auch in den zugeordneten Anschlußstutzen angeordnet sein können.

Die erreichten Vorteile sind zunächst darin zu sehen, daß bei einem erfindungsgemäßen Industriebrenner die Brennercharakteristik auf einfache Weise variiert werden kann, sei es bei der konstruktiven Auslegung des Brenners insgesamt, sei es oei betriebsmäßiger Einstellung. Es versteht sich von selbst, daß im letzteren Falle die beschriebenen Steuer- und/oder Regelventile vorgesehen werden müssen. Auch wenn man die Betriebsparameter eines erfindungsgemäßen Industriebrenners in weiten Grenzen verändert, treten ungünstige StrömungsVerhältnisse und VerbrennungsVerhältnisse nicht auf, und zwar insbesondere dann nicht, wenn nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung das Hyperboloidströmungsrohr einen

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Strahlerzeuger besonderer Gestaltung aufweist, nämlich einen solchen mit einer Stirnplatte, die aus radialen Faltungen mit im wesentlichen trapezförmigen Faltungsseitenwänden aufgebaut ist, wobei in den gleich orientierten Faltungsseitenwänden Bohrungen zum Austritt der Hyperboloidverbrennungsmittelstrahlen, d.h. der Verbrennungsmittelstrahlen, die in Richtung gerader Erzeugender eines Rotationshyperboloids strömen, angeordnet sind. Wenn die Stirnplatte die beschriebenen radialen Faltungen aufweist, befindet sich ein derartiges FaItungsgebirge auch auf der Innenseite der Stirnplatte, die dem Hyperboloidströmungsrohr und nicht dem freien Raum zugewandt ist. Das sind, wie die Erfindung erkannt hat, günstige Randbedingungen für die angestrebte Strömungsausbildung, die auch dann zu einer Hyperboloidströmung führen, wenn die entsprechende Verbrennungsmittelmenge in weiten Grenzen verändert wird. Dieser Ausführungsform des Hyperboloids trömungsrohres kommt daher selbständige Bedeutung zu und in dieser Gestaltung des Hyperboloidströmungsrohres liegt eine selbständige Erfindung auch für den Fall, daß auf die Anordnung eines zusätzlichen ersten Axialströmungsrohres und/oder eines zweiten Axialströmungsrohres verzichtet wird. Im allgemeinen wird man diesen Strahlerzeuger als einteiliges Werkstück aus hochwarmfestem Werkstoff formen, beispielsweise gießen. - Bei einem erfindungsgemäßen Industriebrenner erreicht man ohne Schwierigkeiten eine guten Aufbereitung der Brennmittel durch Vormischung ehe der eigentliche Verbrennungsvorgang im Gemisch der strömenden Gase eintritt. Bei

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kleinen Lasten wird ein minimaler axialer Impulsbetrieb und damit eine axiale Flammenführung sichergestellt. Bei Mindestlast läßt sich der Brenner sogar so betreiben, daß er nur noch als Pilot-Zündbrenner arbeitet. Stets funktioniert die aus dem ersten Axialströmungsrohr austretende Verbrennungsluft, wenn sie nicht aufgeheizt ist, als Kühlluft für den gesamten Brennerkopf, was insbesondere bei hohen Arbeitstemperaturen, bei ölbetrieb und Brenngasen mit leicht spaltbaren Komponenten, wichtig ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Indus tri ebrenner,

Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt A aus dem Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht des Gegenstandes der Fig. 2 aus Richtung des Pfeiles B.

Der in den Figuren dargestellte Industriebrenner ist insbesondere für Wärmöfen und Wärmebehandlungsöfen in der Eisen- und Stahlindustrie bestimmt. Dieser Industriebrenner ist zunächst ausgerüstet mit

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einem zentralen Brennmittelzuführungsrohr 1 und einem dieses zentrale Brennmittelzuführungsrohr 1 koaxial umgebenden Verbrennungsmittelzuführungsrohr 2 in Form eines Hyperboloidströmungsrohres.

Der Ausdruck Hyperboloidströmungsrohr besagt, daß die aus der Mündung des Verbrennungsmittelzuführungsrohres 2 austretenden Verbrennungsmittelstrahlen 3 in Richtung der geraden Erzeugenden eines einschaligen Rotationshyperboloids R strömen, dessen Achse 4 mit der des Brennmittelzuführungsrohres 1 zusammenfällt. Das ist in der Pig. I strichpunktiert angedeutet worden.

Im übrigen entnimmt man aus einer vergleichenden Betrachtung der Figuren, daß zwischen dem zentralen Brennmittelzuführungsrohr 1 und dem Hyperboloidströmungsrohr 2 ein weiteres Verbrennungsmittelzuführungsr ohr koaxial zum Brennmittelzuführungsrohr, angeordnet ist, welches als erstes Axialströmungsrohr 5 ausgebildet ist, und daß das Hyperboloidströmungsrohr 2 von einem weiteren Verbrennungsmittelzuführungsrohr umgeben ist, welches als zweites Axialströmungsrohr 6 ausgebildet ist und funktioniert. Man erkennt in den Fig. 1 und 3* daß im Bereich der Mündungen der Axialströmungsrohre 5* 6 radiale Strömungsleitbleche Jbzw. 8 angeordnet sind, die die Ringräume radial durchsetzen, die bei der beschriebenen konzentrischen Anordnung der Rohre als Strömungskanäle für die Verbrennungsmittel entstehen. Nur angedeutet ist in der Fig. 1,

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daß das Brennnd. ttelzuf Uhrungsrohr 1, das Hyperboloids tröraungsrohr 2, das erste AxLalströmungsrohr 5 und das zweite Axialströraungsrohr 6 mit selbständigen Steuer- und/oder Regeleinrichtungen 9 ausgerüstet sein können, die im Ausführungsbeispiel in den Ansohlußstutzen Io angeordnet sind.

Bei dem dargestellten Industriebrenner läßt sich die Brennercharakteristik in weiten Grenzen verändern, indem die in den verschiedenen Kanälen strömenden Strömungsmittelmengen variiert werden. Dabei erhält man stets und ohne weiteres die angestrebte Hyperboloidströmung des Verbrennungsmittels, welches aus dem Hyperboloidströmungsrohr 2 austritt, wenn (vgl. insbesondere die Fig. 2 und 3) das Hyperboloidströmungsrohr 2 einen Strahlerzeuger mit einer Stirnplatte 11 aufweist, die aus radialen Faltungen 12 mit im wesentlichen trapezförmigen Faltungsseitenwänden IJ aufgebaut ist, wobei in den gleichorientierten Faltungsseitenwänden IJ die Bohrungen 14 zur Erzeugung des Hyperboloid-Verbrennungsmittelstrahlen angeordnet sind, d.h. derjenigen Verbrennungsmittelstrahlen 3, die in Jüchtung der geraden Erzeugenden eines einsohaligen Rotationshyperboloids R strömen, dessen Achse mit der des Brennmifetelzuführungsrohres 1 zusammenfällt, IXLe Achsrichtung©» der Bohrungen 14 in den Faltungsseitenwänden 15 schneiden die Achse k des Rotationshyperboloids. Wenn auch die Hyperboloidströmung in weiten Grenzen der isengenmSBigen Aussteuerung erhalten bleibt, so kann niehfesdesfco-

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weniger der Brenner ohne weiteres für axialen Impulsbetrieb bzw. für Drallströmung ausgelegt werden, indem die Energie der Axialströmungen bzw. der Drallströmung entsprechend variiiert wird. Die Tatsache, daß im weiten Aussteuerungsbereich die Hyperboloidströmung gewährleistet ist, stellt gleichzeitig stets eine einwandfreie Verbrennung sicher, und führt daher auch zu umweltfreundlichen Abgasen. - Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Strahlerzeuger 11, 12, IJ, 14 ein einstückiges, beispielsweise als Gußstück ausgeführtes Bauteil aus hochwarmfestem Werkstoff.

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Claims (1)

1. Andrejewski, Honke, Gesfhuysen & Masch, Patentanwälte in Essen

   - Io -

   Patentansprüche

   JIndustriebrenner,insbesondere für Wärmöfen und Wärmebehandlungsöfen in der Eisen- und Stahlindustrie, mit zentralem Brennmittelzuführungsrohr und dieses koaxial umgebendem Verbrennungsmittelzuführungsrohr in Form eines Hyperboloidströmungsrohres, - wobei die aus der Mündung des Hyperboloidströmungsrohres austretenden Verbrennungsmittelstrahlen in Richtung der geraden Erzeugenden eines einschaligen Rotationshyperboloids strömen, dessen Achse mit der des Brennmittelzuführungsrohres zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zentralen Brennmittelzuführungsrohr (1) und dem Hyperboloidströmungsrohr (2) ein weiteres Verbrennungsmittelzuführungsrohr, koaxial zum Brennt fctelmiftiarungsrohr (I)* angeordnet ist^ welches als erstes AjElalströasingsrohr (5) ausgebildet ist, und daß das ByperbGloidsti*ömaigsrofaF (2) von einem weiteren Verbrennungsfflitfcelzufüfaruiigsrohr uageßen ist, welches als zweites Axialstromiagsroai? (δ) ausgebildet ist,

   2, Industriebrenner naoh Anspruch 1, daduroh

   daß im Bereich üer Minäungen übt Axi&lsfarfsiBungsrolire (5* 6) radiale StröisuBgsleitfoleehe (T* 8) angeordnet sind,

   3. Industriebrenner naoli einem der Ansprüche 1 oder 2^ daäuroh gekennzeichnet, äaS das BrensÄttelsiftiarungsrohr (1) das Hyperboloids tritaungsrohr (2)_# das erste AxLalströanangs-

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   - 11 -

   rohr (5) und das zweite Axialströmungsrohr (6) mit selbständigen "Steuer- und/oder Regeleinrichtungen (9) , z.B. in ihren Anschlußstutzen (lo), versehen sind.'

   4. Industriebrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und unabhängig davon, dadurch gekennzeichnet, daß das Hyperboloidströmungsrohr (2) einen Strahlerzeuger (11, 12, I3, 14) mit einer Stirnplatte (11) aufweist, die aus radialen Faltungen (12) mit im wesentlichen trapezförmigen Paltungs-r seitenwänden (IjJ) aufgebaut ist, und daß in den gleichorientierten Faltungsseitenwänden (IJ) Bohrungen (14) zur Erzeugung von Verbrennungsmittelstrahlen (3) angeordnet sind, die auf der geraden Erzeugenden eines einschaligen Rotationshyperboloids (R) strömen.

   5. Industriebrenner nach Anspruch- 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlerzeuger (11, 12, 13, 14) als einteiliges Bauteil aus hochwarmfestem Werkstoff aufgebaut ist.

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