DE3587153T2

DE3587153T2 - Verfahren und vorrichtung zum erzeugen von flammen.

Info

Publication number: DE3587153T2
Application number: DE8585904202T
Authority: DE
Inventors: Michael Gitman
Original assignee: American Combustion Inc
Current assignee: American Combustion Inc
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1985-08-12
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2005-08-13
Also published as: ES546160A0; ES8800409A1; MX162814A; WO1986001131A1; KR870700215A; KR900006616B1; AU4726785A; EP0192682A4; US4642047A; EP0192682A1; BR8506880A; ATE86147T1; EP0192682B1; AU588829B2; DE3587153D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Erwärmen, Schmelzen, Verfeinern und Überhitzen von Materialien bei hohen Temperaturen wie z. B. Stahlschrott, Metalle, Keramiken oder Glas. Das offenbarte Verfahren und Gerät können als die Hauptenergiequelle und ebenso als eine Hilfsenergiequelle in Schmelzofen, beim industriellen Heizen und in Wärmebehandlungsöfen, Muffeln, Einäscherern und anderen Hochtemperaturanwendungen verwendet werden.
Heutzutage wird das Schrottvorwärmen und Schmelzen durch unterschiedliche Technologien herbeigeführt, wie z. B durch Wärme aus der Verbrennung von Kohle, Öl oder Gas mit Luft oder Sauerstoff, oder aus einem elektrischen Lichtbogen. Jede dieser Technologien hat einige Vorteile und Nachteile. Die Benutzung von Luft für die Verbrennung hat den Vorteil eines Oxidationsmittels mit geringen Kosten, jedoch wegen des geringen Sauerstoffgehaltes von 21% die folgenden Nachteile: niedrige Flammentemperatur, instabile Verbrennung innerhalb von kaltem Schrott, geringer Wirkungsgrad der Wärmeausnutzung, wenn der Schrott warm ist aufgrund entweichender Abgase, die ungefähr 50 % der durch die Verbrennung freigegebenen Wärme verschwenden.
Die US-A-4,017,253, von der sich die vorliegende Erfindung unterscheidet, beschreibt eine Verbrennungsdüse für einen Flüssigbett-Röstofen, der die Zufuhr von zwei Sauerstoff enthaltenden Gasen und Kraftstoff durch eine Düsenanordnung innerhalb eines Verbrennungsrohres umfaßt, wobei eins der oxidierenden Gase um die Düse herum bereitgestellt wird, durch die eine Mischung von Kraftstoff und weiterem oxidierenden Gas ausgestoßen wird.
Die Vorteile der Anwendung im wesentlichen reinen Sauerstoffes zur Verbrennung sind: hohe Flammentemperatur, gute Verbrennungsstabilität und eine beachtliche Reduzierung von Verlustwärme bei heißen Abgasen. Die Nachteile des Sauerstoffs schließen seine hohen Kosten und die Notwendigkeit ein, den Körper des Sauerstoff-Kraftstoffbrenners zu kühlen. Die Anwendung von elektrischer Energie ist sehr teuer, sie bildet jedoch ein angenehmes Betriebsmittel und führt zu hoher Produktqualität.
Heutzutage werden vier Verfahren der Sauerstoffeinbringung in den Verbrennungsprozeß angewendet:
Einblasen eines Sauerstoffstroms in die Kraftstoff/ Luftflamme, nachdem die Flamme den Kraftstoff/Luft-Brenner verlassen hat;
Einblasen einer Sauerstoff-Kraftstoff-Brenner-Flamme in eine Kraftstoff/Luft/Brenner-Flamme, nachdem beide Flammen ihre Brenner verlassen haben;
Anreichern von Verbrennungsluft mit Sauerstoff durch Einblasen von Sauerstoff in die Verbrennungsluft vor der Zufuhr der Verbrennungsluft zu dem mit Sauerstoff angereicherten Luftbrenner; und
Mischen von Kraftstoff-, Sauerstoff- und Luftströmen außerhalb des Brenners durch Einblasen der drei Ströme in einen heißen Ofen, wo die Mischungen verbrannt werden.
Die beiden ersten Techniken des Sauerstoffeinblasens werden für erhöhte flüssige und feste Flammentemperaturen bei Glasschmelzöfen oder anderen Hochtemperaturöfen empfohlen, bei denen derartige Kraftstoff/Luft-Flammen ausreichende Dimensionen haben und über dem zu erwärmenden Gut angeordnet sind und für die Sauerstoffeinblasung außerhalb des Brennerkörpers verfügbar sind. Eine hohe Geschwindigkeit der Sauerstoff/Kraftstoff-Flamme oder eine Sauerstoffstrahldurchdringung in den Kern einer relativ kalten Öl- oder Kohleflamme überhitzt den Kern, wodurch der strahlende Wärmefluß der Mikropartikel aus Kohle erhöht wird, der in solchen Flammenkernen existiert, ohne den Brennerkörper zu überhitzen. Sauerstoffanreicherung von Verbrennungsluft kann bei jedem Kraftstoff angewendet werden, einschließlich bei Kohlenwasserstoffgasen, insbesondere bei Erdgas. Der sauerstoffangereicherte Luftbrenner hat aus unterschiedlichen Gründen keine breite Anwendung gefunden.
Brenner zur Verbrennung von Kraftstoff mit Luft sind seit langem bekannt, und Brenner zur Verbrennung von Kraftstoff mit reinem Sauerstoff (Oxi-Kraftstoff) oder sauerstoffangereicherter Luft sind bekannt. Weiterhin ist sauerstoffangereicherte Luft als Oxidationsmittel in Brennern eingesetzt worden. Die derzeit bekannten Brenner arbeiten jedoch nicht zufriedenstellend über den gesamten Bereich der Temperaturen, die bei der Hochtemperaturerwärmung üblich sind, und erlauben keinen ökonomischen Betrieb über die Steuerung der Flammenchemie, der Temperatur, der Geschwindigkeit und Leuchterscheinung. Brenner, die für die Verwendung mit heißer Luft oder mit mit Sauerstoff angereicherter Luft konstruiert sind, benutzen typischerweise Keramikkörper in dem Brenner für die fortwährende Zündung von Gasen, um die Flamme zu stabilisieren. Aufgrund der sehr hohen Temperatur einer Oxi-Kraftstoffflamme können jedoch Keramikfliesen nicht verwendet werden, und derartige Brenner werden im Inneren mit Wasser oder Luft gekühlt. Die Beseitigung der Brennerfliesen führt zu einer Flammeninstabilität bei niedrigeren Temperaturen und begrenzt daher den Regelbereich der mit Sauerstoff angereicherten Luftbrenner.
Ein weiteres Problem, das oftmals bei Brennern mit Oxi- Kraftstoff und bei Sauerstoffanreicherungen auftritt, ist die Anwesenheit von Überschußsauerstoff in den Abgasen. Die hohen Ofentemperaturen in Verbindung mit der Oxidierfähigkeit infolge des Überschusses der Abgase beschleunigen die Verschlechterung teurer Ofenbauteile.
In den Fällen, in denen Erdgas als Kraftstoff eingesetzt wird, ist außerdem eine Sauerstoff-Kraftstoffflamme oder eine Luft-Kraftstoffflamme mit Sauerstoffanreicherung nicht strahlend. Um Wärmeübergang hervorzubringen, müßte die Flamme deshalb das zu erwärmende Produkt berühren. Das kann eine Schwierigkeit an dem Produkt infolge Verformung oder Oxidation hervorrufen.
Die obengenannten technischen, umweltbezogenen und wirtschaftlichen Schwierigkeiten von Luftbrennern mit Sauerstoffanreicherung werden durch die Tatsache hervorgerufen, daß die Anwendung von Luft mit Sauerstoffanreicherung die Verbrennung von Kraftstoff schneller und weniger steuerbar innerhalb eines traditionell konstruierten Brenngerätes macht. Diese haben typischerweise einen mit Keramik ausgelegten Verbrennungstunnel und benutzen relativ langsame Mischtechniken, die auf dem geringen Druck von mit Sauerstoff angereicherter Luft basieren, deren Fluß durch einen herkömmlichen Regler für das Gas/ Luftverhältnis reguliert werden kann.
Die Gesamtkosten (Betrieb und Kapital) des Übergangs von jeder Kilokalorie in ein Produkt, das erwärmt wird, variieren im allgemeinen bei jeder besonderen Anwendung als Funktion der Temperatur. Mit wachsender Temperatur des Produktes wird es teurer, zusätzliche Kilokalorien von der Energiequelle in das zu erwärmende Produkt zu übertragen. Dieselbe Menge an Kohlenwasserstoffkraftstoff, die durch verschiedene Brenner bei denselben Ofentemperaturbedingungen verbrannt wird, kann im allgemeinen zu einem unterschiedlichen totalen Wärmefluß führen, der von der Flamme auf das zu erwärmende Gut geleitet wird. Das wird durch eine abweichende Flammenchemie, Temperatur, Leuchterscheinung und Geschwindigkeit hervorgerufen, was zu einem unterschiedlichen konvektiven und strahlenden Wärmefluß führt, und durch den Einfluß einer zusätzlichen Wärmezufuhr von einer chemischen Reaktion, die zwischen dem behandelten Material und den Verbrennungsgasen stattfinden kann.
Die am wenigsten teure Art des Wärmeübergangs auf ein Produkt im Niedrigtemperaturstadium des Heizzyklus besteht darin, die Flammengeschwindigkeit anzuheben, um den Konvektionswärmefluß von der Energiequelle auf das zu erwärmende Produkt zu erhöhen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbrennungsverfahren von flüssigen Kohlenwasserstoffkraftstoff in einem wachsenden Kohlenwasserstoffflammenkern, der in einer Verbrennungskammer gebildet wird, um den Verbrauch von Kraftstoff und reinem Sauerstoff bei Heizprozessen zu reduzieren, vorgesehen, bei dem flüssiger Kohlenwasserstoffkraftstoff und zwei unterschiedliche, Sauerstoff enthaltende, oxidierende Gase an die Verbrennungskammer geliefert werden, wobei ein erstes oxidierendes Gas, das eine vorgegebene Sauerstoffkonzentration aufweist, durch mindestens eine Öffnung in einer Wand der Verbrennungskammer auf den Auslaß der Verbrennungskammer gerichtet wird, und ein zweites oxidierendes Gas, das eine Sauerstoffkonzentration hat, die sich von der des ersten oxidierenden Gases unterscheidet, durch mindestens eine Öffnung in der Wand der Verbrennungskammer in die Verbrennungskammer in einem Strahl geleitet wird, der über einen Flammenkern geleitet wird, der durch das Mischen von Kraftstoff und einem der oxidierenden Gase gebildet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
der flüssige Kohlenwasserstoff und die beiden unterschiedlichen, Sauerstoff enthaltenden oxidierenden Gase getrennt zu der Verbrennungskammer durch einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsblock geleitet werden;
der Kohlenwasserstoffkraftstoff durch mindestens eine Öffnung in der Wand der Verbrennungskammer auf das erste oxidierende Gas geleitet wird, so daß der Kohlenwasserstoffkraftstoff veranlaßt wird, sich mit dem ersten oxidierenden Gas zu vermischen, um die Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer durch die Schaffung eines heißen Flammenkerns zu stabilisieren, der stark leuchtend ist und sich durch die gesamte Verbrennungskammer erstreckt;
das zweite oxidierende Gas auf den Flammenkern geleitet wird; und
der Fluß des Kohlenwasserstoffkraftstoffs und der beiden oxidierenden Gase gesteuert wird, um die erforderliche Hitzezugabe, Verbrennungsproduktchemie, Temperatur, Geschwindigkeit und Emissivität hervorzubringen.
Wenn die Produkttemperatur ungefähr 1500-1700º F (816-927ºC) überschreitet, wird die effektivste Art des Wärmeübergangs durch Erhöhen der Flammentemperatur und der Flammenleuchterscheinung erreicht, um den strahlenden Wärmefluß von der Energiequelle zu dem Produkt zu erhöhen. Das Anheben der Flammentemperatur verstärkt den konvektiven Wärmefluß in der ersten Potenz, verstärkt jedoch den Strahlungswärmefluß mit der vierten Potenz. Deshalb ist die Sauerstoffverwendung wirkungsvoller während der Hochtemperaturperiode. Das Abändern der Flamme von konvektiver Erwärmung zu radiativer Erwärmung wird bei dieser Erfindung durch die dauernde Optimierung der Kraftstoff- Luft-Sauerstoff-Flammenchemie erreicht, und zwar durch die Steuerung der Temperatur, der Geschwindigkeit, der Leuchterscheinung und des Wärmeeintrags. Die Optimierung durch den erfundenen Verbrennungsprozeß wird durch eine besser steuerbare Oxidation des Kraftstoffstromes infolge Mischens des Kraftstoffstromes mit zwei unterschiedlichen oxidierenden Gasen auf der Basis von Sauerstoff und/oder Luft mit dauernder Kontrolle der Oxidierfähigkeit des Prozesses und durch einen getrennten Kontakt und getrenntes Mischen der beiden oxidierenden Ströme mit dem Kraftstoffstrom erreicht, der innerhalb der intensiv mit Flüssigkeit gekühlten Verbrennungskammer des Brenners verbrannt wird.
Die steuerbare Variation der Anteile von Luft und Sauerstoff, die in den beiden unterschiedlichen oxidierenden Gasen enthalten sind, während des Feuerungszyklus stellt ein neues Verfahren zur Steuerung der Flammencharakteristik unabhängig von der Feuerrate dar. Dadurch wird die Maximierung des Wirkungsgrades beim Wärmeübergang von der Flamme auf das zu erwärmende Gut möglich, zum Beispiel durch das Erhöhen der Flammengeschwindigkeit und dadurch des konvektiven Wärmeübergangs während einer Niedrigtemperaturperiode des Heizzyklus und durch Anheben der Flammenleuchterscheinung während einer Hochtemperaturperiode des Erwärmungszyklus.
Wenn außerdem beim Schmelzen einige Komponenten des gewärmten Produktes durch die exothermischen Reaktionen ohne Verringerung der Produktqualität oxidiert werden können, kann im Überschuß eine oxidierende Mischung oder reiner Sauerstoff (metallurgischer Sauerstoff) auf die heiße Zone des gewärmten Produktes geleitet werden, um intensive exothermische Reaktionen auf der Oberfläche und innerhalb des Produktes zu erzeugen. Um die Fähigkeit des metallurgischen Sauerstoffs zu erhöhen, in das Innere des Produktes einzudringen, kann es mit Überschallgeschwindigkeit eingeführt werden oder unter hohem Druck entlang der Mittellinie des Flammenmusters, um einen konzentrischen Sauerstoffstrom zu der heißesten Zone der Gutoberfläche zu leiten, die durch das Flammenmuster erwärmt wird.
Zusätzlich kann es wünschenswert sein, einen separaten Strom von Sauerstoff bereitzustellen, der abwärts auf die Fläche des erwärmten Produktes in allernächster Nähe zu dem Brenner gerichtet ist, um den Geschwindigkeitsverlust des Sauerstoffstromes zu minimieren und die Fähigkeit des Sauerstoffstromes zu optimieren, in das geschmolzene Produkt einzudringen, das gewärmt wird.
Wenn beim Schmelzen und Wärmen außerdem einige Komponenten des erwärmten Produktes wie z. B. Aluminium empfindlich gegenüber Oxidation sind, kann es wünschenswert sein, eine kraftstoffreiche, heiße Flamme mit einem Mangel an Oxidiermitteln zu bilden. Das kann bei der vorliegenden Erfindung durch Einschließen eines Sauerstoffstromes innerhalb des Kraftstoffstromes bewirkt werden, um die Flammentemperatur zu erhöhen, ohne das erwärmte Produkt mit dem hochkonzentrierten Oxidationsmittel zu berühren.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Erwärmung von Schrott, zum Schmelzen und zum Eigenschaften-Verbessern schließt die Schritte ein: anfängliches Erwärmen des Schrotthaufens mit einer flüssigen Kraftstoff-Luft- Flamme, wobei etwas Sauerstoff im Flammenkern zum Mischen mit dem flüssigen Kraftstoff eingeleitet wird, um eine stabile Verbrennungszone zu bilden, die als dauernder Zünder während des Verbrennungsschrittes eingesetzt wird, wobei die gesamte Sauerstoff/Kraftstoffrate fast stöchiometrisch ist; Erhöhen der Sauerstoff/Luftrate, um die Flammentemperatur anzuheben, wobei die gesamte Sauerstoff/ Kraftstoffrate immer noch nahe der stöchiometrischen ist; Einleiten durch die flüssige Kraftstoff-Luft-Sauerstoffflamme eines Strahls von Überschußsauerstoff, der auf den heißen Schrottstapel gerichtet wird, wenn er auf über 1600ºF (871ºC) vorgewärmt ist, um exothermische Oxidationsreaktionen zu beginnen und so die Schrottschmelzung zu beschleunigen; Heizen des geschmolzenen Materials während der Eigenschaftverbesserung mit einer flüssigen Kraftstoff-Luft-Flamme (oder einer flüssigen Kraftstoff-Luft-Sauerstoff-Flamme); Verbessern des geschmolzenen Metalls durch Oxidation des geschmolzenen Metalls mit einem Strahl von metallurgischem Überschußsauerstoff, der durch die Flüssigkeits-Luft-Flamme (oder die flüssige Kraftstoff-Luft-Sauerstoff-Flamme) auf das geschmolzene Metall zu mit hoher Geschwindigkeit gerichtet wird, die im Überschallbereich gehalten werden kann.
Eine Anzahl von Verbesserungen, die aus dem neuen Verbrennungsverfahren und dem Flammenerzeugungsgerät hervorgehen, werden nun beschrieben.
Zunächst schützt das intensive Mischen des Sauerstoffstromes mit einem Kohlenwasserstoffkraftstoff innerhalb eines Volumens, das durch den Luftstrom an einem Kontakt mit der kalten, wassergekühlten Wand der Verbrennungskammer gehindert wird, dieses Volumen vor Abkühlung und stellt gleichzeitig eine Restzeit für den Sauerstoff und das Gas zur Verfügung, um zu reagieren, so daß eine sehr hohe Temperaturstabilisierungszone erzeugt wird, bevor der größere Teil der Luft an dem Verbrennungsprozeß beteiligt wird. Die durch die Verbrennung eines Teils des Kohlenwasserstoffgases mit der sehr hohen Sauerstoffkonzentration des ersten oxidierenden Gases freigesetzte Wärme stellt außerdem die Wärmefreisetzung bereit, die für die partielle Pyrolyse des verbleibenden Gases benötigt wird, das einen stark leuchtenden Flammenkern bildet.
Zweitens stellt die sehr hohe Reaktionsrate des Gases mit dem Sauerstoff eine sehr intensive Wärmeabgabe innerhalb der Verbrennungskammer bereit, die zu einem hohen Niveau an Verbrennungsgasexpansion vor dem Verlassen der Verbrennungskammer führt, wodurch eine sehr hohe Flammengeschwindigkeit erzielt wird.
Drittens trifft bei vielen Schmelzoperationen die Hochtemperaturflamme auf Schrott, der nahe der Düse des Brenners angeordnet ist, und erfährt dadurch einen hohen aerodynamischen Widerstand aufgrund der Blockierung. Weil Kraftstoff, Sauerstoff und Luft als Strom in die flammenerzeugende Verbrennungskammer mit unterschiedlichen Drücken eingeleitet werden, kann jeder dieser Ströme unterschiedlich durch den aerodynamischen Widerstand oder die Blockade infolge des Schrottes beeinflußt werden. Die hohen Drücke der Sauerstoff- und Gasleitungen führen zu einer nur geringen Empfindlichkeit gegenüber oderartigen aerodynamischen Ablenkungen während des Heiz- und Schmelzzyklus, die relativ großen Mengen an Verbrennungsluft mit relativ geringem Druck würden jedoch meßbar beeinträchtigt. In einer derartigen Situation würde trotz der vollständigen Öffnung der Stromregulierventile der Luftstrom nicht in der Lage sein, den benötigten Betrag an Sauerstoff zu dem Verbrennungstunnel zu liefern, um die gewünschte Feuerungsrate beizubehalten. Das Steuersystem des Flammenerzeugers ist in der Lage, dieses Problem über dauernde Luftflußsensoren zu erfassen und durch erhöhten Sauerstoff-Fluß fachgerecht zu kompensieren und so den Luftmangel wettzumachen und eine heißere Flamme zu erzeugen, so daß das Material, das den Brennerauslaß blockiert, durchgeschmolzen wird. Ähnliche Probleme können während der Periode existieren, während der Überschußsauerstoff eingeblasen wird, wenn der Sauerstoffstrom durch einen aerodynamischen Widerstand aufgrund von Schrott beeinflußt wird.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, den Energieverbrauch und die Kosten zum Heizen, Schmelzen und Eigenschaften- Verbessern durch Anheben des Wirkungsgrades der Wärmeerzeugung und Anwendung von kontinuierlicher Optimierung der Kraftstoff-Luft-Sauerstoff-Flammenchemie, Temperatur, Geschwindigkeit, Leuchteigenschaft und Wärmeeintrag zu minimieren.
Es ist außerdem Aufgabe dieser Erfindung, durch eine Brennerflamme Sauerstoffstrahle zur Oxidation und zur Frischung von heißen Materialien im Unterschall- oder Überschallbereich zu leiten.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein System vorzuschlagen, das die Minimierung der Oxidatin empfindlicher Produkte gestattet, wie z. B. Aluminium, und zwar dadurch, daß eine heiße reduzierende Flamme mit einem hochkonzentrierten Oxidationsmittel erzeugt wird, die im Inneren des Kraftstoffstromes eingeleitet wird, und mit einem weniger Sauerstoff enthaltenden Oxidationsmittel außerhalb des Kraftstoffstromes, um den Kontakt des Sauerstoffs mit dem Produkt, das gewärmt wird, zu minimieren.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein System bereitzustellen, das die Maximierung der Oxidation eines Produktes gestattet, das erwärmt und geschmolzen wird, wie z. B. Kupfer, und zwar durch Leiten eines Stromes von Überschußsauerstoff durch die Flamme auf das heiße Produkt zu während des Heizzyklus.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen Brenner mit sicherer Flammenstabilität über einen breiten Betriebsbereich vorzuschlagen.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Heizverfahren und einen Brenner vorzuschlagen, die das Abgasvolumen und Schadstoffe verringern.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, das Erwärmen, Schmelzen und Frischen von Materialien automatisch zu steuern und zu optimieren.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung im Bezug zu der Zeichnung deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine seitliche Querschnittsansicht durch die Mitte eines Flammenerzeugers, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine hintere Querschnittsansicht des Flammenerzeugers der Fig. 1, geschnitten entlang der Linie II-II der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine seitliche ,Querschnittsansicht durch die Mitte eines Flammenerzeugers, die ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine hintere Querschnittsansicht des Flammenerzeugers der Fig. 3, geschnitten entlang der Linie IV-IV der Fig 3.
Fig. 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht durch die Mitte eines Flammenerzeugers, die ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 6 ist eine hintere Querschnittsansicht des Flammenerzeugers der Fig 5, geschnitten entlang der Linie VI-VI der Fig. 5.
Fig. 7 ist eine seitliche Querschnittsansicht durch die Mitte eines Flammenerzeugers, die ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist eine hintere Querschnittsansicht des Flammenerzeugers der Fig. 7, geschnitten entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 7.
Fig. 9 ist ein Schema des Steuersystems für das erste und dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10 ist ein Schema des Steuersystems für das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 11 ist ein Schema des Steuersystems für das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Verwirklichung der Erfindung

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in allen Ansichten bezeichnen. Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Flammenerzeugers 1 oder Brenners, der einen Erzeugerverbrennungsblock 2 umfaßt. Ein Wasserkühlmantel 3 umgibt den Verbrennungsblock 2 und weist einen Wassereinlaß 4 und einen Auslaß 5 auf, die nebeneinander angeordnet sind, sowie eine Teilerplatte 6 zwischen dem Einlaß 4 und dem Auslaß 5, um das Kühlwasser zu einer Zirkulation um den Verbrennungsblock 2 herum zu zwingen. Eine Sauerstoffleitung 7 hat Verbindung zu dem Sauerstoffkanal 8 durch den Verbrennungsblock 2, um Sauerstoff in die konische Verbrennungskammer 9 des Verbrennungsblocks einzuleiten. Eine Leitung 10 für flüssigen Kraftstoff führt flüssigen Kraftstoff zu einer Vielzahl von Kraftstoffkanälen 11 durch den Verbrennungsblock 2 hindurch, wobei die Kanäle symmetrisch um den Sauerstoffkanal 8 im gleichen Abstand angeordnet sind und einen Winkel aufweisen, um den Kraftstoff auf einen Punkt auf der Mittellinie des Verbrennungsblockes innerhalb der Verbrennungszone 9 zu richten. Zusätzlich liefert eine Luftversorgungsleitung 12 Luft zu einer Vielzahl von Luftkanälen 13 durch den Verbrennungsblock 2 hindurch. Vorzugsweise sind die Luftkanäle 13 symmetrisch in radialer Richtung beabstandet außerhalb der Kraftstoffkanäle 11 angeordnet und mit Öffnungen 14 an der konischen Fläche der Verbrennungszone versehen. Zusätzlich zu der Zufuhr von oxidierendem Gas zur Beteiligung an der Verbrennungsreaktion dient das durch die Öffnungen 14 eingeleitete Gas dazu, die Wand der Verbrennungskammer vor dem Verbrennungsprodukt unter hoher Temperatur zu schützen und außerdem die Flamme vor der Abkühlung durch den Kontakt mit dem flüssigkeitsgekühlten Körper zu schützen, und zwar durch die Schaffung eines dünnen Gasfilmes zwischen der Wand und dem Verbrennungsprodukt. Der Verbrennungsblock 2 kann darüber hinaus außerdem durch das Hindurchleiten von kalter Luft durch die Luftkanäle 13 und von kaltem Kraftstoff durch die Kraftstoffkanäle 11 gekühlt werden, wenn sie in die Verbrennungskammer 9 geleitet werden. An dem Kühlmantel 3 ist ein Schlitz 15 für das Abziehen von Luft und Dampfblasen vorgesehen. Der Flansch 16 ist ein Mittel zur Befestigung des Brenners an einem Ofen.
In bestimmten Fällen kann es nützlich sein, den Kraftstoff als den zentralen Strom durch die Leitung 7 und Sauerstoff oder ein Luft-Sauerstoff-Gemisch durch die Leitung 11 zu leiten, um die Flammenlänge oder deren Abstrahlung zu maximieren.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Flammenerzeugers 20 oder Brenners. Ähnlich wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel schließt dieses einen Verbrennungsblock 21, einen Wasserkühlmantel 22 mit Wassereinlaß 23, Wasserauslaß 24, Trennplatte 25 und Abziehschlitz 26 ein. Zusätzlich sind die Kraftstoffleitung 27, die Kraftstoffkanäle 28, die Luftleitung 29 und Luftkanäle 30 gleich wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Eine erste Sauerstoffleitung 31 hat Verbindung zu einem Kanal 32 durch den Verbrennungsblock 21 hindurch entlang seiner Mittellinie mit einer konvergierenden-divergierenden Düse 33 zum Leiten eines Überschallstrahles von Sauerstoff zu einem Produkt, das gewärmt wird. Eine zweite Sauerstoffleitung 34 ist mit Kanälen 35 durch den Verbrennungsblock 21 parallel zu seiner Mittellinie verbunden und radial zwischen Kanälen 32 und 28 beabstandet, um einen Überschallstrahl von Sauerstoff in die Verbrennungskammer zu leiten.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel ist, mit der Ausnahme, daß die Verbrennungskammer 9 nicht konisch ist und die Luftkanäle 13 tangential in die Verbrennungskammer 9 gerichtet sind, um eine Wirbelzirkulation innerhalb der Verbrennungskammer hervorzurufen.
Der Sauerstoffkanal kann ebenfalls eine konvergierendedivergierende Düse 17 zur Richtung eines Überschallstrahles von Sauerstoff auf das Produkt haben, das erwärmt wird. Der Sauerstoffkanal 8 kann ebenso eine Vielzahl von Löchern in der Düse haben. Diese Option erhöht die Flexibilität des Flammenerzeugers, um die Eigenschaften der Flamme und des Überschuß-Sauerstoffstrahls zu variieren, der durch den zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer geleitet wird.
Die Fig. 7 und 8 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das weitere Varianten zeigt, die darin enthalten sind. Dieses Ausführungsbeispiel schließt einen Verbrennungsblock 41, einen Wasserkühlmantel 42 mit Wasserpassagen 46 ein. Zusätzlich sind die Kraftstoffleitung 47, Kraftstoffkanäle 48, eine Sauerstoffleitung 49 und ein Sauerstoffkanal 50 ähnlich ausgestaltet, wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Lufteinleitung wird über einen Kanal 39 bewirkt, der durch den Verbrennungsblock 41 hindurchgeht und Luft tangential zu der inneren Oberfläche des Verbrennungskanals 9 leitet. Eine zweite Sauerstoffleitung 43 liefert Sauerstoff über den Kanal 44 durch das Oberteil des Verbrennungsblockes entlang seiner ganzen Länge, bis die Passage abwärts abknickt und sich nahe der Öffnung des Verbrennungsblockes öffnet, so daß auch Sauerstoff in einem Strom aus der Verbrennungskammer, abwärts abgewinkelt im Hinblick auf die Mittellinie des Flammenerzeugers 40, gelenkt werden kann. Diese Öffnung kann eine konvergierende-divergierende Düse 45 zur Erzeugung eines Überschallstrahles von Sauerstoff umfassen.
Die Fig. 9 zeigt das Steuersystem für das erste oder dritte Ausführungsbeispiel des Flammenerzeugers oder Brenners. Wenn der Flammenerzeuger 1 in Betrieb ist, wird Kühlwasser von einer Wasserversorgungsleitung zu dem Wassereinlaß 4, dann um den Verbrennungsblock 2 innerhalb des Wassermantels geleitet und durch den Auslaß 5 herausgeführt. Die erforderliche Kühlungsrate wird durch ein Thermoelement 63 und ein Manometer 64 gesteuert. Um eine intensive Kühlung aller Oberflächenbereiche des Flammenerzeugerblockes 2 herbeizuführen, besteht der Block aus Kupfer oder einem anderen Material mit einer sehr hohen thermischen Leitfähigkeit.
Zur gleichen Zeit wird Kraftstoff von einer Kraftstoff- Versorgungsleitung 58 durch das Ventil 59, den Flußmesser 60 und das Steuerventil 61 zu dem Flammenerzeuger 1 geleitet und dann durch die Kraftstoffleitung 10 und die Vielzahl von Kraftstoffkanälen 11 in die Verbrennungskammer 9. Das Oxidationsmittel wird in die Verbrennungskammer 9 durch unterschiedliche Wege geleitet, die davon abhängen, ob der Prozeß sich im Stadium des Heizens, Schmelzens oder Überhitzens befindet. Wenn die Temperatur des Materials, das gewärmt wird, relativ gering ist, ist die Luft-Sauerstoffrate relativ hoch, und der Luftstrom wird von einem Gebläse 55 durch einen Flußmesser 56, ein Steuerventil 57, die Luftleitung 12 und die Vielzahl von Luftkanälen 13 in die Verbrennungskammer 9 geführt. Zur selben Zeit kann ein Sauerstoffstrahl von einer Sauerstoff-Versorgungsleitung 65 in die Verbrennungskammer durch eine oder zwei der folgenden Arten geleitet werden: erstens durch das Ventil 66, den Flußmesser 67, das Steuerventil 68, die Sauerstoffleitung 7 und den Sauerstoffkanal 8; und zweitens durch das Ventil 52, den Flußmesser 53, das Steuerventil 54, die Luftleitung 12 und die Vielzahl von Luftkanälen 13.
Ein automatisches Steuergerät 62 steuert die verschiedenen jeweiligen Ströme von Sauerstoff, Luft und Kraftstoff auf der Basis des derzeitigen Zustands des Erwärmungszyklus, der durch bestimmte Sensoren festgestellt wird, wie z. B. Temperatursensoren, Energiehochrechner und Zeitglieder, und außerdem auf der Basis der Materialtype, die erwärmt wird. Das Steuergerät kann außerdem das Dosieren der jeweiligen Kraftstoff-, Luft- und Sauerstoffströme beinhalten, um elektrische Eingangswerte an das Steuergerät zu geben, das vorzugsweise ein Mikroprozessor ist und so programmiert ist, daß die optimalen Flammencharakteristiken während des Erwärmungszyklus gesteuert werden.
Fig. 10 ist das Flammenerzeuger-Steuersystem für das zweite Ausführungsbeispiel. Es ist im wesentlichen dasselbe wie das in der Fig. 9 mit der Ausnahme, daß zusätzlich eine Versorgungsleitung mit einem Ventil 69, einem Flußmesser 70 und einem Steuerventil 71 an der Sauerstoffleitung 34 vorhanden ist.
Die Fig. 11 zeigt das Flammenerzeuger-Steuersystem für das vierte Ausführungsbeispiel, das zusätzliche Flexibilität bei dem Flammenerzeugerbetrieb vorsieht, und zwar dadurch, daß ein steuerbarer Betrag von Luft in das erste oxidierende Gas durch die Leitung 80, das motorisierte Ventil 81, das Magnetventil 82 in die Sauerstoffleitung 49 eingeführt werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine Änderung des Flammenmusters und der Flammenleuchterscheinung durch Einführen eines Kraftstoffstromes entlang der Mittellinie der Verbrennungskammer über die Leitung 83 und das Magnetventil 84 zu der Leitung 49 anstelle des ersten oxidierenden Gases, das durch das Magnetventil 85 abgesperrt wird, und zur selben Zeit durch Einführung des ersten oxidierenden Gases in die Verbrennungskammer um den besagten zentralen Kraftstoffstrom durch die Leitung 86 und das Magnetventil 87 zu der Leitung 47 statt des Kraftstoffs, der durch das Magnetventil 88 abgesperrt wird.
Vor dem vorangehend erwähnten Wechsel zwischen dem Kraftstoff- und Gasfluß des ersten oxidierenden Gases ist ein Luftreinigen erforderlich durch Spülen von Luft durch die Leitung 80, das motorisierte Ventil 81 und das Magnetventil 82 zu der Sauerstoffleitung 49 und außerdem durch die Leitung 89, das Magnetventil 90 zu der Leitung 49.
Bei einem typischen Verfahrensablauf unter Benutzung des ersten oder dritten Ausführungsbeispiels wird mit steigender Temperatur des Materials, das gewärmt wird, mehr Sauerstoff in die Verbrennungskammer 9 geleitet, wodurch die Luft/Sauerstoffrate abgesenkt und die Temperatur der Verbrennung erhöht wird. Die Rate des Kraftstoffs/Gesamtsauerstoffs während dieser Phase wird nahe der stöchiometrischen gehalten.
Wenn die Temperatur des Materials, das gewärmt wird, einen Punkt erreicht, der die Nutzung von Wärme exothermischer Reaktionen der Oxidation in ökonomischer Hinsicht vernünftig erscheinen läßt, wird ein Strahl von Überschußsauerstoff durch die Sauerstoffleitung 7 und den Sauerstoffkanal 8 durch das Zentrum der Flamme, die die Verbrennungskammer 9 füllt, geleitet, und zwar auf das heiße Produkt zur Erzeugung von Wärme aus Oxidationsreaktionen für den Schmelzprozeß. Um die Fähigkeit des Überschußsauerstoffstrahles zu erhöhen, in das Material, das gewärmt wird, einzudringen, kann der Sauerstoffstrahl durch eine konvergierende-divergierende Düse 17 des Sauerstoffkanals 18 mit Überschallgeschwindigkeit geblasen werden. Das reduziert außerdem die Verdünnung des Sauerstoffs bei dem Verbrennungsprodukt und der Ofenatmosphäre.
Ein Strahl von Überschußsauerstoff kann außerdem durch die Flamme, die die Verbrennungskammer 9 füllt, auf das geschmolzene Material gerichtet werden, und zwar zum Frischen oder für andere Prozesse. Die Geschwindigkeit dieses Überschußsauerstoffstrahls kann auf Überschallgeschwindigkeit angehoben werden, um die Fähigkeit des Strahles zu verbessern, in das geschmolzene Material einzudringen, und zwar unter Benutzung einer konvergierenden-divergierenden Düse. Zur selben Zeit kann eine Kraftstoff-Luft-, Kraftstoff-Sauerstoff- oder eine Kraftstoff-Luft-Sauerstoff-Flamme auf das geschmolzene Material gerichtet werden, um das Material um und innerhalb der Oxidationszone zu wärmen.
Der Betrieb des Flammenerzeugers 20 oder des Brenners gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel schließt alle Schritte ein, die vorangehend für das erste oder dritte Ausführungsbeispiel des Flammenerzeugers beschrieben worden sind. Zusätzlich kann Sauerstoff in die zentrale Zone der Verbrennungskammer 36 mit einer Geschwindigkeit oberhalb der Schallgeschwindigkeit durch die Sauerstoffleitung 31 mit einer konvergierenden-divergierenden Düse 33 geleitet werden, während er außerdem mit Überschallgeschwindigkeit durch die Vielzahl von Sauerstoffkanälen 35 geleitet wird. Die Anordnung der Mehrzahl von Sauerstoffstrahlen, die durch die Kanäle 35 austreten, trennt den zentralen Strahl von Sauerstoff von den Verbrennungsprodukten, die innerhalb der Verbrennungskammer 36 durch die Verbrennung des Kraftstoffs mit Luft und Sauerstoff gebildet werden, welche jeweils durch die Leitungen 27, 29 und 34 jeweils zugeführt werden. Diese Option erhöht die Flexibilität des Flammenerzeugers, die Eigenschaften der Flamme und des Überschußsauerstoffstrahls zu variieren, der durch den mittleren Abschnitt der Verbrennungskammer geführt wird.
Bei allen Ausführungsbeispielen werden während der Heiz-, Schmelz-, Frisch- und Überhitzungszyklen der Wärmeeintrag, die Flammengeschwindigkeit, die Temperatur, die Leuchterscheinung, die Form der Flammenhülle und die Chemie des Verbrennungsproduktes fortlaufend durch die Veränderung der Zufuhr von Kraftstoff, Luft und Sauerstoff und außerdem durch die Variation der Arten, in denen diese Komponenten in die Verbrennungskammer eingeführt werden, gesteuert, um den Heizerfordernissen mit einem Minimum an Betriebskosten nachzukommen. Der Betrag von Wärmeeintrag von einem Brenner ist nämlich direkt in Beziehung zu setzen zu der Menge an Kohlenwasserstoffkraftstoff, der in den Brenner eingegeben wird. Wie vorangehend beschrieben worden ist, schlägt das erfundene Verfahren und das Gerät vor, Sauerstoff entweder als reinen Sauerstoff oder als Luft oder als eine Mischung aus beiden zu dem Verbrennungsprozeß hinzuzufügen. Durch das Steuern der Rate von Kraftstoff/ Gesamtsauerstoff, die für den Verbrennungsprozeß bereitgestellt werden, kann zum Beispiel die stöchiometrische Rate, bei der eine komplette Verbrennung des Sauerstoffs und Kraftstoffs stattfindet, nach Wunsch beibehalten werden, um in wirkungsvoller Weise die Substanz auszunutzen, die in den Brenner eingegeben wird. Weiterhin kann die Temperatur der Flamme bei jeder vorgegebenen Kraftstoff/Gesamtsauerstoffrate dadurch erhöht werden, daß dem oxidierenden Gas eine höhere Oxidkonzentration verliehen wird. Dies wird durch Variieren der Luft und des regnen Sauerstoffs hervorgerufen, die zu dem Brenner zur Steuerung der Luft/Gesamtsauerstoffrate geliefert werden. Obwohl die Zufuhr reinen Sauerstoffs deutlich teurer ist als der Einsatz von Luft, kann an einigen Punkten in einem Prozeß die höhere Flammentemperatur wünschenswert sein, um wirkungsvoller Wärme auf das Produkt zu übertragen.
Eine andere Art, die Wärmeübertragung zu verbessern, liegt darin, die Emissivität der Flamme zu erhöhen. Eine stark strahlende Flamme rührt von der Umwandlung von atomarem Kohlenstoff aus dem Kohlenwasserstoffkraftstoff in hochstrahlenden molekularen Kohlenstoff im Flammenkern her. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß eine Anfangsmischung von reinem Sauerstoff mit dem Kraftstoff vorgesehen wird, um im Flammenkern eine Kraftstoffpyrolyse durchzuführen, wobei die Flamme von der intensiv gekühlten Verbrennungskammerwand durch einen Strom eines zweiten Oxidationsmittels mit niedriger Sauerstoffkonzentration isoliert wird, wie z. B. Luft oder eine Luft- Sauerstoff-Mischung. Deshalb kann durch die Steuerung der Rate an Kohlenwasserstoffkraftstoff zu Sauerstoff im Zentrum der Flamme unter Beibehaltung aller anderen Parameter auf den gewünschten Werten die Emissivität der Flamme gesteuert werden. Zusätzlich ist es wünschenswert, einen Brenner bereitzustellen, der die NOX-Emissionen eliminiert oder im wesentlichen reduziert, die aus der Verbrennung von Luft bei hohen Temperaturen (z. B. Kerntemperaturen über 2700ºF) resultieren. Das kann durch Verringerung der Luft innerhalb des Flammenkerns bewirkt werden. Deshalb kann NOX durch Steuern und Maximieren der Rate von zu der Außenseite der Flamme geleiteter Luft zu in das Zentrum der Flamme geleiteter Luft für einen beliebigen Gesamtluftinhalt reduziert werden, der in die Verbrennungskammer eingegeben wird.
Der hier beschriebene Brenner kann vorgewärmte Luft oder ein vorgewärmtes Gemisch von Luft und Sauerstoff als oxidierendes Gas einsetzen. Das kann die Wiedergewinnung von Abfallwärme aus dem Prozeß gestatten, um vorgewärmte Luft oder ein vorgewärmtes Gemisch von Luft und Sauerstoff bereitzustellen und kann den Betrieb wirtschaftlicher machen.
Während die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, daß andere Geräte konstruiert werden können, bei denen mehr als zwei unterschiedliche Luft und Sauerstoff enthaltende oxidierende Gase eingesetzt werden können, um die Verbrennungssteuerung des Flammenerzeugers weiter zu verbessern. Es sei auch darauf hingewiesen, daß andere Geräte konstruiert werden können, bei denen eine teilweise Vormischung des Kraftstoffs mit einem Oxidationsmittel oder eine teilweise Mischung der beiden Oxidationsgase außerhalb oder innerhalb des die Flamme erzeugenden Körpers durchgeführt wird.

Claims

1. Ein Verbrennungsverfahren von flüssigem Kohlenwasserstoffkraftstoff in einem wachsenden Kohlenwasserstoffflammenkern, der in einer Verbrennungskammer (9) gebildet wird, um den Verbrauch von Kraftstoff und reinem Sauerstoff bei Heizprozessen zu reduzieren, bei dem

flüssiger Kohlenwasserstoffkraftstoff und zwei unterschiedliche, Sauerstoff enthaltende, oxidierende Gase an die Verbrennungskammer geliefert werden, wobei ein erstes oxidierendes Gas, das eine vorgegebene Sauerstoffkonzentration aufweist, durch mindestens eine Öffnung (17) in eine Wand der Verbrennungskammer auf den Auslaß der Verbrennungskammer gerichtet (7/8) wird und ein zweites oxidierendes Gas, das eine Sauerstoffkonzentration hat, die sich von der des ersten oxidierenden Gases unterscheidet, durch mindestens eine Öffnung (14) in der Wand der Verbrennungskammer in die Verbrennungskammer in einem Strahl geleitet (13) wird, der über einen Flammenkern geleitet wird, der durch das Mischen von Kraftstoff und einem der oxidierenden Gase gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß

der flüssige Kohlenwasserstoffkraftstoff und die beiden unterschiedlichen, Sauerstoff enthaltenden oxidierenden Gase getrennt zu der Verbrennungskammer durch einen flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsblock (2) geleitet (11,7/8,13) werden;

der Kohlenwasserstoffkraftstoff durch mindestens eine Öffnung (11) in der Wand der Verbrennungskammer auf das erste oxidierende Gas geleitet (11) wird, so daß der Kohlenwasserstoffkraftstoff veranlaßt wird, sich mit dem ersten oxidierenden Gas zu vermischen, um die Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer (9) durch die Schaffung eines heißen Flammenkerns zu stabilisieren, der stark leuchtend ist und sich durch die gesamte Verbrennungskammer erstreckt;

das zweite oxidierende Gas auf den Flammenkern geleitet (13) wird und

der Fluß des Kohlenwasserstoffkraftstoffs und der beiden oxidierenden Gase gesteuert (62) wird, um die erforderliche Hitzezugabe, Verbrennungsproduktchemie, Temperatur, Geschwindigkeit und Emissivität hervorzubringen.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste oxidierende Gas in einem Strom entlang der Mittelachse der Verbrennungskammer geleitet wird.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kohlenwasserstoffkraftstoff in der Mitte der Verbrennungskammerwand eingeführt wird.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, bei dem Kohlenwasserstoffkraftstoff in einem Strom entlang der Mittelachse der Verbrennungskammer geleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite oxidierende Gas so geleitet wird, daß es zunächst den Flammenkern von der Kühlung durch Kontakt mit dem flüssigkeitsgekühlten Block (2) vor dem Vermischtwerden mit dem Kohlenwasserstoffkraftstoff isoliert.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Flußsteuerungsschritt folgenden Schritt einschließt:

Steuerung der Rate von Kraftstoff zu dem gesamten, durch die beiden oxidierenden Gase bereitgestellten Sauerstoff, um eine effiziente Verwendung des Kraftstoffs und der oxidierenden Gase zu ermöglichen.

7. Das Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Flußsteuerungsschritt außerdem den Schritt der Steuerung der Rate von Kohlenwasserstoffkraftstoff zu dem in dem ersten oxidierenden Gas enthaltenen Sauerstoff zur Steuerung der Emissivität der Kohlenwasserstoffflamme umfaßt.

8. Das Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Flußsteuerungsschritt außerdem den Schritt der Maximierung der Rate von in dem zweiten oxidierenden Gas enthaltener Luft zu den in dem ersten oxidierenden Gas enthaltener Luft zur Minimierung von NOX-Emissionen durch Reduzierung des Betrages an Stickstoff innerhalb des Kerns der Kohlenwasserstoffflamme umfaßt.

9. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das zweite oxidierende Gas in die Verbrennungskammer durch mindestens eine tangential ausgerichtete Düse (39) eingeführt wird.

10. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das zweite oxidierende Gas in Schritten entlang der Länge der Verbrennungskammer auf den heißen Flammenkern geleitet wird.

11. Das Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem den Schritt des Leitens eines dritten oxidierenden Gases von der Verbrennungskammerauslaßdüse abwärts (44) im Vergleich zur Mittellinie der Verbrennungskammer einschließt, so daß das dritte oxidierende Gas einen unterschiedlichen Bereich des Produktes, das gewärmt wird, oxidieren kann.

12. Ein Brenner für flüssigen Kohlenwasserstoffkraftstoff zur Reduzierung des Verbrauchs von Kraftstoff und reinem Sauerstoff in einem Heizprozeß mit:

einem Verbrennungsblock (2) mit einer Verbrennungskammer (9), Mitteln (11,7/8,13) zur Zufuhr von flüssigem Kohlenwasserstoffkraftstoff und zwei Sauerstoff enthaltenden oxidierenden Gasen zu dem Verbrennungsblock, Mitteln (7/8) zur Leitung des ersten oxidierenden Gases durch mindestens eine Öffnung in der Wand der Verbrennungskammer in Richtung auf die Verbrennungskammerauslaßdüse und Mitteln (13) zum Leiten des zweiten oxidierenden Gases durch mindestens eine Öffnung in der Wand der Verbrennungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß

der flüssige Kohlenwasserstoffkraftstoff und die beiden unterschiedlichen, Sauerstoff enthaltenden oxidierenden Gase getrennt durch den Verbrennungsblock (2) zu der Verbrennungskammer geleitet werden,

der Verbrennungsblock (2) flüssigkeitsgekühlt ist;

die Mittel (11) zum Leiten des Kohlenwasserstoffkraftstoffes in die Verbrennungskammer den Kraftstoff in einem Strom durch mindestens eine Öffnung in der Wand der Verbrennungskammer in Richtung auf das erste oxidierende Gas leiten, so daß der Kohlenwasserstoffkraftstoff veranlaßt wird, sich mit dem ersten oxidierenden Gas zu mischen, um die Verbrennung innerhalb der flüssigkeitsgekühlten Verbrennungskammer durch die Schaffung eines stark leuchtenden, heißen Flammenkerns zu stabilisieren, der sich durch die gesamte Verbrennungskammer erstreckt, und

das zweite oxidierende Gas auf den Flammenkern geleitet (13) wird.

13. Der Brenner nach Anspruch 12, der außerdem flüssigkeitsgekühlte Auslaßmittel an dem Verbrennungsblock zur Bewirkung eines Endflammenmusters durch Auslassen der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer umfaßt.

14. Der Brenner nach Anspruch 12, bei dem die Mittel zum Leiten des zweiten oxidierenden Gases das zweite oxidierende Gas so leiten, daß der Flammenkern durch das Gas von einer Kühlung durch Kontakt mit dem flüssigkeitsgekühlten Verbrennungsblock vor der Vermischung mit dem Kohlenwasserstoffkraftstoff isoliert wird.

15. Der Brenner nach Anspruch 12, der außerdem Mittel (62) zur Steuerung der Oxidierfähigkeit des Endflammenmusters, der Temperatur, der Leuchterscheinung und Schnelligkeit durch Steuern der Verteilung und der Verhältnisse des Betrages an Gesamtsauerstoff umfaßt, der durch die ersten und zweiten oxidierenden, Sauerstoff und Luft enthaltenden Gase eingeführt wird.

16. Der Brenner nach Anspruch 12, bei dem die Mittel zur Leitung des zweiten oxidierenden Gases Mittel (39) zur Bereitstellung mindestens eines tangential ausgerichteten Strahles umfassen.

17. Der Brenner nach Anspruch 12, bei dem die Mittel zur Leitung des zweiten oxidierenden Gases das Gas in Schritten entlang der Länge der Verbrennungskammer auf den heißen Flammenkern leiten.

18. Der Brenner nach Anspruch 12, bei dem die Mittel zur Leitung des ersten oxidierenden Gases Mittel zur Einführung des ersten oxidierenden Gases in einem Überschallstrahl einschließen.

19. Der Brenner nach Anspruch 12, der außerdem Mittel (44) zur Leitung eines dritten oxidierenden Gases von der Verbrennungskammerauslaßdüse abwärts im Vergleich zur Mittellinie der Verbrennungskammer umfaßt, so daß das dritte oxidierende Gas einen unterschiedlichen Bereich des Produktes, das erwärmt wird, oxidiert.

20. Der Brenner nach Anspruch 12, bei dem die Öffnung der Mittel zur Leitung des ersten oxidierenden Gases sich im Zentrum der Verbrennungskammerwand befindet.

21. Der Brenner nach Anspruch 12, bei dem die Öffnung der Mittel zur Leitung des Kohlenwasserstoffkraftstoffs sich in der Mitte der Verbrennungskammerwand befindet.