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Verfahren und Brenner zur Verbrennung gasförmiger, flüssiger oder
staubförmiger Brennstoffe, insbesondere zur Beheizung von Zementdrehrohröfen Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verbrennungsverfahren für gasförmige, flüssige
oder pulverförmige Brennstoffe, insbesondere in Anwendung auf Zementdrehrohröfen,
sowie eine Düse zur Ausführung dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, daß es in Drehrohröfen darauf ankommt, daß die Zone
der höchsten Flammentemperatur sich in einem gewissen Abstand von dem unteren Ofenende
befindet, um die Wärmeverluste am Ofenauslauf möglichst gering zu halten.
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Zweckmäßig ist es ferner, den heißesten Teil der Flamme in unmittelbare
Berührung mit dem Gut zu bringen, damit das Temperaturgefälle zwischen Flamme und
Gut und damit der Wärmeübergang von einem Mittel auf das andere groß wird. Man kommt
damit zur Forderung einer kurzen Flamme und dementsprechend kurzen Sinterzone.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dient das der Erfindung zugrunde liegende
Verfahren. Bei diesem wird die zur Verbrennung erforderliche Luft durch eine Düse
zugeführt, welche die Zuleitung des Brennstoffes umgibt und die Luft in gleicher
Richtung parallel zu dem Brennstoff ausstößt. Erfindungsgemäß wird der Brennstoff
oder das Brennstoff-Erstluftgemisch in den Ofen mit einem Druck eingeführt, welcher
oberhalb des üblichen Druckes von 175 bis zoo mm Wassersäule liegt, und zwar
in der Absicht, ihm eine beträchtliche Geschwindigkeit am Brenneraustritt zu vermitteln,
so daß der Brennstoff oder das Brennstoff-Erstluftgemisch in Gestalt eines ringförmigen
Streifens in den Ofen eingeführt wird.
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Es ist wohl bekannt, Brennstoff oder Brennstoff-Erstluftgemische mit
einer höheren Pressung als aoo mm Wassersäule in den Ofen einzuführen, zu dem Zweck,
die Flamme oder den Entflammungspunkt weiter nach dem Ofeninneren zu verlegen. Dabei
wurde jedoch gleichzeitig die Flamme in der Zone der höchsten Temperatur in die
Länge gestreckt und die höchste Temperaturzone nach der Spitze der Flamme zu verlegt.
Es ist andererseits ebenso wohlbekannt, den Brennstoff oder das Brennstoff-Erstluftgemisch
in Gestalt ringförmiger Streifen in den Ofen einzuführen. Auch die Bildung einer
kurzen Flamme in unmittelbarer Nachbarschaft der Düse ist bekannt.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird jedoch gleichzeitig der
Entflammungspunkt- weiter in das Ofeninnere verlegt und trotzdem eine kurze, den
ganzen Ofenquerschnitt ausfüllende Flamme erzeugt. Hinzukommt,
daß
die höchste Temperatur an der äußeren Oberfläche der Flammengarbe auftritt.
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Versuche haben ergeben, daß bei Zementdrehrohröfen eine beträchtliche
Brennstoffersparnis, bezogen auf die Tonne erzeugten Zements, erzielt wird.
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Der für -die Ausführung des vorbeschriebenen Verfahrens erforderliche
Brenner besitzt ein Kernrohr, das über die Brennstoffdüse hinausragt und außen um
diese in einigem Abstand herumgelegt einen Mantel, der die angesaugte Zweitluft
parallel zum Brennstoffstrahl führt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Brenners nach vorliegender Erfindung ist
in der Zeichnung veranschaulicht.
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Es stellen dar: Abb. i den Brenner im Längsschnitt, Abb. z einen Querschnitt
nach B-B der Abb. i, Abb. 3 das Ofenende mit eingebautem Brenner. Hier ist auch
die Form der erzeugten Flamme zu erkennen.
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Abb. q. stellt schematisch die Flamme dar, die mit den bisher üblichen
Düsen erhalten wird, welche einen vollen Strahl erzeugen.
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Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der gesamte Brennstoff,
gegebenenfalls zusammen mit der Erstluft, in eine . zylindrische Leitung i eingeführt,
welche die Düse mit einem nicht dargestellten, mit sehr hohem Druck blasenden Gebläse
verbindet. Die Düsenrichtung kann durch eine Schrägflanschv erbindung z geregelt
werden.
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Das sich an die Zuführungsleitung anschließende Brennerrohr 3 umschließt
ein Kernrohr 8, das ein Stück über die bei s liegende Brennerrohrmündung hinausragt.
Durch Stege g ist das Kernrohr mit dem Brennerrohr verbunden. Um da-ts hinausragende
Ende des Kernrohrs ist in einigem Abstand ein Blechmantel ro gelegt, der nach rückwärts
auch noch das vordere Ende des Brennerrohrs umschließt. Durch den Stutzen 13 kann
zusätzlich Luft in das Kernrohr geleitet werden. Die Formgebung der Rohre ist die
bei Düsen übliche, so daß Druckverluste nach Möglichkeit vermieden werden. Die Düse
wirkt wie folgt: Das Gemisch aus Brennstoff und Erstluft gelangt in das Brennerrohr
3 und strömt bei s in einem dünnen zylindrischen Strahl aus. Der Strahl strömt zunächst
entlang der zylindrischen Wandung B.
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Die zur vollkommenen Verbrennung des mit Erstluft vermischten Brennstoffes
erforderliche Zweitluft wird bei i i in den Blechmantel ro eingesaugt. Die Zweitluft
kann kalt oder warm sein, insbesondere kann sie im Kühler des Ofens vorgewärmt sein.
Infolge der hohen Brennstoffgeschwindigkeit und der Führung durch die Rohre 8 und
ro tritt zunächst keine Vermischung von Brennstoff und Luft ein, vielmehr wird die
Luft von dem Brennstoffstrahl weit in das Ofeninnere mitgerissen. Erst dort findet
die Durcheinanderwirbelung der beiden Mittel und damit die Verbrennung statt. Diese
erfolgt dann allerdings ziemlich schnell, da sowohl Brennstoff wie Luft in. dünnen
Schichten sich einander darbieten.
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Die Flamme erhält so eine flaschenhalsähnliche Gestalt, wie in Abb.
3 dargestellt ist. Man kann in ihr folgende Zonen unterscheiden: a) in der Mitte
einen Luftzylinder 14, wenn Luft bei 13 eingelassen wird, im entgegengesetzten
Fall aber einen Raum, in dem kaum irgendeine Gasbewegung stattfindet; b) am Umfang
des Zylinders 1q. eine zylindrische, dünnwandige,- aus Brennstoff und Erstluft zusammengesetzte
Schicht 15; - -c) eine zylinderförmige Schicht 16 aus Zweitluft, die kalt oder heiß
ist, gleichachsig mit der Düse verläuft und die Außenzone des durch die letztere
eingeführten Brennstoffstromes bildet.
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Bei Verwendung einer derartigen Düse erfolgt die Verbrennung in nachstehender
Weise: der Luftzylinder 16 erwärmt sich infolge der Strahlung der Ofenwände und
dehnt sich aus, sobald er in die eine erhöhte Temperatur aufweisende Ofenzone dringt,
und zwar um so mehr, je weiter der Strahl von der Düse sich entfernt; es bildet
sich solcherart um die Schicht 15 eine Hülle der die Verbrennung unterhaltenden,
sehr heißen Luft, welche demnach der Verbrennung des erwähnten Gemisches aus Brennstoff
und Erstluft und zur Ausbreitung der Flamme nach außen sehr förderlich ist.
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Ist die Luftschicht 16 erhitzt, so erfährt der gasförmige, aus der
Mischung des Brennstoffes mit der Erstluft bestehende Zylinder 15 seinerseits
eine Erhitzung seines äußeren Teiles, welcher sich in einem gewissen Abstande von
der Düse entzündet. Die Verbrennung pflanzt sich quer durch die Masse fort und teilt
sich in kurzer Zeit der ganzen Mischung mit, da die Dicke der ga.-förmigen Schicht
gering ist und die Oberfläche, welche Wärme durch Strahlung aus der Umgebung empfängt,
beträchtlich ist. -Gegen innen zu hingegen behält der mittlere Luftzylinder 1q.
eine niedrigere Temperatur bei, bis zum Augenblick der vollständigen Verbrennung
der Gasmasse; da die Temperatur dieser Luft niedriger ist, so ist sie tatsächlich
der Ausbreitung der Flamme nach innen nicht günstig; andererseits wird durch die
Ausdehnung dieser Luft bei Berührung
mit den entzündeten Gasen
die mit Brennstoff geladene Gasmasse und demnach die Verbrennungszone von der Düsenachse
entfernt.
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So erhält man eine birnenförmige Flamme ohne axiale Spitze sehr hoher
Temperatur insbesondere am Umfang, während bei einer bisher üblichen Mischdüse mit
vollem Strahl die Flamme die in Abb. q. angedeutete Form mit drei Abschnitten aufweist,
und zwar: einem inneren Abschnitt i g ohne Flamme, in dem eine nichtbrennende Mischung
von Luft und Brennstoff vorhanden ist, da die Wirkung der Außenstrahlung nicht genügt,
um sie derart zu erhitzen, daß sie entzündet wird; eine Zone 2o, in der die Verbrennung
durch Berührung von außen gegen die Flammenachse zu fortschreitend, unvollkommen
und langsam vor sich geht; eine Zone 21 an der Spitze und am Umfang, in der die
Masse in einer eine hohe Temperatur aufweisenden Umgebung ihre Verbrennung vervollständigt.
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In der Düse gemäß der Erfindung ist der Durchmesser der Flamme regelbar.
Die Flamme kann nämlich verkürzt und im Durchmesser erweitert werden, und zwar um
so mehr, je größer die Menge der bei i i eintretenden Zweitluft und je höher ihre
Temperatur ist. Diese Regelung wird insbesondere durch den kegelstumpfförmigen Fortsatz
1a ermöglicht, durch dessen Verstellung der Einlaßquerschnitt i i veränderbar ist.
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Die üblichen einfachen Rohrdüsen oder Brenner können leicht in einen
Brenner gemäß der Erfindung umgebaut werden.