DE10037841A1 - Verfahren und Brenner zum Beheizen eines Industrieofens - Google Patents

Abstract

Dem Industrieofen wird ein gasförmiger Brennstoff in zwei Teilströmen zugeführt, von denen der eine unter einem höheren Druck steht als der andere. Zur Bildung einer ersten Flamme wird ein Sauerstoffträgergas dem unter niedrigerem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs zugeführt. Der unter höherem Druck stehende Teilstrom des Brennstoffs wird derart in den Ofenraum des Industrieofens eingeführt, daß er eine von der ersten Flamme gezündete zweite Flamme bildet, die sich weiter als die erste Flamme in den Ofenraum hineinerstreckt. Auf diese Weise sind Flammen von 5 m und mehr erzielbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Brenner zum Beheizen eines Ofenraums eines Industrieofens, wobei dem Industrieofen ein gasförmiger Brennstoff und ein Sauerstoff­ trägergas, vorzugsweise Luft, zugeführt werden.

Die Verbrennung von gasförmigen Brennstoffen, insbeson­ dere von Erdgas, ist schadstoffarm und daher aus Gründen des Umweltschutzes sehr günstig. Auch läßt sich eine optimale Verbrennung bei maximaler Energieausbeute erzielen.

Aus Gründen hochwertiger Produktqualität ist man bestrebt, eine optimale, d. h. eine definierte gleichbleiben­ de, ggf. gleichmäßige Temperatur- und Wärmeverteilung im Ofenraum zu gewährleisten. Aufgabe der Erfindung ist es, hierfür eine besonders vorteilhafte Möglichkeit zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Ver­ fahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,

• - daß der gasförmige Brennstoff in zwei Teilströme un­ terteilt wird, von denen der eine unter einem höheren Druck steht als der andere,
• - daß das Sauerstoffträgergas dem unter niedrigerem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs zugeführt wird und mit diesem eine erste Flamme bildet und
• - daß der unter höherem Druck stehende Teilstrom derart in den Ofenraum des Industrieofens eingeführt wird, daß er eine von der ersten Flamme gezündete zweite Flamme bildet, die sich weiter als die erste Flamme in den Ofenraum hinein­ erstreckt.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Bildung von zwei unabhängig voneinander steuerbaren Flammen eine Anpassung der Beheizung an unterschiedlichste Ofenraumgeometrien und Geometrien des Einsatzgutes gestat­ ten. Die Variabilität der Ofenraumbeheizung ist also nahezu unbegrenzt und gestattet auch eine Anpassung an sich ändern­ de Verhältnisse. Vor allen Dingen lassen sich Flammenlängen von 5 m und mehr erzielen. Bei Hochgeschwindigkeitsbrennern zum Beispiel ist die Reichweite auf 3 bis 4 m begrenzt.

Ein wesentliches Einsatzgebiet der Erfindung ist die Deckenbeheizung von Trocken- und Brennöfen für keramisches Einsatzgut. Die Ofenräume sind relativ hoch und können eine Höhe von ca. 5 m erreichen, um große Mengen von Brenngut aufzunehmen.

Vor allen Dingen in unterentwickelten Regionen hat man derartige Öfen mit Öl beheizt; das man von der Decke herab­ tropfen ließ. Damit war bereits eine Verbesserung gegenüber festen Brennstoffen erzielt, die lediglich in den Ofen ein­ geworfen wurden. Das herabtropfende Öl erwärmte sich und verdampfte, bevor es sich entzündete. Durch jahrzehntelange Anpassung des Ortes der Brennstoffzugabe sowie der jeweili­ gen Brennstoffmenge an Produkt, Besatz und Strömungsverhält­ nisse im Ofenraum erreichte man eine gewisse Optimierung der Temperaturverteilung.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, die Ölbeheizung auf Gasbeheizung umzustellen und damit auf eine schadstof­ färmere Verbrennung überzugehen. Gleichzeitig wird eine Ver­ besserung der Produktqualität erzielt, da die Wärmevertei­ lung im Ofenraum optimal an die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden kann. Selbst die Bodenbereiche des Ofenraums werden zuverlässig beheizt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der unter höherem Druck stehende Teilstrom des Brennstoffs stromab derjenigen Stelle in den Ofenraum des Industrieofens eingeleitet wird, an der sich aus dem Sauerstoffträgergas und dem unter niedrigerem Druck stehenden Teilstrom die erste Flamme bildet. Die zweite Flamme stellt also eine in den Ofenraum vordringende Fortsetzung und Verlängerung der ersten Flamme dar. Der Abstand zwischen den beiden Flammen darf allerdings nicht zu groß werden, da sonst ein zuverläs­ siges Überzünden nicht gewährleistet werden kann.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal werden die beiden Teilströme des Brennstoffs parallel zueinander, vor­ zugsweise koaxial dem Industrieofen zugeführt. Dabei können die beiden Flammen nebeneinander gebildet werden, allerdings wiederum unter Einhaltung des Zündabstandes. Bei koaxialer Ausbildung der Flammen besteht auch die Möglichkeit, daß die zweite Flamme die erste Flamme durchdringt.

Die Konfiguration der beiden Flammen läßt sich über den Druck der beiden Teilströme des Brennstoffs variieren. Als günstig hat es sich erwiesen, daß der eine Teilstrom des Brennstoffs unter einem Druck von 1 bis 80 mbar und der andere Teilstrom unter einem Druck von mehr als 200 mbar steht.

Die Luftzahl, bezogen auf den gesamten Durchsatz des gasförmigen Brennstoffs, wird vorzugsweise auf unter 1 ein­ gestellt. Zur vollständigen Verbrennung wird also auf den im Ofenraum befindlichen Sauerstoff zugegriffen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Luftzahl, bezogen auf den unter niedrigerem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs, auf höchstens 1 einzustellen. Die zweite Flamme arbeitet also ausschließlich mit dem im Ofenraum befindlichen Sauerstoff.

In Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschla­ gen, daß das Sauerstoffträgergas dem unter niedrigem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs mündungsmischend zuge­ führt wird.

Der Anteil des unter niedrigerem Druck stehenden Teil­ stroms beträgt vorteilhafterweise höchstens 80% des gesam­ ten Brennstoffs. Mindestens 20% des Brennstoffs stehen also der zweiten Flamme zur Verfügung.

Die Zündung und Überwachung der Verbrennung beschränkt sich vorzugsweise auf die erste Flamme, die ja ihrerseits die Zündung der zweiten Flamme übernimmt.

Der Brenner nach der Erfindung ist zur Lösung der gestellten Aufgabe versehen mit

• - einem Gehäuse,
• - einem in dem Gehäuse angeordneten Brennerkopf,
• - einer stromauf des Brennerkopfes vom Gehäuse gebilde­ ten Luftleitung,
• - einer zum Brennerkopf führenden Gasleitung, die auf der Höhe des Brennerkopfes mit Gasdüsen versehen ist,
• - einer in der Gasleitung stromauf der Gasdüsen vorgese­ henen Drosselstelle und
• - einer Gaslanze, die stromauf der Drosselstelle mit der Gasleitung verbunden ist und sich durch den Brennerkopf hin­ durch mindestens bis auf die Höhe der Gasdüsen erstreckt.

Durch das Zusammenwirken der Drosselstelle und der Gas­ lanze wird dafür gesorgt, daß der aus der Gaslanze austre­ tende Teilstrom des Brennstoffs unter einem höheren Druck steht als der aus den Gasdüsen austretende Teilstrom. Dem­ entsprechend erzeugen die Gasdüsen eine kurze Flamme, wäh­ rend aus der Gaslanze eine lange Flamme austritt. Die Flam­ men bilden sich koaxial zueinander, wobei der Abstand der Gaslanzenmündung den Grad der Einbettung der zweiten Flamme in der ersten Flamme bestimmt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Gehäuse stromab des Brennerkopfes eine Brennkammer bil­ det und daß sich die Gaslanze mindestens bis zum Austritts­ ende der Brennkammer erstreckt.

Vorzugsweise ist der Brennerkopf mit einer Zünd- und Flammenüberwachungseinrichtung versehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch den vorderen Teil eines erfindungsgemäßen Brenners.

Der Brenner nach Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf, welches einen Brennerkopf 2 enthält. Stromauf des Brennerkopfes 2 bildet das Gehäuse 1 eine Luftleitung 3.

Zum Brennerkopf 2 führt eine Gasleitung 4, die auf der Höhe des Brennerkopfes Gasdüsen 5 bildet. Stromauf der Gas­ düsen 5 ist in der Gasleitung 4 eine Drosselstelle 6 vorge­ sehen.

Eine Gaslanze 7 steht mit der Gasleitung 4 in Verbin­ dung, und zwar stromauf der Drosselstelle 6. Die Gaslanze 7 erstreckt sich durch den Brennerkopf 2 hindurch und mündet stromab der Mündung einer Brennkammer 8, die von dem Gehäuse 1 stromab des Brennerkopfes 2 gebildet wird.

Im Betrieb gelangen Luft und Gas zum Brennerkopf 2, und zwar durch die Luftleitung 3 bzw. durch die Gasleitung 4. Dabei erzeugen die Gasdüsen 5 in der Brennkammer 8 eine erste Flamme. Eine zweite Flamme wird an der Mündung der Gaslanze 7 gebildet. Aufgrund der Drosselstelle 6 steht das zu den Gasdüsen 5 strömende Gas unter einem geringeren Druck als das aus der Gaslanze 7 austretende Gas. Die aus der Gas­ lanze 7 austretende zweite Flamme bildet also eine Verlänge­ rung der aus den Gasdüsen 5 austretenden ersten Flamme.

Eine nicht dargestellte Einrichtung sorgt für die Zün­ dung und Flammenüberwachung der aus den Gasdüsen 5 austre­ tenden ersten Flamme. Diese wiederum sorgt für die Zündung der aus der Gaslanze 7 austretenden zweiten Flamme. Der Abstand, um den die Gaslanze 7 aus der Mündung der Brennkam­ mer 8 vorsteht, wird so gewählt, daß ein zuverlässiges Über­ zünden gewährleistet ist.

Der Brenner läßt sich an unterschiedliche Gegebenheiten anpassen, und zwar zum einen über die Drosselstelle 6, die das Druckverhältnis der beiden Teilströme des Gases be­ stimmt, und zum anderen über die Länge und den Durchmesser der Gaslanze 7.

Im übrigen sind im Rahmen der Erfindung wesentliche Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann ein verstellbarer Gasteiler vorgesehen sein, der während des Betriebes eine Änderung des Druckverhältnisses zwischen den beiden Teil­ strömen des Gases ermöglicht. Auch kann die Gaslanze in Axialrichtung verschiebbar sein. Ferner kann dafür gesorgt werden, daß sich das Mengenverhältnis zwischen den beiden Teilströmen des Gases verändern läßt. Die Brennkammer ist in Fig. 1 lediglich schematisch angedeutet. Sie kann unter­ schiedlich geformt sein, und zwar sowohl bezüglich ihrer Länge als auch bezüglich ihres Durchmessers. Durchmesserän­ derungen über der Länge sind ebenfalls denkbar.

Der Begriff des gasförmigen Brennstoffs ist im vorlie­ genden Falle weit auszulegen. Die Erfindung läßt sich auch mit dampfförmigem und ggf. sogar mit staubförmigem Brenn­ stoff realisieren. Als Sauerstoffträgergas kommt vorzugs­ weise Luft in Frage. Ein Betrieb mit Sauerstoff ist glei­ chermaßen möglich, ferner auch ein Betrieb mit Luft, die mit Sauerstoff angereichert ist.

Claims (12)

1. Verfahren zum Beheizen eines Ofenraums eines Indu­ strieofens, wobei dem Industrieofen ein gasförmiger Brenn­ stoff und ein Sauerstoffträgergas zugeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß der gasförmige Brennstoff in zwei Teilströme unterteilt wird, von denen der eine unter einem höheren Druck steht als der andere,
daß das Sauerstoffträgergas dem unter niedrigerem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs zugeführt wird und mit diesem eine erste Flamme bildet, und
daß der unter höherem Druck stehende Teilstrom derart in den Ofenraum des Industrieofens eingeführt wird, daß er eine von der ersten Flamme gezündete zweite Flamme bildet, die sich weiter als die erste Flamme in den Ofenraum hineinerstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter höherem Druck stehende Teilstrom des Brenn­ stoffs stromab derjenigen Stelle in den Ofenraum des Indu­ strieofens eingeführt wird, an der sich aus dem Sauerstoff­ trägergas und dem unter niedrigerem Druck stehenden Teil­ srrom die erste Flamme bildet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Teilströme des Brennstoffs parallel zueinander, vorzugsweise koaxial dem Industrieofen zugeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teilstrom des Brennstoffs unter einem Druck von 1 bis 80 mbar und der andere Teilstrom unter einem Druck von mehr als 200 mbar steht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl, bezogen auf den Gesamt­ durchsatz des gasförmigen Brennstoffs auf unter 1 einge­ stellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzahl, bezogen auf den unter niedrigerem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs, auf höchstens 1 einge­ stellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffträgergas dem unter nied­ rigerem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs mündungs­ mischend zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des unter niedrigerem Druck stehenden Teilstroms höchstens 80% des gesamten Brennstoffs ausmacht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Sauerstoffträgergas und dem unter niedrigerem Druck stehenden Teilstrom des Brennstoffs gebildete erste Flamme gezündet und überwacht wird.

10. Brenner zum Beheizen des Ofenraums eines Industrie­ ofens mit
einem Gehäuse (1),
einem in dem Gehäuse (1) angeordneten Brennerkopf (2),
einer stromauf des Brennerkopfes (2) vom Gehäuse (1) gebildeten Luftleitung (3),
einer zum Brennerkopf (2) führenden Gasleitung (4), die auf der Höhe des Brennerkopfes (2) mit Gasdüsen (S) ver­ sehen ist,
einer in der Gasleitung (4) stromauf der Gasdüsen (5) vorgesehenen Drosselstelle (6) und
einer Gaslanze (7), die stromauf der Drosselstelle (6) mit der Gasleitung (4) verbunden ist und sich durch den Brennerkopf (2) hindurch mindestens bis auf die Höhe der Gasdüsen (5) erstreckt.

11. Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) stromab des Brennerkopfes (2) eine Brennkammer (8) bildet und daß sich die Gaslanze (7) minde­ stens bis zum Austrittsende der Brennkammer (8) erstreckt.

12. Brenner nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brennerkopf (2) mit einer Zünd- und Flam­ menüberwachungseinrichtung versehen ist.