DE2013145C3 - Brennerlanze - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennerlanze mit einem Brennereinsatz, der Leitungen für flüssigen Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff enthält, und einem den Brennereinsatz umgebenden, aus konzentrischen Rohren bestehenden Kühlmantel.

Bei solchen Brennerlanzen wird der flüssige Brennstoff und der Sauerstoff durch das Leitungssystem des Einsatzes getrennt voneinander gefördert. Die Mischung des Brennstoffes und Sauerstoffes muß außerhalb der Lanze erfolgen, um Explosionen auszuschalten. Brennerlanzen der genannten Art werden bei metallurgischen Öfen, insbesondere bei Siemens-Martin-Öfen und Sauerstoffaufblaskonvertern zum Aufheizen bzw. Einschmelzen eines festen, metallischen Einsatzes verwendet Brennerlanzen sind mechanisch und thermisch sehr stark beansprucht Bei einem Schmelzengewicht von z. B. 3001 und einem Durchsatz von bis zu etwa 500 kg Schweröl/min, und 1000 Nm¹ reinem Sauerstoff/min, kann die Längserstreckung u'ieser Lanzen bis zu 20 m und ihr Durchmesser bis zu 500 mm betragen.

Brennerlanzen müssen beweglich, z. B. vertikal verschiebbar sein, sie müssen strengen Sicherheitsbestimmungen genügen. Es ist erforderlich, zwischen der Zuführleitung für den flüssigen Brennstoff und der Zufuhrleitung für den Sauerstoff ein Rohr vorzusehen, so daß im Falle eines Lecks in der Ölleitung keine unmittelbare Mischung mit dem Sauerstoff mögüch ist und Explosionsgefahr vermieden wird. Da die Brennerlanzen meistens nur intermittierend betrieben werden, besteht ein weiteres Erfordernis darin, eine rasche Betriebsbereitschaft und ein rasches Abschalten sicherzustellen. Alle bisher bekanntgewordenen Brennerlanzenkonstruktionen weisen den Nachteil auf, daß vor der Inbetriebnahme eine Vorwärmung des Heizöles erforderlich ist und es mehrere Minuten dauert, bis der Brenner zündet weif die Leitungslänge von den Schiebern über die Schläuche zur Lanze und durch die Rohrleitungen in der Lanze selbst verhältnismäßig groß ist Derselbe Nachteil wirkt sich auch beim Abschalten aus und es kommt zu einem unerwünschten langen Nachlauf des Heizöles. Mit diesen Erscheinungen ist außer dem Auftreten schwarzer Qualmwolken auch eine Produktionsunterbrechung verbunden. Mit Schweröl betriebene Brenner neigen auch zum Verstopfen und Verkracken der Düsenstücke; es ist daher notwendig, während der Betriebspausen die Düsens'.ükke und die Leitungen ausblasen zn können, was bei den bisher bekannten Brennerlanzen sch*, irrig durchzuführen und zeitraubend ist. Weiter muß gewährleistet sein, daß auch bei Betriebsstörungen — z. B. bei Stromausfall ein selbsttätiges Schließen der Ölzufuhr bzw. Unterbrechen des ölausflusses aus der Düse sichergestellt ist.

Die bisher verwendeten Brennerlanzen haben diesen Anforderungen nicht entsprochen. Man hat versucht, im Bereich der Düsenspitze ein Kugelventil in der Ölzufuhrleitung einzubauen, doch ist dieses bei Verwendung von Schweröl völlig unbefriedigend. Es ist auch für dünnflüssige Brennstoffe nicht verwendbar, weil ein dichter Abschluß nicht erreicht werden kann. Rückstände und Verunreinigungen im öl lagern sich am Kugelkörper und am Ventilsitz ab und die Brennerlanze muß immer wieder ausgebaut und gereinigt werden.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und hat zum Ziel, eine betriebssichere und strengen Sicherheitsbestimmungen genügende Brennerlanze für flüssige Brennstoffe, insbesondere Schweröl, und sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff zu schaffen, wobei Brennstoff und Sauerstoff getrennt voneinander zur Düsenspitze geführt und außerhalb gemischt und verbrannt werden.

Dieses Ziel wird bei einer Brennerlanze der eingangs definierten Art dadurch erreicht, daß der Brennereinsatz nahe der Mündung der Lanze einen Steuerblock aufweist, der die Leitungen des Brennereinsatzes umsteuerbar verbindet, und daß alle Leitungen des Brennereinsatzes in ein Dampfrohr eingeschlossen sind, wobei zwischen dem Brennereinsatz und dem Kühlwas-

sermantel ein ringförmiger Kanal für die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases gebildet ist.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Steuerblockes weist dieser mindestens einen Umsteuerschjeber für flüssige Brennstoffe und ein Spülgas, z. B, Preßluft, sowie mehrere Bohrungen für flüssige Brennstoffe, Spülgas, sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff und Kühlwasser auf.

Der Umsteuerschieber kann pneumatisch oder hydraulisch betätigbar sein. ι u

Vorzugsweise weist der Schieberkolben eine Drosselbohrung auf, durch die bei Störungsfällen das Steuermedium entweichen kann, so daß die Rückstellfeder den Schieberkolben bewegt und die Brennstoffzufuhr automatisch schließt

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist innerhalb des beheizten Dampfrohres eine Rücklaufleitung für Dampf und Kondensatwasser vorgesehen, deren unteres Ende in eine im Steuerblock befindliche Sackbohrung hineinreicht. Auf 2n diese Weise wird das Kondensatwasser fortlaufend abgeführt. Dadurch ist der obere Teil des Steuerblockes in Kontakt mit dem Dampf und wird ebenso wie die Leitungen im Einsatz, durch den Dampf beheizt.

Das Düsenstück an der Spitze der Lanze ist zweckmäßig lösbar mit dem Steuerblock verbunden. Dieses Düsenstück kann wassergekühlt sein und einen getrennten Wasserzu- und -ablauf mit einem Umlenkstück aufweisen.

Die Erfindung wird an zwei Ausführungsbeispielen in m der Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 ist ein Vertikalschnitt durch den unteren Teil einer erfindungsgemäßen Brennerlanze, F i g. 2 ein Horizontalschnitt nach der Linie H-II der Fig. 1 und Fig.3 ein Vertikalschnitt nach der Linie 1ΙΙ-ΠΙ der J5 F i g. 2. Die F i g. 4,5,6 sind analoge Darstellungen einer anderen Ausführungsform; Fig.5 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie V-V der Fig.4 und Fig.6 ein Vertikalschr ^;tt nach der Linie VI-VI der F i g. 5.

Der Brennereinsatz 1 (F i g. 1) bzw. 1' (F i g. 4) ist von einem Kühlmantel 2 bzw. 2' umgeben und mit diesem durch Bajonettverschlüsse 40 lösbar verbunden. Zwischen dem Brennereinsatz und dem Kühlmantel wird ein ringförmiger Kanal 8 für die Zufuhr des Sauerstoffes gebildet.

Der Kühlmantel 2,2' besteht aus dem Kühlwasser-Innenrohr 4, dem Kühlwasser-Außenrohr 5, welche durch die Düsenspitze 3 bzw. 3' miteinander verbunden sind, und einem Kühlwasser Zwischenrohr 6 mit einem Umlenkteil 7 für die Wasserführung.

Der Brei.nereinsatz 1,V umfaßt ein Dampfrohr 9, das am unteren Ende mit einem Steuerblock bzw. Steuerventil 10,10' fest verbunden ist und eine Anzahl von Leitungen, fm Steuerblock 10, 10' ist ein Umsteuerschieber 11 vorgesehen, der die Leitungen für Heizöl und ein Spülmedium, z. B. Druckluft oder Dampf, miteinander verbindet. Der Schieberkolben 12 ist einseitig von oben mit Druckluft oder Druckwasser beaufschlagt und wird durc!¹ eine vorgespannte Rückstellfeder 20 nach Aufhebung des Druckes bzw. mi Entlastung der Zufuhrleitung 27 für das Steuermedium in die in F i g. I dargestellte Ausgangslage bewegt. Der Schieberkolben 12 besitzt drei Dichtflächen 13, 14, 15, die mit der Scfveberhülse 16 zusammenwirken. Die Schieberhülse ist mit dem Zylinder 17 verbunden, ίί welcher eine Verschraulrang 18 mit einer Bohrung 19 für die Zufuhr des Steuermediums aufweist. Am unteren Ende ist im Schieberkolben 12 eine Drosselbohrung 21 vorhanden, durch die in Störungsfällen — wenn z, B. bei Stromausfall die Elektromagnetventile für die Entlastung der Steuerleitung 27 nicht betätigt werden können — das Steuermedium über die Bohrung 29 (F i g. 3) und die Entlastungsleitung 28 entweichen kann, so daß die Rückstellfeder 20 den Schieberkolben 12 betätigt, wodurch automatisch der Brennstoffaustritt gesperrt wird.

Innerhalb des Rohres 9, durch welches Heizdampf für das Warmhalten der ölzufuhrleitung 22 und des Umsteuerschiebers 11 bis zur Oberfläche des Steuerblockes 10,10' herangeführt wird, sind Leitungen 25 für die Zufuhr der Spülluft oder des Spüldampfes, Leitungen 32, 33 für die Kühlwasserzufuhr zum Düsenstück 36 und eine Dampfrücklaufleitung 30 für Dampf und Kondensatwasser angeordnet und mit dem Steuerblock 10 bzw. 10' verbunden. Das untere Ende der Leitung 30 ragt in eine Sackbohrung 31 hinein, so daß das Kondensatwasser ständig abgeführt werden kann und eine gute Wärmeübertragung im Bereich des Steuerblockes 10,10' aufrecht erhalten wird.

Im Steuerblock 10, 10' befinden sich den oben angeführten Leitungen entsprechende Bohrungen 23 für die ölzufuhr, Bohrungen 24, 24' für den öl- bzw. Spülmediumauslaß, Bohrungen 26 für die Zufuhr des Spülmediums und Bohrungen 34, 35 für den Wasserzu- und -ablauf. Am unteren Ende des Steuerblockes 10 Lst ein Düsenstück 36 eingeschraubt, welches in der Mitte ein Drallstück 38 und eine Austrittsöffnung 37 für öl bzw. Spülmedium aufweist. In der Verbindung mit der Düsenspitze 3 bildet das Düsenstück 36 einen ringförmigen Austrittskanal 47 für den Sauerstoff, dessen Ausströmrichtung in den Fi g. 1 und 4 mit Pfeilen dargestellt ist Bei der Aus/ührungsform nach F i g. 1 ist das Düsenstück 36 wassergekühlt; das Kühlwasser-Umlenkstück ist mit 39 bezeichnet. Bei der Ausführungsform nach Fig.4 sind zwei Düsenstücke 43, 44 vorgesehen, zwischen denen ein ringförmiger Austrittskanal 46 für öl bzw. das Spülmedium gebildet wird. Bei dieser Düse tritt der Sauerstoff außen aus dem Ringkanal 8 durch Schlitze 45, deren Achsen sich mit der Brennerlanzenachse kreuzen, und innen durch die Bohrung 42 aus; der Sauerstoff wird also in zwei getrennten Leitungen bis zur Düsenspitze 3' geführt. Die Zufuhrleitung für den Innensauerstoff ist mit 41 bezeichnet.

Selbstverständlich sind noch weitere Ausführungsformen möglich. Man kann z. B. grundsätzlich auch die Düsenstücke 43 und/oder 44 (F i g. 4) wasserkühlen oder auch bei der Düse (Fig. 1) eine Innensauerstoffzufuhr zusätzlich vorsehen.

In den Betriebspausen befindet sich der Schieberkolben i2 in der in F i g. 1 gezeichneten Ausgangsposition, d. h. durch die Dichtflächen 13,14 ist die Ölzufuhr durch die Bohrung 23 unterbrochen und es erfolgt der Austritt des Spülmediums aus der Bohrung 26 (F i g. 3) zwischen den Dichtflächen 14, 15 in den Kanal 24 über da? Drallstück 38 und die Öffnung 37 ins Freie.

Im Betriebszustand wird der Schieberkolben 12 durch das über die Leitung 2? zugeführte Steuermedium nach unten in die in F i g. 4 gezeichnete Position bewegt, das öl fließt vom Kanal 23 in den Kanal 24 bzw. 24' und das Spülmedium wird abgesperrt. Gleichzeitig strömt eine kleine Menge des Steuermediums durch die Drosselbohrung 21, die Bohrung 29 und die Entlastungsleitung 28 aus. Wenn beim Umsteuern der Druck oberhalb des Schieberkolbens 12 nicht sofort entweichen kann, d.h. die Rückstellfeder 20 den Schieberkolben 12 nicht

bewegen kann, wird durch das Entweichen des Steuermediums durch die Drosselbohrung 21 der Druck vermindert, so daB der Schieberkolben 12 durch die Feder 20 in die Ausgangslagc bewegt und die Brennstoffzufuhr automatisch unterbrochen wird.

Die erfindungsgemäße Brennerlanze hat sich beim Aufheizen und Einschmelzen fester Einsätze in Sauerstoffaufblaskonvertern sehr gut bewährt. Wartezeiten beim Ein- und Ausschalten des Öles bzw. Verkostungen der Düsenstücke sowie Verpuffungen oder Explosionen durch nachlaufendes Öl treten nicht auf.

Brennerlanzen nach F i g. 4 sind besonders gut für das Einschmelzen und Frischen eines metallischen Einsatzes geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Brennerlanze mit einem Brennereinsatz, der Leitungen für flüssigen Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff enthält, und einem den Brennereinsatz umgebenden, aus konzentrischen Rohren bestehenden Kühlmantel, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennereinsatz nahe der Mündung der Lanze einen Steuerblock (10,10') aufweist, der die Leitungen des Brennereinsatzes umsteuerbar verbindet und daß alle Leitungen des Brennereinsatzes in ein Dampfrohr (9) eingeschlossen sind, wobei zwischen dem Brennereinsatz und dem Kühlwassermantel (2, 2') ein ringförmiger Kanal (8) für die Zufuhr des sauerstoffhaltigen Gases gebildet ist

2. Brennerlanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerblock (10, 10') mindestens einen Umsteuerschieber (11) für flüssige Brennstoffe und ein Spülgas, z. B. Preßluft, so wie mehrere Bohrungen (23, 24, 26, 29, 34, 35, 42) für flüssige Brennstoffe, Spülgas, sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere reinen Sauerstoff und Kühlwasser aufweist.

3. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, der der Umsteuerschieber

(11) pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ist

4. Brennerlanze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben (12) einseitig beaufschlagt wird und eine vorgespannte Rückstellfeder (20) aufweist

5. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daii de^r Schieberkolben

(12) eine Drosselbohrung (21) zum Ablassen des Steuermediums in Störungsfällen aufweist, so daß durch Rückstellung des Schieberkolbens mittels der Feder (20) die Brennstoffzufuhr schließbar ist.

6. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Dampfrohres (9) eine Rücklaufleitung (30) für Dampf und Kondensatwasser vorgesehen ist, deren unteres Ende in eine im Steuerblock (10, 10') befindliche Sackbohrung (31) hineinragt.

7. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerblock (10, 10') mindestens ein lösbar befestigtes Düsenstock (36,43,44) aufweist.

8. Brennerlanze nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenstück (36) wassergekühlt ist und einen getrennten Wasserzu- und -ablauf (34, 35) mit einem Umlenkstück (39) aufweist.