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Die
Erfindung betrifft die Dreirohrbrenner, die eine Flamme ausgehend
von einer zentralen Einspritzung und einer peripheren ringförmigen Einspritzung
von Sauerstoffträger
und einer ringförmigen Einspritzung
von Brennstoff zwischen der zentralen Einspritzung und der peripheren
ringförmigen
Einspritzung von Sauerstoffträger
erzeugen können
sowie ein Einspritzverfahren für
Brennstoff und Sauerstoffträger
durch einen solchen Brenner. Solche Dreirohrbrenner sind bekannt
aus den Dokumenten
US 3 209 811 und
EP 0 850 883 .
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Dreirohrbrenner
werden insbesondere in Glasschmelzöfen verwendet und können auch
in Metallöfen
an Stelle der Zweirohrbrenner verwendet werden, um die Atmosphäre in dem
Ofen steuern, den Impuls der Flamme steigern, die Länge Letzterer in
Abhängigkeit
von der Geometrie des Ofens (zum Beispiel in dem Fall schmaler Öfen) anpassen,
und ihre Helligkeit und insbesondere ihr Strahlungsspektrum in Abhängigkeit
von dem in dem Ofen zu erstellenden Werkstofftyp, zum Beispiel des
Glastyps, modifizieren zu können.
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Derzeit
sind die meisten der in den Glasschmelzöfen verwendeten Sauerstoffbrenner
Zweirohrbrenner, deren Körper
mit Sauerstoffträgerzuführorganen
und Brennstoffzuführorganen
ausgestattet ist.
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Das
Ersetzen der Zweirohrbrenner durch Dreirohrbrenner zum Erzielen
der oben erwähnten Vorteile
ist problematisch, denn es wird dabei erforderlich, drei Fluidströmungen zu
verwalten, was den Platzbedarf und die Anzahl der Zuführleitungen
erhöht
und das Durchführen
von beachtlichen Änderungen
an der Anlage bedingt, die dazu bestimmt ist, den Brenner mit Fluiden
zu versorgen.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, diesen Nachteilen abzuhelfen und betrifft
dazu einen Dreirohrbrenner nach Anspruch 1.
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Dank
dieser Anordnung kann beim Ersetzen eines Zweirohrbrenners durch
einen Dreirohrbrenner die Fluidzuführanlage so wie sie ist ohne Änderung weiter
verwendet werden, und es ist ferner möglich, die Verteilung des Sauerstoffträgers auf
seine zwei Zuführrohre
präzis
einzustellen.
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Der
Brenner kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – ein
Sauerstoffträgerzuführrohr und
das Brennstoffzuführrohr
sind in einem weiteren Sauerstoffträgerzuführrohr untergebracht,
- – die
Zuführrohre
sind koaxial eines um das andere über mindestens einen Teil ihrer
Länge angeordnet,
- – das
Regelventil befindet sich in dem Brenner, in dem es in ein Sauerstoffträgerzuführrohr eingefügt ist,
- – das
Regelventil ist ein Kegelventil,
- – er
umfasst ein Sauerstoffträgerzuführrohr,
das ein Eingangsende für
Sauerstoffträger
aufweist, das im Inneren eines anderen Sauerstoffträgerzuführrohrs
offen ist,
- – der
Mantel weist einen Kanal auf, in dem ein Stopfen untergebracht ist,
der eine kalibrierte Bohrung aufweist, die ein Abfließen von
Sauerstoffträger
in Richtung des Ofentunnels mit einem vorausbestimmten Mindestdurchfluss
erlaubt,
- – der
Mantel weist einen Kanal auf, der einen Ventilkegel bildet, in dem
ein schwenkender Ventilschlüssel
untergebracht ist, der eine durchgehende Bohrung aufweist, und der
von einer Position, in der die durchgehende Bohrung einen maximalen
Sauerstoffträgerdurchfluss
durch das Ventil erlaubt und daher einen Mindestdurchfluss durch das
zentrale Rohr zu einer Position beweglich ist, in der die durchgehende
Bohrung jeden Durchsatz von Sauerstoffträger durch das Ventil untersagt und
daher einen maximalen Durchfluss durch das zentrale Rohr bewirkt,
- – das
Ventil weist ein Handhabungsorgan auf, das sein Betätigen durch
Schwenken manuell erlaubt,
- – das
Ventil weist ein Antriebsorgan auf, das mit einer Antriebsvorrichtung
verbunden werden kann.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Einspritzverfahren für Brennstoff und Sauerstoffträger nach
Anspruch 6.
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Das
Verfahren kann ferner eines oder mehrere der folgenden Merkmale
aufweisen:
- – man regelt das Verteilen
des Sauerstoffträgers auf
die Sauerstoffträgerzuführrohre
stufenlos,
- – man
regelt das Verteilen des Sauerstoffträgers auf die Sauerstoffträgerzuführrohre
manuell,
- – man
regelt durch einen Antrieb das Verteilen des Sauerstoffträgers auf
die Sauerstoffträgerzuführrohre,
- – man
regelt oder man steuert das Verteilen des Sauerstoffträgers auf
die Sauerstoffträgerzuführrohre.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung einer Ausführungsform
dieser Erfindung, die beispielhaft und nicht einschränkend gegeben
und von den anliegenden Zeichnungen veranschaulicht wird, in welchen:
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1 ein
schematischer Profillängsschnitt eines
herkömmlichen
Dreirohrbrenners ist,
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2 eine
Außenprofilansicht
eines erfindungsgemäßen Dreirohrbrenners
ist,
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3 ein
schematischer Schnitt des Dreirohrbrenners der 2 durch
eine Ebene III-III
senkrecht zu der Projektionsebene dieser 2 ist, und
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4 ein
schematischer Schnitt des Brenners der 2 und 3 durch
eine Ebene IV-IV senkrecht zu seiner zentralen Längsachse ist.
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Auf
diesen Figuren wurde schematisch ein Brenner Br dargestellt, von
dem eine Endregion in einem Ofentunnel eines Ofentunnelblocks Bo
zum Beispiel eines Glasschmelzofens untergebracht ist.
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Genauer
genommen sind in 1 schematisch die Endregion
eines herkömmlichen
Dreirohrbrenners, der in dem Ofentunnel untergebracht ist, um dort
eine Flamme zu erzeugen, die sich in den Innenraum des Ofens vorragend
erstreckt, und die entgegengesetzte Endregion des Brenners vorstehend aus
dem Ofentunnel außerhalb
des Ofens, durch die der Brenner mit Brennstoff und Sauerstoffträger versorgt
wird, gezeigt.
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Dieser
Dreirohrbrenner weist eine allgemeine koaxiale Struktur auf und
umfasst ein zentrales Rohr 1 zum Zuführen von Sauerstoffträger, ein
Rohr 2 zum Zuführen
von Brennstoff, das das zentrale Rohr umgibt, und dessen Raum sich
zur Zirkulation des Brennstoffs ringförmig um dieses zentrale Rohr erstreckt,
und ein äußeres drittes
Rohr 3 zum Zuführen
von Sauerstoffträger,
das das Rohr 2 zum Zuführen
von Brennstoff umgibt und dessen Raum sich zur Zirkulation des Sauerstoffträgers ringförmig um
dieses Brennstoffzuführrohr
erstreckt. Die Enden der drei Rohre, die in den Ofentunnel münden, werden jeweils
von einer Einspritzdüse
verlängert.
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Die
drei Rohre 1, 2, 3 des herkömmlichen Dreirohrbrenners
kommunizieren untereinander nicht und werden getrennt gespeist,
wobei jedes eine Eingangsöffnung
aufweist und mit einer kurzen Eingangsleitung 4, 5, 6 ausgestattet
ist, die in diese Öffnung
mündet
und entweder mit einer Sauerstoffträgerversorgung für das zentrale
Rohr 1 und das Außenrohr 3 verbunden
ist, oder mit einer Brennstoffzuführung für das Zwischenrohr 2, wobei
sich jede der Eingangsleitungen 4, 5, 6 in
etwa radial in Bezug auf die zentrale Längsachse des Brenners erstreckt,
um welchen sich die drei Rohre erstrecken.
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Es
müssen
daher drei Fluide verwaltet werden, der Brenner ist relativ großvolumig,
es ist erforderlich, drei Zuführschläuche zu
verwenden, und die Längen
der zu verwendenden Rohrleitungen sind groß.
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Der
erfindungsgemäße Dreirohrbrenner (2 bis 4),
der in den Ofentunnel wie der herkömmliche Dreirohrbrenner montiert
ist, weist wie dieser eine allgemeine koaxiale Struktur auf und
umfasst ein zentrales Rohr 1 zum Zuführen von Sauerstoffträger, ein
Brennstoffzuführrohr 2,
das das zentrale Rohr umgibt und dessen Brennstoffzirkulationsraum
sich ringförmig
um das zentrale Rohr erstreckt, und ein äußeres drittes Rohr 3 zum
Zuführen
von Sauerstoffträger,
das das Brennstoffzuführrohr 2 umgibt,
und dessen Sauerstoffträger-Zirkulationsraum sich
ringförmig
um dieses Brennstoffzuführrohr
erstreckt, wobei die Enden der drei Rohre, die in den Ofentunnel
münden,
jeweils von einer Einspritzdüse verlängert werden.
Man lässt
daher den Brennstoff zirkulieren und spritzt ihn in den Ofentunnel
ringförmig
um einen ersten zentralen Sauerstoffträgerstrom und in das Innere
eines zweiten ringförmigen
Stroms des gleichen Sauerstoffträgers
ein.
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Anders
als beim herkömmlichen
Dreirohrbrenner kommunizieren jedoch die zwei Rohre 1, 3 zum
Zuführen
von Sauerstoffträger
des erfindungsgemäßen Brenners
miteinander über
ihr der Einspritzdüse
entgegengesetztes Ende, wobei das zentrale Rohr 1 dieses
entgegengesetzte Ende entfernt von dem entsprechenden geschlossenen
Ende des äußeren Rohrs 3 offen
hat.
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Das äußere Rohr 3 zum
Zuführen
von Sauerstoffträger
umfasst in der Nähe
dieses geschlossenen Endes eine Eingangsöffnung 31 und ist
mit einer kurzen Eingangsleitung 6 ausgestattet, die in
diese Öffnung
mündet
und mit einer Sauerstoffträgerzufuhr verbunden
werden kann, wobei sich diese Eingangsleitung 6 in etwa
radial zu der zentralen Längsachse des
Brenners erstreckt, so dass die Eingangsleitung 6 zum Zuführen von
Sauerstoffträger
sowohl mit dem äußeren Rohr 3 als
auch mit dem zentralen Rohr 1, dessen offenes Ende sich
stromabwärts
der Leitung 6 befindet, wenn man sich an die Strömungsrichtung des
Sauerstoffträgers
in dem Brenner hält,
kommuniziert.
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Die
Endregion des Brennstoffzuführrohrs 2, die
der Einspritzdüse
entgegengesetzt ist, die sich selbst stromabwärts von dem offenen Ende des
zentralen Rohrs 1 befindet, wenn man sich an die Strömungsrichtung
des Sauerstoffträgers
hält, ist
in einem ringförmigen
Mantel 7 untergebracht, dessen Innenfläche auf einem stromabwärtigen Teil
seiner Länge
um das Zwischenrohr 2, und auf einem anderen Teil (stromaufwärts) seiner
Länge um
das zentrale Sauerstoffträgerzuführrohr 1 justiert
ist; diese zwei Teile der Innenfläche des Mantels sind durch
einen Ansatz verbunden, der einen ringförmigen geschlossenen Boden
für das
Zwischenrohr 2 bildet, wobei das äußere Rohr 3 zwei gefluchtete
Abschnitte aufweist, die sich jeweils zu beiden Seiten des Mantels 7 erstrecken,
wobei die Außenfläche des
Mantels eine zentrale zylindrische Region aufweist, die zwischen
diese zwei Abschnitte eingefügt
ist, und zwei zylindrische Endregionen mit kleinerem Durchmesser,
die in die Enden gegenüber
dieser zwei Abschnitte des äußeren Rohrs
justiert und eingefügt sind.
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Das
Brennstoffzuführzwischenrohr 2 und das äußere Sauerstoffträgerzuführrohr 3 umfassen gegenüber jeweilige
Brennstoffdurchgangsöffnungen,
die durch einen Brennstoffzuführkanal 71 (4)
verbunden sind, der in den Mantel 7 gehöhlt ist und sich radial in
diesem erstreckt. Die Brennstoffdurchgangsöffnung des äußeren Rohrs ist mit einer kurzen
Eingangsleitung 5 ausgestattet, die mit einer Brennstoffzuführung verbunden
werden kann; daher kommuniziert diese Eingangsleitung 5 zum
Brennstoffzuführen über den
Mantel 7 mit dem Brennstoffzuführzwischenrohr 2.
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Da
sich der Mantel 7 stromabwärts der Sauerstoffträgereingangsleitung 6 befindet,
sind längs
in ihn zwei Kanäle 72, 73 gehöhlt, die
zu der zentralen Längsachse
des Brenners parallel sind und dazu bestimmt sind, das Abfließen des
Sauerstoffträgers
in Richtung der Düse
des äußeren Rohrs 3 zu
erlauben; diese zwei Längskanäle 72, 73 sind
auf den Durchmesser des Mantels 7 zentriert, der senkrecht
zu dem Radius ist, entlang welches sich der Brennstoffzuführkanal 71 erstreckt,
jeweils zu beiden Seiten der zentralen Längsachse des Brenners in etwa
symmetrisch.
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In
den Mantel sind ferner zwei Kanäle
mit allgemein zylindrischer Form gehöhlt, die ihn radial von seiner
Innenfläche
zu seiner Außenfläche entlang des
Durchmessers durchqueren, auf welchen die zwei Längskanäle 72, 73 zentriert
sind, so dass auf jeder Seite des Mantels 7 in Bezug auf
die zentrale Längsachse
des Brenners ein Längskanal 72, 73 in einen
radialen Kanal mündet.
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Einer
dieser zwei radialen Kanäle
dient zur Aufnahme eines auswechselbaren Stopfens 8, der
in diesen Kanal justiert ist, der eine Bohrung 81 mit kleinem
Durchmesser parallel zu der zentralen Längsachse des Brenners aufweist,
um eine Kommunikation zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Teil
des Längskanals 72 sicherzustellen. Diese
Bohrung 81 ist, wie weiter unten besprochen, kalibriert,
und die Austauschbarkeit der Stopfen 8 erlaubt es, den
Stopfen auszuwählen,
der die Bohrung mit dem gewünschten
Kaliber aufweist.
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Der
andere radiale Kanal dient als Kegel für einen schwenkenden Ventilschlüssel 9,
der in diesen Kanal so justiert ist, dass der Mantel 7 einen
Ventilkörper
bildet; dieser Ventilschlüssel 9 weist
eine Bohrung 91 mit einem merklich größeren Durchmesser als der Durchmesser
der Bohrungen 81 der austauschbaren Stopfen 8 auf
und ist schwenkend um die Längsachse
des radialen Kanals zwischen einer Stellung, in der die Bohrung 91 parallel
zu der zentralen Längsachse
des Brenners (3) ist, um eine Kommunikation
zwischen dem stromaufwärtigen
und dem stromabwärtigen
Teil des Längskanals 72 und daher
zwischen den zwei Abschnitten des äußeren Rohrs 3 herzustellen,
und einer Position beweglich, in der die Bohrung 91 orthogonal
zu dieser Achse des Brenners steht und keine solche Kommunikation
sicherstellt. Der Schlüssel 9 weist
in dem radialen Kanal eine Außenrevolutionsform
auf und umfasst außerhalb
des Kanals, außerhalb
des äußeren Rohrs des
Brenners ein Handhabungsorgan 92, das sein Schwenkbetätigen manuell
erlaubt, oder ein Antriebsorgan, das mit einer Antriebsvorrichtung
verbunden ist, das sein Schwenkbetätigen motorisiert zum Beispiel
reguliert oder gesteuert erlaubt.
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In
der Praxis kann der austauschbare Stopfen 8 auch innerhalb
des radialen Kanals eine allgemeine zylindrische Form und außerhalb
des Kanals einen Flansch 82 zum Befestigen an dem Mantel
aufweisen.
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Der
Ventilschlüssel 9 kann
auch innerhalb des radialen Kanals eine allgemeine zylindrische Form
aufweisen und außerhalb
des Kanals einen Schaft 93, an den durch Schrauben das
Handhabungsorgan befestigt ist, das aus einem Flügel 92 besteht, wobei
der Zylinder innerhalb des radialen Kanals und der Schaft 93 durch
eine ringförmige
Hohlkehle verbunden sind, die als Aufnahme für die seitlichen Arme einer
U-förmigen
Anschlagplatte 94 dienen, die an dem Mantel 7 mit
einer oder mehreren Schrauben 95 zum Befestigen des Schlüssels befestigt
ist, die in den Mantel 7 um den radialen Kanal geschraubt
werden und sich parallel zu diesem erstrecken.
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Zum
Befestigen des Brenners Br in dem Ofentunnel, der in einen Feuerfestblock
Bo gehöhlt ist,
der in die Ofenwand eingebaut ist, ist dieser Ofentunnelblock Bo
mit einem Brennerträger 10 ausgestattet,
der eine Verankerungsplatte 101 aufweist, die an ihm befestigt
ist und die gegen seine Seite außerhalb des Ofens angelegt
ist. Die Verankerungsplatte 101 umfasst gegenüber der
Ofentunnelöffnung,
die außerhalb
des Ofens mündet,
eine Öffnung,
durch welche der Brenner in den Ofentunnel so eingefügt wird,
dass seine Endregion, die mit Einspritzdüsen versehen ist, wie bereits
erwähnt,
eine Flamme erzeugt, die sich in den Innenraum des Ofens vorspringend
erstreckt, und dass seine entgegengesetzte Endregion, durch welche
er mit Brennstoff und Sauerstoffträger versorgt werden kann, außerhalb
des Ofentunnels außerhalb
des Ofens vorspringt. Der Brennerträger 10 ist jeweils
zu beiden Seiten der Öffnung
für den
Brenner mit der Verankerungsplatte 101, zwei Befestigungsvorrichtungen,
die jeweils eine Gabel 102 aufweisen, deren Arme einen Schwenker 103 tragen,
um welchen ein Gewindestift 104 angelenkt ist, der eine
Spannmutter 105 trägt, versehen.
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Um
mit diesen Befestigungsvorrichtungen zusammenzuarbeiten, weist der
Brenner einen Befestigungsflansch 32 auf, der sich in einer
Ebene senkrecht zu seiner zentralen Längsachse erstreckt, und der
zum Beispiel durch Schweißen
oder Hartlöten
an dem äußeren Rohr 3 befestigt
ist. Zwei entgegengesetzte Ränder
dieses Flansches 32 umfassen jeweils zwei Ausschnitte,
in die die angelenkten Gewindestifte 104 des Trägers 100 eindringen,
wenn sie sich parallel zu der zentralen Längsachse des Brenners erstrecken,
und gegen deren Umfang man die Spannmuttern 105 blockieren
kann, um den Brenner an dem Ofentunnelblock zu befestigen; um den
Brenner vom Ofentunnel abnehmen zu können, braucht man nur die Muttern 105 aufzuschrauben
und die Gewindestifte 104 so zu kippen, dass sie aus dem
Griff der Ausschnitte des Flanschs 32 freikommen.
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Wenn
bei an dem Ofentunnel befestigtem Brenner der Sauerstoffträgereingang 6 mit
einer Sauerstoffträgerzufuhr
in Kommunikation ist, braucht man nur den Ventilschlüssel 9 zu
drehen, um die Verteilung des Sauerstoffträgers auf das zentrale Rohr 1 und
das äußere Sauerstoffträgerrohr 3 zu
verteilen und diese Verteilung nach Wunsch einzustellen. Genauer
genommen bestimmt die kalibrierte Bohrung 81 des austauschbaren
Stopfens 8 den Mindestdurchfluss in dem äußeren Sauerstoffträgerzuführrohr 3,
wenn das Regelventil geschlossen ist (Bohrung 91 des Schlüssels 9 in
etwa orthogonal zu der zentralen Längsachse des Brenners), und
man erzielt daher den maximalen Durchfluss in dem zentralen Sauerstoffträgerzuführrohr 1.
Im Laufe des Öffnens
des Ventils, das heißt,
dass die Bohrung 91 des Schlüssels 9 in Ausrichtung
mit dem Kanal 73 des Mantels 7 gebracht wird,
sinkt der Lastverlust in dem äußeren Rohr 3,
der Durchfluss steigt in diesem bis zu einem maximalen Wert und
sinkt in dem zentralen Rohr 1 bis zu einem Mindestwert.
Die Verwaltung des Lastverlusts in dem äußeren Rohr 3 erlaubt
daher das Regeln des Verteilens des Sauerstoffträgers auf die zwei Sauerstoffträgerzuführrohre 1, 3.
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Man
verfügt
daher über
die Möglichkeit,
die Verteilung des Sauerstoffträgers
auf die Rohre 1, 3, die in Abzweigung zueinander
montiert sind, stufenlos zu regeln und insbesondere, wenn das Ventil
motorisiert ist, kann man auf dieses jederzeit einwirken, um die
Verteilung zu regulieren oder sie nach Bedarf zu steuern.
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Die
Austauschbarkeit des Stopfens 8 erlaubt es, den Durchflussbereich
an Sauerstoffträger
insofern zu verbreitern, als man eine Reihe von Stopfen 8 mit
Bohrungen 81 mit unterschiedlichen Querschnitten besitzt.