DD215842A5 - Brennereinrichtung fuer glasschmelzoefen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit staubfoermigen Brennstoffen betriebene Brennereinrichtung fuer Glasschmelzoefen. Durch die Erfindung wird der kostenguenstige Einsatz von staubfoermigen Brennstoffen ermoeglicht, wobei eine lange, schlanke Flammenform mit stabiler Zuendung erreicht und gewaehrleistet wird, dass die Glasschmelze nicht durch Verbrennungsrueckstaende verunreinigt wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Brennerlanze 40 unterhalb der ofenraumseitigen Oeffnung 41 des Einlasskanals 44 angeordnet ist, wobei die Lanzenachse 46 und die Laengsmittelebene 47 des Einlasskanals einander in einem Punkt 48 im Ofenraum oberhalb des Glasspiegels 42 in einem Winkel zwischen 15 Grad und 50 Grad schneiden, und dass die Brennerlanze 40 ein Zentralrohr 1 zur Zufuhr eines Brennstoffstrahls mit hoher Brennstaub-Konzentration und hoher Axialgeschwindigkeit enthaelt, das von einem Rohr 2 zur Zufuhr eines zusaetzlichen Teilluftstromes in einen die Muendung des Zentralrohres umgebenden Ringspalt 12 umgeben ist.

Description

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Brennereinrichtung für Glasschmelzofen

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit staubförmigen Brennstoffen betriebene Serennereinrichtung für Glasschmelzöfen, bei denen die Gfenwandung oberhalb des Glasspiegels mindestens einen EiniaSkanal zur Zufuhr, von vorgewärmter Verbrennungsluft in den Ofenraum enthält und jedem Einlaßkanal wenigstens eine Brennerlanze zugeordnet ist.

Charakteristik der bekannten.technischen Lösungen:

Der Einsatz von Kohlenstaub oder anderen staubförmigen Brennstoffen beschränkte sich bislang im wesentlichen auf Großfeuerungen, wie Kraftwerke, und im Bereich der industriellen Prpzeßwärme auf die Drehöfen der Zementindustrie, Der Preisanstieg für flüssige und gasförmige Brennstoffe hat jedoch zu einem zunehmenden Bedarf an Staubfeuerungen für Anwendungsbereiche der industriellen Prozeßwärme mit kleinerar Feuerungsleistung geführt,. so auch für Glasschmelzöfen in der Hohl- und Flachglasindustrie, a

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Staubflammen unterscheiden sich im Zünd- und Ausbrennverhalten erheblich von Flammen aus flüssigen und gasförmigen. Brennstoff an . Flüssige und gasförmige Brennstoffe zünden problemlos und verbrennen dann praktisch rückstandsfrei. Bei einem Brennstaub müssen jedoch die festen Brennstoff teilchen zunächst soweit aufgeheizt ,werden, daß die darin enthaltenen flüchtigen Bestandteile ausgasen und zünden können. Erst danach erfolgt der Ausbrand der nicht-flüchtigen Bestandteile der Teilchen, Da feste Brennstoffe generell einen' verhältnismäßig hohen Gehalt an anorganischen, also unbrennbaren Bestand teilen besitzen (der bei Steinkohls meistens zwischen 5 und 20 % liegt und bei anderen Materialien wie Braunkohle noch höher sein kann, führen Staubflaminen auch zu einem entsprechend hohen Asche-Rückstand. Außerdem kann sich auch ein Rückstand an nicht vollständig ausgebrannten Brennstoff teilchen ergaben, weil diejenigen brennenden Teilchen, die den Zusammenhang der Flamme verlassen und einzeln in den Ofen raum .gelangen, zum vorzeitigen Erlöschen, neigen.

Voraussetzung für ein. einsetzen der Zündung und für sinen stetigen Ausbrand ist es bei Staubflammen, daS.allen Brennstoff teilchen möglichst rasch nach dem Eintritt in den Ofenraum·ein ausreichendes Sauerstoffangebot zur Verfugung steht. Aus diesem ,Grunde ist es üblich, Staub- brenner so auszubilden', daß der Brennstaubstrahl in kegelförmig auf gespreizter .-.orm in den Ofen einströmt. Dias läßt sich beispielsweise erreichen durch Einblasen von Luft in den Brennstaubstrahl, durch Vsrdrallung des Brennstaubstrahles, durch eine teilweise Versperrung der Brennerlanzenmündung oder durch eine konisch erweiterte Brenrierlanzsnmündung. Eine solche Aufspreizung begünstigt das Eindringen der im Ofenraum vorhandenen heißen Gase in den Brennerstaubstrahl und damit die Bildung eines zündfähigsn Gemisches, ergisjibt aber gleichzeitig auch ,eine dicke bauchige FlamrnenformV.

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ein großes Problem beim Einsatz von Brennstauben bei Glasschmelzöfen ist die nicht rückstandsfreie Verbrennung, weil die Fl'amme sich unmittelbar oberhalb des Glasspiegels befindet und die Verbrennungsrückstände sehr leicht die Glasschmelze verunreinigen können.. Zwar ist ein Teil der Aschebestandteile (insbesondere die , " Oxide des Siliziums sowie der Alkali-, Erdalkali- und Erdmetalle) mit der Glasschmelze einigermaßen verträglich, aber die in der Asche stets auch enthaltenden Schwermetalloxide (insbesondere Eisenoxide) und etwaige unverbrannte Kohlenstoffreste können Farbe und Qualität der Glasschmelze sehr nachteilig beeinträchtigen. Somit ' ':'>"' muß gevvhärleistet sein, daß alle Verbrennungsrückstände aus dem Ofenraum abgeführt werden und nicht die Glasschmelze verunreinigen können. Gerade das ist aber bei den bisher üblichen Brennerausbildungen mit aufcespreiztem Brennstaubstrahl nicht, zu erwarten.

Tatsächlich hat auch der einzige bisher bekannt gewordene Versuch, solche Kohlenstaubbrenner mit auf gespreiztem-Brennstaubstrahl zur Beheizung von Glasschmelzofen einzusetzen, nicht zum Erfolgt geführt, sondern mußte nach etwa einer Woche aufgegeben werden, weil die Glasschmelze durch zunehmende Verunreinigungen schließlich unbrauchbar .."-'n* wurde. Bei diesem Versuch war die Brannerlanze oberhalb der auch als "Brennerport" bezeichneten of enraumseitigen öffnung des Lufteinlaßkanals (also in sogenannter "Overport-Anordnung") in der Ofenwand angeordnet und.schräg nach unten auf den Glasspiegel gerichtet, so.daß der Srennstaubstrahl von oben auf die Verbrennungsluft strömte. Dadurch sollte erreicht werden, daß der Vsrbrennungsluftstrom als Träger für den 3rennstaub disnt und zugleich eine übsr die Glasschmelze strömende Isolierschicht bil- ' det, weiche eine Berührung der Asche mit dar Glasschmalze verhindert. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß dieses Ziel nicht erreicht wurde.

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Außerdem hat sich auch die Tatsache, daß ein aufgespreizter 3rennstaubstrahl zu einer bauschigen und damit verhältnismäßig kurzen Flamme "führt, nachteilig bemerkbar gemacht. Für den Schmelzprozeß des Glasgemenges ist es sowohl bei duerbefeuerung als' auch bei Längsbefeuerurig erforderlich, daß die Flamme auf etwa 2/3 der Ofenraumbreite bzw.-länge ausbrennt, und sich eine' gleichmäßige Schmelze ausbildet. Wegen,der bauschigen Flamme konnte auch, diese Forderung nicht ausreichend erfüllt werden, . .

Eine lange schlanke Flammenf ortn , wie sie. für Glasschmeizofen Denötigt wird, könnte im Prinzip dadurch erzeugt werden, daß ein kompakter, nicht aufgefächerter Srennstaubstrahi in den Ofenraum eingeleitet wird. In der Praxis verbietet sich jedoch auch diese Möglichkeit, weil es bei einem kompakten Brennstaubstrahl viel zu lange dauert, bis. sich durch Vermischung mit den heißen Gasen im Ofenraum, ein zünd- und brennfähiges Staub/Luft-Gemisch gebildet hat. Somit setzt die Zündung erst in einem größeren Abstand von der Lanzsnmündung ein, mit der Folge , daß die brennersaitige Randzone der Glasschmelze nicht mehr ausreichend beheizt wird, und sich andererseits das Flammenende gegebenenfalls bis hinter das »Vannenende erstrecken kann. Hinzu kommt, daß ein kompakter Brennstaubstrahl zu instabilen Zündverhältnissen neigt und daß in jedem Fall die Lage der Zündstelle lastabhängig ist, d.h. sich bsi Änderung der Axialgeschwindigkeit des Srennstaubstrahles verschiebt.

Ziel der Erfinduna: Ί.

Ziel .der Erfindung ist es, den nach wie vor erheblichen Sedarf an einer mit Brennstaub betriebenen Brennereinrichtung für Glasschmelzofen, welche eine lange schlanke

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Flammemform mit stabiler Zündung unmittelbar hinter der

Lanzenmündung liefert zu decken, und zu gewährleisten,

daß die Glasschmelze nicht durch Verbrennungsrückstände verunreinigt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Oer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 'Srennereinrichtung der vorstehend genannten Art zu entwickeln..

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination der Merkmale, daß die Brennerlanze unterhalb der ofenräumseitigen Öffnung des Einlaßkanals angeordnet ist, wobei die Lanzenachse und die Längsmittelebene des Einlaßkanals einander in einem Punkt im'Ofenraum oberhalb des Glasspiegels in einem Winkel zwischen 15 und 50 schneiden, und daß die Srennerlanze ein Zentralrohr zur Zufuhr eines .BrennstoffStrahls mit hoher Brennstaub-Konzentration und hoher Axialgeschwindigkeit enthält, das von einem Rohr zur Zufuhr eines zusätzlichen Teilluftstromes in einen die Mündung des Zentralrohres umgebenden Ringspalt umgeben ist.

Oas erste für die Erfindung wichtige Merkmal ist die sogenannte "Underport-Anordnung" der Srennerlanze, wie" sie für flüssige und gasförmige Brennstoffe durchaus bekannt und bewährt ist. Bei Brennstauben wurde eine solche Underport-Anordnung bislang nicht für möglich gehalten, weil der Brennstoff von unten in die Verbrennungsluft eingeführt wird, wo die abschirmende Wirkung des Verbrennungsluftstromes verloren geht, überraschend wurde jedoch gefunden , daß as auf eine solche abschirmende Wirkung des Verbrennungsluftstromes überhaupt nicht ankommt und daß sich im Gegenteil bei Unqerport-Anordnung der Brennerlanze jegliche Verunreinigung der Glasschmelze¹

vermeiden läßt, wenn von solcher Ausgestaltung der Underport-Anordnung ausgegangen wird, daß die Lanzenachse und die Längsmittelebene des Lufteinlaßkanals einander in einem Winkel zwischen 15° und 50° schneiden. Das entspricht einer Lage des Schnittpunktes im ersten Drittel des Ofenraumes oberhalb der Glasschmelze.

Auch das weitere Merkmal, den Brennstaub mit höher Konzentration und hoher Axialgeschwindigkeit also in Form . .. eines kompakten und nicht aufgefächerten Strahls zuzuführen ,i trägt wesentlich zur Verhinderung einer Verschmutzung der Glasschmelze bei, denn bei einem kornpak-.~y ^; tan Strahl ist die Wahrscheinlichkeit, daß· sich Brsnn-. Staubteilchen und Verbrennunasrückstände in radi-aler Richtung aus dem Zusammenhang dsrFlamme losen und in die Schmelze gelangen, verringert. Zugleich sorgt ein solcher Strahl für die erwünschte Ausbildung einer langen schlanken Flamme. . . , .

Das dritte Merkmal der Zufuhr eines zusätzlichen Teilstromes in einen die. Mündung dss Srennstaub-Zentralrohres/umgebenen Ringspalt ist für die Zündstabilisierung des Srennstaubstranles entscheidend. Dieses' -Merkmal oe-, - ruht auf dar konsequenten Ausnutzung der Erkenntnis,

daß auch bsi einem kompakten, nicht aufgefächerten 3renn-O/ \ staubstrahl sehr wohl eine stabile Zündung unmittelbar

hinter der Lanzenmündung erreicht und unter unterschied-• liehen Last-Sedingungen aufrechterhalten vvsrden kann, wenn in den Ofenraum um den kompakten Strahl herum ein . für sich auf optimale Zündbadingungsn eingestalltes Zündgemisch eingeleitet wird, Dies wird mit dem in den Ringspalt eingeleiteten Toilluftstrom erreicht, indem dieser so auf den Srennstaubstrahl einwirkt,, daß dessen äußere Randzone abgelöst und zu einem zündfähigen Gemisch aufbereitet wird , während der Hauptanteil des

Brennstaubes in einem in der' Axialgeschwindigkeit und in der Brennstaub-Konzentration praktisch unveränderten Kernstrahl verbleibt. Das zündfähige Gemisch bildet dabei eine den Kernstrahl umgebende Ringströmung mit gegen über dem Kernstrahl verringerter Axiälgeschvvindigkeit und Brennstaubkonzentration, die sich hinsichtlich der für die Zündung maßgegebenden Faktoren (Brennstaub-Konzentration und Axialgeschwindigkeit) durch entsprechende Einstellung derEinwirkung des Teilluftstromes auf den Brennstaubstrahl innerhalb sehr weiter Grenzen unabhängig vom Kernstrahl verändern und Überdies so gestalten läßt, daß die darin enthaltenen Brennstaubteilchen ebenfalls keine nennenswerte Geschwindigkeitskomponente in radialer Richtung besitzen.

Insgesamt ergibt sich durch ein wechselseitiges Zusammenwirken der drei vorgenannten Merkmale der Erfindung eine 3r3nnereinrichtung, bei der der aus der Brenner-¹ lanze austretende Brennstaubstrahl eine lange schlanke Flammenform liefert, die bereits unmittelbar hinter der Lanzenmündung stabil zündet, die erst auf. etwa 2/3 der Ofenraumbreite bzw. -länge vollständig ausgebrannt ist und die auch die Glasschmelze nicht verschmutzt. Dadurch ist die erforderliche Wärmeübertragung auf die , Glasschmelze gewährleistet, ohne daß deren Qualität beeinträchtigt wird.

In .zweckmäßiger Ausführungsform der Erfindung ist an den die Mündung des Zentralrohras umgebenden Ringspalt eine Kammer mit einem gegenüber.dem Zentralrohr vergrößerten Durchmesser angeschlossen. Diese Kammer verbessert die Ausbildung einer definierten Ringströmung um den Brennstaubstrahl herum.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, an diese erste Kammer eine zweite Kammer anzuschließen» welche einen gegenüber der -ersten Kammer nochmals vergrößerten Durchmesser besitzt und an der Mündung der ersten Kammer einen zweiten Ringspalt zur Zufuhr eines weiteren T_eilluftstromes bildet. Dadurch läßt sich die Ausbildung der Ringströmung nochmehr verbessern, indem der erste T_eilluftstrom zur optimalen überführung der Randzone des Brennstaubstrahls in ein zündfähiges G₉misch herangezogen wird, während der zweite Teilluftst rom primär auf den Abbau etwaiger radialer Geschwindigkeitskomponenten in der Ringströmung eingestellt wird. .

Ausf-ührunqsbeiSpiel:

Zahlreiche insbesondere die Einstellung dar Srennstaub-Konzentration und der Axialgeschwindigkeit der.Ringströmung betreffende Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unterpunkten definiert und in dar nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind gleiche oder funktionsfähig gleiche Teile mit den gleichen Bezugsz-eichen bezeichnet. Es stellen dar:

Fig. 1:' schematisch die arfindungsgemäße Brennereinrichtung,

Fig. 2: die einfachste Ausführungsform der Brennerlanze im Längsschnitt,

Fig. 3: die zweckmäßigere Ausf.ühr'ungsform der Brennerlanze im Längsschnitt,

Fig. 4: eine erste Ausgestaltung' der bevor-

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zugten Ausführungsform der Brennerlanze im Längsschnitt, '

Fig. 5: eine zweite Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform der Brennerlanze im Längsschnitt,

Fig. 6: eine dritte Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform der Brennerlanze im Längsschnitt,

Fig.. 7: einen Querschnitt in der Ebene VIl-VII der Fig . 6,

Fig. S: eine vierte Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform der Brennerlanzs im Längsschnitt,

Fig. 9: eine fünfte Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform der Brennerianzs im Längsschnitt,

Fig. 10: eine sechste Ausgestaltung .der bevorzugten Ausführungsform der 3rennerlanze im Längsschnitt, und

Fig. HA zwei Diagramme zur Erläuterung des. und _J.d. gn-römungsbildes an der Brennerlsnzsn-

mündung,

Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Brannereinriehtung. Dia Wandung 43 .eines Glasschmelzofens ist oberhalb des Glasspiegels 42 mit einem Brennerport versehen, nämlich einer Einlaßöffnung 41, an die sich in Richtung auf die Ofenaußenseite ein EiniaSkanal 44' anschließt, der gegenüber der Horizontalen nach unten ge-

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neigt ist. Unterhalb der Einlaßöffnung 4Ϊ befindet sich ein Düsenstein 45, der gegenüber der ofenrauiaseitigen Oberfläche -der Ofenwandung 43 zurückliegend in die Ofenwandung eingesetzt ist. Hinter diesem Düsenstein ist die (anhand der nachfolgenden Fig. 2-10 näher beschriebene) Lanze 40 eines Staubbrenners so angeordnet, daß die Lanzenmündung einen geringen Abstand von nur wenigen Zentimetern von dem Düsenstein besitzt und daß die Lanzenachse/¹ 47 schräg nach oben Weist. Die Lanzenachse schneidet dabei in einem Punkt 43., der im ersten Drittel des Qfanraumes oberhalb des Glasspiegsls 42- liegt, die _Λ Längswinkelebene 47 des Brennarports, wobei der Schnittpunktwinkel A den 3ereich von 15 - 50 und vorzugsweise den 'Bereich von 3O - 40 hat. .

Eine derartige", auch als "Underport-Anordnung" bezeichnete Anordnung dar Brennerianze ist, wie eingangs dar-, gelegt, ein den Erfolg der Erfindung wesentlich mitbestimmendes Merkmal . Außerdem werden durch die Underport-Anordnung auch noch weitere Vorteile nutzbar gemacht, insbesondere' dahingehend, daß nebeneinander mehrere Brennerlanzen in einem Brennerport .angeordnet werden können, um ein flaches und breites Flammenband über der Glasschmelze zu erreichen, und daß problemlos ein Lanzenw.schsel vorgenommen werden kann, ohne den Glasschmelzofen außer Betrieb setzen zu müssen. ' '

strömt

Im Betrieb dar 3rennereinrichtuhg gemäß. Fig.. 1 strömt durch den Brennerport die z.3. auf etwa 1200 C vorgs- ' wäVmte Verbrennungsluft in den'Ofenraum. Zugleich wird aus der Brennerlanze dam Ofenraum ein Brennstaubstrahl .von boher'Brennstaub-Konzentration und hoher Axialgeschwindigkeit zugeführt, dar sich mit der Verbrennungs-· luft vermischt und im Ofenraum in langer schlanker FaImmenform oberhalb des Glasspiegels 42 ausbrennt. Der 3rsnn· staubstrahl ist dabei von einer zündfähig auf bereiteten'

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Ringströmung umgeben, so daß die Zündung des Brennstaubstrahls praktisch unmittelbar hinter dem üüsenstein 45 einsetzt, und zwar unabhängig von den Last-Bedingungen.

In Fig. 4 ist eine erste Ausgestaltung einer bevorzugten Ausführungsform der Brennerlanze 40 dargestellt. In dieser bevorzugten Ausführungsform besitzt die Brennerlanze drei Hauptbestandteile, nämlich ein Znetralronr 1 zur Brennstoff-Zufuhr und daran stromabwärts anschließend zwei Aufbereitungskammern 5 und 7. Die erste Aufbereitungskammer 6 ist durch eine Rohrwand 2 gebildet, welche den Mündungsbereich des Zentralrohres 1 mit Abstand so umgibt, daß zwischen dem Zentrairohr 1 und der Rohrwand 2 ein erster Ringspalt 12 verbleibt. Entsprechend ist die zweite Aufbereitungskammer 7 durch eine Rohrwand 3 begrenzt, welche den nündungsbersich der Rohrwand 2 mit Abstand so umgibt, daß sich zwischen den Rohrwäriden 2 und 3 ein. zweiter Ringspait 13 ausbildet. Die Rohrwände 2 und 3 sind jeweils konzentrisch zum Zentrairohr 1 angeordnet. , .

Die Rohrwand 3 stellt im Prinzip eine Verlängerung eines ebenfalls zum Zentrairohr 1 konzentrischen Rohres'9 dar, welches zur Zufuhr eines- Aufbereitungs- Luftstromes dient. Die Rohrwand 2 mündet stromaufwärts des Mündungsbereiches des Zentralrohres innerhalb dieses Luftrohres 9 in solcher Anordnung, daß der zugeführte Aufbereitungs-Luftstrom zum einen Teil durch den Ringspait 12 in die.Kammer 6 und zum anderen Teil durch den Ringspait 13 in die Kammer 7 einströmt. In den beiden Ringspalten 12 und 13 befinden sich dabei zwei entgegen- gesetzt wirkende. Drallerzeuger 4 bzw. 5, die den durch die Ringspaite hindurch in die beiden Kammern 6 und 7 einströmenden Toilluftströmen einen entgegengesetzt

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gerichteten Drall erteilen. In der dargestellten Ausführungsform sind die beiden Drallerzeuger als Leitschaufelgitter angenommen, von denen das Gitter 4 einen Rechtsdrall und das Gitter 5 einen Linksdrall erzeugt. Die Reihenfolge von Rechtsdrall und Linksdrall kann ebenso aber auch umgekehrt sein.

Im Betrieb der Brennerlanze gemäß Fig. 4 wird der Brennstoff als Brennstaub-Förderluft-Gemisch durch das Zentralrohr 1 zugeführt und durchströmt in Form eines Strahles mit hoher Geschwindigkeit und hoher Brennstaub-Konzentrat ion aufeinanderfolgend die beiden Aufbereitungskammern 5 und 7. Gleichzeitig damit werden auch über das Luftrohr 9 die beiden Teilluftströme in die Kammern δ und 7 eingeleitet, und zwar infolge der Anordnung der Ringspalta 12 bzw. 13 jawsils ringförmig um den Brennstaubstrahl herum. · '

Der über den Ringspalt 12 mit Drall in die Kammer 6 eingetretene Teilluftstrom, der eine gegenüber dem Brenn- s.taubstrahl geringere Axiaigeschwindigkeit besitzt, überträgt Drallenergie auf die äußere Randzone 'des Brennstaubstrahles, mit der Folge_/daß.die Brennstaubtailchen .in dieser äußeren Randzone abgetrennt und durch Zentrifugalkraft nach außen transportiert werden. Dabei verringert sich ihre axiale Geschwindickeitskomponenten, und.zugleich ergibt sich eine Vermischung dieser Brannstaubteiichen mit dem in der Kammer 6 befindlichen Teilluftstrom. Im Ergebnis setzt sich somit die aus der Kammer 5 in, die folgende Kammer.7 übertretende Strömung zusammen aus einem in seinem Durchmesser etwas verringerten, ansonsten aber praktisch unverändert gebliebenen Brennstaub-Kernstraft! und einer darum herum verlaufenden Drallströmung,. in der sowohl die Geschwindigkeit als auch die Brennstaub-Konzentration geringer ist als im Kernstrahl.

Der mit Gegendrall in die Kammer 7 eingetretene zweite Teilluftstrom trifft im wesentlichen zunächst auf die aus der Kammer 6 stammende. Drallströmung und baut deren Drall weitgehend bis vollständig ab. Dabei werden teils durch den Drall des zweiten Teilluftstromes und teils durch die beim Drallabbau entstehenden Verwirbelungen - auch noch weitere Brennstaubteilchen aus der äußeren Randzone des Brennstaub-Kernstrahles herausgelöst und in die den Kernstrahl umgebende, in Strahlrichtung. zunehmend drallfreier und beruhigter werdende Ringströ- I mung überführt. Auf diese Weise ergibt sich schließlich j an der Mündung 8 der zweiten Kammer 7, die zugleich die < Mündung der Brennerianze darstellt, das in den Diagram- f men gemäß Fig.HA und ÜB dargestellte Strömungsprofil, t d.h. es ist an der Mündung 8 nach wie vor ein starker ' ♦ Kernstrahl mit hoher Axialgeschwindigkeit und hoher Brennstaub-Konzent.ration vorhanden, der von einer sowohl hinsichtlich der Axialgeschwindigkeit als auch der 3rennstaub-Konzentration deutlich verringerten Ringströmung umgeben ist. . ' ' ' j

Die.aus der Münduna 8 der Brennerlanze austretende Strö- ) mung ist in den in Fig. 4 nicht mehr dargestellten Ofen- ) raum gerichtet, dem zugleich über den Brennerport auch \ die Hauptverbrennungsluft zugeführt wird. Oa der in der ^!. äußeren, den Kernstrahl umgebenden Ringströmung enthaltende, verhältnismäßig kleine Anteil des insgesamt über das Zentralrohr i zugeführten Srennstaubes infolge dar , . . · Verringerung der Geschwindigkeit und Brennstaub-Konzentration bereits zündfähig aufbereitet ist, kann in dieser Ringströmung bereits in einem kurzen Abstand hinter der Mündung 8 unter den, thermischen Bedingungen des Verbrennungsraumes eine stabile Zündung einsetzen. Der Kernst.rahl, der den größeren Anteil des zugeführten Brennstaubes enthält, bleibt von dieser Zündung zunächst unberührt, wird jedoch im Verlaufe des weiteren.Eindringens

in den Qfenraum zunehmend mit heißem Rauchgas und aufgeheizter Verbrennungsluft vermischt , so daß er dann auch von seinem Rand aus zur Strahlmitte hin stetig ausbrennt. Somit stellt das in den Fig. HA und HB dargestellte Profil der von der Bcennerlanze abgegebenen Strömung sowohl definierte Zündbedi'ngungen als auch eine lange schlanke Flaramenform sicher.

Im Gegensatz zu a^r dem Verbrennungsraum vorgewärmt zugeführten Häuptverbrennungsluft sind die Förderluft im Zentralrohr 1 und auch die zur Aufbereitung dienende Luft im Luftrohr 9 nicht oder nut begrenzt vorwärmbar. Aus die sem Grunde (aber ebenso auch wegen einer möglichst hohen Brennstaub-Konzentration) sollte der Anteil der Förderluft im,Srennstaubstrahl auf dem geringstmöglichen Wert, gehalten werden. Weiterhin ist es aus diesem, Grunde zweck mäßig, den Aufbereitungs-Luftstrom mit einem hohen Vordruck zu versehen, damit die erforderliche Drallenergie mit'einem geringen Luftvolumenstrom in die Kammern 5 und 7 eingebracht wird.. ,-..

Normalerweise ist bei allen Brennern der Brennstaubstrahl entsprechend den erforderlichen Lastbedingungen (Vollast/ -Teillast) regelbar. Eine,entsprechende Regelung ist für den Aufbereitungs-Luftstrom vorgesehen, um einen jeweils optimal an den Brennstaubstrahl angepaßten Luftvolumen-' st rom' zu erreichen. Darüber hinaus ,können innerhalb der Brennerlanze aber auch noch die Bedingungen für dis Einwirkung, der beiden Te-illuftströme aufeinander und auf den Brennstaubstrahl verändert, werden, so daß sicrT.für jeden vorgegebenen Brsnnstaubstranl mit daran angepaßtem Aufbereitungs-Luftstrom das Strömungsbiid an der Lanzenmündung S und damit das Zünd- und Ausbrennvarhaiten der Flamme individuell einstellen läßt.

Typische Parameter j die die Einwirkung der beiden Teilluftströrne beeinflussen, sind der Volumenstrom der beiden Teilluftströme sowie deren Drallenergie und die wirksame Länge L6 bzw. L7 der Kammern δ und 7. Somit ist es zweckmäßig, die.3rennerlanze so auszubilden, daß neben dem Brennstaubstrahl und.dem Aufbereitungs-Luftstrom auch die Verteilung der Aufbereitungsluft, auf die beiden Ringspalts 12 und 13, der Drailvvinkel der aus den Ringspalten 12 und 13 austratenden Teilluftströme sowie die wirksame Kammerlänge L6 und L7 unabhängig voneinander wählbar oder einstellbar sind. Die dafür erforderlichen konstruktiven Maßnahmen sind in der mehr schematischen Darstellung der Fig. 4 nicht gazeigt.

Durch entsprechende Justierung dieser Verstellgrößen ergibt sich eine Vielzahl von Einwirkungsmögiichksiten. Beispielsweise kann mit dem Drallwinkei und/oder den Volumenströmen der beiden Teilluftströme relativ zueinander und/oder der Kammerlängs der Anteil des aus dem Kernstrahl in die Ringströmung übergehenden Bren.nstau- bes, also der Sauerstoffgehalt der Ringströmung verändert werden, während durch den Gesamt-Voluraenstrora dar beiden .Teilluftströme' die Axialgeschwindigkeit der Ringströmung an der Lanzenmündung 3 festgestellt werden kann Damit läßt sich die Zündstelle der Flamme, die sich mit steigender Axiaigeschwindigkeit und sinkendem Sauerstoffgehalt der Ringströmung von der Lanzenmündung S weg verschiebt, immer in dem gewünschten ,Bereich dicht hinter dem Oüsenstein 45 (Fig. 1) halten. Sine weitere Beeinflussung des Zünd- und Ausbrennverhaitens ist beispielsweise dadurch gegeben, daß der Drall in einem der beiden T_eilluftströrae in dan Kammern 5 oder 7 entfällt oder aber relativ zum Drall des anderen T_eiliuftstrcmas so vermindert wird, daß die Ringströmung an dar Lanzenmündung 8 mit einem geringen Restdrall austritt. In jedem Fall ist es mit diesen Verstellgrößen in einfacher

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Weise möglich, einerseits jede Brennerlanze auf die jeweiligen ofenseitigen Erfordernisse einzustellen und andererseits im laufenden Betrieb das vorgeschriebene Zünd- und Ausbrennv.erhalten aufrechtzuerhalten, wenn sich die Lastbedingungen der Brennerlanze oder der Brennstaub hinsichtlich Zündfähigkeit und Heizwert ändern.

Die in Fig. 5 gezeig-te zweite Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform der'Brennerlanze unterscheidet sich von dar Ausgestaltung,gemäß Fig. 4 in mehrfacher Hinsich . Zum einen sind die in Fig. 4 als feststehend dargestellten Rohrwände 2 und 3 durch zwei z.3. mitteis Gewinde ,axial verschiebbare Rohrstücke IS und 17 ersetzt, um die wirksame ,Länge der Kammern 6 und 7 verändern zu können. Weiterhin erfolgt die Drailerzeugung in diesem Fall nicht durch Leitschaufelgitter, 'sondern durch tangentiale Bohrungen 10 und 11, die sich vom Innenraum 'des Luftrohres 9 aus durch die Rohrstücke und 17'hindurch' erstrecken und in den Ringspalten 12 bzw. 13 münden. Außerdem ist um die Mündung des Zentralrohres 1 noch ein ringförmiger Sperrblock i<5 herumge-' legt, der zwischen der Zentralrohr-Mündung und dem zugeordneten Ringspait 12 eine Sperrfläche 14 (auch als "innere' Sperrfläche" bezeichnet) bildet. Diese innere Sperrfläche erzeugt in der äußeren Randzone des Brennstaubstrahls eine Verwirbelung, welche die überführung von Brennstaubteilchen aus der Strahi-^andzone in die umgebende Orallströraung begünstigt.

In aer Ausgestaltung gemäß Fig. 6 und 7 sind der bevorzugten Ausführungsform der Brennarlanzs die beiden ver-. schieblichen, die Kammern 6 und 7 begrenzenden Rohr- ' stücke 16 und 17 jeweils mit angeform'ten Ansatzstücken .13 bzw. 19 versehen und so ausgebildet, daß das Rohrstück 16"mit seinem Ansatzstück IS das Zentralrohr i und das Rohrstück 17 mit seinem Ansatzstück 19 das Luft-

rohr 9 umgreift. Zur Drallerzeugung sind wiederum tangentiale Bohrungen IO und 25 vorgesehen , von denen sich die Bohrungen 10 durch das Ansatzstück 18 zn den Ringspalt 12 und die Bohrungen 25 durch das Luftrohr 13 erstrecken. Die Bohrungen 10 besitzen dabei einen abgerundeten Einlauf 24, der in gleicher Weise natürlich auch bei den Bohrungen 25 bzw. 11 (Fig. 5) vorhanden sein' kann. Außerdem ist auch wieder eine Sperrfläche 25 vorhanden, die jedoch bei dieser Ausfühj~ungsform in das Ansatzstück 15 des Rohrstückes 17 ,so eingeformt ist, daß sie zwischen den beiden Ringspalten 12 und 13 liegt, also eine "äußere Sperrfläche",in bezug auf den Ringspalt 12 ist. Die aus dem Ringspalt 12 austretende ürallströmung legt sich unter Wirbelbildung an diese äußere Sperrfläche 26 an, was im Ergebnis ebenso wie bei einer inneren Sperrfläche zu einer verstärkten Überführung von ärennstaubteilchen aus der Randzone des Brennstaubstrahles in dis umgebende Drallströmung führt« Dabei ist es auch ohne weiteres möglich, in der Srennerlanzs zusätzlich zur äußeren. Sperrfläche 25 auch noch eine innere Sperrfläche 14 (gemäß Fig. 5) anzuordnen oder aber die Verwirbelung der Draiiströmung durch nicht weiter dargestellte Pralleinrichtungen zu vergrößern.

Ein weiteres in Fig. 6 gezeigtes Merkmal besteht darin, daß außer an der Mündung des Rohrstückes 16 eine ringförmige Schwelle 31 angeordnet ist, welche die Austrittsöffnung 32 des Ringspaltes 13 auf kurze axiale Länge verengt. Damit kann eine Rückströmung in den Ringspalt 13 und eine dadurch verursachte Verschmutzung verhindert werden. Diese Schwelle 31 kann alternativ auch an dem Rohrstück 17 angeordnet sein, wie die Fig. 9 und 10 erkennen lassen. Weiterhin läßt sich 'eine entsprechende Schwelle 33, wie aus Fig. 8 bis 10 hervorgeht, auch der Austrittsöffnung 34 des Ringspaltes 12 zuordnen. Je nach

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konstruktiver Ausbildung können die Schwellen zugleich auch als innere oder äußere .Sperrfläche wirken. "

Ausgestaltung gemää Fig. 3 der bevorzugten Ausführungsform der Brennerlanze baut auf der Ausgestaltung gemäß Fig. 6 auf und zeigt die Möglichkeit einer Verstellung derAustrittsöffnung 29 des Ringspaltes 13 auf unterschiedliche üffnungsquerschnitts. Dazu ist eine feststehende, die Kammer 7 begrenzende Rohrwand 20 über ein konisches Zwischenteil 30 mit dem Luftrohr-9 verbunden. Im Bereich dieses konischen Zwischenteils befindet sich die Mündung des die Kammer 6 begrenzenden Rohrstückes 16 .· Da das Rohrstück 16 ebenso wie in Fig. 6 über sein Ansatzstück 18 längsverschieblich auf dem Zantrairohr 1 gelagert ist, ändert sich bei Verschiebung des Rohrstückes 16 nicht, nur die Kammerlänge, sondern zugleich auch der öf f nungsquerschnit't dar Austrittsöffnung 29. 0er über den Rinnspalt 13 zugsführte Teilluftstrom' ist in der Ausgestaltung der Fig. 8 unverdralltf kann .natürlich¹ !aber auch verdrillt sein.

Den in den Fig..4 bis S dargestellten Ausgestaltungen der bevorzugten Ausführungsform der Brennsrlanze ist gemeinsam, daß der Aufbereitungs-Luftstrom übeV ein einziges Rohr 9 zugeführt und dann auf die beiden Teilluftströme für die Kammern 6 und 7 aufgeteilt wird. In der Ausgestaltung gemäß _: Fig·. 9 ist stattdessen eins separate Zufuhr der beiden Teilluftströme vorgesehen, was sins besonders einfache Möglichkeit der Verstellung der.· beiden Teilluftströme relativ'zueinander ergibt. Dazu ist das Luftrohr"9 durch zwei zum Zsntralrohr 1 konzentrische Rohre' 21 und 22 ersetzt, von denen das innere Rohr 21 dia Bohrungen 10 und den Ringsoait 12 die erste Kammer S und das äu&ere Rohr 22 über die Bohrungen 11 und den Ringspalt 13 die zweite Kammer 7 mit je einem Teüiuf ist rom versorgt. Das innere Luftrohr 21 geht dabei feststehend

in die die Kammer 7 begrenzende Rohrwand 3 über und ist im Bereich dieses Obergangs über eine Zwischenwand 23 gegen das die Kammer 5 begrenzende und analog Fig. auf dem Zentralrohr 1 längsverschiebliche Rohrstück 15 abgedichtet.. Das äußere Luftrohr 22'endet im Bereich der Rohrwand 3 und ist gegen diese abgedichtet.

Die in Fig. 10 dargestellte Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform der Brennerlanze entspricht der Ausgestaltung, gemäß Fig. 9 mit der Ausnahme, daß zwischen dem inneren Luftrohr "21 und dem Zentralrohr 1 noch ein weiteres Luftrohr -27 angeordnet ist, dessen Auslaß 23 die Mündung des Zentrairohres¹ ringdüsenartig umgibt, über dieses weiters Luftrohr 27 kann ein verstellbarer Antriebs-Luftstrahi zur zusätzlichen Beschleunigung des aus dem Znetrairohr i austretenden Brennstaubstrahls zugeführt werden. Dadurch ergibt sich sine zusätzliche Beeinflussung der Flammenform . und außerdem auch die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Srennstaubgemisches im Znjetrairohr 1 herabzusetzen, was dessen Verschleiß vermindert. Der der ersten Kammer 6 zugeordnete Ringspalt ist in diesem Fall zwischen dem Auslaß 23 und dem Ronr_ stück 16 gebildet und mit 35 bezeichnet.

Die anhand der Fig. 4 bis 10 dargestellten Ausgestaltungen der Brennerlanze betreffen sämtlich die bevorzugte Ausführungsform mit zwei aufeinander folgenden Aufbereitungskammern, in die zwei Teiiiuftströms eingeleitet werden. In einer Reihe von Änwendungsfallen genügt es jedoch, die den Kernstrahi umgebende Ringströmuhg mit nur einem einzigen Teiiiuftstrom zu erzeugen, der unverdralit oder leicht verdrallt sein kann. Das ist möglich, mit der in Fig. 2 dargestellten einfachsten Ausführungsform der Srennerianze, die lediglich den die Mündung des Zsntrairohres 1 umgebenden .Ringspalt 12 aufweist, und mit der in Fig. 3, dargestellten Weiterbildung, bei der

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sich an dan Ringspalt 12 noch eine einzige Kammer 6 anschlieiSt.

Vorangehend ist bei allen Figuren unterstellt worden, daß der Srennstaub-Kernstrahl zur Erzeugung der.langen schlanken Flamraenform im wesentlichen unverdrallt ist. Bei Bedarf kann dem Kernstrahl aber auch ein gewisser Drall erteilt werden, beispielsweise durch entsprechende Verdrallung des Brennstaubgemisches im Zentral rohr' 1 oder des Äntriebs-Luftstrahls oder aber durch entsprechende Einstellung der Einwirkung der beiden Teilluftströme auf den Brennstaubstrahl.

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Claims (14)

1. indungsanspruch

   1·. Brennereinrichtung für Glasschmelzofen, dessen Wandung oberhalb des Glasspiegels mindestens einen Einlaßkanal zur· Zufuhr von vorgewärmter Verbrennungsluft in den Ofenraum enthält, und jedem Einlaßkanal wenigstens eine Brennerlanze zur Zufuhr eines staubförmigen Brennstoff-Strahls zugeordnet ist, gekennzeichnet dadurch,'daß die Brennerlanze (40) unterhalb der ofenraumseitigen öffnung (41) des Einlaßkanals (44) angeordnet ist, wobei die Lanzenachse ('46) und die Längsmittelebene (47) des Einlaßkanals einander in einem Punkt (48) im Ofenraum oberhalb' des Glasspiegels (42) in einem'Winkel zwischen 15 und 50 schneiden, und daß die .Brennerlanze ('4O) ein Zentrairohr (1) zur Zufuhr eines Brennstoff Strahls mit hoher 3rennstaub-Konzentration und hoher Axialgeschwindigkeit enthalt, das von einem Rohr (2) zur Zufuhr ein.es zusätzlichen Teilluftstromes in 'einen die Mündung des Zentralrohres umgebenden Ringspalt (12) umgeben ist.
2. 2. Brennereinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß an den die Mündung des Zentralrohres (Γ) umgebenden Ringspalt (12) eine Kammer (5) n\it einem gegenüber dem Zentralrohr vergrößerten Durchmesser angeschlossen ist.

   3, Brennereinrichtung nach Punkt 1 und 2, gakennzsichnet dadurch, daß an die Kammer (5) eine zweite Kammer (7) angeschlossen ist, weiche einen gegenüber der ersten

   -Kammer nochmals vergrößerten Durchmesser besitzt und an der Mündung der ersten Kammer einen zweiten Ringspalt )13) zur Zufuhr eines weiteren Tailiuftstromss bildet. .

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3. 4. Brennereinrichtung nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß einem oder beiden Ringspalten (12) und (13) Drallerzeuger (4, 5 bzw. 10, 11 und 25) zugeordnet sind.
4. 5. ,Brennereinrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß der'Drallwinkel der Drallerzeuger (4, 5 bzw. 10, 11 und 25) von einem Maximalwert bis auf den Wert O veränderbar ist.
5. 5. Brennereinrichtung nach einem der Punkte 3 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die wirksame Länge (L6 und' L7) der Kammern (6) und (7) einstellbar ist.
6. 7. Brennereinrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß die erste' Kammer (6) durch ein'auf dem Zentralrohr (1) längs verschiebliches Rohrstück (15) und die zweite Kammer (7) entweder durch eine>relativ zum Zentralrohr feststehende Rohrwand (3) oder ebenfalls durch ein längs verschiebliches Rohrstück (17) gebildet ist.
7. 8. Brennereinrichtung nach einem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß einem oder beiden Ringspalten (12, 13) Einrichtungen (14, 26) zur Erzeugung von Verwirbelungen zugeordnet' sind.
8. 9. Brennereinrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Verwirbelungen als innere Sperrfläche (14) ausgebildet ist, die zwischen der Mündung des Zentralrohres (1) und der Austrittsöffnung des Ringspaltes (12) angeordnet ist.

   10· Brennereinrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Verwirbelungen als äußere Sperrfläche (26) ausgebildet ist, die zwischen

   der Austrittsöffnung des Ringspaltes (12) und der Wandung der Kammer (6) angeordnet ist.
9. 11. Brennereinrichtung nach einem der Punkte 1 bis 10,

   , gekennzeichnet dadurch, daß im 3ereich der Austritts- * öffnung (32) und (34) mindestens eines Ririgspal.tes (12) und (13) eine ringförmige Verengung (31) und (33) zur Verhinderung von Rückströmungen in den Ringspalt hinein vorgesehen ist.
10. 12. 3rennereinrichtung nach einem der Punkte 3 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Ringspälte (12): und (¹Io) einlaßseitig mit einem gemeinsamen Luftrohr (9) verbunden sind.
11. 13. Brennereinrichtung nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurch, daß·, der Öffnungsquerschnitt (29) eines der Ringspalte (12) und (13) relativ zum anderen Ringspalt einstellbar ausgebildet ist.
12. 14. Brennereinrichtung nach Punkt 13, gekennzeichnet dadurch, daß die durch ein längs verschiebliches Rohrstück (16.) gebildete erste Kammer (6) gegen ein konisches Wandungsteil (30) verschieblich ist.
13. 15. Brennereinrichtung nach einem der Punkife 3 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß jeder der beiden Ringspalte (12) und (13) einlaßseitig mit einem gesonderten Luftrohr (21) und (22) verbunden ist.
14. 16. Brennereinrichtung nach einem der vorhergehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Mündung des Zentralrohres (1) mit einem ringdüsenartigen Auslaß (28) umgeben ist, der mit einem weiteren Luftrohr (27) für Antriebsluft zur axialen Beschleunigung des 3rennstaubstrahles verbunden ist, *

    - Hierzu 7 Blatt Zeichnungen - - 24 -