DE1501979C3

DE1501979C3 - Verfahren und Brenner zur Verbrennung großer Volumina fließfähiger Brennstoffe

Info

Publication number: DE1501979C3
Application number: DE1501979A
Authority: DE
Inventors: Donald M. Elk Grove Village Gettig; Bert G. Niles Ward Jun.
Original assignee: Chemetron Corp
Current assignee: Chemetron Corp
Priority date: 1965-06-03
Filing date: 1966-06-03
Publication date: 1978-12-07
Also published as: US3339616A; DE1501979A1; JPS4827250B1; GB1149562A; DE1501979B2; AT279793B; NL6607653A; LU51078A1; BE681895A; NL153662B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Brenner mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 4.

Ein Verfahren und ein Brenner dieser Gattung sind aus der DE-AS 10 60 082 bekannt. Mit dem bekannten Brenner soll in erster Linie die Aufgabe gelöst werden, wahlweise Brenngase unterschiedlichen Heizwertes verfeuern zu können, wobei der äußere Brenngasstrom vollständig abgeschaltet werden kann, wenn der innere Brenngasstrom einen ausreichend hohen Heizwert hat. In diesem Fall würde der mittlere Strom des oxydierenden Gases die Flamme umgeben, was beispielsweise beim Erhitzen von Metallschrott unerwünscht wäre.

'■^: Ferner-soll nach der DE-AS 10 60 082 den strömenden Medien eine Wirbel- oder Drallbewegung verliehen werden, um eine möglichst schnelle Vermischung zu erzielen. Dies erfolgt durch den Einbau von Dralleinrichtungen in die Luftzufuhrleitung. Bei einer Ausführungsform des bekannten Brenners wird eine schnelle Vermischung der Gase zusätzlich dadurch erzielt, daß in den inneren Brenngasstrom Luft eingespeist wird.

In jedem Fall soll verhindert werden, daß der innere Brenngasstrom über eine größere Entfernung linear strömt, ohne sich mit dem oxydierenden Gasstrom zu vermischen. Das Ergebnis ist eine verhältnismäßig kurze, turbulente Flamme, die bei der Verbrennung großer Volumina fließfähiger Brennstoffe mit einer unerträglichen Lärmentwicklung verbunden wäre.

Die deutsche Patentschrift 3 95 423 betrifft einen Brenner für gasförmigen und staubförmigen Brennstoff mit gleichachsigen, ineinanderliegenden Zuführungsröhren, wobei das staubführende, innere Luftrohr das mittlere Luftrohr und die äußere Gaskammer in der Weise durchdringt, daß der austretende Brennstaubluftstrom von einem Luftmantel und dieser von einem Gasmantel umgeben ist. An eine Verminderung der Geräuschentwicklung ist bei diesem Brenner nicht gedacht und wird in der angegebenen Weise auch nicht erreicht. Wenn im inneren Rohr ein Gemisch aus pulverförmigem festem Brennstoff und Luft geführt wird, muß der pulverförmige Brennstoff zwangsläufig im Luftstrom verwirbelt werden, was bei größeren Brennern mit einer starken Geräuschentwicklung verbunden ist.

Brenner mit einer Kapazität von mehr als etwa 26,4 GJ/h, mit denen Temperaturen von mehr als etwa 1650⁰C längere Zeiten aufrechterhalten werden, werden für verschiedene Arten von öfen, beispielsweise für Martinöfen, Flammofen, elektrische öfen und in neuerer Zeit auch für basische Sauerstofföfen zur Stahlerzeugung und zum Schmelzen und Raffinieren von Metallschrott und Eisenerz verwendet. Ein Brenner für derartige Zwecke ist beispielsweise in der US-PS 3127156 beschrieben. Bei diesem Brenner wird zwischen einem inneren Strom eines brennbaren Mediums und einem äußeren Sauerstoffstrom ein Luftstrom geführt, der aufgrund seines niedrigeren Sauerstoffgehaltes eine vorzeitige Vermischung des inneren und des äußeren Stromes verhindern soll, so daß sich die Flamme erst in einem gewissen Abstand von der Brennermündung ausbildet. Es bildet sich also keine lange Stichflamme aus, und die Flamme brennt mit einer verhältnismäßig großen Lärmentwicklung. Außerdem steht das zu erhitzende Metall in unmittelbarer Berührung mit dem äußeren Sauerstoffstrom.

Gegenstand des älteren deutschen Patents 12 65 333 ist ein Brenner für fluide Brennstoffe mit zentrischer Oxydationsmittelzufuhr über einen axial sich erstrekkenden, eine axiale Mündung aufweisenden Kanal und konzentrisch diesen im Bereich der Brennermündung umgebenden, untereinander getrennten, eine Strömungsführung bewirkenden, axial verlaufenden Brennstoffkanälen; dieser Brenner ist dadurch gekennzeich-

net, daß die Brennstoffkanäle durch einander und den zentrischen Oxydationsmittelzufuhrkanal und den Außenmantel tangierende Rohre gebildet werden. Bei diesem Brenner wird also in der inneren oder zentrischen Kammer kein Brennstoff zugeführt, so daß der Oxydationsmittelstrom nur auf seiner Umfangsfläche mit dem Brennstoff in Berührung kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Brenner der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem bei hoher Wärmeleistung eine langgestreckte Flamme mit einer geringen Geräuschentwicklung erzeugbar ist. Diese Aufgabe wird mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 4 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Führung der Medienströme wird erreicht, daß der innere Strom den mittleren Strom in sich hineinzieht, wobei der mittlere Strom seinerseits den äußeren Strom ansaugt. Der äußere Strom wird parallel zu dem mittleren Strom geführt und gleichmäßig um dessen Umfang verteilt, so daß eine allmähliche Vermischung zwischen dem mittleren und dem äußeren Strom erreicht wird. Weiterhin wird erfindungsgemäß erreicht, daß in basischen Sauerstofföfen der zu erhitzende Metallschrott nicht unmittelbar mit dem oxydierenden Medium in Berührung kommt.

Die Verbrennung ist am wirksamsten, wenn das Volumen des inneren, aus Erdgas bestehenden Brennstoffstromes etwa 10 bis 20% des Volumens des äußeren, aus Erdgas bestehenden Stromes beträgt, wobei der mittlere Strom aus praktisch reinem Sauerstoff besteht. Das Volumen des mittleren Sauerstoffstromes soll in diesem Fall etwa zweimal so groß wie das des äußeren Erdgasstromes sein!

Neben den Volumenverhältnissen sind auch die Querschnittsflächen der drei Ströme von Bedeutung. Unter der Annahme, daß der Querschnitt des inneren Stromes den Wert 1 hat, soll der Querschnitt des mittleren Sauerstoffstromes einen Wert von etwa 30 und der des äußeren Brennstoffstromes einen Wert von etwa 40 haben. Diese Bedingungen hängen in gewissem Umfang von der auszuschaltenden Geräuschmenge und von dem gewünschten Wirkungsgrad der Verbrennung ab. Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen soll der innere Gasstrom zur Erzielung des gewünschten Ansaugeffektes eine Geschwindigkeit von etwa 305 bis 473 m/s, der Sauerstoffstrom eine Geschwindigkeit von etwa 214 bis 290 m/s und der äußere Gasstrom eine Geschwindigkeit von etwa 122 bis 183 m/s haben.

Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann man Temperaturen von bis zu etwa 2760° C und, was besonders wichtig ist, eine Wärmeleistung von etwa 210GJ/h erhalten. Es konnten etwa 50 Tonnen kalter Schrott in etwa 8Minunten auf etwa 54O⁰C erhitzt werden. Bei Versuchen betrugen die Erdgasvolumina bis zu etwa 5100 m³/h und die Sauerstoffvolumina bis zu etwa 8500 m³/h.

Trotzdem war der Geräuschpegel so gering, daß die Verbrennung gegenüber dem normalen Stahlwerkslärm nicht hörbar war. Der Metallschrott konnte innerhalb von etwa 8 Minuten geschmolzen werden, doch kann auch langer gearbeitet werden, bis der Metallschrott die gewünschte Temperatur erreicht hat.

Statt Erdgas können auch andere fließfähige Brennstoffe, d. h. gasförmige, flüssige oder teilchenförmige Brennstoffe, wie Propan, Brennöl, Pech oder Teer oder gepulverte Kohle sowie Gemische dieser Brennstoffe, verwendet werden. Statt reinem Sauerstoff können auch andere gasförmige oxydierende Stoffe, oder deren Gemische, verwendet werden.

Dadurch, daß der oxydierende Gasstrom erfindungsgemäß zwischen den beiden Brennstoffströmen liegt, wird das oxydierende Gas vollständig ausgenützt, wodurch die unerwünschte Oxydation der geschmolzenen Metalle verhindert wird. Obgleich die beiden Brennstoffströme vorzugsweise die gleichen sind, kann man auch unterschiedliche Brennstoffströme verwenden. Beispielsweise kann der innere Strom aus Brennöl, der mittlere Strom aus Sauerstoff und der äußere Strom aus Erdgas bestehen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Brenners zur Durchführung des Verfahrens;

F i g. 2 eine Perspektivansicht des Brenners von

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des Brenners von vorne nach der Linie3-3 von Fig. 1;

F i g. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Brenners von vorne;

F i g. 5 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 5-5 von F ig. 4;

F i g. 6 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Brenners von vorne;

F i g. 7 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 7-7 von F i g. 6;

F i g. 8 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Brenners von vorne, ähnlich von F i g. 3, wobei jedoch die kleinen Rohre entfernt sind;

F i g. 9 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 9-9 von F i g. 8;

Fig. 10 eine Ansicht nach einer weiteren Ausführungsform des Brenners von vorne, ähnlich dem Brenner von F i g. 3, wobei jedoch die innere Kammer auf der gleichen Höhe wie die mittlere und die äußere Kammer endet;

F i g. 11 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 11-11 von F ig. 10.

Alle dargestellten Ausführungsformen des Brenners bestehen aus fünf konzentrisch angeordneten Rohren. Das innere Rohr sowie das mittlere und das äußere Rohr bilden Kammern für den inneren Brennstoffstrom, den oxydierenden Gasstrom bzw. den äußeren Brennstoffstrom. Das vierte und das fünfte Rohr bilden zusammen eine Kühleinrichtung, durch die Wasser hindurchgeleitet wird. Nach den F i g. 1 bis 3 ist der Brenner, der im allgemeinen mit 10 bezeichnet ist, aus einem Zylinderteil, der im allgemeinen mit 11 bezeichnet ist, einem Versorgungsabschnitt, der im allgemeinen mit 12 bezeichnet ist, und einer Bügelanordnung, die im allgemeinen mit 13 bezeichnet ist, zusammengesetzt.

Fig.3 zeigt, daß der Zylinderteil 11 von fünf konzentrisch angeordneten Rohren 14,15,16,17 und 18 gebildet ist. Das äußere Rohr 18 hat ein abgerundetes Ende 20 und ist in geeigneter Weise um das Ende des Rohres 17 mit dem Rohr 16 verschweißt, wobei das Rohr 17 in einem geringen Abstand davon endet. Die Rohre 17 und 18 bilden die Kühlkammern 22 und 23, die über das abgerundete Teil 20 miteinander in Verbindung stehen. Das innere Rohr 14 begrenzt die innere Kammer 25, während die Kammer 26 zwischen den Rohren 14 und 15 und in ähnlicher Weise eine andere konzentrische Kammer 27 zwischen den Rohren 15 und 16 vorgesehen ist. Das Rohr 16 ragt ein kurzes Stück über das Rohr 15 und das Rohr 14 hinaus und bildet den Mündungsbereich 29 für den fließfähigen Brennstoff

und das oxydierende Gas, die aus den Kammern 25, 26 und 27 austreten. Zwischen den Rohren 15 und 16 sind parallel zur Längsachse des Brenners mehrere Kupferrohre 30 angeordnet, die ein kurzes Stück in den Mündungsbereich 29 hineinragen. Die Rohre 30 stehen in der Kammer 27 miteinander in Berührung. Die Rohre 30 enden außen in gleicher Höhe und sind in geeigneter Weise zwischen den Rohren 15 und 16 befestigt, indem sie an der Umfangswand des Rohres 15 hart angelötet sind. Man kann außerdem Beilagebleche verwenden, um einen Kontakt zwischen den Rohren 30 und den Umfangswänden der Rohre 15 und 16 zu erzeugen. Dadurch, daß die Rohre 30 aneinander anstoßen, werden kleine, dreieckige Kanäle 31 unmittelbar am Rohr 15 sowie größere dreieckige Kanäle 32 in der Nähe des Rohres 16 geschaffen.

Am Zylinderteil 11 des Brenners 10 ist der Flansch 35 um das äußere Rohr 18 angeordnet und mit diesem verschweißt. Der Flansch 35 soll lediglich eine Auflagefläche für den Zylinderteil 11 schaffen, wenn der Brenner in einen Ofen gesenkt wird. Eine Wasserableitung 38 steht über das Rohr 18 in der Nähe der Verbindung des Rohres 18 mit dem Halsstück 40 mit der Kammer 22 in Verbindung. Dies wird mit Hilfe der Flansche 41 und 42 erreicht, die mit dem Rohr 18 und dem Halsstück 40 verschweißt und verschraubt sind. Die Wasserzuleitung 44 geht durch das Halsstück 40 und steht mit der Kammer 23 in Verbindung. Im vorliegenden Fall hat das Halsstück 40 den gleichen Außen- und Innendurchmesser wie das Rohr 18, wobei für das Wasser eine große Kammer gebildet wird, bevor es in die Kammer 23 im Austrittsteil 11 eintritt. Mit Hilfe einer Abdichtung (nicht angegeben) wird der Eintritt von Wasser in die Kammer 22 verhindert. Das Halsstück 40 ist dichtschließend mit dem Rohr 16 verbunden und mit Hilfe einer kombinierten Stopfbüchse und der Flansche 45 und 46 auseinandergehalten, die wie die Flansche 41 und 42 und alle im Brenner 10, mit Ausnahme des Flansches 35, verwendeten Flansche mit Hilfe von Schrauben befestigt sind. In ähnlicher Weise dienen eine kombinierte Stopfbüchse und die Flansche 47 und 48 als Abstandshalter und als Abdichtung zwischen dem Rohr 16 und dem Rohr 15. Zwischen den Flanschen 47, 48 und 45, 46 verläuft eine Brennstoffleitung durch das Rohr 16 und steht mit der Kammer 27 in Verbindung. Das innere Rohr 14 tritt konzentrisch aus dem Rohr 15 aus und wird dort mit Hilfe einer gewöhnlichen Dichtpackungsmutter 50 gehalten, die eine gas- bzw. flüssigkeitsdichte Abdichtung ergibt.

Die Wasserzuleitung 44, in der kaltes Wasser an den Austrittsteil geleitet, und die Wasserableitung 38, in der das erhitzte Wasser weggeleitet wird, haben eingebaute Ausdehnungsstücke 53 bzw. 54, die aus gewellten, biegsamen Rohren aus rostfreiem Stahl bestehen und mit Hilfe zweier Flansche 55, 56 mit den Leitungen verbunden sind. Ein ähnliches Ausdehnungsstück 57 ist in der Brennstoffzuleitung 49 angeordnet.

Die Bügelanordnung, die im allgemeinen mit 13 bezeichnet ist, besteht aus einem im wesentlichen U-förmigen Griff 60, der mit zwei seitlich angeordneten Platten 61 und 62 verschweißt ist, die ihrerseits mit seitlich angeordneten Balken 63 bzw. 64 verbunden sind. Die Platten 63 und 64 sind beispielsweise durch Verschweißen über zwei Stahlrohre 65 mit dem Halsstück 40 verbunden. Geeignete Versteifungen 66 und 67 sind zwischen den Balken 63 und 64 hinter dem Brenner angeordnet und ebenfalls durch Anschweißen befestigt.

Bei der Durchführung des Verfahrens kommt es sehr auf die Relativdurchmesser der Rohre im Brenner 10 und in den Austrittsbereichen 70,71,72 und 73, wie sie in den Fig.4 bis 11 angegeben sind, an. Da alle entsprechenden Rohre in den Austrittsbereichen 70 bis 73 die gleichen Größen haben, sind sie mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Dies gilt auch für die durch die Rohre gebildeten Kammern. Das innere Brennstoffrohr ist ein Rohr aus rostfreiem Stahl mit einer Stärke von etwa 19 mm. Es ist etwa 15 m lang und erstreckt sich praktisch über die ganze Länge des Versorgungs- und Austrittsteils der Brenneranordnung. Das Rohr für das oxydierende Gas ist ebenfalls aus rostfreiem Stahl hergestellt und ist etwa 14,4 m lang, während das Rohr 16 aus einem nahtlosen Rohr besteht, das einen Außendurchmeser von etwa 165 mm hat und etwa 13,8 m lang ist. In ähnlicher Weise ist das Rohr 17 ebenfalls ein nahtloses Rohr mit einem Außendurchmesser von etwa 191 mm und einer Länge von etwa 12,7 m. Das Rohr 18 hat einen Außendurchmesser von etwa 219 mm und eine Länge von etwa 12,9 m; in ähnlicher Weise hat das Halsstück 40 den gleichen Durchmesser und die gleiche Paßform wie das Rohr 18, ist aber nur etwa 407 mm lang. Die nahtlosen Kupferrohre 30 haben einen Außendurchmesser von etwa 19 mm, einen Innendurchmesser von etwa 17,4 mm, eine Wandstärke von etwa 0,8 mm. Ihre Länge beträgt etwa 305 mm; neben ihrer Funktion als Strömungsleitvorrichtung für das Gas in der Kammer 27 haben sie auch die Funktion, das Rohr 15 in einem gewissen Abstand zum Rohr 16 zu halten. Ähnlich trennen die Abstandselemente 75 das Rohr 14 vom Rohr 15 und die Abstandselemente 76 halten ebenfalls die Rohre in konzentrischer Anordnung.

Nach der Ausführungsform von F i g. 4 und 5 sind die Rohre 30 in der Kammer 27 durch radial angeordnete Abstandselemente 80 in Form von Blechen mit einer Stärke von etwa 1 mm, einer Breite von etwa 19 mm und einer Länge von etwa 305 mm ersetzt, während bei der in F i g. 6 angegebenen Ausführungsform die Abstandselemente 80 sternförmig und konzentrisch um die Kammer 26 in der Kammer 27 angeordnet sind. Wie die Rohre 30 zwischen den Rohren 15 und 16 sind auch die Abstandselemente 80 durch Hartverlöten an den Wandungen der Rohre 15 und 16 befestigt. Die F i g. 8 und 9 zeigen eine weitere Ausführungsform, bei der keine Rohre oder Abstandselemente in der Kammer 27 vorhanden sind und bei der das innere Brennstoffrohr 14 mit dem Rohr 15 abschließt. Bei der Ausführungsform

so nach F i g. 10 und 11 sind in der Kammer 27 die Rohre 30 vorgesehen, und wie bei der Ausführungsform nach F i g. 8 schließt das innere Brennstoffrohr 14 mit dem Ende des Rohres 15 ab.

Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird das Rohr 15 über ein Regelventil 85 mit einem geeigneten Sauerstoffvorrat verbunden. In ähnlicher Weise ist das Gaszuleitungsrohr 49 mit Hilfe des Teils 90 mit einer unter einem verhältnismäßig geringen Druck stehenden Erdgasquelle verbunden,

ω während der Teil des Rohres 14, der vom rückwärtigen Ende des Brenners herkommt, mit einer unter einem verhältnismäßig hohen Druck stehenden Erdgasquelle verbunden ist, wobei alle Verbindungen für das Erdgas mit hohem und niedrigem Druck mit Regeleinrichtungen, die im allgemeinen durch die Ventile 85 angedeutet sind, versehen sind. Während kaltes Wasser in die Kammer 23 strömt, wird der Sauerstoff mit einem Durchsatz von etwa 1420 m³/h in die Kammer 26

eingeführt. Das Erdgas wird dann regelbar mit einem Durchsatz von etwa 710m³/h und einem Druck von etwa 17 bar in die Kammer 25 eingeleitet, worauf es entzündet wird. Der Durchsatz des Sauerstoffs in der Kammer 26 wird auf etwa 8500 m³/h erhöht, während das Erdgas mit einem Durchsatz von etwa 4250 m³/h und einem Druck von etwa 10 bar in die Kammer 27 eingeleitet wird. Dabei hat das aus dem Rohr 14 austretende Erdgas eine Geschwindigkeit von etwa 458 m/s; der aus der Kammer 26 austretende Sauerstoff hat eine Geschwindigkeit von etwa 210 m/s, während die Geschwindigkeit des aus der Kammer 27 ausströmenden Erdgases etwa 140 m/s beträgt.

Durch die. Längs- bzw. Parallelanordnung der Kammern 25,26 und 27 erhalten der Sauerstoff- und die Erdgasströme ein paralleles und koaxiales Strömungsmuster. Eine Ausdehnung der Gase erfolgt unmittelbar vor dem Brenner und ergibt ein charakteristisches flammenförmiges Muster. Da der innere Gasstrom eine höhere Geschwindigkeit als der ihn umgebende Sauerstoffstrom bzw. der äußere Gasstrom hat, zieht der innere Gasstrom den Sauerstoffstrom in sich hinein, während der Sauerstoffstrom den äußeren Erdgasstrom ansaugt. Der Ansaugeffekt in den drei Gas- bzw. Sauerstoffströmen ist für die Wirkungsweise der Brennerkonstruktion nach F i g. 8 und 9 wichtig, die keine Strömungsleitvorrichtungen wie die Rohre 30 oder die Trennwände 80 hat. Mit Hilfe dieser Einrichtungen können bei einem geringen Gehäuschpegel Wärmeleistungen von bis zu etwa 210GJ/h oder darüber erreicht werden.

Die Brennerkonstruktion, die hinsichtlich der Geräuschausschaltung und der heißesten Flamme die besten Ergebnisse liefert, ist in den Fig. 10 und 11 angegeben; dies gilt dann, wenn man die vorstehend beschriebene Zündfolge und Strömungsgeschwindigkeit anwendet. Werden die Brennerkonstruktionen nach den F i g. 1 bis 6 und die Konstruktion nach den F i g. 10 und 11 verwendet, so wird bei gleicher Arbeitsweise (Strömungsmenge je Zeiteinheit, Geschwindigkeit, Druck und Zündfolge) eine zusätzliche Wirkung auf den aus der Kammer 27 austretenden äußeren Gasstrom ausgeübt. Bei dem in den Fig. 1 bis 3 und 10 und 11 dargestellten Brenner ist der Ansaugeffekt des Sauerstoffstromes auf das Gas etwas verzögert, da das Gas durch die Rohre 30 strömt. Das durch die Dreieckskanäle 31 an der Kammer 26 austretende Gas steht mit dem Sauerstoffstrom in einer innigeren Berührung als das aus den Rohren 30 austretende Gas. Das an der Innenseite der Rohre 30 in der Nähe der Außenwand des Rohres 15 strömende Erdgas ist weiter entfernt vom äußersten Rand des Sauerstoffstroms als das Erdgas, das unmittelbar entlang der Außenwand des Rohres 15 strömt. Dieser Unterschied beruht auf der Wandstärke der Rohre 30, die nur etwa 0,8 mm beträgt. Dieser Unterschied reicht jedoch aus, um eine sofortige Vermischung aller Gasanteile zu verhindern, ehe sie sich in einem beträchtlichen Abstand zum Brenner befinden. Man erkennt, daß das durch die dem Rohr 15 benachbarten Dreieckskanäle 31 strömende Erdgas zuerst in den Sauerstoffstrom gezogen wird, dann das Gas, das durch die dem Rohr 15 am nächsten liegenden Teile der Rohre 30 strömt und schließlich das Gas aus den entfernteren Stellen der Rohre 30 und den verhältnismäßig großen, dem Rohr 16 benachbarten dreieckigen Kanälen 32. Auf diese Weise wird am Umfang eine gleichmäßige Trennung der Gasanteile vom Sauerstoffstrom in größeren Entfernungen entlang des Strömungsweges des Sauerstoffstromes erreicht. Gleichzeitig dienen die Rohre 30 als Strömungsleitvorrichtung für das durch die Kammer 27 strömende Gas. Die allmähliche Verteilung und Vermischung wird mit Hilfe der Rohre 30 erreicht, in denen die am Umfang liegenden Anteile des Gasstromes eine höhere Geschwindigkeit aufweisen, wenn das Gas durch und um die Rohre 30 strömt. Indem man die Rohre 30 so anordnet, daß der Gasstrom linear und parallel gerichtet ist, und indem das Erdgas gleichmäßig um den Sauerstoffstrom verteilt wird, hat die Flamme eine gleichmäßige Befeuerungswirkung und ist nicht so unregelmäßig, als wenn parallele konzentrische Rohre allein verwendet werden. Die gleichmäßige Befeuerung bewirkt natürlich auch eine Verminderung des Verbrennungsgeräusches.

Die radialen Trennwände 80 der Brennerkonstruktion nach den F i g. 4 bis 7 geben dem aus der Kammer 27 austretenden Gas eine gute Verteilung, auch wenn der Gasstrom eine verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit hat. Dies wird dadurch erreicht, daß das Gas an den rückwärtigen Kanten der Trennwände, z. B. bei 91, auftrifft, wodurch ein Druckabfall entsteht, der zu einer erhöhten Geschwindigkeit führt. Man erkennt, daß die Trennwände 80 sowohl eine Verteilungswirkung haben als auch dazu dienen, das Gas entlang einer parallel zum Sauerstoffstrom und zum inneren Gasstrom liegenden Achse zu führen. Durch die sternförmige Anordnung der Trennwände 80 (vgl. F i g. 6) werden, wie bei den Rohren 30, jedoch nicht wie bei den Trennwänden im Brenner von Fig.4, die Anteile des Gasstromes am Umfang gleichmäßig vom oxydierenden Gasstrom getrennt, während der Gasstrom parallel geführt wird.

Die Rohre 30 und die Trennwände 80 können außer in der Kammer 27 auch in der Kammer 26 angebracht sein, wodurch zwischen dem oxydierenden Gas und dem inneren Gasstrom die gleichen Wirkungen auftreten wie zwischen dem aus der Kammer 27 austretenden Brennstoff und dem aus der Kammer 26 austretenden oxydierenden Gas. Obwohl eine Geräuschverminderung und eine Verbrennung großer Gasmengen mit einem hohen Wirkungsgrad auch ohne die Rohre 30 oder die Trennwände 80 erzielt werden kann, bewirken diese Strömungsleitvorrichtungen eine meßbare Verminderung des Geräusches. Es kann eine beliebige Anzahl von Rohren oder Trennwänden in gleichen Abständen in der Kammer 27 angeordnet sein, vorausgesetzt, daß die erforderliche Querschnittsfläche zum Durchleiten von Gas verfügbar und der Druckabfall nicht zu stark ist. Auch braucht das innere Rohr 14 keinen kreisförmigen Querschnitt zu haben. Da aus diesem Rohr nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil der gesamten Brennstoffmenge austritt, kann es auch einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben, ohne daß die Ausführbarkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung darunter leidet.

Die Länge der Flamme beträgt etwa 3,7 bis 4,9 m, wobei eine allmähliche Vermischung der Gasströme über diese Länge erfolgt. Durch den bei der Entzündung des aus der Kammer 27 austretenden Gasstromes erhaltenen Druck wird der Gasstrom ebenfalls in den Sauerstoffstrom gepreßt. Auch wenn der Brenner in einem abgegrenzten Raum, z. B. in einem basischen Sauerstoffofen, betrieben wird, ist das Geräusch so gering, daß er im gewöhnlichen Fabriksbetrieb nicht hörbar ist. Weiterhin ist das Verfahren einfach und billig mit einer einfachen Brennerkonstruktion ohne Spezialwerkzeuge oder Spezialwerkstoffe durchzuführen. Der

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Brenner hat nur sehr wenige wartungsbedürftige Teile und ist so konstruiert, daß er leicht in einen basischen Sauerstoffofen eingeschoben und aus diesem wieder herausgezogen werden und daß er beliebige Flächen innerhalb des Ofens erreichen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbrennung großer Volumina fließfähiger Brennstoffe, bei dem drei Medienströme mit voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten koaxial geführt werden, von denen der innere und der äußere Strom Brennstoff und der mittlere Strom oxydierendes Gas sind, wobei die Geschwindigkeit des inneren Stroms größer als die Geschwindigkeit des äußeren Stroms ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die koaxialen Ströme zur allmählichen, im Mündungsbereich beginnenden und sich über eine lange Entfernung erstreckenden Vermischung praktisch linear strömen läßt und das Brennstoffvolumen des inneren Stromes kleiner hält als dasjenige des äußeren Stromes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und der äußere Strom aus Erdgas und der mittlere Strom aus Sauerstoff bestehen und daß das Volumen des inneren Stromes etwa 10 bis etwa 20% des Volumens des äußeren Stromes beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Strom entzündet wird.

4. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit drei koaxialen, zur Brennermündung offenen Kammern, von denen die innere und die äußere Kammer zum Durchleiten eines Brennstoffes und die mittlere Kammer zum Durchleiten eines oxydierenden Gases dienen, und mit in der äußeren Kammer im Austrittsbereich des Brenners angeordneten Strömungsleitvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtungen in der äußeren Kammer (27) zum axialen Ausrichten des Brennstoffes ausgebildet sind, daß der Austrittsbereich des Brenners von Kühlkammern (22, 23) umgeben ist und daß die Länge der drei koaxialen, geradlinig verlaufenden Kammern (25, 26, 27) wesentlich größer ist als der Außendurchmesser der Kühlkammern (22,23).

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtungen durch eine Vielzahl von in der Kammerlängsrichtung verlaufenden Rohren (30) gebildet sind.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Umfangswand der mittleren Kammer (26) angeordneten Rohre (30) miteinander in Berührung stehen.

7. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitvorrichtungen durch eine Vielzahl von in der Kammerlängsrichtung verlaufenden Trennwänden (80) gebildet sind.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (80) sternförmig um die Umfangswand der mittleren Kammer (26) angeordnet sind.