DE1551759B2

DE1551759B2 - Brennmittel-mischeinrichtung fuer einen brenner fuer einen schmelzofen

Info

Publication number: DE1551759B2
Application number: DE1963A0054773
Authority: DE
Inventors: Albert John Plainfield; Baier Richard New Brunswick; N.J. Phillips (V.StA.)
Original assignee: Ausscheidung aus: 13 01 583 American Smelting and Refining Co., New York, N.Y. (V.St.A.)
Priority date: 1962-06-22
Filing date: 1963-06-21
Publication date: 1977-03-03
Also published as: SE345001B; BE633958A; GB1044066A; US3366465A; DE1551759A1; GB1044064A; GB1044065A; DE1301583B; GB1044063A; FI45768B; SE316310B; NO115156B; JPS497774B1; NO115486B; FI45768C

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennmittel-Mischeinrichtung für einen mit gasförmigem Brennstoff betreibbaren Brenner für einen Schmelzofen, die mit einer Kammer zur Gemischbildung versehen ist,, die auf der dem Feuerraum abgewandten Seite mit einem Krümmer zur Zufuhr eines unter Druck stehenden sauerstoffhaltigen Gases, der an seinem stromauf befindlichen Ende eine Drosseleinrichtung aufweist, verbunden ist, und die mit einer Brennstoffzuführung versehen ist, in der nahe dem stromab befindlichen Ende des Krümmers radial ausgerichtete Auslässe ausgebildet sind. _:

Derartige Brennmittel-Mischeinrichtungen können speziell bei senkrechten Schmelzofen zur Anwendung kommen, die, wie in der DT-PS 13 01 583 beschrieben ist, zum Schmelzen von Kupfer dienen.

Bei einer bekannten Brennmittel-Mischeinrichtung der eingangs erwähnten Art (US-PS 15 12 579) ist die Brennstoffzuführung in Form eines sich von der Seite des größten Innenbogens des Krümmers in letzteren erstreckenden Rohres ausgebildet, das an seinem Ende in Nähe des stromab befindlichen Endes des Krümmers in verschiedenen, quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Ebenen über seinen Mantel verteilt öffnungen aufweist, und die Drosseleinrichtung am stromauf befindlichen Ende des Krümmers durch eine um eine Achse gegen die Hauptströmungsrichtung verschwenkbare Ventilklappe gebildet. Als nachteilig erweist sich diese bekannte Einrichtung insbesondere dadurch, daß sie eine innige, gleichmäßige Brennmittelvermischung in einer Meßebene der Mischkammer nicht zu gewährleisten vermag.

Es ist bei einem Brenner für flu .gen Brennstoff weiterhin bekannt (US-PS 22 05 983), in einer geradlinigen Luftzuleitung eine Drosseleinrichtung in Form eines irisblendenförmigen, einstellbaren Diaphragmas vorzusehen, dessen Öffnungsgröße zwar regulierbar ist, wobei jedoch die Möglichkeit der Variierung der Strömungsbahn nicht gegeben ist.

Bekannt ist weiterhin eine Mischeinrichtung für einen Brenner (US-PS 28 04 919), bei der einem in einer geradlinigen Zuleitung geführten Luftstrom in einem Mischbereich der Zuleitung durch sich radial indetztere erstreckende, fingerförmige Zuführungen unterschiedlicher Länge gasförmiger Brennstoff zugegeben wird, um in dem Luftstrom Gemischzonen unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit zu schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennmittel-Mischeinrichtung gemäß der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß in einer Meßebene quer zur Hauptströmungsrichtung in der Kammer eine weitgehend gleichmäßige Gemischbildung einstellbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslässe der Brennstoffzuführung am Umfang der Kammer zur Gemischbildung in einer quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Ebene ausgebildet sind, daß die Drosseleinrichtung eine Drosselplatte mit einer Drosselöffnung darstellt, die zur Veränderung ihrer Lage innerhalb des Krümmers quer zur Hauptströmungsrichtung verschiebbar ist, und daß bei der zum Feuerraum am nächsten befindlichen Lage der Drosselöffnung die Achse der letzteren sowie eine zur Achse der Drosselöffnung parallel verlaufende Linie durch ihren vom Feuerraum entferntesten Umfangspunkt mit der zugeordneten Tangente an die Innenwandung des Krümmers einen Winkel von mindestens 65° bzw. 45° einschließen.

Vorteilhafterweise zeichnet sich die Brennmittel-Mischeinrichtung weiterhin dadurch aus, daß die Ebene der Auslässe der Brennstoffzuführung gemessen entlang dem größten Innenbogen des Krümmers von der Drosselplatte einen Abstand von etwa 30 cm aufweist.

Die Erfindung erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß durch die spezielle veränderbare Anordnung und Ausbildung der Drosseleinrichtung der Strömungsverlauf des sauerstoffhaltigen Gases derart im Krümmer steuerbar ist, daß in der Kammer ein symmetrischer Strömungsverlauf des Brennmittelgemisches erzielbar und damit eine innige, gleichmäßige Brennmittelmischung in der Meßebene gegeben ist. In der Zeichnung sind

F i g. 1 ein senkrechter Schnitt eines in einen Schmelzofen eingebauten Brenners,

F i g. 2 ein senkrechter Schnitt eines Teils des Brenners nach F i g. 1,
F i g. 3 ein horizontaler Schnitt entlang der Linie 3-3 derFig.2.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird Luft bei einem gewünschten Überdruck dem Brennerkörper 4 durch die Leitung 29 zugeführt. Ein gasförmiger Brennstoff wird durch die Zuführung 36 vom Verteiler

35 unter einem gewünschten Überdruck dem Brennerkörper 4 zugeführt.

In F i g. 1 ist ein Brennerkörper 4 als Beispiel gezeigt, der in eine Seitenwandöffnung 7 eines Ofens mit einer

feuerfesten Auskleidung 5 umgeben von einem Mantel 6 eingefügt ist, wobei der Brennerkörper 4 in der öffnung 7 mit Bolzen 38 gehalten wird, welche die Montageplatte 39 des Brennerkörpers 4 dicht gegen den Mantel 6 halten, um für eine praktisch gasdichte Montage zu sorgen. Dieser Aufbau zusammen mit der geschlossenen Konstruktion des Brennerkörpers 4 verhindert im wesentlichen die Einführung äußerer Luft in den Ofen durch die Öffnung 7.

Der Brennerkörper 4 enthält einen Abschnitt 50 zur Vereinigung eines Brennstoffstroms und eines sauerstoffhaltigen Gasstroms zur Bildung eines einheitlichen Stroms und zur Einführung des einheitlichen Stroms in den Zündabschnitt 51. Der Brennerkörper 4 weist ferner einen Verbrennungsabschnitt 52 auf, der aus feuerfestern Material hergestellt ist und auf einem ringförmigen Flansch 53 gegen die Schulter 54 des Zündabschnitts 51 angebracht ist. Der Zündabschnitt 51 ist auch mit einem ringförmigen feuerfesten Ring 56 und einer ringförmigen feuerfesten Hülse 57 versehen, die angepaßt ist mit dem Ring 56, einen Hals 55 im Abschnitt 51 zu bilden. Ein Stab 58 kann in dem Hals 55 angeordnet sein, und eine übliche elektrisch betriebene Zündkerze 59 kann auf der Seite des Abschnitts 51 angebracht sein, wobei das innere Ende der Zündkerze 59, wie gezeigt, in der Nähe des Stabes 58 angeordnet ist. Die Kombination von Hals 55 und Stab 58 ist besonders zur Aufrechterhaltung der Verbrennung der Einheitsströmung im Abschnitt 52 geeignet, insbesondere wenn die Einheitsströmung durch den Brennerkörper 4 bei einer hohen Geschwindigkeit hindurchgeführt wird. Der Abschnitt 51 ist auch mit Öffnungen 69 und 70 versehen, um Proben aus der Einheitsströmung zu entnehmen. Derartige Öffnungen sind normalerweise durch Stopfen 71 verschlossen. Anstatt Zündmittel, wie die Zündkerzen 59 zu verwenden, kann die Einheitsströmung von der Innenseite des Ofens her gezündet werden, obgleich ein derartiges Verfahren nicht bevorzugt ist. So kann z. B. bei Inbetriebnahme des Ofens ein Holzfeuer im Ofen angezündet werden. Beim Einblasen des verbrennbaren Strömungsgemisches in den Ofen bei einer niederen Einblasgeschwindigkeit zündet der Einheitsstrom und brennt zu dem normalen Zündungspunkt zurück.

Der Abschnitt 50 hat einen ringförmigen Verzweigungsteil 60, eine Hülse 61, einen Krümmer 62; eine Drosselplatte 63 und eine Beobachtungsöffnung 64, die mit einem durchsichtigen Schauglas 65 versehen ist. Die Hülse 61, die an die Schulter 66 und das linke Ende des Abschnitts 51 anstößt, wirkt mit dem ringförmigen Teil 60 zusammen, um eine Verzweigung zur Einführung des Brennstoffstroms aus der Zuführung 36 durch die Auslässe 67 in die Kammer 68 zur Gemischbildung zu bilden. Die Größe und Verteilung der Auslässe 67 über den Umfang der Hülse 61 ist so gewählt, daß der Eintritt des Strömungsmittels in die Kammer 68 gesteuert wird. Der Strom sauerstoffhaltigen Gases wird in die Kammer 68 aus Leitung 29 durch die öffnung 72 in der Platte 63 und den Krümmer 62 eingeführt.

Bei Betrieb des Brenners wurde gefunden, daß der Gesamtsauerstoffgehalt von Proben der an verschiedenen Punkten in der Ebene A-A durch die öffnungen 69 und 70 entnommenen vereinigten Strömung nicht der gleiche war. Es wurde ferner gefunden, daß die Unterschiede in dem Gesamtsauerstoffgehalt, der in den an den gleichen oder verschiedenen Punkten der Ebene A-A entnommenen Proben der Einheitsströmung ermittelt wurde, durch Verschieben der Platte 63 in ihrer Ebene quer zum Luftstrom am Einlaßende des Krümmers 62 (siehe Fig.3) erhöht oder gesenkt werden konnten, so daß die Lage der öffnung 72 geändert und die Luft veranlaßt wurde, unter einem abweichenden Winkel auf den Krümmer 62 aufzutreffen. Wenn jedoch die Platte 63 auf eine Stellung an dem Auslaßende des Krümmers 62 unmittelbar vor dem linken Ende der Hülse 61 eingestellt wurde, mit der Ebene der öffnung 72 senkrecht zur Achse der Hülse 61, wurden relativ große Unterschiede im Gesamtsauerstoffgehalt in der Ebene A-A in der Einheitsströmung gefunden. Die Verschiebung der Platte 63 quer zu der Bahn des Luftstromes hatte jedoch keine merkliche Wirkung auf die Unterschiede im Gesamtsauerstoffgehalt, der in der Ebene A-A der Einheitsströmung gefunden wurde. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß irgendein Veränderungsverlauf im Totalsauerstoffgehalt, der über die Ebene A-A gefunden wurde, in der Einheitsströmung bei ihrem Durchgang durch den restlichen Teil des Brennerkörpers 4 verblieb.

Dementsprechend wird beim Betrieb des Brenners der Luftstrom zu dem Brennerkörper 4 durch die am Einlaßende des Krümmers 62 gelegene öffnung 72 geleitet, wobei der Strom auf die gekrümmte Oberfläche in der Biegung auftrifft, um in die Kammer 68 umgelenkt zu werden, und die Lage der Öffnung 72 wird verschoben, um den Auftreffwinkel des Stroms auf die gekrümmte Oberfläche zu verändern, so daß Änderungen im Gesamtsauerstoffgehalt quer über die Bahn des aus dem Brenner ausgestoßenen Einheitsstroms gesteuert werden. Es wurde gefunden, daß die geringste Änderung in einem derartigen Gesamtsauerstoffgehalt erhalten wird, wenn praktisch der gesamte Strom, der durch die Öffnung 72 hindurchgeht, auf die gekrümmte Oberfläche des Krümmers 62 auftrifft, so daß der kleinste Winkel zwischen der Strömungsbahn des Stromes und einer beliebigen Tangente zu diesem Teil der gebogenen Oberfläche, auf die der Strom auftrifft, größer als 45° ist und der kleinste Winkel mit der Tangente zu dem Teil der gekrümmten Oberfläche, auf die der Hauptteil des Stromes auftrifft, größer als 65° ist. Wie in F i g. 2 gezeigt, stellt also Linie 73, die von der linken Seite der Öffnung 72 parallel zur Längsachse des Einlaßteils des Krümmers 62 gezogen ist, die linke Seite der Strömungsbahn des Luftstromes dar. Wie gezeigt, ist der Winkel zwischen Linie 73 und der Tangente zu der gekrümmten Oberfläche, wenn letztere durch die Linie 73 geschnitten wird, größer als 45° (durch den Winkel B erläutert) und der Winkel C zwischen der Öffnungsachse 74 und der Tangente zu der gekrümmten Oberfläche, wo letztere durch die Öffnungsachse 74 geschnitten wird, größer als 65°. Ferner wurde gefunden, daß der Abstand der Brennstoffauslässe 67 von der Platte 63 die Empfindlichkeit der Steuerung beeinflußt, die durch Verschiebung der Platte 63 insofern herbeigeführt wird, daß, wenn der Abstand erhöht wird, die Empfindlichkeit gegen Verschiebung der Platte verringert wird. Vorzugsweise sind sämtliche Auslässe 67 in etwa 30 cm von der Platte 63, gemessen entlang der Linie 77, die durch den größten inneren Radius des Krümmers 62 erzeugt wird, angeordnet.

Wie in F i g. 1 gezeigt, ist die Leitung 29 mit einem Ventil 80 zur Steuerung der Luftmenge versehen, die mit Überdruck zu dem Brennerkörper 4 geführt wird. In gleicher Weise ist die Zuführung 36 mit einem Ventil 81 zur Regelung der Brennstoffmenge versehen, die unter Überdruck zu dem Brennerkörper 4 geführt wird. Auch kann, wie in F i g. 1 gezeigt, die Zuführung 36 mit einem

üblichen membrangesteuerten Ventil 85,86,87 versehen sein, das mit einem Rohr 88 ausgestattet ist, das von der Innenseite der Leitung 29 zu dem Raum oberhalb der Membran führt. Eine derartige Anordnung unter Verwendung eines Überdruckes in dem Brennstoff mit der Luft wird bevorzugt, da durch ihre Anwendung der Brennstoff in der Zuführung 36 vor dem Ventil 81 auf dem gleichen Druck wie die Luft in der Leitung 29 vor der Platte 63 gehalten wird, wodurch das Verhältnis von an den Brenner abgegebenen Brennstoff zu Luft, rascher auf einen gewünschten Wert geregelt werden kann als durch eine Anordnung, in der der geringere Strom in die Kammer 68 durch Ansaugen eingeführt wird. Auf diese Weise wird z. B. zur Steigerung der Wärmeleistung des Ofens der Luftdruck in Leitung 29

stromaufwärts von der Platte 63 durch Öffnen des Ventils 80 gesteigert. Das Ventil 85, 86, 87 sorgt automatisch für den gleichen Druck in der Zuführung 36 stromaufwärts von Ventil 81, so daß das gleiche Verhältnis von Brennstoff zuLuft in der Stromeinheit aufrechterhalten wird ohne Änderung der Einstellung des Ventils 81. :

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennmittel-Mischeinrichtung für einen mit gasförmigem Brennstoff betreibbaren Brenner für einen Schmelzofen, die mit einer Kammer zur Gemischbildung versehen ist, die auf der dem Feuerraum abgewandten Seite mit einem Krümmer zur Zufuhr eines unter Druck stehenden sauerstoffhaltigen Gases, der an seinem stromauf befindlichen Ende eine Drosseleinrichtung aufweist, verbunden ist, und die mit einer Brennstoffzuführung versehen ist, in der nahe dem stromab befindlichen Ende des Krümmers radial ausgerichtete Auslässe ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (67) der Brennstoffzuführung (36) am Umfang der Kammer (68) zur Gemischbildung in einer quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufenden Ebene ausgebildet sind, daß die Drosseleinrichtung eine Drosselplatte (63) mit einer Drosselöffnung (72) darstellt, die zur Veränderung ihrer Lage innerhalb des Krümmers (62) quer zur Hauptströmungsrichtung verschiebbar ist, und daß bei der zum Feuerraum am nächsten befindlichen Lage der Drosselöffnung (72) die Achse (74) der letzteren sowie eine zur Achse (74) der Drosselöffnung (72) parallel verlaufende Linie (73) durch ihren vom Feuerraum entferntesten Umfangspunkt mit der zugeordneten Tangente an die Innenwandung des Krümmers (62) einen Winkel von mindestens 65° bzw. 45° einschließen.

2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Auslässe (67) der Brennstoffzuführung (36) gemessen entlang dem größten Innenbogen des Krümmers (62) von der Drosselplatte (63) einen Abstand von etwa 30 cm aufweist.