-
"Gasbrenner fiir metallurgische und / oder keramische Öfen" Die Erfindung
bezieht sich auf einen mit einer Düse ausgestalteten Gasbrenner, insbesondere für
metallurgische oder keramische Öfen, aus dem noch nicht mit Luft gemischtes Gas
unter Druck in einen Luftstrom fließt, der im wesentlichen die ganze Düse umgibt.
Die genannte Düse hat einen Führungsteil mit einer Öffnung an seiner Endfläche,
um einen Hauptanteil an Gas zur Bildung der Flamme abzublasen und mit einer Anzahl
von kleinerer Öffnungen in der Wand des Führungsteiles in einem kurzen Abstand von
der genannten Endfläche zum Abblasen einer kleineren Menge Gas zur Bildung von Hilfs-
oder Steuerflammen zur Sicherstellung der Zündung der genannten Hauptmenge am Gas.
Darüherhinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Düse zur Verwendung in einem solchen
Brenner.
-
Es ist bekannt, daß iterschiedene brennbare Gase, z. B. Erdgas, das
ziemlich häufig verwendet wird, eine relativ geringe Verbreitungsgeschwindigkeit
der Flamme haben, beispielsweise 20 bis 3o cm je sec.
Um Brenner
von relativ- geringer Größe mit einer ausreichend hohen Kapazität verwenden zu können,
ist es wünschelaswert, aus den Brennern in der Zeiteinheit so viel Gas abzublasen,
daß die Fliesgeschwindigkeit des Gases höher wird als die Verbreitungsgeschwindigkeit,
so daß die Flamme die Tendenz hat, sich vom Brenner zu lösen und aus zugehen. Demzufolge
müssen Maßnahmen ergriffen werden, um dies zu verhindern. Die Lösung dieses Problems
wurde in der Anwendung von Hilfs- oder Steuerflammen gesucht die von Gas gebildet
werden, das durch schmälere Öffnungen um den Hauptbrennerteil ausströmt, der einen
größeren Durchmesser hat, wie einleitend angegeben. Obwohl mit solchen Maßnahmen
gewisse Verbesserungen erreicht wurden, arbeiten bekannte Brenner dieser Art noch
nicht völlig befriedigend. Insbesondere hat sich gezeigt, daß man solche Brenner
nicht derart steuern kann, daß sich die Wärmeabgabe pro Brenner in einem ausreichend
weiten Bereich regeln läßt. In vielen Fällen jedoch ist eine solche breite Steuerungsmöglichkeit
dringend erwünscht, beispielsweise bei Brennöfen in der Metallurgie und in der keramischen
Industrie. Außerdem wird bei solchen Brennern gefordert, daß sie, sowohl wenn der
Ofen kalt ist, als auch wenn er heiß ist, korrekt arbeiten. Auch in diesem Punkt
befriedigen die bekannten Brenner nicht voll.
-
Die Erfindung will demgemäss solche Brenner in den angegebenen Richtungen
verbessern und strebt eine Lösung der hier aufgezeigten Probleme an. Diese Aufgabe
löst die Erfindung, ausgehend von Brennern da einleitend angegebenen Art dadurch,
das um den Führungsteil dadurch ein Flackerstabilisierungshals gebildet ist, daß
sich ch die erwähnten kleineren Öffnungen in eine um die genannte Führungsröhre
angeordnete Expansionskammer erstrecken, die eine bei weitem größere Querschnittsfläche
in einer Ebene- durch die Achse des Führungsteils hat als die Querschnittsfläche
jeder einzelnen der kleineren Öffnungen', indem die genannte Kammer einen im wesentlichen
ringförmigen in axialer Richtung
des Führungsteiles gesehen, viel
schmäleren Auslaßring aufweist,' als die Expansionskammer derldem-Abblasen von Gas
für die Hilfs- oder Steuerflammen dient und im wesentlichen radial nach außen an
der Abströmseite des Halses und zwar in der Hauptflußrichtung von Luft und Gas gesehen,
verläuft, wobei der Stabilisierungshals sich über eine gewisse Distanz radial außerhalb
der genannten Kammer und, des genannten Auslaßblattschlitzes erstreckt.
-
Wie sich gezeigt hat, kann man bei Anwendung der Erfindung die Hitzeabgabe
pro Zeiteinheit mit einem Faktor lo bis 15 oder sogar mehr ändern und zwar durch
einfach Variation des Gasdruckes über den atmosphärischen Druck vor der Düse hinaus,
ohne daß dadurch die Flamme von der Düse weggeblasen würde und ohne Schwankungen
und daraus sich ergebender Beeinträchtigung für die höhere Hitzeabgabe. Außerdem
werden so eine besonders gleichmässige Temperaturverteilung in der Flamme und auch
ein breiter Variationsbereich der Hitzeabgabe möglich.
-
Die Struktur des erfindungsgemässen Brenners ist sehr einfach.
-
Hochöfen oder ähnliche Öfen2 die getrocknet und langsam aufgeheizt
werden müssen, können, wie sich gezeigt hat, in vielen Fällen mit den gleichen erfindungsgemäss
ausgebildeten Brennern betrieben werden, die auch beim normalen Betrieb zur Aufheizung
von beispielsweise Ke ramikartikeln verwendet werden.
-
In der Praxis hat sich bei Versuchen mit einem Brenner nach der Erfindung
sogar bestätigt, daß bei einem Gasdruck in der Düse bei höchster Hitzeabgabe von
einer Atmosphäre Überdruck dieser Druck ohne irgendeinen Nachteil auf weniger als
1 cm Quecksilbersäule reduziert werden kann, um Warmluft zum Trocknen der Ziegel
in einem Ziegelbrennofen zu erzeugen.
-
Vorzugsweise wird ein Brenner nach der Erfindung in der Weise ausgeftihrt,
daß die Kammer um die kleineren Öffnungen an einem Ende von dem Stabilisierungshals
begrenzt ist und daß der Schlitz zwischen einem zylindrischen äußeren Begrenzungsteil
der genannten Kammer und dem Stabilisierungshals angeordnet wird.
-
In vielen Fällen ist darüberhinaus vorzuziehen, einen Brenner dieser
Art in solcher Weise auszuführen, daß die kleineren Öffnungen jeweils eine Oberfläche
aufweisen, die zur Flußrichtung des Gases durch sie hindurch senkrecht verläuft,
wobei diese Fläche weniger als 1/5 der Querschnittsfläche der Expansionskammer in
dem gleichen Bereich darstellt, gemessen in einer Ebene durch die Achse des Führungsr
teils. Der Auslaßschlitz der Expansionskammer hat dabei eine Abmessung, die in der
axialen Richtung des Führungsteils gemessen, kleiner ist als 1/5 der Innenabmessung
der genannten Kammer, gemessen in der gleichen Richtung.
-
Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch sie erzielten
Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbe ispiele.
-
Fig. 1 gibt einen Brenner nach der Erfindung sowie den umgebenden
Teil eines Ofens wieder zum Aufheizen von zu walzenden Stauplatten oder Brammen,
Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform der Gasdüse des genannten Brenners in einer
axialen Querschnittsdarstellung in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 zeigt ebenfalls
in axialer Querschnittsdarstellung' ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Gasdüse.
-
In einer Ofenwand 1 sind Brenner angeordnet. Jeder dieser 3' Brenner
ist in einem Gehäuse 2, das mit feuerfWestem Materiallausgekleidet ist, angeordnet
und von einem kegelstumpfförmigen inneren Durchgang 4 umgeben. Dieser Durchgang
4 ist mit einer Luftzuführleitung 5 verbunden, die mittels eines nicht dargestellten
Gebläses, mit Luft von relativ geringem Druck beaufschlagt wird. In der Luftzuführung
5 ist zentral eine Gaszuführung 6 angeordnet, durch die das Gas mit relativ geringer
Fleammenverteilungsgeschwindigkeit, wie z. B. Erdgas unter einem Druck zugeführt
wird, der dem aus der Düse austretenden Gas eine Geschwindigkeit verleiht, die normalerweise,
zumindest im Stadium höchster Hitzeabgabe, höher ist als die Geschwindigkeit der
umgebenden Luft im kegelstumpfförmigen Durchgang 4. Bei maximaler Hitzeabgabe des
Brenners beträgt der Gasdruck im Rohr 6 beispielsweise eine Atmosphäre Meßdruck.
-
Die Leitung 6 endigt, wie dargestellt, im kegelstumpfförmigen Durchgang
4 bzw. in einer Düse 7, die näher im Rahmen der Figuren 2 irnd 3 beschrieben werden
wird.
-
J)ie Düse nach Fig. 2 hat einen zylindrischen Führungsteil 8, der
Lirn oder im freien Ende der Leitung 6 durch eine Gewindeverbindurggchaltert werden-kann.
Dieser Führungsteil 8 endet an einem Endlflächentell 9, der rechtwinklig zur Achse
der Düse 7 und derjenigen der 6 tiung 6 verläuft. Die Endfläche 9 hat eine große
mittlere Öffnung lo und der Führungsteil 8 ist in einem kurzen Abstand stromaufwärts
von der Endfläche 9 mit sechs kleineren Öffnungen 11 versehen. Diese öffnen sich
in eine Expansionskammer 12, die von einem rlngförmigen Teil 13 von L-förmigen Querschnitt
begrenz ist, der in der dargestellten Art und Weise unit den Teilen 8 und 9 verschwelßt
ist.
-
Um den Führungsteil 8 ist ein Stabilisierungshals 14 angeschweißt,
der beim Ausführungsbeispiel die Form eines flachen Rings in einer zur Achse des
Führungsteils rechtwinklig verlaufenden Ebene aufweist. In diesem Ring können sich
einige schmale Schlitze oder Einschnitte von der äußeren Peripherie nach innen befinden,
um ein Verdrehen unter dem Einfluss starker Temperaturdifferenzen zu verhindern.
Zwischen dem freien unteren Ende des Ringteils 13 und dem Stabilisierungshals 14
ist ein schmaler Schlitz 16 offengelassen.
-
Bei einer bestimmten erforderlichen Kapazität liefert Fig. 2 eine
Düse in ihren richtigen Abmessungen. Die Öffnung lo könnte einen Durchmesser von
20 mm haben. Die sechs 5ffnungen- 11 könnten eine jede einen Durchmesser von 4,
5 mm aufweisen, die Expansionskammer 12 könnte ihnen im Querschnitt durch die Achse
der Düse Abmessungen von 7 x 19 mm und der Schlitz 16 könnte eine Breite von 2 mm
haben.
-
Das unter Druck eingespeiste Gas fließt in großer Menge durch die
Öffnungen lo als Hauptstrom zur Bildung der eigentlichen Flamme.
-
Ein kleiner Teil des Gases fließt durch die Öffnungen 11 zur Expansionskammer
12.
-
In dieser Kammer gelangen die Gasströme-aus den Öffnungen 11 sozusagen
zu einer Möglichkeit, sich zu verteilen, so daß aus dem Schlitz 16 ein Gasofluss
ausströmt, der sich nicht mehr aus einzelnen kleinen kräftigen Gasströmen zusammensetzt,
so wie sie aus den Öff.
-
nungen 11 heraustreten, sondern der mehr ein fast, wenn auch noch
nicht völlig gleichmässig verteilter Gasstrom durch den Schlitz 16 ist.
-
Der Stabilisierungshals 14 erstreckt sich über eine beträchtliche
Distanz nach außen bezüglich des Schlitzes 16. Bei einem Brenner mit den oben angegebenen
Dimensionen beträgt dieser Überstand des Halses bezüglich des Schlitzes vorzugsweise
20-23 mm außerhalb der zylindrischen Außenfläche des Teils 13.
-
Fig. - 3 zeigt eine Brennerdüse im gleichen Maßstab wie in Fig. 2,
also beispielsweise bei einigen Fällen in natürlicher Größe. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der ringförmige Teil 13 mit L-.förmigem Querschnitt in der stromauf gelegenen
Seite des Stabilisierungshalses angeordnet. Der genannte Hals hat dabei einen Innendurchmesser,
der größer ist als der Außendurchmesser des Führungsteils 8. Dadurch kann das Gas
aus der Kammer 12 durch den Raum fließen, der zwischen dem Hals 14 und dem FührungsteiL
8 freigelassen wird und zwar zum Schlitz 16, der zwischen einem Ring 15 um den Führungsteil
und dem Hals 14 gebildet wird. Auf diese Weise fließt das Gas radial nach außen
durch den Schlitz 16 i:wJ- zwar stromabwärts bezüglich des Halses 14.
-
Es hat sich gezeigt, daß der Luftstrom um den Stabilisierungshals
14 däs herausfliessende Gas aus dem Schlitz 16 in einer solchen Weise und mit einer
solchen Turbulenz zur Endfläche 9 hin mitreißt, daß Hilfs- oder Steuerflammen geschaffen
werden, die bewirken, daß die Flamme im großen aus der Öffnung lo heraustretenden
Gasstrom nicht weggeblasen werden kann, sondern immer nahe an der Endwand 9 zu brennen
beginnt. Bezüglich der Strukturen, in denen die Hilfsgasströme aus Öffnungen wie
den Öffnungen 11 sofort zur Endfläche der Düse geführt werden oder in denen solche
Ströme zunächst radial auswärts fließen, ohne sich wesentlich zu expandieren und
in einen Zwischenraum zu diffundieren und dann die Endfläche zu erreichen, erscheint
ein Brenner nach der Erfindung geeignet zu sein, innerhalb eines weit größeren Bereichs
der Hitzeabgabemengen pro Zeiteinheit wie oben erklärt regelbar zu sein.