DE2112314A1

DE2112314A1 - Aus keramischen Werkstoffen bestehender Brenner fuer Winderhitzer oder Blasoefen von Hochofenanlagen

Info

Publication number: DE2112314A1
Application number: DE19712112314
Authority: DE
Inventors: Lucieer Wouter Bram; Amerongen Theodorus Antoni Van
Original assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL; Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken NV
Current assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL; Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken NV
Priority date: 1970-03-16
Filing date: 1971-03-15
Publication date: 1971-12-02
Also published as: DE2112314B2; FR2083311B3; GB1324297A; NL7003722A; FR2083311A3; DE2112314C3; BE764321A

Description

.PATENTANWÄLTE O 1 1 9 3 1 U

DIPL. ING. C. STOEPEL · DIPL. ING. W. GOLLWITZER · DIPL. ING. MOLL

O74 LANDAU/PFALZ · AM SCIIÜTZENIIOP

rOSTSCHECKl 67 IjTIDiViGSIIAPEN" 37 502 · BAITKt DEUTSCHE BlKK 074 LAKDAB-PFAtZ

Koninklijke Nederlandsche Hoogovens&n Staalfabrieken N. V., Ijmuiden (Niederlande)

"Aus keramischen Werkstoffen bestehender Brenner für Y/inderhitzer oder Blasöfen von Hochofenanlagen" ' (|

Die Erfindung bezieht, sich auf einen aus keramischen Werkstoffen bestehenden Brenner für Winderhitzer (Heißluftöfen) von Hochofenanlagen mit einea senkrecht verlaufenden Winddurchlaß und mit einem Brennstoffdurchlaß im Winddurchlaß, wobei die genannten Durchlässe an ihren unteren Enden mit Zuführungsleitungen für die Brennluft bzw. den Brennstoff verbunden sind. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen mit einem solchen Brenner ausgestatteten Winderhitzer.

Bei der Erzeugung von Roheisen in Hochöfen wird die für den Hochofenbetrieb erforderliche Luft in sogenannten Winderhitzern oder Vorheizöfen aufgeheizt. Bei modernen Ausführungsformen solcher Winderhitzer werden vielfach sogenannte Xeramikbrenner der eingangs genannten Bauart verwendet. Solche Brenner bestehen in der Regel aus feuerfestem Ziegelmaterial und werden im ■■>

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unteren Bereich des Brennraumes des Winderhitzers untergebracht. Bei solchen Brennern mündet z. B. der Luftdurchlaß in eine Reihe von schlitzförmigen Öffnungen, die mit ITeigung in Richtung auf die Abblas— öffnung einer zentralen, schlitzartigen Öffnung des Durchlasses für die gasförmigen Brennstoffe verlaufen. Dies ergibt eine sehr gute gegenseitige Durchdringung der Gas- und Luftströme, was den Zweck hat, ein gleichmäßiges Gemisch in jeweils richtigen Mischungsverhältnissen für die jeweiligen Verbrennungskomponenten zu erreichen.

Obwohl sich die Erfindung in erster Linie auf aus keramischen Massen bestehende Brenner bezieht, bei denen die Öffnungen der Gas- und Luftdurchlässe in der angegebenen Art und Weise angeordnet sind, kann sie in vorteilhafter V/eise auch bei Brennern anderer Bauformen Anwendung finden, z. B. bei Brennern, bei denen sowohl die Gas- wie auch die Luftdurchlässe in eine erhebliche Anzahl von separaten, auf die Ausgangsöffnungen gerichteten Strahlen aufgespalten sind, wobei die genannten Teilströme sich geometrisch abwechseln.

Es hat sich als möglich erwiesen, eine prinzipiell innige Durchmischung von Gas und Luft durch eine gute Formgebung und Anordnung der Öffnungen der Gas- und Luftdurchlässe sicherzustellen.

Besondere Probleme v/erden allerdings noch dadurch aufgeworfen, daß die angestrebte Mischung auch über die gesamte Fläche des Brennerkopfes bezüglich ihrer Zusammensetzung homogen sein soll. Wenn diese Forderung nicht erfüllt wird, kann es zu unvollständiger Verbren-

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nung mit Verlusten an Wirkungsgrad kommen oder aber, was noch unangenehmer ist, zu dem Kachteil, daß sich der Winderhitzer nicht auf die gewünschte ^!Temperatur aufheizen läßt.

Die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung der Mischung hängt von-der Geschwindigkeitsverteilung von Luft und Gas in den Durchlässen in der Nähe von deren Öffnungen ab. Diese Verteilung der Geschwindigkeiten sollte auch mit der Zeit konstant sein und sich außer-

dem in beiden Durchlässen jeweils gegenseitig entsprechen. Es ist also anzustreben, sowohl die Geschwindigkeitsverteilungen von Gas wie auch von Luft so gleichmäßig wie möglich zu gestalten.

Dazu mag noch bemerkt werden, daß der Konstrukteur von Keramikbrennern bei der Brennergestaltung in seiner Freizügigkeit wesentlichen Einschränkungen unterworfen ist sowohl wegen der Form des Winderhitzers wie auch weiterhin wegen der in den Werkstoffen lie-* genden Gegebenheiten, die in deren Struktur begründet sind, wobei letztendlich auch die Kostenfrage von Bedeutung ist.

Der Luftdurchlaß an sich stellt dabei kein in dieser Hinsicht besonders ernstes Problem deshalb dar, weil dieser Durchlaß derart schlitzförmig gestaltet wird, daß sich der Schlitz um den Gasdurchlaß herum erstreckt. Ein solcher Ringschlitz erweist sich als besonders günstige Form zum Ausgleich von unterschieden in der Luftgeschwindigkeit im unteren ?eil des Luftdurchlasses. Am Abblas-Ende des Brenners wird der Luftstrom in eine Reihe von Schlitzen aufgespaltet,

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was weiterhin eine Ausgleichswirkung bei der Verteilung dieses Luftstromes herbeiführt.

Die Zuführung des Gases bereitet in dieser Hineicht größere Schwierigkeiten. Der Gasdurchlaß ist mit Rücksicht auf die Querschnittsabmessungen relativ kurz. Außerdem wird in der Praxis eine asymmetrische Zufuhr des Gases in den Gasdurchlaß aus konstruktiven Gründen im Hinblick auf die gegenseitige Anordnung und den Betrieb von mehreren öfen als vorteilhaft angesehen.

Als Ergebnis dieser Überlegungen wird die Möglichkeit gesehen, daß am Abblas-Ende des Brenners Unterschiede in Bezug auf die Geschwindigkeit des Gasflusses zwischen verschiedenen Punkten der Abblasfläche gemessen werden, wobei Werte bis zu 100 i<> festgestellt werden.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß früher bereits vorgeschlagen wurde, den Gasfluß dadurch besser zu verteilen, daß man in den Gasdurchlaß Druckverteilungs- und Ausgleichselemente, wie z. B. Gitter u. ä. einbaute. Solche Teile bewirken aber, wenn sie ordnungsgemäß arbeiten, einen beträchtlichen Druckverlust, sind also im Endergebnis von beachtlichem Kachteil. Insbesondere wenn JSiederdruckgas, wie z. B. Hochofengas oder Koksofengas verwendet wird, würden solche Gitter oder ihnen ähnliche Vorrichtungen beträchtliche zusätzliche Energien an den Blaseinrichtungen etc. erfordern.

Die Erfindung zeigt eine lösung für das hier aufgezeigte Problem, die vom konstruktiven Standpunkt

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-gesehen einfach ist und außerdem zu überraschenden Wirkungen führt. Die Erfindung besteht darin, daß mindestens im unteren Teil des Brennstoffdurchlasses ein vertikal verlaufender Einbau vorgesehen ist, der zwischen seinen Außenflächen und der Wand des Brennstoffdurchlasses eine im wesentlichen kontinuierliche, schlitzförmige Öffnung um ihn herum freiläßt, wie im Querschnitt zu sehen ist.

einem

Der genannte Einbau kann aus/am Boden des Brenners ansetzendem Ziegelmauerwerk bestehen. Es ist auch möglich, den Einbau als Stahlkonstruktion auszuführen bzw. aus Beton mit oder ohne Bewehrung zu fertigen.

Die -neuartige Gestaltung bewirkt sowohl bei Brennern mit ringförmiger als auch bei solchen mit ovaler Querschnittsform des Gasdurchlasses eine Verbesserung der Gasverteilung, ohne daß über die Länge des Gasdurchlasses ein unvertretbarer Druckverlust entstehen würde.

Den Fachmann besonders überraschende Ergebnisse werden dann erhalten, wenn von der Erfindung bei einem Gasdurchlaß Gebrauch gemacht wird, dessen Querschnitt rechteckig ist und bei dem der Schlitz um den Einbau herum eine im wesentlichen stets konstant bleibende Breite aufweist. Der erfindungsgemäße Effekt steigert sich in noch stärkerem Maß bei einer Gestaltung des Durchlasses, bei welcher von einer rein quadratischen Porm abgewichen wird. Aber auch bei Gasdurchlässen mit ovalem Querschnitt ist es möglich, gute Ergebnisse mit

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einem Formstück als Einbau zu erhalten, das gleichfalls ovale Querschnittsform hat. Ss dürfte klar sein, daß ein sehr kurz bemessener Einbau auf den Gasfluß. keine starke Auswirkung haben wird. Auf der anderen Seite hat es sich als wenig vorteilhaft erwiesen, den Einbau bis nahe an die Abblasöffnung des Gasdurchlasses heranreichen zu lassen. In diesem Bereich würde der Einbau das Abströmen des Gases in die genannte Abblasöffnung beeinträchtigen.

Wie sich gezeigt hat, lassen sich bei der Erfindung optimale Ergebnisse erzielen, wenn sich der Einbau über etwas mehr als die untere Hälfte des Brennstoffdurchlasses erstreckt.

Die Gefahr einer Störung des Strömungsverlaufs in der Abblasöffnung durch das Vorhandensein des Einbaues oberhalb von ihr kann im übrigen dadurch vermieden· werden, daß man den Einbau an seinem oberen Ende dünner ausführt, bzw. seinen Querschnitt verringert. Diese Maßnahme hat den weiteren Vorteil, daß ein abnehmender Strömungswiderstand auftritt, was zu einer Energieersparnis beim Fördergebläse führt.

Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf mit dem erfindungsgemäßen Keramikbrenner ausgestattete Winderhitzer. 7/ie sich gezeigt hat, kann, wenn bei ihnen von der Erfindung Gebrauch gemacht wird, ein höherer Wärmeeffekt erzielt werden. -

Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der durch sie erzielten Vorteile ergeben sich aus der

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schematisehen

nachstehenden Beschreibung eines in den beigefügten/ Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispieles. Es zeigen

Fig. 1 im vertikalen Schnitt einen Keramikbrenner und die ihm benachbarten Teile eines Winderhitzers für eine Hochofenanlage,

Pig. 2 einen Schnitt nach· der Linie II-II der Fig. 1 und

Fig. 3 eine Darstellung von Geschwindigkeitskurven für das Gas.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Teil der Außenwand eines Winderhitzers bezeichnet. In diesem trennt eine Wand 2 den Brennraum ab. Die Wände bestehen dabei aus Wärme· absorbierenden Ziegelsteinen, die an sich bekannt und hier nicht im Detail gezeigt sind. Zwischen dem Wandteil 1 und dem Wandteil 2 ist der aus einem _t keramischen Werkstoff bestehende Brenner angeordnet. Zur Zuführung von Gas bzw. Luft dienen Leitungen 3 und 4, die dementsprechend mit dem Gasdurchlaß 5 und dem Luftdurchlaß 6 verbunden sind. Der Durchlaß 5 öffnet sich mit einer rechteckigen, in Fig. 2 in gestrichelten Linien wiedergegebenen öffnung in den Brennraum. Der Durchlaß 6 ist an seinem oberen Ende durch Blenden oder Zwischenwände 12 unterteilt und öffnet sich so in der· Form von zwei Reihen von nicht aargestellten schlitzförmigen Öffnungen in den Brennraum. Der Oberteil des Brenners ist so gestaltet, daß die Luftstrahlen den Gasstrom stark durchdringen.

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Die Einschnürungen 9 und 10 im Durchlaß 5 bzw. 6 dienen zur Verbesserung der gleichmäßigen Verteilung der Gas- und Luftströme.

Unten im Brennraum befindet sich ein Einbau 11, der sich so weit nach oben erstreckt, daß er bis kurz unter die Einschnürung 10 reicht. Dieser Mauerwerkein bau oder Einsatz ist an seinem oberen Ende verjüngt.

Fig. 2 gibt einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1 in etwas größerem Maßstab wieder. Sie läßt erkennen, daß sich der Einbau 11 im wesentlichen über die gesamte Länge des Gasdurchlasses 5 erstreckt und daß er einen praktisch um ihn herumlaufenden Schlitz von im wesentlichen konstanter Breite offenläßt.

Beispiel

Durch einen Keramikbrenner von einer Bauart, wie sie schematisch in der Zeichnung dargestellt ist, werden mit Hilfe geeigneter Gebläse 120.000 Nm⁵A Gas und V

180.000 NmVb luft geleitet. Die Zuführungsrohre 3 und 4 haben Durchmesser von ungefähr 180 cm.

Der Gasdurchlaß 5 hat eine Höhe von 9 m und im Querschnitt, bzw. unterhalb der Einschnürung 10 Abmessungen von 5 m und 0,75 m. Der Gasdurchlaß 3 ist mit dem Ofen in einem V/inkel von 30° verbunden, wie aus Fig. 2 klar hervorgeht.

In Fig. 3 zeigt Linie a die Verteilung der Geschwindigkeit V, die in der Gasströmung in der Länge der Abblasöffnung 7 gemessen wird, wobei der Einbau

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.im G-asdurchlaß 5 nicht vorhanden war. Aus dieser Graphik geht klar hervor, daß die geneigte Sinblasform durch die Zuführleitung 3 die Wirkung einer beträchtlichen. Asymmetrie im Geschwindigkeitsverlauf hat. Außerdem differiert diese Geschwindigkeit zwischen ungefähr IO und 18 m/sec Diese beträchtlichen Unterschiede führen zu einer ungleichmäßigen Mischung von Gas und Luft um den Brennerkopf herum und demzufolge zu einer ziemlich unvollständigen Verbrennung.

. Nach dem Einfügen des Einbaues.11 wurden die

' gleichen Messungen wiederholt. Der Einbau "11 hatte ' | dabei einen derartigen Querschnitt, daß ein Schlitz offen blieb, der längs der größeren Seite des Einbaues eine Breite von 30 cm'und längs der kürzeren Seiten eine Breite von 15 cm hatte. Die Höhe des Einbaues betrug 300 cm.

Linie b in Fig. 3 läßt die Ergebnisse dieser neuen Messungen erkennen. Es zeigt sich klar, daß die Geschv/indigkeitsunterschiede auf weniger als 2 m pro Sekunde reduziert wurden. Weiter zeigte sich, daß keine unverbrannten Gasteilchen oberhalb des Brennerkopfes verblieben, wie durch sorgfältige Messungen festgestellt wurde. f

Bei einer abgeänderten Ausführung des Einbaues wurde dieser im Bereich der qberen 50 cm seiner Länge nach links und rechts erweitert, wie Fig. 2 zeigt, so daß er mit den. kürzeren Wänden des Gasdurchlasses 5 in Kontakt kam. Dies führte zu dem Vorteil, daß der Einbau eine steifere und stabilere Struktur, zusammen.mit dem G-asdurchlaß liefert, so daß auch vermieden wird,

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daß der Einbau unter dein Kinflu.3 der strömenden i'c^ien in Schwingungen gerät. ⁷Cs machte eich nich'o bernerkbr-r, daß dies eine Wirkung auf die Verteilung der. 'iasflurses hatte, die die Grenze dessen überschritt, was als unbedeutend bezw. vertretbar anzusehen ist.

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BAD ORIGINAL

Claims

21123U Patentansprüche:

1. Aus keramischem Werkstoff bestehender Brenner für Winderhitzer oder Blasöfen von Hochofenanlagen mit einem senkrecht verlaufenden Winddurchlaß und einem sich in den Winddurchlaß erstreckenden ' Brennstoffdurchlaß, wobei die genannten Durchlässe an ihren unteren Enden mit Zuführungsleitungen für Brennluft und Brennstoff verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daß zumindestens im un- *

teren Bereich des Brennstoffdurchlasses ein vertikaler Einbau (11) vorgesehen ist, der zusammen mit der Wand des Brennstoffdurchlasses eine im wesentlichen schlitzförmige und kontinuierliche Durchlaßeinrichtung rund um den Einbau bildet.

2. Brenner nadi Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdurchlaß rechteckigen Querschnitt hat und daß der Schlitz, der von dem Einbau auf dessen beiden Längsseiten freigelassen wird, eine im wesentlichen konstante Breite hat.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einbau (11) über etwas mehr als die untere Hälfte des Brennstoffdurchlasses (5) erstreckt.

4. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau an seinem oberen Ende verjüngt ausgebildet ist.

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5. Winderhitzer für Hochofenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Keramikbrenner entsprechend einem der vorstehenden Ansprüche ausgestattet ist.

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