DE3690574C2

DE3690574C2 - Vorrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff

Info

Publication number: DE3690574C2
Application number: DE3690574A
Authority: DE
Inventors: Toshio Suwa; Nobuaki Kobayashi; Takashi Hirano
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Priority date: 1985-11-15
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2006-11-15
Also published as: US4928605A; DE3690574T; WO1987003065A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff unter Verwendung eines Teiles von zugeführtem Sauerstoff als Hilfsverbrennungssauerstoff.

Die Erfindung befaßt sich mit einer solchen rohrförmigen Vor richtung, die insbesondere für die Zuführung von heißem Sauer stoff in einen Bereich bestimmt ist, in dem Eisen- und Nich teisenmetalle gefrischt werden, insbesondere in den Reduk tionsbereich eines direkt reduzierenden Ofens.

Die Erfindung befaßt sich weiterhin mit einer solchen Vorrich tung für den Betrieb mit insbesondere pulverisiertem festem Brennstoff in einem Brenner, wie er in einem Elektroofen zum Schmelzen von Stahlschrott, Aluminium, Kupfer und dergleichen verwendet wird.

Verfahren zum Frischen von Aluminium in einem Blasofen wurden bereits entwickelt. Bei einem solchen bekannten Verfahren, bei spielsweise gemäß der US-PS 3,661,561, wird Sauerstoff auf etwa 1000°C vorgeheizt und in den Blasofen durch eine Vielzahl von Rohren in den Ofen eingeblasen. Bei diesem Verfahren ist es wich tig, wie wirksam der vorgeheizte Sauerstoff erzeugt wurde und in den Ofen eingebracht wird, um beim Frischen des Aluminiums im Blasofen erfolgreich zu sein. Eine der bereits früher für Ver suchszwecke entwickelten Heizvorrichtungen erzeugte den heißen Sauerstoff durch Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen Sauer stoff mit Raumtemperatur und einem in einer besonderen Wärme quelle erzeugten Fluid. Bei den Versuchen, die mit dieser Vorrich tung durchgeführt wurden, war die erzeugte Menge heißen Sauer stoffes nur wenige Zehntel von tausend Nm³/h. Demzufolge ist es nicht wirtschaftlich, diesen Weg der Aufheizung von Sauerstoff anzuwenden, wenn keine nutzbare Heizquelle bereits vorhanden ist, und eine spezielle Heizquelle erst neu installiert werden muß.

Die Verwendung von heißem Sauerstoff wurde auch bereits zum Frischen von Zink oder Stahl vorgeschlagen. In diesem Fall ist es jedoch wünschenswert, eine Vorrichtung zu verwenden, die heißen Sauerstoff sicher und wirkungsvoll herstellen und liefern kann.

Beim Frischen von Eisen oder Aluminium wird Luft oder mit Sau erstoff angereicherte Luft mittels einer rohrförmigen Einblas einrichtung in einen Ofen eingebracht, nachdem sie auf hohe Temperatur aufgeheizt worden ist. Ein Beispiel für einen Er hitzer, der bei diesem Frischen angewendet werden kann, ist in der japanischen Anmeldung 59-501278 gezeigt. Dieser Erhitzer, d. h. ein Brenner, der auch als Einblasvorrichtung dient, wird zum Erhitzen von Metallprodukten in einem Fusionsofen verwen det. Sauerstoff wird im Strahlrohr einer Düse des Brenners zum Austritt gebracht, und Brennstoff wird von einer die Düse kon zentrisch umgebenden Rohrleitung aus eingeblasen. Der zuge führte Brennstoff wird dann in den aus der Düse ausgetretenen Sauerstoff eingestrahlt und mit dem Sauerstoff verbrannt, wo durch ein Gemisch aus heißem Sauerstoff und Verbrennungsgas entsteht. Abhängig von den Anwendungsbedingungen wird der Sau erstoffgehalt des Verbrennungsgases gesteuert und der Erhitzer wird entweder als Brenner oder als rohrförmige Einrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff bzw. Sauerstoff enthaltenes Verbren nungsgas benutzt.

Dabei ergibt sich jedoch das schwerwiegende Problem der hohen Temperatur der peripheren Brennerteile, weil die Bauweise des Brenners so gewählt werden muß, daß der aus dem die Düse umge benden Rohr austretende Kraftstoff in den Sauerstoffstrom ein tritt, um sich mit ihm zu vermischen und innerhalb des Brenners zu verbrennen und das heiße Verbrennungsgas mit einem Sauerstoff anteil zu erzeugen.

Derzeit werden Brenner verwendet, die beim Schmelzen von Stahl schrott, Aluminium, Kupfer und dergleichen pulverisierte Kohle als Hauptbrennstoff verwenden. Diese Brenner müssen eine Flamme ausbilden, die konstant eine Temperatur von nicht weniger als etwa 2000°C hat, so daß solche Brenner die geforderte Schmelz kapazität haben. Die Verbrennungsrate von pulverisierter Kohle, also Kohlestaub, ist jedoch extrem gering im Verhältnis zu der von flüssigem Brennstoff wie Heizöl oder gasförmigem Brennstoff wie CH₄, C₃H₈ und dergleichen. Auch ist die Flammentemperatur von Kohlestaub niedriger als die von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff. Es ist nicht einfach, eine stabile Flamme bei Ver brennung allein von Kohlestaub zu erhalten. Die Flamme neigt dabei vielmehr zur Instabilität und erlischt manchmal, wenn die Lufttemperatur im Umgebungsbereich des Brenners innerhalb des Ofens niedrig ist, wodurch der Wärmeübergang verschlechtert wird. Aus diesen Gründen wurden schon Brenner verwendet, die außer Kohlestaub gasförmigen oder flüssigen Brennstoff wie Flüssiggas (liquid LPG, Petroleumgas), Naturgas, Heizöl und dergleichen verwenden und die deswegen als Mehrstoffbrenner ausgelegt sind. Diese Mehrstoffbrenner arbeiten jedoch nicht sehr ökonomisch, weil der Anteil an flüssigem oder gasförmigem Brennstoff angehoben werden muß, während der Ver brauch von Kohlestaub entsprechend verringert werden muß, um mit einem Mehrstoffbrenner Flammen hoher Temperatur zu erzeugen.

In Fig. A ist ein Beispiel für einen üblichen Mehrstoffbrenner dargestellt,der ein Gemisch aus Kohlestaub und flüssigem Brenn stoff verwendet. Dieser Brenner hat sechs konzentrisch ineinan der angeordnete Zylinder, von denen der innerste Zylinder eine Rohrleitung 231 für die Zuführung des flüssigen Brennstoffes ist, der die Rohrleitung 231 umgebende Zylinder eine Rohrleitung 232 zur Zuführung eines Hilfsverbrennungsgases zur Unterstützung der Verbrennung des flüssigen Brennstoffes ist, die die Rohrleitung 232 umgebende Rohrleitung 233 der Zuführung von Kohlestaub dient, der die Rohrleitung 233 umgebende Zylinder eine Rohrleitung 234 für die Zuführung eines Hilfsverbrennungsgases zur Unterstützung der Verbrennung des Kohlestaubes ist und der letzte, die Rohr leitung 234 umgebende Zylinder ein Mantel 235 für die Zirkulation von Kühlwasser ist. Die der Zuführung flüssigen Brennstoffes dienende Rohrleitung 231 ist an ihrem vorderen Ende mit einer Düse 236 für das Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes versehen, der durch die Rohrleitung 231 zugeführt wird. Entsprechend ist die Rohrleitung 232 für die Zuführung von Hilfsverbrennungsgas an ihrem vorderen Ende mit einem Ring 237 versehen, der die Düse für das Zerstäuben des Hilfsverbrennungsgases bildet. Das Hilfsver brennungsgas wird aus einer ringförmigen Öffnung 238 heraus zer stäubt, die vom Außenumfang der Düse 236 und dem Ring 232 be grenzt wird. Es wird gemischt mit dem flüssigen Brennstoff, um eine Primärflamme zu erzeugen. Das Bezugszeichen 239 kennzeich net einen Zylinder, der eine Hauptbrennkammer 240 im Zusammen wirken mit der Düse 236 für flüssigen Brennstoff, dem vorderen Ende der Rohrleitung 232 für die Zuführung des Gases für die Hilfsverbrennung und dem vorderen Ende der Rohrleitung 233 für die Zuführung von Kohlestaub bildet. Das hintere Ende der Haupt brennkammer 240 steht in Strömungsverbindung mit einem Auslaß 241 der Rohrleitung 233 für die Zuführung von Kohlestaub. Um den Auslaß 241 herum ist ein offener Auslaß 242 zum Versprühen eines Teiles von Hilfsverbrennungsgas vorgesehen, der in Verbindung steht mit dem hinteren Ende der Hauptbrennkammer 240. Der aus dem Auslaß 241 ausgeblasene Kohlestaub wird gemischt mit dem Hilfs verbrennungsgas aus dem Auslaß 242 und verbrannt mit Unterstüt zung der Primärflamme des flüssigen Kraftstoffes, um eine Sekun därflamme zu bilden. Vor der Brennkammer 240 ist eine Hilfsbrenn kammer 243 durch die Innenseite der Rohrleitung 234 für die Zu führung von Hilfsverbrennungsgas und die Vorderseite der Haupt brennkammer 240 gebildet. Der Rest des Hilfsverbrennungsgases wird in die Hilfsbrennkammer 243 durch den Zwischenraum zwischen dem Zylinder 239 und der Rohrleitung 234 eingesprüht und umgibt die primäre und die sekundäre Flamme, um eine vollkommene Ver brennung zu erhalten. Verkürzt formuliert, werden bei konven tionellen Brennern die Flammen, die aus flüssigem Brennstoff und aus Kohlestaub erzeugt werden, kombiniert, um eine unitäre Flamme zu bilden.

Bisher ist es zwar bekanntgeworden, heißen Sauerstoff in Schmelz öfen einzublasen, um Eisen und Nichteisenmetalle zu frischen, es ist aber kein Sauerstofferhitzer bekanntgeworden, mit dem wirksam eine extrem große Sauerstoffmenge effizient erhitzt werden könnte, ohne daß der Reinheitsgrad des Sauerstoffes spürbar gesenkt werden müßte und der Ofen gefährdet wäre.

Außerdem benötigt ein konventioneller Brenner eine sehr große Brennstoffmenge, weil die heißen Verbrennungsgase in der Nähe des Brenners durch das Kühlwasser gekühlt werden, das im Kühlmantel des Brenners zirkuliert, wodurch die Wärmeverluste erhöht werden. Es ergibt sich hieraus das Problem, den Sauerstoffgehalt des Ver brennungsgases zu verringern. Dabei ist aber zu beachten, daß diese Verringerung des Sauerstoffgehaltes beim Frischen von Eisen oder Nichteisenmetallen, insbesondere aber bei der Schmelzreduk tion von Aluminium nicht erwünscht ist.

Darüber hinaus existiert bisher kein Einbrennstoffbrenner für die Verwendung in einem Ofen, wie in einem Elektroofen für Stahl schrott, einem Fusionsofen für Aluminium oder einem Flamm ofen für Kupfer, der in der Lage wäre, eine stabile Flamme mit hoher Temperatur zu erzeugen und eine sehr gute Schmelzfähigkeit hätte, selbst wenn der Brenner in einem Ofenbereich verwendet würde, in dem die Temperatur der Atmosphäre in der Nähe des Brenners relativ niedrig ist.

Die vorliegende Erfindung wird angesichts der oben geschilder ten Situation vorgeschlagen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung schließt es demzufolge ein, eine Vorrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff vorzuschla gen, die in der Lage ist, große Sauerstoffmengen effizient zu erhitzen, ohne daß dabei die Reinheit des Sauerstof fes ernsthaft beeinträchtigt würde. Die Vorrichtung soll sich außerdem während des Erhitzungsprozesses zuverlässig und wi derstandsfähig erweisen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfin dung schließt weiter ein, eine rohrförmige Einblaseinrichtung für Sauerstoff, die einen Sauerstofferhitzer einschließt, der sich durch kompakte Bauweise auszeichnet, bei dem die Wärme verluste gering sind, insbesondere die Wärmeverluste im Be reich der Erzeugung von Verbrennungsgasen, wobei Heißgase mit einem hohen Sauerstoffanteil erzeugt werden sollen. Schließ lich schließt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein, ei nen Brenner für pulverisierten Feststoff, bei dem der pulveri sierte Feststoff als Hauptbrennstoff verwendet wird und gas förmiger oder flüssiger Brennstoff eher dem Vorheizen von Hilfsverbrennungsgas dient.

Vor dem Hintergrund dieser Probleme und Gesamtaufgabe ist die Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Die Unteransprüche definieren Merkmale, mit denen die Erfin dung in zweckmäßiger Weise ausgestaltet wird: einer Sauer stoffstrahlöffnung in der Wand, die die Brennkammer gemischt und das Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff verbrannt wird; die Sauerstoffstrahlöffnung ist um die Brennkammer herum ange ordnet, so daß der aus der Öffnung als Düsenstrahl austretende Sauerstoff einen Gasvorhang zwischen der Innenwand und der in der Brennkammer sich ausbildenden Flamme bildet. Bei diesem Sauerstofferhitzer wird ein Teil des zugeführten Sauerstoffes als Hilfsverbrennungsgases verwendet, während der Rest des zu geführten Sauerstoffes erhitzt wird, ohne zu verbrennen.

Eine düsenförmige Auslaßöffnung für Sauerstoff kann eine Mehrzahl von Düsen aufweisen oder einen oder mehrere Schlitze. Die Öffnung kann so angeordnet sein, daß der in der Form eines Düsenstrahles aus der Öffnung austretende Sauerstoff einen mehrschichtigen Gasvorhang bildet. In diesem Fall kann die Öffnung auch so ange ordnet sein, daß die Strömungsrate eines inneren Gasvorhanges größer ist als die eines äußeren Gasvorhanges.

Im Fall, daß die Innenwand aus Metall gefertigt ist, kann die Innenwand auf ihrer Außenseite mit einer temperaturisolierenden Schicht und/oder einem Kühlmantel versehen sein.

Der vorgenannte Brennstoff kann gasförmiger oder flüssiger Brenn stoff sein. Die Strahlauslaßöffnung muß auf den im Erhitzer ver wendeten Brennstoff abgestellt sein.

Der im Erhitzer verwendete Sauerstoff kann üblicher Industrie sauerstoff sein mit einem Reinheitsgrad von 99,8%. Im erfindungs gemäßen Erhitzer kann aber auch in anderen Verfahren hergestellter Sauerstoff mit einem Reinheits grad von 90% verwendet werden.

Die Arbeitsweise des Sauerstofferhitzers wird nachfolgend be schrieben.

Ein Teil des zugeführten Sauerstoffes wird zusammen mit dem Brennstoff in die Brennkammer eingeführt. Danach wird das Gemisch aus Brennstoff und Sauerstoff verbrannt, wobei eine stabile Flamme aus der Öffnung der Brennkammer ausgeblasen wird. Die größere Menge des nicht verbrannten Sauerstoffes, der aufgeheizt ist, wird nach der Art eines Düsenstrahles durch die Düsen oder Schlitze zum Austritt veranlaßt, um einen Sauerstoffvorhang zu bilden, der die erzeugte Flamme umgibt. Der Sauerstoffvorhang bewahrt einerseits die Innenwand vor örtlicher Überhitzung und verhindert andererseits Wärmeverluste. Der Schutz der Wand gegen örtliche Überhitzung ist vorteilhaft unabhängig davon, ob die Wand aus Metall oder wärmebeständigem Material besteht.

Der Sauerstoff des Vorhanges kühlt nicht nur ein kammerbildendes Bauteil, das die Sauerstoffauslaßöffnung definiert, sondern auch die Brennkammer in ihrer Gesamtheit. Der Sauerstoff des Vorhanges wird vor der Brennkammer mit Verbrennungsgas gemischt, das sich in der Brennkammer bildet, um sauerstoffhaltiges Heißgas zu ergeben, und das Heißgas wird dem Bereich zugeführt, in dem es gefragt ist. Die Maximumtemperatur für das Heißgas am Auslaß des Erhitzers ist gleich der Temperatur des fertigen Gemisches aus Verbrennungsgas und Sauerstoff bei Raumtemperatur. Beträgt die Temperatur des Heißgases am Auslaß etwa 700 bis 1000°C, so besteht keine Notwendigkeit für einen Kühlmantel, der die Innenseite der Metallwand umgibt, weil der Sauerstoffvorhang diese Innenseite der Metallwand schützt. Steigt die Temperatur auf 1200°C oder darüber an, so müssen jedoch Kühlmittel, wie ein Kühlmantel zur Kühlung der Innenseite der Metallwand, vorgesehen werden.

Bevorzugtes Kühlmittel ist also die Anordnung eines Sauerstoff vorhanges, der vorzugsweise mehrschichtig sein soll. Ein solcher mehrschichtiger Sauerstoffvorhang stellt eine stabile Strömung dar, die die Wand sehr wirkungsvoll schützt. In diesem Fall kann dadurch, daß die Strömungsrate einer inneren Vorhangsschicht höher bestimmt wird als die einer äußeren Vorhangschicht, wobei die innere Vorhangschicht an der Innenseite der Wand anliegt, die Wand vollständig und zuverlässig geschützt werden.

Obwohl der Sauerstofferhitzer gemäß der Erfindung für die Liefe rung einer großen Menge heißen Sauerstoffes zum Schmelzen vorge sehen ist, kann eine Anwendung selbstverständlich immer dann erfolgen, wenn heißer Sauerstoff benötigt wird.

Bei dem Sauerstofferhitzer gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine große Menge heißen Sauerstoffes zum Frischen effizient unter Verwendung von wenig Brennstoff für die Wärmequelle erzeugt werden. Der Erhitzer gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß ohne zusätzlichen Aufwand seine Wandinnenseite vor örtlicher Über hitzung geschützt ist, wodurch die Sicherheit und Lebensdauer des Erhitzers selbst verbessert werden, gleichgültig, ob die Wand aus Metall oder anderem, gegebenenfalls auch feuerfestem Material besteht. Darüber hinaus zeichnet sich der erfindungsgemäße Er hitzer durch eine kompakte Bauweise aus.

Da bei dem erfindungsgemäßen Erhitzer Wärmeverluste an der Wand sehr gering sind, kommt die Vorrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff mit einer geringen Brennstoffmenge aus, wobei das erzeugte Heißgas einen hohen Sauerstoffgehalt hat selbst dann, wenn das Heißgas eine sehr hohe Temperatur hat.

Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf eine rohrförmige Einrichtung zur Erzeugung von Heißsauerstoff gerichtet, die einen Außenzylinder aufweist, in dem ein Sauerstofferhitzer mit einer Brennkammer und einer Sauerstoff düse angeordnet ist. In der Brennkammer wird Brennstoff mit Sauerstoff gemischt und das Gemisch verbrannt. Die Sauerstoff düse richtet den durch sie geführten Sauerstoff derart, daß ein die Brennkammer umgebender Sauerstoffvorhang entsteht. Der Außen zylinder kann ganz oder teilweise von einer wärmeisolierenden Schicht und/oder einem Kühlmantel umgeben sein. Die Einrichtung kann ein Zentralrohr aufweisen, um das eine Mehrzahl von Brennkammern angeordnet sind, in denen Brennstoff mit Sauerstoff gemischt und verbrannt wird. Die Sauerstoffdüse kann so angeordnet sein, daß mehrere Schichten eines Sauerstoffvorhanges konzentrisch zuein ander angeordnet sind. In diesem Fall ist es zweckmäßig, die Sauerstoffdüse so anzuordnen, daß die Strömungsrate einer äußeren Vorhangschicht höher als die einer inneren Vorhangschicht ist.

Auch dabei kann der verwendete Brennstoff vorzugsweise gasför mig oder flüssig sein.

Darüberhinaus kann der Außenzylinder einen Nebenzylinder auf weisen, in dem der Sauerstofferhitzer untergebracht ist. Die Sauerstoffdüse zur Bildung des Sauerstoffvorhanges kann von einer Mehrzahl von kleineren Löchern oder einem Schlitz gebil det werden.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen rohrförmigen Einrich tung zum Erhitzen von Sauerstoff ist folgende:

Bei der Sauerstofflanze gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Teil des zugeführten Sauerstoffes zusammen mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff in die Brennkammer eingeführt. Darin werden Sauerstoffanteil und gasförmiger oder flüssiger Brennstoff ge mischt. Das Brennstoff-Sauerstoff-Gemisch wird dann verbrannt, und es bildet sich dabei eine stabile Flamme, die an der vorderen Öffnung der Brennkammer ihren Ausgang nimmt. Der Sauerstoffrest, das ist die größere Menge des Zugeführten Sauerstoffes, der erhitzt werden soll, wird durch die kleinen Löcher oder den Schlitz entlang der Innenseite des Außenzylinders ausgeblasen, was zur Bildung des Sauerstoffvorhanges führt. Dieser Sauerstoff vorhang bewahrt den Außenzylinder vor örtlicher Überhitzung und verringert die Wärmeabstrahlung vom Außenzylinder. Es wird, mit anderen Worten, durch die Strömung von Sauerstoff, der Raumtempe ratur hat, zwischen der Flamme und dem Außenzylinder der Außen zylinder gegen zu große Temperaturerhöhung geschützt, und durch die Verringerung der Wärmeabstrahlung wird der Brennstoffver brauch gesenkt. Demzufolge werden ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch mit hohem Sauerstoffanteil und eine hohe Temperatur erzeugt. Der Sauerstoffvorhang kühlt auch den Sauerstofferhitzer (das ist eine Brennerdüse) der die Brennkammer bildet. Darüber hinaus kann die Einrichtung in ihrem mittleren Teil mit einem Zentralrohr entweder für die Zuführung pulverisierten Materiales oder zur Beobachtung des Inneren des Ofens versehen sein. Eine Mehrzahl von Brennkammern kann in Umfangsrichtung um das zen trale Rohr herum angeordnet sein. In diesem Fall sollte der Sauerstoffvorhang so gebildet werden, daß jede der Brennkammern von einem Sauerstoffvorhang umhüllt wird, wobei dann sowohl das Zentralrohr als auch der Außenzylinder vor dem überhitzen und übermäßiger Wärmeabstrahlung bewahrt sind. Hierdurch wird wiede rum der Brennstoffverbrauch der Lanze verringert, und das Sauer stoff enthaltende Gas hat eine hohe Temperatur und einen hohen Sauerstoffanteil.

Das in der Brennkammer erzeugte Verbrennungsgas wird mit dem Vor hangsauerstoff vor der Brennkammer gemischt und wird zum Aus strahlen durch die vordere Öffnung des Außenzylinders gebracht. Auf diese Weise ist die Maximumtemperatur des heißen Gasgemisches im Bereich der Berührung mit dem Außenzylinder gleich der Tempe ratur des gesamten Gemisches aus Verbrennungsgas und Sauerstoff bei Raumtemperatur. Wenn die Temperatur des durch die vordere Öffnung der rohrförmigen Einrichtung ausgestoßenen Heißgases etwa 700-1000°C beträgt, so ist der Kühlmantel als Mittel zum Schutz des Außen zylinders nicht notwendig, weil der Sauerstoffvorhang in der Lage ist, den Außenzylinder wirksam zu kühlen. Übersteigt jedoch die Temperatur des erzeugten Heißgases 1200°C, so ist der Kühlmantel oder dergleichen notwendig, um den Außenzylinder aus Metall zu schützen.

Vorzugsweise werden die Sauerstoffvorhänge mehrschichtig aus gebildet, um den Strömungsverlauf des Sauerstoffes stabil zu machen, was für einen wirksamen Schutz des Außenzylinders zweck mäßig ist. Durch Erhöhen der Strömungsrate des inneren Vorhang sauerstoffes über die Strömungsrate des äußeren Vorhangstoffes wird der äußere Sauerstoffvorhang stabil gehalten, wobei der Außenzylinder sowohl gegenüber Hitzeeinwirkung als auch gegen Wärmeabstrahlung nahezu perfekt geschützt ist. In gleicher und sogar noch besserer Weise ist das Zentralrohr sowohl gegen Hitze einwirkung als auch gegen Wärmeabstrahlung geschützt in Fällen, in denen das zentrale Rohr Teil einer rohrförmigen Gesamteinrichtung ist.

In der Einrichtung zur Erzeugung von Heißgas gemäß der vorliegenden Erfindung werden gasförmiger oder flüssiger Brennstoff und Hilfssauerstoff in die Brennkammer eingeführt und dort zur Erzeugung einer Flamme ver brannt. Infolge der Flamme und des Sauerstoffes wird das Ver brennungsgas gemischt, so daß das sauerstoffhaltige Heißgas erzeugt wird. Da die Einrichtung einen Sauerstofferhitzer aufweist, in den eine Sauerstoffdüse eingeschlossen ist, um einen Sauerstoff vorhang zu erzeugen, der die Brennkammer umschließt, ist es mög lich, den Außenzylinder zu schützen und die Wärmeverluste am Außenzylinder auf ein Minimum zu reduzieren.

Im Fall, daß die Einrichtung im zentralen Bereich entweder mit einer Leitung für die Zuführung von pulverisiertem Material oder mit einer Beobachtungsleitung versehen ist, können um die zentrale Leitung herum mehrere Brennkammern angeordnet sein, so daß Sauer stoffvorhänge erzeugt werden können, die die Brennkammern um hüllen, so daß sowohl der Außenzylinder als auch das zentrale Leitungsrohr geschützt und Wärmestrahlungsverluste auf ein Mini mum reduziert sind.

Hieraus folgt wieder, daß die Temperaturerhöhung mit einer Min destmenge an Brennstoff herbeigeführt werden kann und daß das Heißgas einen hohen Sauerstoffanteil haben kann. Es kann auch wiederum auf besondere Kühlmittel für den Außenzylinder, wie einen Kühlmantel verzichtet werden, wenn die Temperatur der aus der Düsenöffnung der Einrichtung ausgestoßenen Heißgase etwa 700 bis 1000°C nicht übersteigt.

Ein noch anderer Aspekt der Erfindung ist gerichtet auf einen Brenner für pulverisierten Feststoff, der ein Brennergehäuse und einen Hilfsverbrennungsgaserhitzer aufweist. Der Hilfsverbren nungsgaserhitzer erzeugt heißes Hilfsverbrennungsgas durch Mi schen und Verbrennen gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes mit einem Teil von zugeführtem Hilfsverbrennungsgas und durch Mischen des Verbrennungsgases aus der Verbrennung des Kraftstoffes mit dem Rest des Hilfsverbrennungsgases, das zur Verbrennung pulve risierten Festbrennstoffes verwendet wird. Der pulverisierte Festbrennstoff kann vorgeheizt werden durch Wärmeübergang vom heißen Hilfsverbrennungsgas und dann mit dem heißen Hilfsver brennungsgas gemischt und verbrannt werden. Darüber hinaus kann der Brenner eine Hauptbrennkammer haben, in der der pulverisier te Festbrennstoff mit dem heißen Hilfsverbrennungsgas gemischt und verbrannt wird. Das Hilfsverbrennungsgas kann Sauerstoff, sauerstoffreiche Luft oder normale Luft sein. Auch können der Teil des Brennergehäuses, in dem der Hilfsverbrennungsgaserhitzer angeordnet ist und der Teil des Brennerkörpers, mit dem das heiße Hilfsverbrennungsgas in Berührung kommt, mit einer wärmeisolie renden Schicht versehen sein. Der Kühlmantel, durch den Kühl wasser strömt, kann um die Außenseite des Brennergehäuses herum gelegt sein.

Die Arbeitsweise dieses Brenners gemäß der vorliegenden Erfindung ist folgende.

In dem Erhitzer für das Hilfsverbrennungsgas wird zusammen mit dem Hilfsverbrennungsgas gasförmiger Brennstoff wie Propangas oder Methangas oder flüssiger Brennstoff wie Kerosin verbrannt, wobei heißes Verbrennungsgas produziert wird. Dieses heiße Ver brennungsgas wird mit Hilfsverbrennungsgas gemischt, um heißes Hilfsverbrennungsgas zu erhalten. Dieses heiße Hilfsverbrennungs gas wird gemischt und verbrannt mit pulverisiertem Festbrenn stoff, wie Kohlestaub, in der Hauptbrennkammer, die am vorderen Endabschnitt des Brenners gebildet ist, wobei eine stabile Flam me mit einer Temperatur von etwa 2000 bis 2400°C erzeugt wird. Es ist möglich, den pulverisierten Festbrennstoff vorzuheizen, um die Flamme auch dann noch stabiler zu machen, wenn die Haupt brennkammer in einem größeren Abstand von der Hilfsbrennkammer angeordnet ist.

Wie es oben beschrieben wurde, weist dieser Brenner gemäß der vor liegenden Erfindung einen Hilfsverbrennungsgaserhitzer auf und verwendet Kohlestaub als Hauptbrennstoff. Die Erfindung ergibt eine stabile Flamme infolge der Verbrennung von pulverisiertem Festbrennstoff, die Flamme hat eine Temperatur von 2000 bis 2400°C, und die Energiekosten sowie die Brennerabmessungen können verringert werden gegenüber bekannten Brennern für gas förmige oder flüssige Brennstoffe, die mit pulverisiertem Fest brennstoff gemischt sind.

Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben; in der Zeichnung zeigen

Fig. A als Axialschnitt einen konventionellen Kombinations brenner für Kohlestaub, gemischt mit flüssigem Brenn stoff,

Fig. 1 als Axialschnitt eine erste Ausführungsform der Erfin dung,

Fig. 2-7 eine Sauerstofflanze gemäß der Erfindung, wobei im Einzelnen darstellen

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung als Axial schnitt,

Fig. 3 in größerer Darstellung als Axialschnitt einen bei der Anordnung gemäß Fig. 2 verwendeten Sauerstofferhitzer,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform wieder als Axialschnitt,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform als Axialschnitt,

Fig. 6 in größerer Darstellung einen Sauerstofferhitzer der Anordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 6 und

Fig. 8 einen Axialschnitt einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Sauerstofferhitzers gemäß der Erfindung dargestellt. Das Bezugszeichen 1 ist zur Kennzeichnung des Sauerstofferhitzers in seiner Gesamtheit verwendet. Die Wand des Sauerstofferhitzers bzw. deren Innenseite ist mit 2 bezeichnet. Die Wand besteht aus geeignetem Material, beispielsweise feuerfestem Material und Metall. Mit 3 ist das die Brennkammer bildende Bauteil bezeichnet, die Brennkammer selbst ist mit 4 bezeichnet. 5 ist ein Brennstoffzuleitungsrohr, 6 ein Sauerstoffzuführungskanal, 7 eine Düse für Hilfsverbrennungs sauerstoff, 8 ein Auslaß für Sauerstoff, mit dem ein Vorhang gebildet werden soll. Mit 9 ist der Auslaß der Brennkammer 4, mit 10 eine Brennerflamme und mit 11 die Kammer zum Mischen von Ver brennungsgas mit Vorhangsauerstoff benannt.

Der Bezugsbuchstabe a bezeichnet Brennstoff, der Bezugsbuchstabe b Sauerstoff, c Hilfsverbrennungssauerstoff, d Vorhangsauerstoff und e bezeichnet die Strömung von Verbrennungsgas, das heißen Sauerstoff enthält.

Bei diesem Sauerstofferhitzer wird die Kraftstoffzuführung 5 mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff a beschickt, während die Sauerstoffzuführung 6 mit Sauerstoff b beschickt wird. Eine Teil menge des Sauerstoffes b wird über die Düsen 7 in die Verbren nungskammer 4 eingeführt, wobei die Düsen 7 in dem die Brenn kammer 4 bildenden Bauteil 7 angeordnet sind, um die Brennkammer 4 und den Strömungskanal 6 miteinander zu verbinden. Der Sauer stoff b wird mit Brennstoff a gemischt, der ebenfalls in die Kammer 4 eingeführt wurde, und das Gemisch aus Brennstoff a und Sauerstoff b wird verbrannt. Das brennende Gemisch wird nach der Art eines Düsenstrahles durch die Öffnung 9 zum Austritt gebracht, so daß sich die Flamme 10 ausbildet. Während des Mischvorganges werden Brennstoff und Sauerstoff extrem gut vermischt, und es bildet sich eine stabile Flamme, insbesondere auch deswegen, weil die Düsen 7 so ausgerichtet sind, daß jede den Sauerstoff auf einen Pfad lenkt, der sich mit dem Pfad des jeweils anderen Sauerstoffstrahles in der Längsachse der Brennkammer 4 schneidet.

Der andere Teil des gesamten Sauerstoffes b, der den größeren Anteil ausmacht, wird durch die Kanäle 8 zum Austritt gebracht und bildet den Sauerstoffvorhang d, der die Flamme 10 umgibt. Dieser Sauerstoffvorhang absorbiert die von der Flamme 10 aus gehende Strahlungshitze und hindert die Wärmeeinwirkung durch Strahlung und Konvektion auf die Innenseite der Wand 2, so daß der Sauerstoffvorhang die Wand 2 vor Zerstörung schützt. Der Vorhangsauerstoff und das von der Flamme 10 erzeugte Verbren nungsgas werden im Bereich der Mischkammer 11 gemischt, so daß ein heißen Sauerstoff in hohem Maße enthaltendes Verbrennungsgas entsteht, das eine hohe Temperatur hat und den Heißgasstrom e bildet und das zur Verwendung an einer geeigneten Stelle zur Verfügung gestellt werden kann. Wie bereits beschrieben, ist der Erhitzer mit der Mischkammer 11 versehen und wird in dem Erhitzer die Flamme 10 zum Erhitzen von Sauerstoff erzeugt, so daß es durch die Verwendung dieses Erhitzers möglich ist, die Wärme verluste zu verringern und mit hohem Wirkungsgrad heißen Sauer stoff zu erzeugen. In entsprechender Weise kann aus den genannten Gründen der Sauerstofferhitzer relativ klein gehalten werden.

In Fig. 2 ist eine rohrförmige Einrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff als zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Bezugszeichen 101 kennzeichnet einen äußeren Zylinder, und das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Sauerstofferhitzer, der innerhalb des Zylinders 101 angeordnet ist. In einer entsprechenden, jedoch größeren Darstellung ist der Sauerstofferhitzer in Fig. 3 dargestellt. Das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Brennkammer, 104 den Brennstoffzuführungskanal 105 die Sauerstoffzuführung, 106 die Düsen für Hilfsverbrennungs sauerstoff, 107 die Düsen für Vorhangsauerstoff, 107a Düsen für äußeren Vorhangsauerstoff im Fall, daß zwei Sauerstoffvorhänge erzeugt werden sollen, und 107b schließlich kennzeichnet Düsen für den Sauerstoff für einen inneren Sauerstoffvorhang. Das Bezugszeichen 108 bezeichnet eine Heißsauerstoff-Gas-Ausstrahl düse, 109 eine hitzeisolierende Schicht, 110 einen Mantel für Kühlwasser, 111 einen separaten Bereich innerhalb des Wasser mantels 110, 112 bezeichnet die Flamme, 113 eine Mischkammer zum Mischen von Verbrennungsgas und Vorhangsauerstoff, 114 eine Aus laßöffnung am vorderen Ende der Einrichtung, und 115 kennzeichnet eine Ofenwand. Desweiteren kennzeichnet in Fig. 2, 3 der Pfeil a einen Brennstoff-Fluß, Pfeil b Sauerstoff-Fluß, Pfeil c die Strömung des Hilfsverbrennungssauerstoffes, Pfeil d den Sauerstoff für den Vorhang. Pfeil e bedeutet Sauerstoff enthaltendes strömendes Verbrennungsgas, Pfeil f die Zuführung des Kühlwassers und Pfeil g abströmendes Kühlwasser.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2, 3 dient vorzugsweise als rohrförmige Einrichtung zum Erhitzen von Sauer stoff. Diese Einrichtung ist im Zentrum des Zylinders 101 und hinter der vorderen Öffnung 114 angeordnet und schließt den Sauerstofferhitzer 102 ein, der die Brennkammer 103 und die Düsen 107 hat. In der Brennkammer 103 wird Brennstoff mit Sauer stoff gemischt und das Gemisch verbrannt. Die Düsen 107 umgeben die Brennkammer 103, um den Sauerstoff so gerichtet strömen zu lassen, daß ein Sauerstoffvorhang gebildet wird. Die Wärmeisola tionsschicht 109 ist um den Zylinder 101 herum angeordnet, und der Wassermantel 110 umgibt die Düse 108 und den vorderen Teil der wärmeisolierenden Schicht. Obwohl in Fig. 3 die wärmeisolieren de Schicht 109 den Teil der Zylinderaußenfläche umgibt, der vom vorderen Ende bis nahe zum Umfang des Sauerstofferhitzers 102 reicht, kann es auch ausreichen, in entsprechender Weise nur den Teil des Zylinders vom Bereich der Flamme 112 bis zur Mischkam mer 113 zu umgeben. Obwohl der Kühlmantel 110 um den Teil der Einrichtung angeordnet ist, der innerhalb des Ofens liegt, um eine unzulässige Erhitzung der Einrichtung zu verhindern, kann der Kühl mantel sich auch über die gesamte Einrichtung erstrecken. Der Kühl mantel 110 gemäß Fig. 3 ist nicht das Kühlmittel für den Zylinder 101, weshalb es notwendig ist einen Wasserkühlmantel 110 um den Zylinder 101 zu legen statt der wärmeisolierenden Schicht 109, um den Zylinder 101 gegen die erhitzte Heißsauerstoffgasströmung zu schützen, wenn die Temperatur des Heißsauerstoffes 1100°C über schreitet.

Sowohl der Düse 107 für das Vorhanggas als auch der Düse 106 für den Hilfsverbrennungssauerstoff wird Sauerstoff durch den Sauerstoffzuführungskanal 105 zugeführt. Das Mengenverhältnis zwischen Hilfsverbrennungssauerstoff und Vorhangsauerstoff ist abhängig vom Strömungswiderstand der Hilfs sauerstoffdüse 106. Es können auch zwei Strömungskanäle für die Zuführung des Sauerstoffes zu den Düsen 106 und 107 vorgesehen sein. Solcher Sauerstoff kann durch zwei Zweigleitungen geführt werden, ehe er in den Zylinder 101 der Einrichtung eingeführt wird, wobei jedoch dieser Lösung weniger der Vorzug zu geben ist, weil sie Komplikationen für die bauliche Ausgestaltung der Einrichtung mit sich bringen kann.

Bei dieser Sauerstoffaufbereitungseinrichtung wird dem Sauerstoffzuführungs kanal 104 gasförmiger oder flüssiger Brennstoff a zugeführt, und dem Sauer stoffzuführungskanal 105 wird Sauerstoffgas b zugeführt. Ein Teil des Sauerstoffgases (Pfeil c) wird in die Brennkammer 103 durch die Hilfsverbrennungssauerstoffdüse 106 eingeführt und mit dem Brennstoff a gemischt. Dieses Gemisch aus Brennstoff a und Sauer stoff b wird verbrannt, um die Flamme 112 zu erzeugen. Ist der Brennstoff a Propan, so liegt die Höchsttemperatur der Flamme 112 bei etwa 2700°C. Andererseits wird der restliche Sauerstoff b in die Vorhangsauerstoffdüse 107 eingeführt und, wie durch den Pfeil d dargestellt, nach der Art eines Düsenstrahles aus der Düse 107 ausgestoßen, um den Sauerstoffvorhang zwischen dem Zylinder 101 und der Flamme 112 zu bilden. Dieser Sauerstoffvorhang verhindert die Wärmeübertragung auf den Zylinder 101 auf ein geringstmög liches Maß. Als Nächstes wird innerhalb der Mischkammer 113 der Vorhangsauerstoff mit dem Heißgas gemischt, das mittels der Flamme 112 erzeugt wird, um so heißen Sauerstoff enthaltendes Verbrennungsgas zu erzeugen. Dieses heißen Sauerstoff enthalten de Verbrennungsgas wird dann gemäß dem Pfeil e durch die Öffnung 114 der Düse 108 in den Ofen geblasen.

Bei einem Sauerstofferhitzungstest wurde die vorbeschriebene erfindungsgemäße Einrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff mit 0,30 Nm³/h Propangas, 1,5 Nm³/h Hilfsverbrennungssauerstoff und 25 Nm³/h Vorhangsauerstoff betrieben. Es ergab sich ein heißen Sauerstoff enthalten des Verbrennungsgas. Die Temperatur und der Sauerstoffgehalt des heißen Sauerstoff enthaltenden Verbrennungsgases ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle 1.

Vorhangsauerstoff (Nm³/h)
25
Brennstoff C₃H₈ (Nm³/h)	0,30
Hilfsverbrennungssauerstoff (Nm³/h)	1,5
Sauerstoffgehalt des Heißgases (%)	92,3
Temperatur des Heißgases (°C)	800

Bei der Einrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff gemäß Fig. 4 ist nicht nur ein Nebenzylinder für die Zuführung von heißem Sauerstoffgas, sondern auch ein zentrales Rohr vorgesehen, das koaxial in dem äußeren Zylinder angeordnet ist, um in einem Ofen pulverisiertes Material zu frischen oder sonstwie zu behandeln, beispielsweise Koks, pulve risierte Kohle oder Eisenerz. Dieses Zentralrohr kann ein Rohr zur Beobachtung des Inneren eines Ofens sein oder ein Zuführungs rohr, durch das das in das Ofeninnere zu verbringende pulveri sierte Feststoffmaterial in das Ofeninnere zu bringen ist. Da das Zentralrohr den Zentralbereich des Außenzylinders 101a einnimmt, ist der Außenzylinder mit einem Nebenzylinder versehen, in dem der Sauerstofferhitzer 102 untergebracht ist. Obwohl der Nebenzylinder 117 in Fig. 4 in senkrechter Lage zu dem Außenzylin der 101a an diesen angeschlossen ist, kann der Winkel zwischen den Längsachsen des Außenzylinders und des Nebenzylinders so festgelegt werden, wie es die Gegebenheiten des Einzelfalles erfordern.

In Fig. 4 werden für entsprechende Teile die in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen verwendet, und auf die nochmalige Beschreibung dieser Teile wird verzichtet. Das Bezugszeichen 101a bezeichnet den äußeren Hauptzylinder, 116 das Zentralrohr, 117 den Neben zylinder, 109a eine wärmeisolierende Schicht für den äußeren Hauptzylinder, 109b eine wärmeisolierende Schicht für den Neben zylinder, und der Bezugsbuchstabe h bezeichnet die Strömung des pulverisierten Materiales, das gegebenenfalls zum Frischen be stimmt ist.

Die Funktionen des Zweigrohres 117 und des Sauerstofferhitzers 102 sind die gleichen wie die der entsprechenden Teile der zwei ten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2, 3. Das pulveri sierte Material wird in das Zentralrohr 116 durch ein Trägergas eingeführt,wie Kohlenmonoxid und Argon. Es wird mittels der Düse 108 zusammen mit Verbrennungsgas, das heißen Sauerstoff enthält, in den Ofen eingeblasen.

Bei der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist wiederum eine erfindungsgemäße rohrförmige Einrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff darge stellt, mit der heißer Sauerstoff an den Ort des Bedarfs gebracht werden soll und die ein Zentralrohr in der Mitte aufweist. Auch bei dieser Lösung wird das Zentralrohr für die Zuführung pulverisierten Feststoffes oder für die Beobachtung des Inneren eines Ofens verwendet. Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 4 verur sacht das Vorhandensein des Nebenzylinders, daß die Bauweise der gesamten Einrichtung kompliziert sein kann, woraus sich Probleme erge ben können, wie Schwierigkeiten bei der Herstellung der Einrichtung oder bei deren Betrieb. Im Gegensatz hierzu hat die Einrichtung gemäß der vierten Ausführungsform sowohl einen Sauerstofferhitzer 102a als auch ein Zentralrohr 116, die achsgleich im Außenzylinder 101 angeordnet sind. Der Sauerstofferhitzer 102a weist eine Mehrzahl von Brennkammern auf, die um das Zentralrohr 116 herum angeordnet sind. Der Erhitzer 102a ist mit einer Mehrzahl von Sauerstoff düsen versehen, die aus kleinen Löchern oder Schlitzen bestehen und die dazu dienen, daß der aus den Düsen austretende Sauerstoff einen Sauerstoffvorhang bildet, der die Brennkammern umgibt.

In Fig. 6 ist der Sauerstofferhitzer 102a als Mittellängsschnitt, jedoch in größerer Darstellung, gezeigt. Fig. 7 stellt den Sauer stofferhitzer als Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 6 dar. Es finden wieder gleiche Bezugszeichen wie bei den Lösungen zwei (Fig. 2, 3) und drei (Fig. 4) für entsprechende Teile Verwendung, und eine erneute Beschreibung unterbleibt. Die Bezugszeichen 103a₁ bis 103a_n kennzeichnen die Brennkammern, 104a₁ bis 104a_n kennzeichnen Leitungen für die Zuführung von Brennstoff zu den Brennkammern, 106a₁ bis 106a_n kennzeichnen Sauerstoffdüsen für die Einführung von Hilfsverbrennungssauerstoff in die Brennkam mern und 107a₁ bis 107a_n kennzeichnen Vorhangsauerstoffdüsen, die den durch sie geführten Sauerstoff so richten, daß der Sauerstoff Sauerstoffvorhänge bildet, die die Brennkammern umgeben. In der gleichen Weise wie bei der zweiten Ausführungsform (Fig. 2, 3) können andere Sauerstoffdüsen vorgesehen sein, die einen weiteren Düsenring ergeben, der um den Düsenring mit den Düsen 107a₁ bis 107a_n herum angeordnet ist. Die Bezugszeichen 112a₁ bis 112a_n kennzeichnen Flammen, die sich in den Brennkammern ausbilden. Der Bezugsbuchstabe j kennzeichnet einen Sauerstoffvorhang, der zwi schen dem Außenzylinder 101 und den Brennkammern 103a₁ bis 103a_n angeordnet ist und erzeugt wird mit Sauerstoff, der aus den Vor hangsauerstoffdüsen 107a₁ bis 107a_n ausgeblasen wird. Der Bezugs buchstabe K bezeichnet einen Sauerstoffvorhang, der zwischen dem Zentralrohr 116 und den Brennkammern 103a₁ bis 103a_n sich befin det.

Der Brennstoff für die Einrichtung kann dieser durch einen einzigen Kanal zugeführt werden, der sich zum Eingang des Außenzylinders 101 erstreckt und der Verbindung mit den Brennstoffzuführungs leitungen 104a₁ bis 104a_n dient. Andererseits führt der einzige Kanal in den Außenzylinder 101 in der Nähe des Sauerstofferhit zers 102a. Der früher erwähnte einzige Kanal kann die gesamte Einrichtung kompliziert machen.

Der Sauerstoff kann in den Außenzylinder eingeführt werden mit tels einer Leitung und aufgeteilt werden in den Sauerstoffanteil für die Hilfsverbrennung und in den Sauerstoffanteil für die Vorhangausbildung. Das Verhältnis zwischen beiden Sauerstoff anteilen ist abhängig vom Strömungswiderstand der Düsen 106a₁ bis 106a_n einerseits und der Düsen 107a₁ bis 107a_n andererseits. Jede der Brennkammern kann ihre eigene Sauerstoffzuführung haben, die mit der jeweiligen Brennkammer verbunden ist. Diese Lösung birgt jedoch die Möglichkeit einer komplizierten Bauweise in sich.

Die Arbeitsweise der Einrichtung mit einem Sauerstofferhitzer gemäß dieser Ausführungsform ist die der Einrichtung der zweiten Ausführungsform (Fig. 2, 3). Eine zusätzliche Funktion der Einrichtung gemäß dieser Ausführungsform (Fig. 5 bis 7) besteht darin, daß der Sauerstoffvorhand k zwischen dem Zentralrohr 116 und den Brennkammern 103a₁ bis 103a_n gebildet wird, während der Sauerstoffvorhang j zwischen dem Außenzylinder 101 und den Brennkammern gebildet wird. Der Sauerstoffvorhang K verhindert eine Überhitzung des Zentralrohres 116.

Außerdem hat eine Einrichtung gemäß Fig. 5 bis 7 den Vorteil, daß sie leichter herzustellen und zu handhaben ist als eine Einrichtung der dritten Ausführungsform der Fig. 5.

Tabelle 2 zeigt die Temperatur und den Sauerstoffgehalt eines Sauerstoff enthaltenden Verbrennungsgases, wenn eine Einrichtung gemäß Fig. 5 bis 7 acht Brennkammern hat und beschickt wird mit 0,35 Nm³/h Propangas, 1,75 Nm³/h Hilfsverbrennungssauerstoff und 25 Nm³/h Vorhangsauerstoff.

Vorhangsauerstoff (Nm³/h)
25
Brennstoff C₃H₈ (Nm³/h)	0,35
Hilfsverbrennungssauerstoff (Nm³/h)	1,75
Sauerstoffgehalt des Heißgases (%)	91,1
Temperatur des Heißgases (°C)	800

Bei der fünften Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 8 ist ein Brenner für Kohlestaub vorgesehen. In Fig. 8 kennzeichnet das Bezugszeichen 201 einen Brennerkörper. Das Bezugszeichen 202 kennzeichnet ein Zuführungsrohr für Kohlestaub. 203 kennzeichnet die Leitung für die Zuführung gasförmigen oder flüssigen Brenn stoffes zum Vorheizen von Hilfsverbrennungsgas, 204 ein Nebenrohr für die Zuführung gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes, 205a bis 205n Rohre für die Zuführung gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes zum Vorheizen von Hilfsverbrennungsgas, 206 eine Zuführungsleitung für Hilfsverbrennungsgas, 207 eine Zuführungs leitung für ein Hilfsverbrennungsgas, 208 einen Kanal, der von den Rohren 202 und 207 begrenzt wird, die koaxial zueinander angeordnet sind, 209a bis 209n eine Mehrzahl von Hilfsverbren nungsgaserhitzern, die in Umfangsrichtung um das Zuführungsrohr 202 für Kohlestaub herum angeordnet sind, 210a bis 210n Brenn kammern, die Hilfs- oder Unterbrennkammern sind und in den Hilfs verbrennungsgaserhitzern angeordnet sind; das Bezugszeichen 211 kennzeichnet eine Hilfsverbrennungsgasdüse zum Ausblasen von Hilfsverbrennungsgas in die Brennkammern 210a bis 210n, 212 eine Flamme zum Vorheizen von Hilfsverbrennungsgas, 213 eine Düse für Vorhanggas zum Ausblasen von Hilfsverbrennungsgas derart, daß die Strömung von Hilfsverbrennungsgas einen Hilfsverbrennungsgasvor hang bildet, der die Brennkammern 210a bis 210n einschließt. 215 bezeichnet ein Bauteil, das eine Verbrennungsdüse für Kohlestaub bildet, 216a und 216b Düsen zum Ausblasen von heißem Hilfsver brennungsgas, 217 eine Hauptverbrennungskammer, 218 eine Flam menwerferöffnung, 219 eine Flamme, die bei der Verbrennung pul verisierter Kohle entsteht. Die Heißhilfsverbrennungsgasauslaß düsen 216a und 216b bestehen aus einer Mehrzahl von kleinen Löchern oder Schlitzen, die so ausgerichtet sind, daß durch sie geführtes Hilfsverbrennungsgas auf einen Pfad gerichtet wird, der die Punkte P und Q einschließt, die auf der Mittelachse des Bren nerkörpers 201 und nahe der Öffnung 218 liegen. Es sind auch andere Anzahlen von Hilfsbrennkammergasauslaßdüsen, beispiels weise drei oder vier Ringe in dem Düsen bildenden Bauteil 215 möglich.

Das Bezugszeichen 220 bezeichnet eine Wärmeisolationsschicht, die der gesamten Außenfläche des Zuführungsrohres 207 für die Hilfs verbrennung zugeordnet ist. Diese Wärmeisolationsschicht verhin dert, daß Wärme durch Konvektion radial nach außen übertragen wird, die von dem Hilfsverbrennungsgaserhitzer 209a bis 209n erzeugt wird.

Das Bezugszeichen 221 bezeichnet einen Kühlmantel für die Zirku lation von Kühlwasser in ihm. Dieser Kühlmantel 221 verhindert, daß der vordere Endabschnitt des Brenners, das ist hauptsächlich das Formglied 215, durch Radiationshitze zerstört wird, die vom Ofen und der Flamme 219 abgestrahlt wird.

Der Bezugsbuchstabe a kennzeichnet pulverisierte Kohle, also Kohlestaub. Der Bezugsbuchstabe b kennzeichnet Hilfsverbrennungs gas, vorzugsweise Sauerstoff, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Luft; der Bezugsbuchstabe c kennzeichnet gasförmigen oder flüssigen Brennstoff; d kennzeichnet Hilfsverbrennungsgas, das für die Erzeugung und Vorheizung von Vorhanggas verwendet wird; e kennzeichnet Hilfsverbrennungsgas, das für die Ausbildung des Gasvorhanges verwendet wird; f schließlich kennzeichnet die Strömung von heißem Hilfsverbrennungsgas.

Bei dem vorbeschriebenen Brenner wird Kohlestaub, das ist der Hauptbrennstoff, in das Zuführungsrohr 202 für Kohlestaub zusam men mit einem Trägergas, wie Kohlenmonoxid und Argon, eingegeben. Andererseits wird der gasförmige oder flüssige Brennstoff für die Vorheizung des Hilfsverbrennungsgases in das Zuführungsrohr 203 für gasförmigen oder flüssigen Brennstoff eingegeben und durch das Nebenrohr 204 in die Zuführungsrohre 205a bis 205n für gas förmigen oder flüssigen Brennstoff eingeben. Der gasförmige oder flüssige Brennstoff gelangt dann in die Hilfsverbrennungsgas erhitzer 209a bis 209n und wird in die Brennkammern 210a bis 210n eingeführt. Das Hilfsverbrennungsgas wird in das Zuführungsrohr 206 für das Hilfsverbrennungsgas eingeführt und gelangt zu den Hilfsverbrennungsgaserhitzern 209a bis 209n über den Hilfsver brennungsgaszuführungskanal 208. Ein Teil des Hilfsverbrennungs gases wird dann in die Brennkammern 210a bis 210n durch die Hilfsverbrennungsgasdüse 211 eingeführt. Anschließend wird das in die Brennkammern 210a bis 210n eingeführte Hilfsverbrennungsgas mit dem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff gemischt, der in die Brennkammern 210a bis 210n eingeführt worden ist. Das Gemisch aus Kraftstoff und Hilfsverbrennungsgas wird in den Brennkammern 210a bis 210n verbrannt, wobei die Flamme 212 zum Vorheizen des Hilfsverbrennungsgases erzeugt wird. Der andere Teil des Hilfs verbrennungsgases passiert die Vorhanggasdüse 213 und bildet den Hilfsverbrennungsgasvorhang, der die Brennkammern 210a bis 210n umschließt. Der Gasvorhang schützt das Hilfsverbrennungsgaszu führungsrohr 207, indem er die Hitze, die von der Vorheizflamme 212 ausgeht, daran hindert, durch Konvektion auf das Gaszufüh rungsrohr 207 übertragen zu werden. Der Gasvorhang verringert auch weitestgehend Wärmeverluste.

Die Vorheizflammen 212, die in jeder der Brennkammern 210a bis 210n gebildet werden, erzeugen heißes Verbrennungsgas. Dieses heiße Verbrennungsgas wird mit dem Vorhanggas in der Mischkammer 214 gemischt, wobei heißes Hilfsverbrennungsgas erzeugt wird. Danach wird dieses heiße Hilfsverbrennungsgas in die Düsen 216a bis 216b eingeführt und wird mittels der Düsen 216a und 216b in die Hauptbrennkammer 217 eingeblasen. Der Kohlestaub, der in das Zuführungsrohr 202 zusammen mit dem Trägergas eingebracht worden ist, wird in die Hauptbrennkammer 217 eingeblasen und dort mit dem in die Kammer 217 eingeblasenen heißen Hilfsverbrennungsgas gemischt. Das Gemisch aus Kohlestaub und heißem Hilfsverbren nungsgas wird aus der Öffnung 218 ausgeblasen, wobei es gezündet wird, und die Flamme 219 entsteht. Da das in die Verbrennungs kammer 217 eingeführte Hilfsverbrennungsgas heiß ist, erfolgt die Verbrennung in der Kammer 217 mit stabiler, stetiger Flamme, die eine hohe Temperatur von etwa 2000 bis 2400°C hat.

Auch wenn der Abstand zwischen der Hauptverbrennungskammer 217 und den Hilfsverbrennungsgaserhitzern 209a bis 209n relativ groß ist, ist es möglich, den Kohlestaub in dem Zuführungsrohr 202 durch auf dem Weg der Konvektion übertragene Wärme zu erwärmen, indem Wärme von dem heißen Hilfsverbrennungsgas auf den Kohle staub über die Rohrwand übertragen wird. Das macht es für den Brenner leichter, eine besonders stabile Flamme zu erzeugen.

Claims

1. Vorrichtung zum Erhitzen von Sauerstoff unter Verwendung eines Teiles von zugeführtem Sauerstoff als Hilfsverbrennungssauer stoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung enthält ei ne Wand (2), eine von der Wand umschlossene Brennkammer (4) zum Mischen und Verbrennen von Brennstoff mit der Teilmenge des zugeführten Sauerstoffes (Hilfsverbrennungssauerstoff) und eine Sauerstoffausstrahlöffnung (8), die um die Brennkammer herum angeordnet ist und mit der Restmenge des zugeführten Sauerstoffes (Restmenge = Gesamtmenge des zugeführten Sauer stoffes abzüglich Hilfsverbrennungssauerstoff) einen Sauer stoffvorhang zwischen der Innenseite der Wand und einer bei der Verbrennung in der Brennkammer sich ausbildenden Flamme (10) zu bilden, der die Flammenwärme von der Innenseite der Wand im wesentlichen in dem Maße fernhält, wie die Flammenwär me den Sauerstoff des Sauerstoffvorhanges erwärmt.

2. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffausstrahlöffnung (8) von einer Mehrzahl von Düsen gebildet wird.

3. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffausstrahlöffnung (8) von zumindest einem Schlitz gebildet wird.

4. Sauerstofferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand einen Außenzylinder (101) bildet, in dessen eines Ende Brennstoff und Sauerstoff für den Sauer stofferhitzer (102) eingeführt werden, dessen anderes Ende im Anschluß an die Brennkammer (103) zunächst eine Mischkammer (113) für die Vermischung von Verbrennungsgasen und Vorhang sauerstoff bildet und dann eine Auslaßdüse (108) für das in der Mischkammer gebildete Gemisch umschließt.

5. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüse (108) und der Außenzylinder (101) von einem Kühlmantel (110) umgeben sind.

6. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenzylinder (101) nur im Bereich seines der Auslaß düse (108) nahen Endes vom Kühlmantel (110) umgeben ist.

7. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmantel (110) ein Kühlwassermantel mit Kühlwasserzuführung (115) und Kühlwasserabführung (8) ist.

8. Sauerstofferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand bzw. der Außenzylinder durch ei nen Hauptzylinder (101a) und einen zwischen den beiden Enden des Hauptzylinders (101a) unter einem festgelegten Winkel in diesen mündenden Nebenzylinder (117) gebildet ist, wobei in ein Ende des Hauptzylinders ein Zentralrohr (116) für das zu behandelnde, fließfähige Gut, wie Kohle- oder Erz staub, eingeführt ist, und dessen anderes Ende eine Auslaßdüse (108) für an dem Nebenzylinder in den Hauptzylinder gelangen des Heißgas-Sauerstoff-Gemisch (e) und aus dem Zentralrohr kommendes fließfähiges Gut (b) umschließt.

9. Sauerstofferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand durch einen ein Zentralrohr (116) konzentrisch umgebenden Außenzylinder (101) gebildet ist, wo bei die gemeinsame Längsachse von Außenzylinder und Zentral rohr die Symmetrieachse bildet, um die herum im Ringraum zwi schen Zentralrohr und Außenzylinder der Sauerstofferhitzer (102a) angeordnet ist, der eine Mehrzahl von durch Einzelflam men (112) gekennzeichneten Brennkammern (103a₁ bis 103a_n) auf weist, in die hinein einerseits Hilfsverbrennungssauerstoff und Brennstoff für die Verbrennung, um die herum andererseits Restmengensauerstoff zur Bildung eines Sauerstoffvorhanges ei nerseits gegenüber der Innenwand des Außenzylinders, anderer seits gegenüber der Außenwand des Zentralrohres im Brennkam merbereich geführt wird.

10. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff (b), Brennstoff (a) und Zentralrohr (116) sowie im Zentralrohr zu führendes Gut (b) am einen Ende des Außenzy linders (101) in diesen hineingeführt werden und dieser an seinem anderen Ende eine Auslaßdüse (108) für Heißgas-Sauer stoff-Gemisch (e) und aus dem Zentralrohr kommendes Gut (h) umschließt.

11. Sauerstofferhitzer nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand bzw. der Außenzylinder von einer Außenisolierung (109, 109a) umgeben ist.

12. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das Zentralrohr (202) in eine sich erweiternde Hauptverbrennungskammer (217) mündet, in die das Gemisch aus Verbrennungsgas und Vorhangsauerstoff über Düsen (216a, 216b) eingeleitet wird, um dem durch das Zentralrohr in die Haupt verbrennungskammer (217) eingeführten Brennstoff zur Verbren nung zugemischt zu werden, wobei die Längsachsen jeweils meh rerer Düsen (216a, 216b) sich in Punkten (P, Q) auf der Längs achse von Zentralrohr bzw. Außenzylinder schneiden.

13. Sauerstofferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorhangsauerstoff einen aus mehreren Schichten bestehenden Sauerstoffvorhang bildet.

14. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrate in der der Flamme (10, 112, 112a₁ bis 112a_n) in der Brennkammer näheren Schicht höher ist als die Strömungsrate in der wandnahen Schicht.

15. Sauerstofferhitzer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff flüssig oder gasförmig ist.

16. Sauerstofferhitzer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff Kohlestaub ist.