DD207641A3

DD207641A3 - Anordnung zur intensivierung des verbrennungsprozesses von hochdruckbrennern, insbesondere fuer siemens-martin-oefen

Info

Publication number: DD207641A3
Application number: DD24042082A
Authority: DD
Inventors: Heinz Franke; Alois Ruscher
Original assignee: Rohrkombinat Stahl & Walzwerk
Priority date: 1982-06-03
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1984-03-07
Also published as: CS353483A1; CS254111B1; HU188900B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Intensivierung des Verbrennungsprozesses von Hochdruckbrennern, mit denen gasfoermige und/oder fluessige Brennstoffe verbrannt werden. Ziel der Erfindung ist es , bei Anwendung von Brennstoffgemischen mit einem Erdgasanteil groesser 65 5 DIE Leistung des Ofens und den spezifischen Waermeverbrauch ueber einen weiten Anwendungsbereich wirtschaftlicher zu gestalten. Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine spezielle Einduesung von Dampf unabhaengig vom Mischungsverhaeltnis des gasfoermigen und fluessigen Brennstoffes eine stabile und vollstaendige Verbrennung und damit maximale Flammentemperatur und hohe Strahlungseigenschaften zu gewaehrleisten. Auf der Brennerlaengsachse ist ein Rohr fuer die Dampfeinduesung angeordnet, das in der Mischkammer des Brenners mit einer konisch verengten Duese endet, die der erforderlichen Impulskraft angepasst ist.

Description

Titel der Erfindung

Anordnung zur Intensivierung des Verbrennungsprozesses von Hochdruekbrennern, insbesondere für Siemens-Martin-Öfen

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Anwendungsfeebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Intensivierung des Verbrennungsprozesses von Hochdruckbrennern, insbesondere für SM-Öfen, mit denen gasförmige und/oder flussige Brennstoffe verbrannt werden können·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Tatsache, daß der spezifische Wärmeverbrauch und die Leistung von Industrieöfen, insbesondere von SM-Öfen, in entscheidendem laße vom Hochdruckbrenner bestimmt wird, hat die Gesichtspunkte der Konstruktion dieser Brenner wesentlich beeinflußt· Im Laufe der vergangenen zwei Jahrzehnte wirkten sich die Forschungsergebnisse - hauptsächlieh die Modellversuche auf strömungstechnischem Gebiet auf die Ausbildung der Hochdruckbrenner aus· Ss wurde vor allem die Wichtigkeit des Impulsprinzips, d· h« der kinetischen Energie der Flamme auf die Wärmeübergangsverhältnisse im SM-Öfen erkannt·

Es sind Hochdruckbrenner für die Verbrennung von gasförmi-

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gen und/oder flüssigen Brennstoffen verschiedener Bauarten bekannt geworden, die zur Erzeugung einer hohen kinetischen Energie der Flamme neben Hochdruck-Erdgas für die Qlverbrennung Hoehdruckzerstäubungsmittel in Form von Preßluft bzw* Dampf anwenden* Dabei zeigte sich, daß eine reine Dampf zerstäubung den Fashteil mit sich bringt, daß die Flamme durch die großen Dampfmengen, die für die Zerstäubung des Heizöles erforderlich sind, stark entleuchtet wird und die maximal erreichbare Flammentemperatur infolge des Dissoziationswärmeverlustes unter den Werten bei der Preßluftzerstäubung liegt» Damit erreichten die mit reiner Dampf ζ er stäubung betriebenen Hochdruckbrenner ungünstigere Betriebswerte¹ in bezug auf die leistung und den spezifischen Wärme verbrauch des Industrie-

ofens* .

Durch den Übergang auf immer höhere Erdgasanteile größer 65 % am Gesamtwärmeangebot ergab sich bei den bekannten Brennerarten nach DD-PS 100 530 sowie den Doppel- und' Mehrfachzerstäubern entsprechend dem Handbuch für Industriefeuerungen von W* Hansen, die mit Preßluftanwendung arbeiten_s der lachteil, daß die Flammen in den Schmelzphasen Chargieren und Einschmelzen nicht mehr die erforderlichen Verbrennungstemperatüren aufweisen,und in der Schmelzphase Kochzeit das notwendige Emissionsvermögen der Flamme fehlte, da einerseits der Abkühlungseffekt bei

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der Expansion des Hochdruck-Erdgases mit größer werdenden Mengen zunahm und andererseits der Anteil des Strahlungswärmeflusses in Richtung Wärmegut durch die größeren Erdgasmengen zurückging«

Mt der Senkung der maximalen Yerbrennungstemperatur und dem Rückgang des Wärmeüberganges durch Strahlung verschlechterten sich die Kennwerte der Leistung und des spezifischen Wärmeverbrauches der SM-Öfen. ^

Die bisher in der Praxis bekannten Hochdruckbrenner erfüllen nur bis zu einem bestimmten Mischungsverhältnis

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der gasförmigen und flüssigen Brennstoffe die an einem SM-Ofenbrenner gestellten Forderungen in bezug auf die Erreichung der maximalen Verbrennungstemperatür sowie der erforderlichen Flammenstrahlung*./ Sie arbeiten somit nur in einem begrenzten Bereich ökonomisch»

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, Hochdruckbrenner der genannten Art so auszubilden, daß die geschilderten ökonomischen Nachteile bei Anwendung von Erdgasanteilen größer 65 % am Gesamtwärmeangebot vermieden werden, um somit den 5H-Proz.eß in bezug auf Leistung und spezifischen Wärmeverbrauch über einen breiteren Anwendungsbe- reich wirtschaftlicher zu gestalten· .

Darlegung des Wesens der Erfindung

wird

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine spezielle Eindüsung von Dampf mit einem bestimmten Druck einen solchen Effekt der Intensivierung des Yerbrennungs-* .Vorganges zu schaffen, daß unabhängig vom Mischungsverhaltnis des gasförmigen und flüssigen Brennstoffes neben einer stabilen und vollständigen Verbrennung die Erreichung maximalar Flammentemperatüren und hoher Strahlungseigenschaften der Flamme garantiert wird, um verbesserte . WärmeübergangsverhäHinisse im Ofenraum su gewährleisten.

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Erfindungsgemäß.wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der.an sich bekannten Mischkammer von'Hochdruckbrenne ra in Strömungsrichtung ein Rohr für die Dampfeindüsung angeordnet wird, das auf der Mittellängsachse des

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Brenners sitzt und in einem bestimmten Abstand vor dem sich anschließenden Mischrohr endet. Zweckmäßig wird. der Rohraustritt in Form einer sich konisch verengenden Düse ausgebildet* ' .

Die Erzielung eines größtmöglichen zusätzlichen Gewinnes an kinetischer Energie der Flamme wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß neben der vorzugsweise ge«- wählten Gesamtlänge des Rohres für die Dampfeindüsung ' der Durchmesser der Düse zur verwendeten Brennergröße in einem abgestimmten Verhältnis steht· Ausgehend von der Tatsache, daß der Intensivierungs~ effekt des Verbrennungsvorganges zu einem gewissen Teil vom Dampfdruck abhängig ist, wird der zu verwendende Dampf mit einem Druck von mindestens 0,5 MPa eingesetzt· Bin weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen,

daß die vorbestimmte Dampfmenge so eingesetzt wird, daß "" " -der zur Verfügung stehende Druck mit höchstem Y/irkungs~ grad in Strömungsenergie umgewandelt wird. Damit ist ein außerordentlich hoher Intensivierungsgewinri¹ des Verbrennungsvorganges gesichert, der sich positiv auf die Erreichung der maximalen Verbrennungstemperatur des

/ . .Brennstoffes und ^auf eine Erhöhung der Flammenstrahlung auswirkt· Die weitestgehende Stabilität und Einfachheit der Konstruktion ermöglicht die vollständige Ausnutzung der Vorteile einer Dampfeindüsung bei geringen Dampfmengen sowie die Anwendung derselben innerhalb weiter ;.-.' ; Grenzen der in Betrieb befindlichen Hochdruckbrenner.: '" " Damit wird die beste Voi"^ärmung des Brennstoffes mit höchstem Wirkungsgrad erreicht und gleichzeitig wird.ein von -der Wärmebelastung unabhängiges Mittel zur Regelung der Flammenform aufgezeigt,,. : .- '.''

. .Durch die-i;erfindungsgemäße'. Anordnung des, Rohres für die ... Dampf eindüsung, die Ausbildung und Dimensionierung des Austrittsquerschnittes der sich konisch verengenden Düse sind günstige Voraussetzungen geschaffen worden, daß un-.'

abhängig, vom Mischungsverhältnis des gasförmigen und flüssigen Brennstoffes mit geringen Dampfmengen eine stabile und vollständige Verbrennung bei Erreichung maximaler Yerbrennungstemperatüren und hoher Sftrahlungseigenschaften der Flamme gewährleistet wird» Dies wirkt sich positiv auf den Wärmeaustausch, im Ofenraum aus.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden»

In der zugehörigen Zeichnung ist ein Schnitt durch einen Hochdruckbrenner, insbesondere für SM-Öfen, schema tisch dargestellt.

In den Phasen des Brennbetriebes wird mittels des auf der Mittellängsachse des Brenners angeordneten Rohres 1 eine vorbestimmte Dampfmenge über die sich'konisch verengende Düse 2 in die Mischkammer 3 eingedüst. . , Bei einem reinen Heizölbetrieb bzw. bei jeder beliebigen Mischfahrweise des Hochdruckbrenners mischt sich die vorbestimmte Dampfmenge mit der aus, dem Querschnitt 9 austretenden Ölmenge und den Preßluftmengen, die aus den Anschlußstutzen 7 oder 8 zugeleitet werd.en» Bei der Durchströmung des Mischrohres 4 wird die Ölmenge zusätzlich erwärmt» Danach expandiert das Dampf-Ql-Preßluft-Gemisch in der Austrittsdüse 5 und tritt am Brennermund 6 in den Ofenraum aus. Durch die gewählte Anordnung des Rohres 1 ^s und die Ausbildung und Dimensionierung des Austrittsquerschnittes wird der zur. Verfügung stehende Druck des \ ,Dampfes mit geringstem Druckverlust und somit mit . ... höchstem Wirkungsgrad in Strömungsenergie umgewandelt, so daß die aus den Anschlußstutzen 7 und. 8 einströmende Preßluft infolge der Impulserhöhung der Dampfeindüsung reduziert werden kann und es somit zu einer Einsparung

von Zerstäubungsmitteln kommt» ,

Beim reinen Erdgäsbetrieb des Hochdruckbrenners durchströmt die vorbestimmte Dampf menge im Gemisch mit den Preßlüftmengen, die aus den Anschlußstutzen 7. oder 8 zugeleitet werden, das Mischrohr 4,expandiert in der Austrittsdüse 5 und tritt am Brennermund β aus* Im s Brennermund 6 mischt sich der Dampf-Preß luft- Strahl mit dem Brdgasstrom» Dabei wird dem. Erdgasstrom in der Kernzone zusätzlich Wärme zugeführt,, wodurch der Expansionsablcühlung des Brdgases entgegen gewirkt wird* Des weiteren wird dem Erdgas durch die vorbestimmte Dampfmenge ein Strahlungsträger zugeleitet, so daß sich neben einer ImpulserhÖhung_r die zur Einsparung von Zerstäubungsmitteln führt, die Yerbrennungstemperatur der Erdgasflamme erhöht und die Strahlung der Erdgasflamme verbessert wird, Die Hutzung der erfinderischen Lösung führt somit in der Zeit des Brennbetriebes des Hochdruckbrenners zur Verbesserung der Leistung bei gleichzeitiger Senkung des spezifischen WärmeVerbrauches des Industrieofens·

Claims

O Z₁ Π7, 9 Π R

Brfindungsanspruch

1* Anordnung zur Intensivierung des Verbrennungsprozesses von Hochdruckbrennern, insbesondere für Siemens-Martin-Öfen» mit denen gasförmige und/öder flüssige Brennstoffe verbrannt werden können;, gekennzeichnet dadurch, daß ein Rohr (1) für die Dampfeindüsung in Strömungsrichtung auf der Mittellängsachse des Brenners an- geordnet ist_r daß dieses Rohr (1) in der an sich be-* kannten Mischkammer (3) des Brenners mit einer sich konisch verengenden Düse (2), die je nach Größe des verwendeten Brenners.für eine Impulskraft von ¹/15 . λ bis Υ10 des Brennerimpulses angepaßt ist, endet, wobei die Einstecktiefe des Rohres (1) entsprechend dem Verhältnis des Durchmessers des Mischrohres (4) zum Abstand der Düse (2) vorzugsweise im Bereich von 0,35 bis 0,45 liegt. '

2i Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet , dadurch, daß die Düse (2) so dimensioniert ist, daß der Dampf mit einem Mindestdruck vom 0,5 MPa austritt*

Hierzu ein Blatt Zeichnungen