DD290334A7 - Steuerbarer gasbrenner fuer drehrohroefen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen als Einkanalbrenner ausgebildeten steuerbaren, primaerluftfreien Gasbrenner fuer Drehrohroefen, in denen Hochtemperaturprozesse ablaufen, wie beispielsweise der Zementklinkerbrand, der Rohschamottebrand oder aehnliches, und wo es auf eine breite Variationsmoeglichkeit in der Waermeentbindungs- und Waermeabgabefaehigkeit der Flamme, sowie ihrer Laenge und Kontur ankommt. Das Ziel der Erfindung ist es, die Effektivitaet derartiger Prozesse zu verbessern, indem durch eine breite Steuerbarkeit die Flammenausbildung den jeweiligen Prozeszerfordernissen optimal angepaszt werden kann. Das Wesen der Erfindung besteht in der durch ein Steuerrohr abgestuften Wirkung eines axial verschiebbaren als Drallerzeuger und Verdraengungskoerper ausgebildeten Steuerkoerpers, wodurch drallfreie, schlanke Flammen von lang bis kurz und Drallflammen unterschiedlich hoher Intensitaet erzeugt werden koennen. Der Gasbrenner zeichnet sich durch einen geringen Fertigungs- und Wartungsaufwand aus. Fig. 1{Gasbrenner, primaerluftfrei; Drehrohrofen; Flammenausbildung; Steuerbarkeit; Zementklinkerbrand; Rohschamottebrand}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Gasbrenner für Drehrohrofen, in denen Wärm- und Brennprozesse irr Hochtemperaturbereich ablaufen.

Er wurde vorzugsweise für erdgasbefeuerte Drehrohröfen der Zementindustrie entwickelt, ist aber auch für andere gasförmige Brennstoffe geeignet, sowie als Gaslanze in Gemischbrennern.

Da der Brenner ohne Primärluft arbeitet, ist er insbesondere für solche Einsatzfälle geeignet, wo die Verbrennungsluft auf hohe Temperaturen vorgewärmt werden kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Für eine optimale Prozeßführung in Drehrohröfen, insbesondere Zementdrehrohröfen, ist ein Bronner mit weitreichender Variabilität in der Flammenausbildung vorteilhaft.

Im wesentlichen müssen drei Flammenarten einschließlich den dazugehörigen Zwischenformen vom Brenner gleitend einstellbar sein. Für das Anfahren eines kalten, frisch ausgemauerten Ofens und für Betriebsphasen mit schwachem Ansatz, sowie bei hohen Drehofenmanteltemperaturen ist eine lange, weiche Flamme mit einem gestreckten, in der Höhe leicht reduzierten Temperaturmaximum günstig.

Eine solche Flamme ist mit relativ niedrigen Ausströmgeschwindigkeiten des Brenngases in drallfreier, rein axialer Form erreichbar.

Bei normalen Drehofenmanteltemperaturen und Ansalzverhältnissen und einem stabilen, ruhigen Ofengang ist eine mittellange Flamme mit hoher Strahlungsleistung ausreichend, die zur Schonung des Ofenfutters eine schlanke Geometrie besitzen sollte.

Diese Flammenart kann ebenfalls mittels drallfreier Freistrahlen realisiert werden, wozu aber die Ausströmgeschwindigkeit des Brenngases ausreichend hoch einstellbar sein muß, zum Beispiel bei Erd' isen bis auf Schallgeschwindigkeit.

Für das Abbrennen von Auslaufringen, das schnelle Abfangen von Schwachbrandperioden, bei brenntechnisch schwierigem Material und in weiteren Fällen, bei denen es auf eine hohe, konzentrierte Strahlungsleistung der Flamme ankommt, ist eine stark forcierte Verbrennung mit kürzestmöglicher Flammenlage und höchstem, steil verlaufendem Temperaturprofil erforderlich.

Hierzu eignen sich besonders Drallflammen mit einem hohen Drallgrad und hohen Absolutgeschwindigkeiten des Brenngases.

Für den optimalen Betrieb einer Drehofenanlage muß der Gasbrenner das genannte Spektrum an Flammenarten einschließlich der Zwischenformen bereitstellen können, wobei zur Vermeidung wärmetechnischer Verluste auf die Verwendung von Primärluft verzichtet werden soll. Die Mehrzahl der für das genannte Anwendungsgebiet eingesetzten Brenner sind sogenannte Mehrkanalbrenner, die neben dem Brenngas auch Primärluft zur Flammenausbildung einsetzen.

Beispiele hierfür sind in DE 2002407 B 2 (F 23 D 15/00) und DE-OS 2160045 (F 23 d, 15/00) beschrieben.

Durch unterschiedliche Gas- und Luftgeschwindigkeiten, sowie Drall wird eine rasche Vermischung von Gas und Verbrennungsluft angestrebt und die Flammenausbildung beeinflußt.

Insbesondere für die Erdgasverbrennung besitzen diese Brenner den Mangel, daß durch die Verwendung von Primäriuft ein Selbstkarburierungsprozeß in der Flamme unterbunden wird, die Wärmeabgabefähigkeit an das Brenngut dadurch vermindert und die Wärmerückgewinnung durch die Verwendung vorgewärmter Verbrennungsluft aus Kühlaggregaten reduziert wird.

Diese Brenner besitzen ferner eine große Eige... „_ _JU und erfordern einen hohen Fertigungs- und Reparaturaufwand.

Derprimärluftfreie Gasbrennernach DE-AS 23U7399 (F 23 D15/00) besitzt nur die Möglichkeit, durch Verschieben eines massiven Einbauteiles die Flammenausbildung über die Ausströmgeschwindigkeit zu beeinflussen. Diese Steuermöglichkeit genügt den Prozeßanforderungen nicht.

Der im DD 185888 (F 23 D 15/00) beschriebene primärluftfreie Gasbrenner beseitigt eine Vielzahl der genannten Nachteile, schöpft aber nicht alle Möglichkeiten in der Steuerbarkeit der Flammenausbildung und des Wärmeentbindungsprozesses aus.

Ursache hierfür ist die durch die Konstruktion des Einbauteiles bedingte Verbindung von maximaler axialer Ausströmgeschwindigkeit und Drallerteilung.

Da hohe axiale Ausströmgeschwindigkeiten nur kleine Drallgrade zulassen und umgekehrt, muß bei der Auslegung dieses steuerbaren Einkanalbrenners immer ein Kompromiß zwischen diesen beiden Einflußgrößen auf die Flammenausbildung geschlossen werden. Dieses hat zwangsläufig Einschränkungen in der Steuerbarkeit der Flamme und damit in den Eingriffsmöglichkeiten auf den Brennprozeß mit entsprechenden Effektivitätsverlusten zur Folge.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine Erweiterung der Flammenvariabilität die für die jeweilige Ofensituation optimale Flamme einstellen zu können, um so höhere spezifische Durchsätze und Brennstoffeinsparungen zu erreichen, wobei der Aufwand für Fertigung, Montage und Instandhaltung des Brenners minimal sein soll. Durch erweiterte Eingriffsmöglichkeiten auf die Feuerführung sollen Voraussetzungen geschaffen werden, um auf besondere Ofensituationen verbessert reagieren, den Ofenbetrieb stabilisieren und intensivieren zu können, aber auch ein anlagenschonendes Fahren und eine Verbesserung der Futterstandzeiten zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen konstruktiv einfachen, leicht zu bedienenden, primärluftfreien Gasbrenner zu schaffen, mit dem die für einen effektiven Brennprozeß in einem Drehrohrofen erforderlichen Flammenarten einstellbar sind, Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der Brenner eine konische Brennerdüse besitzt, vor der ein im Brennerkopf konzentrisch angeordnetes Steuerrohr endet, in dem sich ein axial verschiebbarer Steuerkörper befindet, der durch Vorfahren den freien Querschnitt der Brennerdüse von offen bis Null variieren kann, selbst als ein Drallerzeuger in Form eines rückseitig geschlossenen Rohres mit in der Rohrwand angeordneten Drallschlitzen ausgebildet ist, wobei die Drallf ohlitze vom Steuerrohr in hinteren Stellungen des Steuerkörpers dicht verschlossen sind, und erst beginnend ab einer Position .or dem Anschlagpunkt des Steuerkörpers in der Brennerdüse freigegeben werden, die der Länge der Drallschlitze entspricht.

Merkmal der erfinderischen Lösung ist weiterhin, daß ausgehend von der hintersten Position des Steuerkörpers, in der die Brennerdüse vollständig geöffnet ist, die Ausströmgeschwindigkeit des Brenngases als reine Axialkomponente von minimal bis maximal durch Vorfahren des Steuerkörpers variiert werden kann, ohne daß gleichzeitig eine Drallkomponente erzeugt wird, wodurch.lange, weiche bis kurze, intensive, aber immer schlanke Flammen erzeugt werden können, da das Steuerrohr bis zum

Erreichen der Maximalgeschwindigkeit der Drallschlitze verschließt und erst nach Überfahren dieses Punktes die Drallschlitze in dem gleichen Maße öffnet, wie die offene Ringspaltfläche zwischen der Brennerdüse und dem Steuerkörper durch das Vorfahren reduziert wird.

Hierdurch wird erfindungsgemäß erreicht, daß ab diesem Punkt die maximale Gasgeschwindigkeit im Ringspalt konstant bleibt und die Absolutgeschwindigkeit des Drallgases in den Drallschlitzen und im Drallraum des Steuerkörpers ebenso hoch ist.

Mit steigender Drallgasmenge nimmt der Drallgrad der Flamme zu, wodurch sie an Schärfe gewinnt.

Durch diese mittels des Steuerrohres abgestufte Wirkung des Steuerkörpers wird das angestrebte Spektrum der Flammenarten erreicht, indem langsame his höchste axiale Ausströmgeschwindigkeiten unabhängig von der Drallerzeugung eingestellt werden können und so die gewünschten schlanken futter- und ansatzschonenden Flammen erzielt werden.

Ferner wird durch das Steuerrohr erreicht, daß erst nach Ausschöpfung des über die axiale Ausströmgeschwindigkeit erreichbaren Forcierungsgrades der Flamme der Drall als weiteres Intensivierungsmittel zum Einsatz kommt, da der Drall wegen seiner möglichen Negativeffekte auf Ansatz und Ofenfutter nur mit Vorsicht bzw. kurzzeitig angewendet werden soll.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Brenners wird erreicht, daß mit der öffnung der Drallschlitze die Geschwindigkeit des vom Ringspalt ausgehenden Mantelstrahles nicht abfällt, somit die verdrallte Kernströmung über einen weiten Stellbereich geführt und eine zu raschen Verbreiterungen der Flamme verhindert wird.

Die teilweise bis ganz geöffneten Drallschlitze werden vom Brenngas mit Maximalgeschwindigkeit durchströmt, wodurch bei der Drallerzeugung keine Verluste an kinetischer Energie des Brenngases entstehen und schon kleine Drallgasmengen hohe Dralleffekte erzielen.

Durch eine entsprechende Dimensionierung des Steuerkörpers können wesentlich höhere Drallgrade erreicht werden als bei bekannten Drallbrennern, ohne daß daraus Nachteile für die Erzeugung der schlanken Flammenarten resultieren.

Die erfinderische Lösung bietet dem Konstrukteur die Möglichkeit einen Gasbrenner mit einer Flammenvariabilität zu schaffen, die bekannte technische Lösungen in dieser Breite bisher nicht zuließen.

Merkmal der erfinderischen Lösung ist ferner, daß durch die vom Steuerkörper unabhängige Gasführung bis in die Brennerdüse die Kühlung aller Teile des Brennerkopfes immer gewährleistet ist.

Die Bedienung des erfindungsgemäßen Gasbrenners ist einmal auf Grund des Einkanalprinzipes einfach, aber auch weil die

Übergänge von der einen Flammenart zur anderen immer weich und gleitend erfolgen, so daß auch hohe Drallgrade gefühlvoll zum Einsatz gebracht werden können.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1: Kopf des Gasbrenners

Fig. 2: Schema des Gasbrenners mit Steuerkörpers in hinterster Position

Fig. 3: Schema des Gasbrenners mit Steuerkörper in vorgeschobener Position

Fig.4: Schema des Gasbrenners mit Steuerkörper in Anschlagposition

Figur 1 zeigt den steuerbaren Gasbrenner für Drehrohröfen bestehend aus einem äußeren Brennerrohr 1, einer sich vorzugsweise in zwei Stufen konisch verjüngenden Brennerdüse 3, vor der ein Steuerrohr 2 endet, das über vorzugsweise 2x4 Stck. Distanzbleche 8 konzentrisch und feststehend im Brennerrohr 1 angeordnet ist und dichtschließend den über ein Stellgestänge 10 mit Verschraubung 9 axial verschiebbaren Steuerkörpers 4 führt, der einen nach vorn geöffneten Drallraum 6 mit darin tangential endenden Drallschlitzen 7 besitzt und mittels seinem äußeren, konisch verjüngtem Vorderteil zusammen mit der Brennerdüse 3 eine Ringspaltdüse 5 bildet und gegen Verklemmen mit einer zusätzlichen Führung 11 ausgestattet ist. Die Verschraubung 9 sitzt auf einer etwa in der Mitte des Steuerkörpers 4 befindlichen Trennwand 12 zwischen dem vorderen Drallraum 6 und der Führung 11.

Das Einströmen des Brenngases in den Drallraum 6 kann auf Grund der absperrenden Trennwand 12 nur über die Drallschlitze 7

erfolgen, die dazu aus dem Steuerrohr 2 herausragen müssen.

Das Steuerrohr 2 muß etwa die Länge des Steuerkörpers 4 besitzen. Das Stellgestänge 10 wird von einer Verstellvorrichtung

bekannter Ausführung bewegt, die auch das Brennerrohr nach hinten abdichtet. Die Gaszuführunc erfolgt über ein seitliches

Gasanschlußrohr. Figur 2 zeigt den Steuerkörper 4 in seiner hintersten Position, in der die Brennerdüse 3 vollständig geöffnet ist und die längste Flamme erreicht wird. Auf Grund der nach hinten dichten Ausführung des Steuerkörpers 4 muß das Brenngas das Steuerrohr

immer außen umströmen.

Figur 3 zeigt den Steuerkörper 4 in der Position, wo in der Ringspaltdüse 5 die Maximalgeschwindigkeit des Brenngases erreicht

wird, die Drallschlitze 7 aber noch geschlossen sind.

Figur 4 zeigt den Steuerkörper in Anschlagposition in der Brennerdüse 3. Die bis dahin vorhandene Ringspaltdüse 5 ist

geschlossen, so daß alles Brenngas als Drallgas durch die Drallschlitze 7 in den Drallraum 6 strömen muß.

Der Brenner entwickelt in dieser Position des Steuerkörpers seine breiteste, kürzeste und intensivste Flamme. Mit Stellungen des Steuerkörpers zwischen Fig. 3 und Fig. 4 können intensive Flammen mit verdrallter Kernströmung und einer

führenden axialen Mantelströmung erzielt werden, die Ansatz und Futter nicht so stark belasten wie die reine Drallflamme.

Claims (2)

1. Steuerbarer Gasbrenner vorzugsweise für Drehrohrofen mit im Brennerrohr axial verschiebbarem Steuerkörper, der mit seinem außen konisch · -"-jungt ausgebildeten Vorderteil zusammen mit der Brennerdüse e'ne Ringspaltdüse bildet, im Ii rn einen nach vorn geöffneten und nach hinten durch eine Trennwand abgeschlossenen Drallraum besitzt, in den die in der Wand des Steuerkörpers befindlichen Drallschlitzes tangential münden, gekennzeichnet dadurch, daß der Gasbrenner ein im Brennerrohr (1) feststehendes, konzentrisch angeordnetes Steuerrohr (2) besitzt und darin der Steuerkörper (4) derart angeordnet ist, daß sich die Drallschlitze (7) gerade noch vollständig im Steuerrohr (2) befinden, wenn die Ringspaltdüse (5) den freien Querschnitt für die maximale Ausströmgeschwindigkeit des Brenngases und ab dieser Position des Steuerkörpers (4) bis zu seinem Anschlag in der Brennerdüse (3) die Summe aus dem freien Querschnitt der Ringsoaltdüse (5) und der offenen Fläche der Drallschlitze (7) konstant bleibt.

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2. 2 Seiten Zeichnungen