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(11) | EP 0 012 778 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Gasbeheizter Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmelzöfen oder Schmelztiegeln |
| (57) Ein gasbeheizter Tunnelbrenner zur antemperung von Schmelzöfen oder Schmelztiegeln
enthält ein rohrförmiges Brennergehäuse (10) mit einem kegelstumpfförmigen Teil (16),
der eine Austrittsöffnung (14) bildet. Ein Gaszufuhrrohr (20) mit einer drosselnden
Auslassdüse (26) ist koaxial in dem Brennergehäuse angeordnet. Es weist einen Radialflansch
(28) und stromauf von diesem seitliche Gasaustrittsöffnungen (30) auf. Hierdurch wird
eine Halteflamme erzeugt. Luft wird über einen Anschluss (34) dem Ringraum (32) zugeführt.
In dem kegelstumpfförmigen Teil (16) ist ein Kranz von wendelförmigen Leitblechen
(40) angebracht, die zusammen mit einer Abreisskante (44) die Vermischung von Gas
und Luft in der Brennkammer (38) fördern und so eine kurze Flamme bewirken. |
[0001] Die Erfindung betrifft einen gasbeheizten Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmelzöfen oder Schmelztiegeln, enthaltend: ein rohrförmiges Brennergehäuse, welches einen im wesentlichen zylindrischen oder schwach konischen Teil sowie sich daran anschließend einen kegelstumpfförmigen, sich zu einer Austrittsöffnung hin verjüngenden Teil aufweist, an den" sich wiederum ein die Austrittsöffnung bildendes zylindrisches Endstück anschließt, ein koaxial zu dem Brennergehäuse angeordnetes, an seinem Auslaß durch Drosselmittel gedrosseltes Gaszufuhrrohr, das einen nach außen ragenden Radialflansch trägt und mit dem Brennergehäuse einen Ringraum bildet, in den der Radialflansch hineinragt, und einen Anschluß an der Austrittsöffnung abgewandten Ende des Brennergehäuses zum Anschluß an Luftzufuhrmittel.
[0002] Bei einem bekannten Tunnelbrenner dieser Art (US-PS 3 275 057, FR-PS 1 -430 591) enthält das rohrförmige Brennergehäuse einen zu einer Austrittsöffnung hin schwach konisch erweiterten Teil, an den sich ein kegelstumpfförmiger, sich zu der Austrittsöffnung verjüngender Teil anschließt. An diesem letzteren Teil schließt sich wiederum ein die Austrittsöffnung bildendes zylindrisches Endstück an. Das Brennergehäuse ist durch eine Zwischenwand geteilt, die in der Verbindungsebene zwischen dem sich erweiternden und dem sich konisch verjüngenden Teil des Brennergehäuses sitzt und einen zentralen Durchbruch aufweist. Auslaßseitig sitzt an der Zwischenwand koaxial zu dem Brennergehäuse ein Gaszufuhrrohr. Koaxial innerhalb dieses Gaszufuhrrohres sitzt ein Luftführungsrohr, welches den zentralen Durchbruch in der Zwischenwand umgibt. Zwischen dem Gaszufuhrrohr und dem kegelstumpfförmigen Teil des Brennergehäuses ist ein Ringraum gebildet. Am auslaßseitigen Ende des Gaszufuhrrohres sitzt ein Radialflansch, der nach außen in den Ringraum hineinragt und mit dem Brennergehäuse einen drosselnden Austrittsspalt bildelt. Das Luftführungsrohr weist ebenfalls an seinem austrittsseitigen Ende einen Radialflansch auf, der mit dem Gaszufuhrrohr ebenfalls einen drosselnden Ringspalt bildet. Zwischen dem Luftführungsrohr und dem Gaszufuhrrohr ist auf diese Weise ein Ringraum gebildet, in den eine Gaszuleitung mündet. In der Zwischenwand sind außerhalb des Gaszufuhrrohres Durchbrüche vorge-sehen, über welche der stromauf von der Zwischenwand liegende Teil des im Brennergehäuse gebildeten Raumes mit dem Ringraum in Verbindung steht, der zwischen dem Gaszufuhrrohr und dem Brennergehäuse gebildet ist. An dem der Austrittsöffnung abgewandten Ende des Brennergehäuses ist ein Anschluß vorgesehen, über den Luftzufuhrmittel, z.B. ein Gebläse angeschlossen werden können.
[0003] Bei diesem bekannten Brenner tritt ein Luftstrom hauptsächlich durch den zentralen Durchbruch der Zwischenwand und durch das Luftführungsrohr hindurch in die innerhalb des kegelstumpfförmigen Teiles des Brennergehäuses gebildete Brennkammer. Gas wird gedrosselt über den Ringspalt zugeführt, der zwischen dem Gaszufuhrrohr und dem Radialflansch des Luftführungsrohres gebildet ist. Schließlich tritt ein weiterer Luftstrom über die äußeren Durchbrüche der Zwischenwand, die als Beruhigungszone wirkende äußere Ringkammer und den Ringspalt zwischen dem Radialflansch des Gaszufuhrrohres und dem Brennergehäuse in die Brennkammer und wird durch den kegelstumpfförmigen Teil des Brennergehäuses einwärts gelenkt. Eine Vermischung von Gas und Luft soll dabei in dem torusförmigen Bereich stattfinden, der vor dem Gaszufuhrrohr und dem Luftführungsrohr um die Längsachse des Tunnelbrenners herum auftritt, und von diesem Bereich aus erstreckt sich die Flamme in die Brennkammer, wobei die Flamme mantelförmig ist und einerseits den zentralen Luftstrom umgibt und andererseits von dem äußeren Luftstrom, der zwischen Flamme und Wandung des Brennergehäuses verläuft, umgeben ist.
[0004] Es ist weiterhin bekannt (DE-AS 1 170 101) bei einem Rundbrenner über ein zentrales Rohr Luft, über ein koaxial darum herum angeordnetes Gaszufuhrrohr Gas und über ein weiteres koaxial um das Gaszufuhrrohr herum angeordnetes Rohr Luft zuzuführen, wobei die Luft in dem äußeren Rohr über einen Leitschaufelkranz geleitet wird, so daß dem äußeren Luftmantel ein Drall erteilt wird. Dieser Leitschaufelkranz ist dabei stromauf von der Gasaustrittsöffnung angeordnet und erzeugt lediglich einen Drall der Luft.
[0005] Eine ähnliche Anodnung zeigt die US-PS 3 049 173. Es ist weiterhin ein Brenner bekannt, bei welchem ein Gaszufuhrrohr koaxial innerhalb eines Brennerrohres angeordnet ist, wobei in das Brennerrohr über einen seitlichen Anschluß Luft einleitbar ist, und zwar in einer solchen Weise, daß dem Luftstrom innerhalb des Brennerrohres um das Gaszufuhrrohr herum ein Drall erteilt wird. Das Brennerrohr erstreckt sich in axialer Richtung etwas über das Gaszufuhrrohr hinaus. Das Gaszufuhrrohr bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal. An seinem Ende bildet das Gaszufuhrrohr eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse. Das Gaszufuhrrohr trägt weiterhin einen Radialflansch stromauf von dieser Auslaßdüse. Stromauf von dem Radialflansch sind in dem Gaszufuhrrohr seitliche Gasaustrittsöffnungen vorgesehen. Die Luftströmung staut sich an dem Radialflansch. Durch die drosselnde Auslaßdüse erfolgt ein gewisser Gasstau vor dieser Düse. Gas tritt daher durch die seitlichen Gasaustrittsöffnungen in die stromauf von dem Radialflansch gebildete Beruhigungszone. Das dort gebildete Gas-Luft-Gemisch erzeugt eine Halteflamme, die um die Radialflansch herum brennt und ein Abheben der Flamme bei hohen Gas- und Luftströmungen verhindert. Durch die Halteflamme wird das austretende Gas jeweils sofort gezündet.
[0006] Tunnelbrenner der eingangs genannten Art werden benutzt zur Antemperung von Schmelzöfen. Dabei geht es um folgendes:
Schmelzöfen, z.B. für Glasschmelzen, sind mit einer feuerfesten Auskleidung versehen. Diese feuerfeste Auskleidung besteht aus feuerfesten Steinen, die zur Auskleidung des Schmelzofens aneinandergesetzt werden. Die Steine müssen dann in einem Antemperungsprozeß langsam auf die Betriebstemperatur der Glasschmelze aufgeheizt werden, wobei ein Sinterungsprozeß stattfindet, bei welchem sich die Steine zu einer durchgehenden Auskleidung miteinander verbinden. Dieser Antemperungsprozeß, der mehrere Tage dauert, erfordert eine langsame und genau kontrollierte Temperaturerhöhung praktisch von warmer Zimmertemperatur bis zu der endgültigen Betriebstemperatur, wobei einige bestimmte Temperaturen, bei denen der Sinterungsprozeß stattfindet, nach einem vorgegebenen Programm über längere Zeit gehalten werden. Das bedeutet, daß der Brenner zunächst mit einem sehr großen Luftüberschuß betrieben werden muß, so daß die Luftmenge mit der Verbrennungswärme der zunächst relativ dazu kleinen Gasmenge nur wenig erwärmt wird. Im Verlaufe des Antemperungsprozesses wird dann die Gasmenge kontrolliert auf die der Luftmenge entsprechenden Mengen erhöht. Dabei wird mit recht hohen Luftmengen gearbeitet, damit durch die Verwirbelung der heißen Luft in dem Schmelzofen oder Schmelztiegel eine gleichmäßige Erwärmung des Schmelzofens oder Schmelztiegels stattfindet.
[0007] Man muß anstreben, daß das Gas in einer relativ kurzen Flamme möglich vollständig verbrannt wird. Flamme ist dabei die Zone, in welcher eine chemische Reaktion zwischen dem Gas und der Verbrennungsluft stattfindet. Wenn durch ungenügende Vermischung von Gas und Luft das Gas nicht vollständig verbrannt wird, dann kann sich in dem Schmelzofen oder Schmelztiegel unverbranntes Gas ansammeln und"zu einer Verpuffung führen. Das kann auch geschehen, wenn die Flamme so lang ist, daß sich bis zu der gegenüberliegenden Wandung des Schmelzofens oder Schmelztiegels erstreckt. Außerdem würde in einem solchen Falle die Erwärmung ungleichmäßig. Die Flamme sollte nur innerhalb einer in dem Brennergehäuse gebildeten Brennkammer brennen, während aus der Austrittsöffnung des Brennergehäuses nur heiße Luft und Abgase austreten.
[0008] Das ist sehr schwer zu erreichen, da, wie gesagt, ein hoher Durchsatz von Gas und Luft stattfindet, wobei der hohe Luftdurchsatz auf jeden Fall gegeben ist. Die Gasmenge wird in sehr weiten Grenzen reguliert. Dabei darf die Flamme nicht zu'lang werden. Sie darf auch nicht abheben oder erlöschen.
[0009] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gasbeheizten Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmlezöfen oder Schmelztiegeln zu schaffen, bei welchem in einer kurzen, innerhalb einer Brennkammer im Brennergehäuse brennenden Flamme eine möglichst vollständige Verbrennung des Gases stattfindet und bei welchem dabei durch Regelung der Gaszufuhr in weiten Grenzen die Temperatur der austretenden großen Luft-und Abgasmengen zwischen "Warmluft" und hohen Betriebstemperaturen veränderbar ist.
[0010] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination der nachstehenden Merkmale:
(a) Das Gaszufuhrrohr bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal und an seinem Ende eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse und trägt den Radialflansch stromauf von dieser Auslaßdüse, und stromauf von dem Radialflansch sind in dem Gaszufuhrrohr seitliche Gasaustrittsöffnungen vorgesehen..
(b) Der Auslaß steht im wesentlichen ungedrosselt mit dem Ringraum in Verbindung.
(c) In der in dem kegelstumpfförmigen Teil zwischen der Auslaßdüse und der Austrittsöffnung gebildeten Brennkammer sind vermischungsfördernde Strömungsleit-- körper vorgesehen.
[0011] Durch den Radialflansch am Gaszufuhrrohr und die seitlichen Gasaustrittsöffnungen wird eine Halteflamme erzeugt, die ein Abheben der Flamme von der Auslaßdüse auch bei hohen Gasgeschwindigkeiten verhindert. Die Erzeugung einer solchen Halteflamme ist zwar bei dem vorerwähnten Brenner an sich bekannt. Bei diesem Brenner handelt es sich jedoch nicht um einen Tunnelbrenner zur Antemperung von Schmelzöfen oder Schmelztiegeln, bei welchem eine kurze Flamme innerhalb einer im Brennergehäuse enthaltenen Brennkammer erzeugt wird.
[0012] Es tritt ein gerader zentraler Gasstrom aus der Auslaßdüse aus. Im Gegensatz zu der Anordnung nach der US-PS 3 275 057 ist also kein zentraler Luftstrahl vorhanden. Der um das Gaszufuhrrohr gebildete Ringraum steht ungedrosselt mit dem Anschluß für die Luftzufuhrmittel in Verbindung. Es wird also ein starker, ungedrosselter Luftstrom um den zentralen Gasstrom herum erzeugt. Damit wird ein hoher Durchsatz von Luft und Gas ermöglicht.
[0013] Eine kurze Flamme wird durch vermischungsfördernde Strömungsleitkörper gewährleistet, die sicherstellen, daß innerhalb der Brennkammer eine Verwirbelung und Vermischung von Gas und Luft stattfinden und somit innerhalb der Brennkammer die Verbrennungsreaktion vollständig ablaufen kann. Damit wird eine kurze, im wesentlichen innerhalb der Brennkammer gebildete Flamme erzeugt. Aus der Austrittsöffnung tritt ein inniges Gemisch von Luft'und Abgasen aus, welches eine gleichmäßige Temperatur entsprechend der Heizleistung des zugeführten und verbrannten Gases besitzt.
[0014] Die vermischungsfördenden Strömungsleitkörper sind, im Gegensatz z.B. zu dem Leitschaufelkranz der DE-AS 1 170 101 in der Brennkammer angeordnet, in welcher sowohl Gas als auch Luft enthalten ist. Sie bewirken daher nicht nur einen Drall der äußeren Luftsäule sondern unmittelbar eine Verwirbelung und Vermischung von Gas und Luft, wodurch eine vollständige Verbrennung des Gases in einer kurzen Flamme gewährleistet ist.
[0016] Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt ein Vertikalschnitt durch einen nach der Erfindung ausgebildeten gasbeheizten Tunnelbrenner.
Fig. 2 zeigt einen zugehörigen Querschnitt.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform.
Fig. 4 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig. 3 eine weitere Abwandlung.
[0017] Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 weist das Brennergehäuse 10 einen im wesentlichen zylindrischen Teil 12 sowie sich daran anschließend einen kegelstumpfförmigen, sich zu einer Austrittsöffnung 14 hin verjüngenden Teil 16 auf. An den Teil 16 schließt sich wiederum ein die Austrittsöffnung 14 bildendes zylindrisches Endstück 18 an. Koaxial zu dem Brennergehäuse 10 ist ein Gaszufuhrrohr 20 angeordnet, das über einen Krümmer 22 seitlich aus dem Brennergehäuse 10 herausgeführt und mit einer Quelle von Brenngas verbunden ist. Das Gaszufuhrrohr 20 bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal 24 und an seinem Ende eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse 26. Stromauf von der Auslaßdüse 26 ist ein Radialflansch 28 vorgesehen. Stromauf von dem. Radialflansch 28 sind in dem Gaszufuhrrohr 20 seitliche Gasaustrittsöffnungen 30 vorgesehen.
[0018] Das Gaszufuhrrohr 20 bildet mit dem zylindrischen Teil des Brennergehäuses 10 einen Ringraum 32, in welchen der Radialflansch 28 hineinragt. Dabei erfolgt aber nur eine geringe Drosselung des Luftstroms zwischen Radialflansch 28 und Brennergehäuse 10.
[0019] An dem der Austrittsöffnung 14 abgewandten Ende des Brennergehäuses 10 ist ein Anschluß 34 vorgesehen, der mit Luftzufuhrmitteln, z.B. einem Gebläse verbunden werden kann. Der Anschluß 34 ist ein Stutzen, der über einen konischen Zwischenteil 36 mit dem zylindrischen Teil 12 des Brennergehäuses 10 verbunden ist. Dieser Anschluß 34 steht praktisch ungedrosselt mit dem Ringraum 32 in Verbindung, so daß der volle Luftstrom außen zwischen dem Brennerrohr 20 und dem Brennergehäuse 10 hindurchströmt.
[0020] In dem kegelstumpfförmigen Teil 16 zwischen der Auslaßdüse 26 und der Austrittsöffnung 14 ist eine Brennkammer 38 gebildet. In dieser Brennkammer sind vermischungsfördernde Strömungsleitkörper vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die vermischungsfördernden Strömungsleitkörper einen Kranz von wendelförmigen Leitblechen 40, welche auf der Innenwandung des kegelstumpfförmigen Teils 16 im Bereich der Brennkammer 38 vorgesehen sind. Die vermischungsfördernden Strömungsleitkörper umfassen weiterhin den austrittseitigen Rand 42 des kegelstumpfförmigen Teils 16, der trichterartig in das zylindrische Endstück 18 ragt und innerhalb desselben eine Abreißkante 44 bildet.
[0021] Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende:
Jber den-Anschluß 34 wird ein starker Luftstrom praktisch ständig in konstanter Stärke zugeführt, während über das Brennerrohr 20 ein regelbarer Gasstrom zugeführt werden kann. Der Luftstrom staut sich an dem Radialflansch 28, so daß dort eine Verwirbelung und eine Beruhigungszone entsteht. Das Gas, welches Vor der Auslaßdüse 26 geringfügig gestaut wird, tritt durch die seitlichen Gasaustrittsöffnungen 30 aus und vermischt sich in der Beruhigungszone 46 mit der dort verwirbelten Luft. Nach dem Zünden bildet dieses Gas-Luft-Gemisch eine Halteflamme, die unabhängig von der Gasströmung ständig brennt und daher ein Abheben der Flamme von der Auslaßdüse 26 verhindert, weil das aus der Auslaßdüse 26 austretende Gas auch bei hoher Strömungsgeschwindigkeit ständig durch die Halteflamme gezündet wird. Die Halteflamme brennt um den Radialflansch 28 herum und wird auch bei hoher Gas- oder Luftgeschwindigkeit nicht abge-. hoben oder ausgeblasen.
[0022] Das aus der Auslaßdüse 26 austretende Gas wird in der Brennkammer 38 mit der durch die Leitfläche 40 in Drall versetzten Luft innig vermischt, da der Luft durch die Leitfbleche 40 nicht nur ein Drall erteilt wird sondern die Luft infolge der konischen Ausbildung des Teils 16, gleichzeitig nach innen umgelenkt wird. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch eine Verwirbelung stattfindet, die zu einer innigen Mischung von Luft und Gas und damit zu einer vollständigen Verbrennung des Gases innerhalb der Brennkammer 38 führt.
[0023] Reste von Gas, die in das zylindrische Endstück 18 treten, erfahren eine weitere Verwirbelung an der Abreißkante 44, hinter welcher sich eine Beruhigungszone in dem toten Winkel zwischen dem konischen Teil 16 und dem zylindrischen Endstück 18 bildet. Hierdurch werden auch solche Reste noch verbrannt. Die Flamme, also die Zone in welcher die Reaktion des Gases mit dem Sauerstoff der Luft stattfindet, tritt daher praktisch nicht aus der Austrittsöffnung 14 aus. Aus der Austrittsöffnung 14 fließt vielmehr ein weitgehend homogener Strom von warmer oder heißer Luft, vermischt mit den Abgasen der Verbrennung.
[0024] Bei der abgewandelten Ausführung nach Fig. 3 ragt nicht wie bei Fig. 1 der kegelstumpfförmige Teil 16 in das zylindrische Endstück 18 sondern umgekehrt das zylindrische Endstück 18' ragt mit seinem Rand 47 in die öffnung des kegelstumpfförmigen Teils 16' hinein. Hierdurch wird ein Stau in dem Raum 48 erzeugt, der zwischen dem Endstück 18' und dem kegelstumpfförmigen Teil 16' gebildet ist, und die Oberkante 50 des Endstücks 18 bildet eine Abreißkante, die zu einer Verwirbelung und damit zu einer besseren Vermischung von Gas und Luft führt.
[0025] Figur 4 zeigt eine weitere Abwandlung der Anordnung für die Erzeugung einer Halteflamme. Die Anordnung ist ähnlich wie in Figur 1, und entsprechende Teile sind in Figur 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. An dem Radialflansch 28 ist auf dessen stromabwärtiger Seite ein Ring 52 über Abstandsstücke 54 parallel zu dem Radialflansch 28 gehaltert. Dieser Ring 52 ragt radial nach außen über den Radialflansch 28 hinaus. Zwischen dem Innenrand des Ringes und dem Gaszufuhrrohr 20 ist ein Ringspalt 56 gebildet.
ein rohrförmiges Brennergehäuse, welches einen im wesentlichen zylindrischen oder schwach konischen Teil sowie sich daran anschließend einen kegelstumpfförmigen, sich zu einer Austrittsöffnung hin verjüngenden Teil aufweist, an den sich wiederum ein die Austrittsöffnung bildendes zylindrisches Endstück anschließt,
ein koaxial zu dem Brennergehäuse angeordnetes, an seinem Auslaß durch Drosselmittel gedrosseltes Gaszufuhrrohr, das einen nach außen ragenden Radialflansch trägt und mit dem Brennergehäüse einen Ringraum bildet, in den der Radialflansch hineinragt, und
einen Anschluß an dem der Austrittsöffnung abgewandten Ende des Brennergehäuses zum Anschluß an Luftzufuhrmittel,
gekennzeichnet durch die Kombination der nachstehenden Merkmale:
(a) Das Gaszufuhrrohr (20) bildet einen seinen gesamten Querschnitt ausfüllenden Gaszufuhrkanal (24) und an seinem Ende eine zentrale, drosselnde Auslaßdüse (26) und trägt den Radialflansch (28) stromauf von dieser Auslaßdüse (26), und stromauf von dem Radialflansch (28) sind in dem Gaszufuhrrohr (20) seitliche Gasaustrittsöffnungen (30) vorgesehen.
(b) Der Anschluß (34) steht im wesentlichen ungedrosselt mit dem Ringraum (32) in Verbindung.
(c) In der in dem kegelstumpfförmigen Teil (16) zwischen der Auslaßdüse (26) und der Austrittsöffnung (14) gebildeten Brennkammer (38) sind vermischungsfördernde Strömungsleitkörper (40,42) vorgesehen.
daß an dem Radialflansch auf dessen stromabwärtiger Seite ein Ring über Abstandsstücke parallel zu den Radialflansch gehaltert ist und
daß dieser Ring radial nach außen über den Radialflansch hinausragt und zwischen dem Innenrand des Ringes und dem Gaszufuhrrohr ein Ringspalt gebildet ist.