Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Hochgeschwindigkeitsbrenners

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hochgeschwindigkeitsbrenners, bei dem Brennstoff und Luft in einer Verbrennungskammer unter Überdruck weitgehend ausgebrannt werden und die Verbrennungsprodukte (Rauchgase) aus einer im Vergleich zur Brennkammerstirnfläche kleinen, düsenartigen Öffnung mit hoher Geschwindigkeit in den zu beheizenden Raum austreten. Eine verbesserte Verwirbelungs- und Umwälzwirkung in dem mit dem Brenner verbundenen Ofenraum wird dabei dadurch erreicht, daß das Verhältnis P₁/P₂ des Brennkammerdruckes P, zum Druck im Raum hinter der Brennkammer P₂ größer als 1,2 ist. Weiter wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Industrieofens mit mindestens einem Hochgeschwindigkeitsbrenner, bei dem Brennstoff und Lutt in einer Verbrennungskammer unter Überdruck weitgehend ausgebrannt werden und bei dem die Verbrennungsprodukte (Rauchgase) aus einer entsprechend dimensionierten, kleinen, düsenartigen Öffnung mit hoher Geschwindigkeit in den zu beheizenden Raum austreten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Derartige Brenner werden für Beheizungsverfahren verwendet, bei denen es neben der Wärmezufuhr insbesondere darauf ankommt, daß eine besonders gute Temperaturgleichmäßigkeit im zu beheizenden Raum erzielt wird. Die Rauchgase bewirken durch ihre hohe Strömungsgeschwindigkeit von etwa 130 m/sec. eine Durchwirbelung und/oder Umwälzung der gesamten RauchgasAtmosphäre im zu beheizenden Raum, was zu der gewünschten Temperaturgleichmäßigkeit führt.

[0003] Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 2 009 761 beschrieben.

[0004] Gegenüber dem Verfahren der Rauchgasumwälzung durch Ventilatoren hat die Temperaturvergleichmäßigung durch Hochgeschwindigkeitsbrenner den Vorteil, daß keine durch die hohen Temperaturen hochbeanspruchten Ventilatoren erforderlich sind. Außerdem kann dieses Verfahren auch bei jedem Temperaturniveau verwendet werden, während die Heißgasventilatoren nur bis etwa 800° C eingesetzt werden können.

[0005] Dennoch hat das vorbekannte Verfahren bisher keine sehr breite Anwendung gefunden, weil die Umwälz- bzw. Verwirbelungswirkung und damit auch der Effekt bezüglich der Temperaturvergleichmäßigung begrenzt ist. Besonders mangelhaft wird die Umwälzung, wenn nur ein Teil der installierten Brennerleistung für die Deckung des Wärmebedarfes benötigt wird und die Brenner entweder zeitweise ausgeschaltet oder in ihrer Leistung und damit auch mit ihrer Austrittsgeschwindigkeit heruntergeregelt werden müssen.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem eine bessere Umwälz- bzw. Verwirbelungswirkung im Ofenraum ohne Verwendung zusätzlicher Ventilatoren erreicht wird. Die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Anlage soll günstige Investitionskosten und einen geringen Energieverbrauch haben.

[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Betrieb eines Industrieofens der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verhältnis P₁/P₂ des Brennkammerdruckes P₁ zum Druck im Raum hinter der Brennkammer P₂ größer als 1,2 ist, wobei die Größe der Brennkammer derartig beschränkt ist, daß die maximale thermische Belastung der Brennkammer nicht überschritten wird.

[0008] Die Hochgeschwindigkeitsbrenner nach dem Stand der Technik arbeiten mit einer Austrittsgeschwindigkeit der weitgehend ausgebrannten Rauchgase aus der Verbrennungskammer von ca. 130 m/sec., maximal 200 m/sec. Die Erfindung hat nun erkannt, daß sich die Umwälz- bzw. Verwirbelungswirkung im Ofenraum wesentlich verbessern läßt, wenn man die Austrittsgeschwindigkeit gegenüber den vorgenannten Werten erheblich erhöht. Dies läßt sich durch eine Erhöhung des Brennkammerdruckes P₁ im Verhältnis zum Druck im Raum hinter der Brennkammer P., erreichen. Die bekannten Brennereinrichtungen haben einen überdruck von maximal ca. 40 Millibar in der Brennkammer gegenüber etwa atmosphärischem Druck im Ofenraum. Daraus ergibt sich ein Druckverhältnis P₁/P₂ von 1,04. Bei erfindungsgemäßer Erhöhung dieses Druckverhältnisses ergeben sich bei Rauchgastemperaturen in der Brennkammer von mehr als 1500° C Austrittsgeschwindigkeiten von über 450 m/sec.

[0009] Entsprechend verbessert wird auch die Umwälzleistung und damit die Vergleichmäßigung der Temperaturen im beheizten Raum. Auch bei Herabregelung der Brennerleistung bei sinkendem Wärmebedarf bleibt noch eine brauchbare Austrittsgeschwindigkeit der Rauchgase und damit eine ausreichende Temperaturgleichmäßigkeit erhalten.

[0010] Dieser erfindungsgemäßen Lösung des Problems standen folgende in der Fachwelt verbreitete Auffassungen entgegen:

Einmal geht man an sich richtig davon aus, daß die thermische Belastung der Brennkammern schon bei den vorhandenen Hochgeschwindigkeitsbrennern der geschilderten Kategorie sehr hoch sei und daher nicht ohne unvertretbaren Aufwand weiter gesteigert werden könne. Der höhere Brennkammerdruck und damit die höhere Dichte der Rauchgase erhöhen den Wärmeübergang an die Wandung der Brennkammer. Dabei wird aber nicht berücksichtigt, daß die Materialbeanspruchung der Brennkammern durch Wärme auch bei ähnlicher Ausführung und gleicher Brennkammerbelastung in kW/m³ sehr stark von der Größe des Brenners und damit auch der Brennkammer abhängig ist. Das liegt daran, daß die Wärme von den Rauchgasen bei den hohen Temperaturen in erster Linie durch Strahlung übertragen wird und die emittierte Strahlung mit der Schichtdicke ansteigt. Daraus folgt, daß die Erfahrungen bezüglich der zulässigen Brcnnkammerbelastung in kW/m³ nur für größere, nicht jedoch für kleinere Einheiten gelten können. Die Erfindung erstreckt sich daher bevorzugt auf kleinere Einheiten, d.h. auf Industrieöfen, deren Brenner eine maximale Leistung von etwa 100 kW, bevorzugt 20 kW und ein maximales Volumen der Brennkammer von 1000 cm³, bevorzugt 200 cm³ nicht überschreiten.

[0011] Diese, sind besonders vorteilhaft bei Wärmebehandlungsprozessen anzuwenden, bei denen es nicht so sehr auf eine hohe Wärmeleistung, als vielmehr auf eine gleichmäßige Temperatur ankommt.

[0012] Zum zweiten wurde die Fachwelt von der erfindungsgemäßen Lösung abgehalten durch die verbreitete Meinung, daß die Steigerung der Austrittsgeschwindigkeit aus dem Hochgeschwindigkeitsbrenner zu einer vermeintlich unzulässigen Lärmbelästigung führen würde. Dabei wird jedoch vergessen, daß die Prozesse, die eine besonders hohe Temperaturgleichmäßigkeit erfordern, also z.B. die Wärmebehandlungsprozesse in der stahlverarbeitenden Industrie, im allgemeinen in Ofenräumen ablaufen, die während des Prozesses allseitig geschlossen sind. Diese Räume, einschließlich der dazugehörigen Kamine, sind mit feuerfesten Materialien ausgekleidet, die eine hohe Schalldämmung bewirken, so daß das erfindungsgemäße Verfahren in der Praxis nicht zu einer unzulässigen Lärmbelästigung führt.

[0013] Schließlich bestanden Bedenken, daß der Wirkungsgrad der Umsetzung der Strömungsleistung des in den beheizten Raum eintretenden Strahles in die Strömungsenergie der umgewälzten Ofenatmosphäre mit steigender Geschwindigkeit des austretenden Strahles geringer wird. Es wurde dabei aber übersehen, daß nur ein kleiner Teil der Strömungsenergie des austretenden Strahles durch die Verdichtung von Gas und Luft vor dem Brenner aufgebracht wird. Der weitaus größere Teil der Strömungsenergie wird dagegen durch die Verbrennung in der Brennkammer aufgebracht. Es hat sich gezeigt, daß nur ein kleiner Teil der Strömungsleistung durch elektrische Energie aufgebracht werden muß. Dies ist besonders deshalb vorteilhaft, weil bei der Erzeugung von elektrischer Energie bekanntlich nur ein Wirkungsgrad von maximal 40 erreicht wird. Wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren der größte Teil der Strömungsleistung durch die Verbrennung erzeugt wird die mit einem Wirkungsgrad von etwa 90 arbeitet, so resultiert daraus eine erhebliche Energieersparnis.

[0014] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Druckverhältnis P₁/P₂ größer als 1,5, vorzugsweise größer als 1,7 ist. Durch diese Maßnahme wird eine noch höhere Austrittsgeschwindigkeit und eine noch bessere Verwirbelungswirkung erreicht.

[0015] Für die Durchführung des Verfahrens ist es erforderlich, daß z.B. Brenngas und Luft mit dem erforderlichen Druck in den Zuleitungen vorhanden sind, z.B. für beide Medien mit 5 bar. Für eine gewählte Brennerleistung von z.B. 10 kw und einen Brennkammerdruck von z.B. 4 bar ergeben sich die Düsenquerschnitte für Gas und Luft einerseits und für die Austrittsöffnung der Rauchgase aus der Brennkammer andererseits nach den bekannten Formeln der Thermo-Dynamik bzw. Strömungslehre (siehe z.B. "Einführung in die techn. _Thermo-Dynamik" von E. Schmidt, Springer-Verlag Berlin, 1945, Seite 238 bis 253). Danach können die durch die Düsen strömenden stoffströme in Abhängigkeit von den Stoffwerten, den Drücken und den Temperaturen berechnet werden. Die 3 Gleichungen für die Gasdüse, die Luftdüse und die Rauchgasdüse werden durch die Bedingung miteinander verknüpft, daß der Mengenstrom von Gas und Luft einerseits gleich dem Mengenstrom der die Brennkammer verlassenden Rauchgase ist.

[0016] Weiter wird vorgeschlagen, daß das Druckverhältnis P₁/P₂ in Bezug auf die Erreichung der Schallgeschwindigkeit überkritisch ist und sich die Rauchgase in einer zur Austrittsseite hin erweiternden Laval-Düse auf Uberschallgeschwindigkeit beschleunigen. Dazu ist ein Druckverhältnis P₁/P₂ von etwa 2 notwendig. Durch dieses Verfahren wird die Umwälzleistung und damit der Effekt der Temperaturvergleichmäßigung noch weiter gesteigert.

[0017] Ein gravierender Nachteil der bisher bekannten Beheizungsverfahren durch Hochgeschwindigkeitsbrenner besteht darin, daß die Umwälzleistung immer mit der Wärmeleistung gekoppelt ist, d.h. die Umwälzleistung ist der Wärmeleistung proportional. Die Anforderungen des Wärmeprozesses sind jedoch sehr oft gerade entgegengesetzt: Während der Aufheizperiode ist die erforderliche Wärmeleistung groß, die Anforderung an die Temperaturgleichmäßigkeit jedoch relativ klein. Umgekehrt ist beim Halten der erreichten Endtemperatur der Wärmebedarf nur noch recht gering, die Anforderung an die Temperaturgleichmäßigkeit im allgemeinen jedoch besonders groß.

[0018] Es wird daher erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, daß in jeweils einer Regelzone, d.h. in jedem durch einen gemeinsamen Temperaturfühler überwachten und gemeinsam temperaturgeregelten Ofenbereich, ein Teil der Brenner die minimale Grundlast bereitstellen und diese Brenner gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 betrieben werden, während die übrigen Brenner nach den bekannten Verfahren betriebe n und in ihrer Leistung entsprechend dem Wärmebedarf geregelt werden. Dieses Verfahren hat folgende Vorteile: Der bzw. die Brenner gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 sind infolge ihrer spezifisch extrem hohen Umwälzleistung in der Lage, auch dann eine gute Umwälzwirkung zu erbringen, wenn der Wärmebedarf des Prozesses nur sehr gering ist. Wie oben bereits beschrieben, ist dann die Anforderung an die Temperaturgleichmäßigkeit in vielen Fällen besonders hoch. Damit wird ein Effekt erreicht, wie er bisher nur mit Umwälzventilatoren bewirkt werden konnte. Andererseits ist es vorteilhaft, daß die übrigen Brenner, die den großen Teil der Wärmeleistung erbringen können, sowohl als Normalbrenner oder auch als konventionelle Hochgeschwindigkeitsbrenner ausgeführt werden können. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Brenner üben daher im Prinzip die gleiche Wirkung aus, wie die Umwälzventilatoren, tragen aber dabei nur sehr wenig zur Deckung des Wärmebedarfes bei. Gegenüber dem Verfahren mit konventionellen Hochgeschwindigkeitsbrennern und Auf-Zu-Regelung ergibt das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich den Vorteil, daß die schlagartigen Veränderungen in der Rauchgaszuführung zum Ofenraum entfallen und damit auch die entsprechenden bekannten Schwierigkeiten einer gleichmäßigen Druckhaltung im beheizten Raum entfallen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, auch die Zusammensetzung der Rauchgasatmosphäre im gewünschten Maße sicherzustellen. Außerdem entfallen die Schwierigkeiten einer stoßartigen Rauchgasdarbietung bei Ausnutzung der Abgaswärme durch Rekuperatoren, Kessel u.dgl. Selbstverständlich ist es auch möglich, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betriebenen Brenner in ihrer Leistung stetig, im Auf-Zu-.Verfahren usw. zu regeln.

[0019] Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch für die Verwendung gasförmiger Brennstoffe geeignet. Dabei ergeben sich durch die Erfordernisse einer möglichst optimalen Energieausnutzung einerseits und einer möglichst gleichmäßigen Zusammensetzung des Gemisches aus Brenngas und Luft andererseits besondere Probleme. Bei einer bestimmten Dimensionierung der Zuführungen für Gas und Luft ist die Durchflußmenge im wesentlichen vom Druck dieser Medien vor den Zuführungsdüsen, dem sogenannten Vordruck, abhängig. Wenn man nun diese beiden Drucke separat in bekannter Weise regelt, so erreicht man mit den üblichen Geräten aus folgendem Grund keine ausreichende Genauigkeit:

Aus Gründen der Energieersparnis soll der Vordruck des Gases und der Luft nur wenig größer sein, als der Brennkammerdruck. Beträgt nun beispielsweise der Brennkammerdruck 5 bar und der Gas- und Luftdruck 5,2 bar,so bewirkt eine Regelabweichung einer der beiden Druckregler für Gas und Luft von 3 % eine Abweichung von ungefähr 0,15 bar. Diese im.Verhältnis zu den Gesamtdrucken kleine Regelabweichung wirkt sich aber sehr stark auf die Zusammensetzung des Gasgemisches aus, weil sie, bezogen auf den Differenzdruck von 0,2 bar zwischen Brennkammerdruck und Vordruck schon einen sehr großen Wert hat. Im angegebenen Zahlenbeispiel könnte der Differenzdruck zur Brennkammer beispielsweise beim einen Medium dem Soll-Wert von 0,2 bar entsprechen, während er beim anderen Medium nur 0,05 bar beträgt. Damit wäre das erforderliche Gas-Luft-Verhältnis erheblich gestört.

[0020] Zur Lösung dieses Problems beim erfindungsgemäßen Verfahren wird daher vorgeschlagen, daß der Fließdruck des Gases vor dem Brenner näherungsweise gleich dem Fließdruck der Luft ist und durch Erfassung des Differenzdruckes zwischen Gas und Luft vor dem Brenner geregelt wird.

[0021] In weiterer Ausbildung der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Gas und Luft vor dem Hochgeschwindigkeitsbrenner in an sich bekannter Weise im gewünschten Verhältnis gemischt werden und das Vorgemisch'in einem Kompressor verdichtet wird und der Brennkammer über eine oder mehrere Düsen zugeführt wird. Dieses Verfahren bietet vor allem dann Vorteile, wenn weder Gas noch Luft mit dem benötigten Vordruck zur Verfügung stehen. Durch das vorgeschlagene Verfahren tritt eine Vereinfachung und Verbilligung dadurch ein, daß insgesamt nur ein Kompressor benötigt wird.

[0022] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, deren Hauptbestandteile eine mit Innenisolation versehene Brennkammer mit einer Brennstoffzufuhr und einer Luftzufuhr sowie einer Austrittsöffnung sind. Die Austrittsöffnung ist verhältnismäßig klein relativ zum Volumen der Brennkammer. Die Brennstoffzührung und die Luftzuführung, d.h. insbesondere die Düsen dieser Einrichtungen sowie die Austrittsdüse für die die _Brenn- kammer verlassenden Rauchgase, sind nun so dimensioniert, daß die sie im Betrieb bei den vorgesehenen Vordrücken durchströmenden Mengen an Brennstoff und Luft in der Brennkammer bei der Verbrennung einen solchen Druck P₁ erzeugen, daß sein Verhältnis zum Druck im Ofenraum P₂ größer als 1,2 bar ist.

[0023] Die Formeln zur Berechnung der notwendigen Düsengrößen bei gegebenen Vordrücken und sonstigen Randbedingungen (z.B. Gasart, Temperatur, Düsenform) sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise der zuvor zitierten Literaturstelle aus "Einführung in die techn. Thermo-Dynamik" zu entnehmen.

[0024] Insbesondere für Hochgeschwindigkeitsbrenner, bei denen in der Austrittsdüse Überschallgeschwindigkeit erreicht wird, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, diese Austrittsöffnung als Laval-Düse auszubilden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer in- Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.

[0025] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeitsbrenners mit zugehöriger Brennstoff- und Luftversorgung.

[0026] Der Hochgeschwindigkeitsbrenner ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Er hat ein metallisches Gehäuse 3, eine thermische Isolationsschicht 2 (Feuerfestauskleidung) und eine Zündkerze 6 , welche der Zündung des Brennstoffs dient. In die Brennkammer 1 mündet die Luftzuführung 7 und die Gaszuführung 5, die jeweils in bekannter Weise eine nicht näher dargestellte Düse einschließen. Auf der der Luft- und Gaszuführung gegenüberliegenden Seite ist eine öffnung 4 vorgesehen, die einen im Vergleich zur Stirnfläche 21 kleinen Querschnitt hat.

[0027] Der _Hochgeschwindigkeitsbrenner ist im wesentlichen konventionell ausgeführt, wobei erfindungswesentlich ist, daß die kleine öffnung 4 und der Durchsatz durch die Luftzuführung und Gaszuführung (d.h. bei gegebenem Vordruck deren Querschnitt) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Druck P₁ in der Brennkammer mindestens dem 1,2-fachen Druck P₂ außerhalb der Brennkammer entspricht. Dabei ist wesentlich, daß das Volumen der Brennkammer 1 maximal so groß ist, daß die bei den gegebenen Druckverhältnissen maximale thermische Belastung der Feuerfestauskleidung ₂ nicht überschritten wird.

[0028] Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist bevorzugt geeignet für die Verbrennung gasförmiger Brennstoffe. Dabei sind die Querschnitte der Luftzuführung 7 und der Gaszuführung 5 so festgelegt, daß sie dem gewünschten Verhältnis der_Durchsatzmengen dieser beiden Medien entsprechen. In diesem Fall sollte der Druck beider Medien in den Leitungen 5a und 7a möglichst gleich sein. Zu diesem Zweck ist ein Differenzdruckregler 10 vorgesehen, der ein zweiteiliges Gehäuse 22 hat. In dem Gehäuse befindet sich eine Membran 12, welche über eine entsprechende Verbindungsstange mit einem Ventilteller 11 verbunden ist. Der Ventilteller 11 wirkt mit einem Ventilsitz 11a zusamen, der sich auf einer im Gehäuse 22 befindlichen Trennwand 24 befindet.

[0029] Die Membran 12 trennt zwei Teilräume 25a und 25b im Gehäuse 22. Der Teilraum 25a ist mit der Luftzuführungsleitung 7a verbunden, während der Teilraum 25b an die Gaszuführungsleitung 5a angeschlossen ist. Dabei ist zu beachten, daß die Membran dem Druck in dem Raum hinter dem Ventil ausgesetzt ist, der in der Figur mit dem Bezugszeichen 14 versehen ist.

[0030] Die Funktion der Differenzdruckregelung läßt sich nun aus der Figur leicht ersehen. Ist der Druck in dem Raum 14, d.h. in der Gas zuführungsleitung hinter dem Ventil, geringer als in der Luftzuführungsleitung,so öffnet das Ventil und es strömt so lange Gas aus der mit dem Bezugszeichen 5b bezeichneten Gaszuführleitung vor der Ventileinrichtung nach, bis der Druck im Raum 14 etwas größer geworden ist als der Druck in der Luftzuführungsleitung. Danach schließt das Ventil und der Druck in der Gaszuführungsleitung 5a und damit im Raum 14 wird wieder so weit abgebaut, bis das Ventil öffnet.

[0031] Es wurde gefunden, daß bei Verwendung einer derartigen Differenzdruckregelung, die auch in vielerlei anderer Weise ausgestaltet sein kann, besonders gute Ergebnisse im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden, weil einerseits eine sehr gute Gleichmäßigkeit der Relation zwischen Brenngas und Brennluft erreicht wird und andererseits es möglich ist, mit geringen Differenzen zwischen den Vordrucken in den Leitungen 5a und 7a und dem Brennkammerdruck P zu arbeiten, was bekanntermaßen die Wirtschaftlichkeit derartiger Einrichtungen positiv beeinflußt.

[0032] Wie erwähnt, ist der Leitungsdruck in den Leitungen 5a und 7a näherungsweise gleich. Dieser Leitungsdruck sei mit P_o bezeichnet. Bei den bekannten Hochgeschwindigkeitsbrennern ist das Verhältnis P₀/P₁ zwischen diesem Leitungsdruck und dem Brennkammerdruck größer als das Verhältnis P₁/P₂ zwischen dem Brennkammerdruck und dem Ofenraumdruck. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt dagegen gerade umgekehrt, d.h. das Verhältnis P₀/P₁ ist kleiner als das Verhältnis P₁/P₂. Das hängt damit zusammen, daß bei der erfindungsgemäßen Steigerung des Druckverhältnisses Brennkammerdruck P₁ zu Ofenraumdruck P₂ das Verhältnis Leitungsdruck P_o zu Brennkammerdruck P₁ nicht ebenfalls zu steigen braucht. Für die erfindungsgemäße Erhöhung des Druckverhältnisses P_1/P₂ und damit der Austrittsgeschwindigkeit der Rauchgase aus der Brennkammeröffnung 4 ist eine entsprechende Erhöhung des Brennkammerdruckes, nicht aber eine Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit von Gas und Luft in die Brennkammer 1, d.h. nicht eine Erhöhung des Druckverhältnisses P₀/P₁ erforderlich.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb eines Industrieofens mit mindestens einem Hochgeschwindigkeitsbrenner, in dem Brennstoff und Luft in einer Verbrennungskammer unter Überdruck weitgehend ausgebrannt werden und die Verbrennungsprodukte (Rauchgase) aus einer entsprechend dimensionierten, kleinen, düsenartigen öffnung mit hoher Geschwindigkeit in den zu beheizenden Raum austreten, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis P₁/P₂ des Brennkammerdruckes P₁ zum Druck im Raum hinter der Brennkammer P₂ größer als 1,2 ist, wobei die Größe der Brennkammer derartig beschränkt ist, daß die maximale thermische Belastung der Brennkammer nicht überschritten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis P₁/P₂ größer als 1,5, vorzugsweise größer als 1,7 ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Verbrennungskammer kleiner als 1000 cm³, bevorzugt kleiner als 200 cm³ und die Leistung je Brenner kleiner als 100 kW, bevorzugt 20 kW ist.

₄. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das Druckverhältnis P₁/P₂ so groß ist, daß sich die Rauchgase in einer zur Austrittsseite hin erweiternden Laval-Düse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jeweils einer Regelzone ein Teil der Brenner die minimale Grundlast bereitstcllen und diese Brenner gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 betrieben werden, während die übrigen Brenner nach den bekannten Verfahren betrieben und in ihrer Leistung entsprechend den Wärmebedarf geregelt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Gas als Brennstoff benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Gas und Luft vor dem Brenner in an sich bekannter Weise im gewünschten Verhältnis gemischt werden und das Vorgemisch in einem Kompressor verdichtet wird und dann über eine oder mehrere Düsen der Brennkammer zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, bei dem ein Gas als Brennstoff benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließdruck des Gases vor dem Brenner näherungsweise gleich dem Fließdruck der Luft ist und durch Erfassung des Differenzdruckes zwischen Gas und Luft vor dem Brenner geregelt wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 7, umfassend eine Brennkammer mit einer Luftzuführung und einer Brennstoffzuführung und mit einer Austrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuführung (5), die Brennstoffzuführung (7) und die Austrittsöffnung (4) so dimensioniert sind, daß bei den im Betrieb vorgesehenen Vordrücken das Verhältnis des Druckes in der Brennkammer P₁ zum Druck im Ofenraum P₂ größer als 1,2 ist und das Volumen der Brennkammer 1 maximal so groß ist, daß die maximale thermische Belastung der Brennkammer 1 nicht überschritten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (4) als Laval-Düse ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, zur Verarbeitung gasförmiger Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführung (7) und die Luftzuführung (5) so dimensioniert sind, daß bei gleichen Vordrücken in den Zuführungsleitungen (5a, 7a) die in die Brennkammer (1) einströmenden Mengenströme den gewünschten Gas-/Luftverhältnis entsprechen und die Gaszufährungsleitung (7a) und die Luftzuführungsleitung (5a) jeweils mit einem gemeinsamen Differenzdruckaufnehmer (10) verbunden sind, dessen Ausgangssignal an einer Regeleinrichtung anliegt, durch welche mindestens ein Ventil (11, lla) für die Brenngaszufuhr und die Luftzufuhr derart steuerbar ist, daß die Drucke in beiden Leitungen näherungsweise gleich sind.

Zeichnung