Verfahren und Vorrichtung zur Gasbefeuerung eines Brennofens der keramischen Industrie

Abstract

 Bei diesem Verfahren wird zunächst aus Gas und Primärluft ein nicht zündfähiges Gemisch in einem Mischgefäß (12) hergestellt und dieses Gemisch entweder jedem Brenner (7) bzw. jeder Brennergruppe separat oder allen Brennern bzw. allen Brennergruppen gemeinsam aus einer zentralen Gemischaufbereitung zugeführt. Im Zusammenhang mit einer Impulssteuerung und entsprechenden Brenner- und Gemischaufbereitungssteuerungen läßt sich die Gasbefeuerung mit geringem konstruktiven Aufwand optimal verifizieren und an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasbefeuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung einer Gasbefeuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.

[0002] In gasbefeuerten Brennöfen, insbesondere Tunnelöfen, der keramischen Industrie wird bisher die Brennzone bzw. Hochtemperaturzone üblicherweise entweder mit sogenannten Reingas-Impulsbrennern oder mit sogenannten Primärluftbrennern ausgerüstet. Die Reingas-Impulsbrenner arbeiten ohne Luft. Bei ihnen wird das Gas in kurzen Impulsen in den Brennofen geblasen. Nachteilig ist dabei jedoch, daß sich derartige Reingas-Impulsbrenner nur unter bestimmten Betriebsbedingungen bewähren. Bei hohen Öfen oder solchen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit besteht die Gefahr, daß die Impulsflammen durch die herrschende Strömung abgelenkt werden und dadurch nicht mehr die volle Höhe bzw. Breite des Brenngutstapels bestreichen. Hieraus resultieren unerwünschte Temperaturdifferenzen über dem Querschnitt des Brennraums.

[0003] Bei dem Primärluftbrenner wird gleichzeitig mit dem Gas ein Luftstrom separat an jedem Brenner eingeblasen. Dieser Luftstrom muß eine ausreichende Masse aufweisen, um das Gas bei Austritt aus dem Brenner mitzureißen und der Flamme eine große Reichweite zu geben. Primärluftbrenner werden vorzugsweise bei Öfen mit sehr hoher Brennleistung und mit hoher Strömungsgeschwindigkeit eingesetzt.

[0004] Als nachteilig ist bei derartigen Primärluftbrennern allerdings ihr relativ aufwendiger Aufbau anzusehen. Die Primärluftbrenner weisen Brennerlanzen auf, die aus einem Außenrohr für Luft und einem Innenrohr für Gas bestehen. Beide Rohre müssen aus einem hochfeuerfesten Spezialstahl hergestellt sein, weil sich die Lanzenspitze nur wenige Zentimeter vor dem Brennraum befinden muß, in dem Temperaturen von 800 °C bis 1100 °C auftreten. Die Rohre unterliegen zudem wegen der häufig sehr korrosiven Ofenatmosphäre einem starken Verschleiß. Kaum verwendbar sind Rohre aus korrosionsbeständiger Keramik, wie beispielsweise aus Siliziumkarbid, da mit diesen die erforderlichen konstruktiven Details wie Düsen, Drallflügel, Zentrierungen nur mit sehr hohen Kosten, insbesondere Formenkosten, verwirklicht werden können. Nachteilig ist bei den bisher bekannten Konstruktionen auch der apparative Aufwand, weil für Gas und Luft jeweils eigene Leitungen, Schläuche, Kupplungen, Regelorgane usw. erforderlich sind.

[0005] Das Prinzip einer getrennten Zuführung von Primärluft und Gas und der Gemischbildung in dem jeweiligen Brenner bzw. im Brenneraustrittsöffnungsbereich ist beispielsweise in der DE-OS 3045106, der DE-OS 3834795, der DD-PS 235003 und der GB-PS 2217829 offenbart. Ein System der Bestückung von Industrieöfen bzw. Tunnelöfen mit Lufteindüsungen und verschiedenen Brennersystemen beschreibt weiterhin die DD-PS 131291.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß die Gasbefeuerung mit einem im Vergleich zum bekannten Stand der Technik geringeren konstruktiven Aufwand durchgeführt werden kann.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale und vorrichtungsseitig durch die im Patentanspruch 12 genannten Merkmale gelöst.

[0008] Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung, die das Verfahren bzw. die Vorrichtung vorteilhaft weiterbilden, sind den Jeweils nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.

[0009] Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung läßt sich die Gasbefeuerung mit einem vergleichsweise deutlich geringeren konstruktiven und herstellungstechnischen Aufwand realisieren. Vorteilhaft ermöglichen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung die Verwendung von einfachen Keramikrohren ohne Sonderformen, wodurch hohe Verschleißfestigkeiten kostengünstig erzielt werden können. Dies wird bei der Erfindung dadurch erreicht, daß die Mischung der beiden Medien Gas und Primärluft schon vor den einzelnen Brennern herbeigeführt wird, so daß die aufwendige Konstruktion des Brenners entfällt und auch der Brenner mit relativ geringen Kosten aus verschleißfestem Material gefertigt werden kann. Das Mischungsverhältnis Gas/Primärluft wird dabei vorteilhaft so gewählt, daß kein zündfähiges Gemisch entsteht, wobei die Luftmenge in jedem Fall beträchtlich unter der zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Menge liegt.

[0010] Die Mischung von Gas und Primärluft kann dabei nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch Jeden Brenner bzw. jede Brennergruppe, die etwa aus sechs bis zwanzig Brennern besteht, separat gebildet werden. Alternativ kann nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung das Gemisch auch zentral für alle Brenner bzw. Brennergruppen gebildet werden, wobei das nicht zündfähige Gemisch in sicherheitstechnisch vorteilhafter Weise über eine einzige Verteilerleitung den einzelnen Brennern bzw. Brennergruppen zugeführt wird.

[0011] Die vorgesehene Mischung vor dem Zuführen zu dem bzw. den Brennern erfolgt gemäß der Erfindung in einem druckdichten Mischgefäß, von dem das Gemisch über eine Leitung zu dem bzw. zu den Brennern strömt, wobei in dieser Leitung noch Stellorgane angebracht werden.

[0012] Das Mischgerät ist vorzugsweise regelbar, um benötigte Gemischverhältnisse einzustellen und beizubehalten.

[0013] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Zuführung des Gemischs durch impulsweises Einblasen vorgenommen, wobei bevorzugt die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse gesteuert werden. Hierdurch läßt sich die Gasbefeuerung an die jeweiligen Bedürfnisse gut anpassen, wobei eine weitere Optimierung der Gasbefeuerung nach einer weiteren Ausgestaltung dann erreichbar ist, wenn Brenner wenigstens einer Brennergruppe bzw. für Brennergruppen mit unterschiedlichen Brennern eine zyklische Brennerbeaufschlagung mit Gemischimpulsen vorgenommen wird. Alternativ oder gleichzeitig besteht weiterhin in günstiger Weise die Möglichkeit, die Flammenlänge, die Flammenform sowie die Flammentemperatur durch Steuerung des Drucks der Primärluft, des Mischungsverhältnisses Gas/Primärluft und/oder durch Dimensionierung der Gemischaustrittsöffnung einzustellen.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen in günstiger Weise auch eine bereichsweise Anpassung der Gasbefeuerung bezüglich des Brenngutes, in dem der untere Bereich eines Brenngutes mit den langen Flammen und der obere Teil des Brenngutes mit kurzen Flammen erhitzt wird, wobei nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weiterhin wenigstens in einer Brennergruppe vorhandene Brenner mit langen Flammen und Brenner mit kurzen Flammen alternierend mit dem Gemisch beaufschlagt werden können. Die Feuerhöhe bzw. die Temperaturverteilung über die Höhe des Brenngutes bzw. Besatzes kann zudem vorzugsweise durch Verstellen der Einschaltdauer der Gasbefeuerung beeinflußt werden.

[0015] Für die jeweilige Steuerung der impulsweisen Einblasung ist wenigstens ein Stellorgan vorgesehen, wobei vorzugsweise auch für die Steuerung der Länge, Form und/oder Temperatur der Flammen für jeden Brenner bzw. jede Brennergruppe entsprechende Stellorgane vorgesehen sein können.

[0016] Hinsichtlich der konstruktiven Vereinfachung bietet die Erfindung die günstige Möglichkeit, daß jeder Brenner ein vorwiegend aus keramischem Material bestehendes Einblasrohr aufweist, und daß vorzugsweise für den eingeblasenen Gemischstrahl an jedem Brenner eine einfache Einrichtung für die Verwirbelung und/oder Umlenkung vorgesehen ist.

[0017] In den anliegenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Primärluftbrennergruppe, bei der das Gemisch für jeden Brenner separat vor diesem gebildet wird;

Fig. 2

eine schematische Darstellung einer Primärluftbrennergruppe, bei der das Gemisch zentral für alle Brenner vor diesem gebildet wird; und

Fig. 3

eine schematisierte Darstellung eines in einem Ofen befestigten Brenners mit einem Einblasrohr aus keramischen Material.

[0018] Die in Fig. 1 skizzierte Primärluftbrennergruppe besteht aus insgesamt zehn Brennern 7, für die eine Gemischaufbereitung in Mischgefäßen 12 vorgesehen ist, zu denen jeweils Primärluft über eine Leitung 2 und ein Verteilerrohr 4 sowie Gas bzw. Brenngas über eine Leitung 1 und ein Gasverteilerrohr 11 und Abzweigungen 13 zugeführt werden. Aus dem in nicht dargestellter Weise regelbaren Mischgefäß 12 wird das Gemisch über Stellorgane 5 den Brennern 7 über Zwischenleitungen 6 zugeführt. Der Brenner 7 besteht in einfacher Weise, wie in Fig. 3 gezeigt, aus einem Einblasrohr 8, das vorwiegend aus keramischen Material besteht und eine Austrittsöffnung 9 aufweist, aus der das Gemisch zur Gasbefeuerung in einen Brennofen 10 eingeblasen wird. In nicht dargestellter Weise kann dieses Einblasen impulsweise erfolgen, wobei gemäß den oben erwähnten Merkmalen auch die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse in nicht dargestellter Weise ebenso wie die Abfolge und die Flammengestaltung und deren Einsatzbereich gesteuert werden können.

[0019] Die alternative Ausgestaltung eines Primärluftbrenners gemäß Fig. 2 besitzt statt einzelner vor Jedem Brenner 7 angeordneter Mischgefäße 12 ein zentrales Mischgefäß 3, dem Primärluft über eine Leitung 2 und Brenngas über eine Leitung 1 ohne Zwischenschaltung von nicht dargestellten Stellorganen zugeführt werden. Auch das Mischgefäß 3 sowie die nicht dargestellten Stellorgane hierfür sowie die Stellorgane 5 sind, wie oben erwähnt, in nicht dargestellter Weise steuerbar, um eine individuelle Regelung der Gemischmenge jedes einzelnen Brenners 7 ermöglichen zu können.

Ansprüche

1. Verfahren zur Gasbefeuerung eines Brennofens der keramischen Industrie, der wenigstens einen Brenner bzw. eine Brennergruppe aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus Gas und Primärluft ein nichtzündfähiges Gemisch herstellt wird, und daß dieses Gemisch Jedem Brenner bzw. jeder Brennergruppe zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Gemisch ein Luftanteil gewählt wird, der unter der zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Menge liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemisch für jeden Brenner bzw. jede Brennergruppe separat gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemisch zentral für alle Brenner bzw. Brennergruppen gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführung des Gemischs durch impulsweises Einblasen vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse gesteuert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß Brenner wenigstens einer Brennergruppe in zyklischer Aufeinanderfolge mit Gemischimpulsen beaufschlagt werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Flammenlänge, die Flammenform sowie die Flammentemperatur durch Steuerung des Drucks der Primärluft, des Mischungsverhältnisses Gas/Primärluft und/oder Dimensionierung der Gemischaustrittsöffnung eingestellt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der untere Bereich eines Brenngutes mit langen Flammen und der obere Teil des Brenngutes mit kurzen Flammen erhitzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens in einer Brennergruppe vorhandene Brenner mit langen Flammen und Brenner mit kurzen Flammen alternierend mit dem Gemisch beaufschlagt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feuerhöhe bzw. die Temperaturverteilung über die Höhe des Besatzes vorzugsweise durch Verstellen der Einschaltdauer gesteuert wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung einer Gasbefeuerung eines Brennofens der keramischen Industrie, der wenigstens einen Brenner bzw. eine Brennergruppe aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein regelbares Mischgefäß (12) zur Herstellung eines jedem Brenner bzw. jeder Brennergruppe zuführbaren nichtzündfähigen Gemisches aus Gas und Primärluft vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Brenner (7) bzw. jede Brennergruppe ein Mischgefäß (12) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daS für alle Brenner (7) / Brennergruppen ein zentrales Mischgefäß (12) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemisch impulsweise für jeden Brenner (7) bzw. Jede Brennergruppe einblasbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse steuerbar sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß für Brennergruppen mit unterschiedlichen Brennern (7) eine zyklische Brennerbeaufschlagung mit Gemischimpulsen vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die jeweilige Steuerung der impulsweisen Einblasung wenigstens ein Stellorgan (5) vorgesehen ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Steuerung der Länge, Form und/oder Temperatur der Flammen für jeden Brenner (7) bzw. jede Brennergruppe Stellorgane (5) vorgesehen sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Brenner (7) ein vorwiegend aus keramischen Material bestehendes Einblasrohr (8) aufweist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den eingeblasenen Gemischstrahl an jedem Brenner (7) eine einfache Einrichtung für die Verwirbelung und/oder Umlenkung vorgesehen ist.

Zeichnung