Verfahren und Vorrichtung zur Gasbefeuerung eines Brennofens der keramischen Industrie

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 11.

[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. Die EP-A-0 134 907 offenbart eine Vorrichtung, bei der für jeden Brenner bzw. Brennergruppe ein regelbares Mischgefäß zur Gemischbildung vorgesehen ist, was apperativ und steuerungstechnisch aufwendig ist.

[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 11 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 wird dabei nach der Erfindung 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 den Brennern bzw. Brennergruppen 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 zentral für alle Brenner vor diesem gebildet wird; und

Fig. 2

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 einem Zentralen Mischgefäß 3 vorgesehen ist, zu dem jeweils Primärluft über eine Leitung 2 und ein Verteilerrohr 4 sowie Gas bzw. Brenngas über eine Leitung 1 zugeführt werden. Aus dem in nicht dargestellter Weise regelbaren Mischgefaß 3 wird das Gemisch über Stellorgane 5 den Brennern 7 über Zwischenleitungen 6 zugeführt. Der Brenner 7 besteht in einfacher Weise, wie in Fig. 2 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.

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,

daß an dem Gemisch ein Luftanteil gewählt wird, der unter der zur stöchiometrischen Verbrennung erforderlichen Menge liegt, und

daß dieses Gemisch jedem Brenner bzw. jeder Brennergruppe zugeführt wird.

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

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

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

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz und die Länge der Einblasimpulse gesteuert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß Brenner wenigstens einer Brennergruppe in zyklischer Aufeinanderfolge mit Gemischimpulsen beaufschlagt werden.

7. 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.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der untere Bereich eines Brenngutes mit langen Flammen und der obere Teil des Brenngutes mit kurzen Flammen erhitzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens in einer Brennergruppe vorhandene Brenner mit langen Flammen und Brenner mit kurzen Flammen alternierend mit dem Gemisch beaufschlagt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feuerhöhe bzw. die Temperaturverteilung über die Höhe des Besatzes vorzugsweise durch Verstellen der Einschaltdauer gesteuert wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für alle Brenner (7) bzw. alle Brennergruppen ein zentrales regelbares Mischgefäß (12) zur Herstellung eines nichtzündfähigen Gemisches aus Gas und Primärluft vorgesehen ist, das über eine einzige Verteilerleitung jedem Brenner bzw. jeder Brennergruppe zuführbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß für eine jeweilige Steuerung einer impulsweisen Einblasung des Gemischs für jeden Brenner (7) bzw. jede Brennergruppe wenigstens ein Stellorgan (5) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß für eine Steuerung der Länge, Form und/oder Temperatur der Flammen für jeden Brenner (7) bzw. jede Brennergruppe Stellorgane (5) vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Brenner (7) ein vorwiegend aus keramischen Material bestehendes Einblasrohr (8) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß für den eingeblasenen Gemischstrahl an jedem Brenner (7) eine einfache Einrichtung für die Verwirbelung und/oder Umlenkung vorgesehen ist.

Claims

1. A method for firing by gas a furnace used in the ceramics industry which shows at least one burner or a burner group, characterized in that from gas and primary air a non-inflammable mixture is produced, that for the mixture an air portion is selected which lies under the volume required for stoichiometric burning, and that this mixture is supplied to each burner or each burner group.

2. A method pursuant to claim 1, characterized in that the mixture for each burner or each burner group is formed separately.

3. A method pursuant to claim 1, characterized in that the mixture is centrally formed for all burners or burner groups.

4. A method pursuant to one of the previous claims, characterized in that feeding of the mixture is performed by pulsed injection.

5. A method pursuant to claim 4, characterized in that frequency and length of the injection pulse are controlled.

6. A method pursuant to claim 4 or 5, characterized in that the burners of at least one burner group are fed with mixture pulses in cyclic succession.

7. A method pursuant to one of the previous claims, characterized in that flame length, flame shape as well as flame temperature are adjusted by control of the pressure of the primary air, the mixture ratio of gas/primary air and/or dimensioning of the mixture discharge aperture.

8. A method pursuant to claim 7, characterized in that the lower area of the burning material will be heated up with long flames and the upper part of the burning material with short flames.

9. A method pursuant to claim 8, characterized in that burners with long flames existing at least in one burner group and burners with short flames are fed with the mixture in an alternating manner.

10. A method pursuant to one of the claims 7 to 9, characterized in that the fire height or the temperature distribution across the height of the burning material will preferably be controlled by adjusting the operating time.

11. A device for performing such method pursuant to claim 1, characterized in that for all burners (7) or all burner groups a centrally controllable mixture vessel (12) for the preparation of a non-inflammable mixture of gas and primary air is provided, which can be supplied to each burner or each burner group via a single distributing main.

12. A device pursuant to claim 11, characterized in that for an appropriate control of a pulsed injection of the mixture for each burner (7) or each burner group at least one control unit (5) is provided.

13. A device pursuant to claim 11, characterized in that for the control of the length, shape and/or temperature of the flames for each burner (7) or each burner group appropriate control units (5) are provided.

14. A device pursuant to one of the claims 11 to 13, characterized in that each burner (7) shows a sparger (8) which is essentially made of ceramics material.

15. A device pursuant to one of the claims 11 to 14, characterized in that for the injected mixture stream at each burner (7) a simple device for the swirl and/or deviation is provided.

Revendications

1. Procédé de chauffage au gaz pour un four de cuisson de l'industrie céramique, comportant au moins un brûleur ou groupe de brûleurs,
caractérisé en ce qu'un mélange non inflammable est réalisé à partir d'un gaz et d'air primaire,
qu'un taux d'air du mélange est choisi, qui se situe en dessous de la quantité requise pour une combustion stoechiométrique, et que ce mélange est acheminé vers chaque brûleur ou vers chaque groupe de brûleurs.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est formé séparément pour chaque brûleur ou chaque groupe de brûleurs.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est formé de façon centrale pour tous les brûleurs ou groupes de brûleurs.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'acheminement du mélange est effectué par injections pulsées.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence et la durée des impulsions d'injection peuvent être réglées.

6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les brûleurs d'au moins un groupe de brûleurs reçoivent les impulsions d'injection de mélange selon une séquence cyclique.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur des flammes, la forme des flammes et la température des flammes peuvent être réglées grâce à la régulation de la pression de l'air primaire, du rapport de mélange gaz/air primaire, et/ou grâce au dimensionnement de l'orifice de sortie du mélange.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zone inférieure des matériaux à cuire est chauffée au moyen de flammes longues, et que la zone supérieure des matériaux à cuire est chauffée au moyen de flammes courtes.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'à l'intérieur d'au moins un groupe de brûleurs, les brûleurs existants à flamme longue et les brûleurs à flamme courte sont alimentés en mélange en alternance.

10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la hauteur de chauffage, voire la distribution des températures sur la hauteur de la charge du four, est de préférence réglée grâce à un réglage approprié de la durée d'allumage.

11. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'un vase de mélange central réglable (12), destiné à produire un mélange non inflammable de gaz et d'air primaire, est prévu pour tous les brûleurs (7) ou tous les groupes de brûleurs, le mélange pouvant être acheminé vers chaque brûleur ou vers chaque groupe de brûleurs à travers une conduite de distribution unique.

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins un organe de réglage (5) est prévu pour la commande appropriée de l'injection pulsée du mélange pour chaque brûleur (7) ou pour chaque groupe de brûleurs.

13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que des organes de réglage (5) sont prévus pour la commande de la longueur, de la forme et/ou de la température des flammes pour chaque brûleur (7) ou groupe de brûleurs.

14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que chaque brûleur (7) comporte un tube d'injection (8) constitué principalement d'une matière céramique.

15. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'un dispositif simple pour la création de turbulences et/ou la déviation du jet de mélange injecté est prévu pour chaque brûleur (7).

Zeichnung