NL1007581C2 - Keramische brander voor gassen en regeneratieve warmtegenerator voorzien daarvan. - Google Patents

Description

KERAMISCHE BRANDER VOOR GASSEN EN REGENERATIEVE WARMTEGENERATOR VOORZIEN DAARVAN

De uitvinding heeft betrekking op een keramische brander voor gassen, 5 speciaal voor gebruik in de brandschacht van een regeneratieve warmtegenerator, zoals een windverhitter voor een hoogoven, welke keramische brander voorzien is van een eerste toevoerkanaal voor een eerste verbrandingscomponent, zoals een brandbaar gas, en van een tweede toevoerkanaal voor een tweede verbrandingscomponent, zoals verbrandingslucht, waarbij het eerste toevoerkanaal 10 uitmondt in een in hoofdzaak langwerpige eerste uitstroomopening en het tweede toevoerkanaal uitmondt in tenminste één tweede uitstroomopening welke laatste(n) zich in hoofdzaak uitstrekt(ken) evenwijdig aan en stroomafwaarts van de eerste uitstroomopening, waarbij zich verder tussen het eerste toevoerkanaal en het tweede toevoerkanaal een tot de beide uitstroomopeningen doorlopende scheidingswand 15 bevindt. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een regeneratie warmtegenerator voorzien van een dergelijke keramische brander.

Bij het bedrijven van een hoogoven zijn meerdere windverhitters bij deze hoogoven gegroepeerd, waardoor door het omschakelen van één windverhitter naar een andere het steeds mogelijk is om via een afvoerpoort van een opgewarmde 20 windverhitter hete lucht als reactiecomponent voor de hoogoven daaraan toe te voeren. Steeds wanneer een windverhitter dan is afgeschakeld van de hoogoven kan hij weer worden opgewarmd door met behulp van de keramische brander gas te verbranden, waarvan heet rookgas vervolgens de brandschacht en de stapelwerkschacht doorstroomt, waarbij het stapelwerk de warmte van het hete 25 rookgas opneemt en deze warmte in een volgende bedrijfsfase weer kan worden afgegeven aan via de aanvoerpoort aan de windverhitter toegevoerde lucht.

Voor de efficiency van de installatie is het van groot belang dat de aan de keramische brander toegevoerde verbrandingscomponenten zo volledig mogelijk verbranden aleer het hete rookgas de stapelwerkschacht doorstroomt. Diverse 30 constructies zijn daarvoor ontworpen voor de keramische brander. Bij de brander van het bekend gestelde type zijn uitvoeringsvormen bekend waarbij één enkel toevoerkanaal voor het brandbare gas en één enkel toevoerkanaal voor de verbrandingslucht zijn voorzien. Daarnaast zijn ook constructies bekend waarbij één kanaal voor het brandbare gas zich centraal bevindt tussen twee toevoerkanalen voor 35 de verbrandingslucht.

1 0 0 7 5 8 1 -2-

Ook zijn constructies bekend waarbij de uitstroomopening van een toevoerkanaal voor verbrandingslucht uit één enkele opening bestaat, terwijl tevens bekend is om deze uitstroomopening onder te verdelen in een rij afzonderlijke gaten. De laatstgenoemde constructie is bijvoorbeeld beschreven in het Europese 5 octrooischrift EP 0090096.

Hoewel met bekende constructies reeds aanzienlijke verbeteringen in het verbrandingsrendement zijn verkregen, is gebleken dat hierin toch nog verbetering mogelijk is. Met name is gebleken dat het van groot belang is om de ontsteking van de vlam constant zo dicht mogelijk direct boven de brander te houden. Indien deze 10 ontsteking namelijk op grotere hoogte plaatsvindt, als gevolg van een trage vermenging van de verbrandingscomponenten, bestaat de mogelijkheid dat de plaats van de verbranding sterk gaat fluctueren. Dit leidt tot pulsaties in de vlam die trillingen in de gehele installatie ten gevolge kunnen hebben.

De uitvinding stelt zich daarom ten doel om voorzieningen te verschaffen 15 waardoor de verbranding vrijwel constant en bij voorkeur zeer direct nabij de uitstroomopeningen plaatsvindt.

Een oplossing werd nu gevonden welke zowel toepasbaar is bij constructies met één als met twee toevoerkanalen voor de tweede verbrandingscomponent en ook voor constructies waarbij de uitstroomopening van ieder toevoerkanaal enkelvoudig 20 is danwel in afzonderlijke gaten is opgedeeld.

De uitvinding bestaat nu daarin dat althans één van de eerste en tweede toevoerkanalen voorzien is van middelen om tijdens bedrijf de erdoor uittredende verbrandingscomponent een werveling mee te geven die zodanig is dat vanaf, van het einde van de scheidingswand, stroomopwaarts een brandbaar mengsel van de beide 25 verbrandingscomponenten ontstaat. Gebleken is dat deze werveling op eenvoudige wijze kan worden veroorzaakt indien de genoemde middelen een nabij de uitstroomopening(en) van althans het eerste en/of het tweede toevoerkanaal aangebrachte abrupte verwijding van de dwarsdoorsnede van het betreffende kanaal omvatten. Ter plaatse van de abrupte verwijding zal de erlangs stromende 30 verbrandingscomponent in de ontstane extra ruimte gaan wervelen, welke werveling tevens de andere verbrandingscomponent meesleurt, waardoor in de werveling een brandbaar mengsel ontstaat. Dit brandbare mengsel kan direct ter plaatse ontsteken. Dit als gevolg van het feit dat in de wervel een lage stroomsnelheid aanwezig is in de 10 0 7 5 8 1 -3 -

Iangsrichting van de brandschacht. Een ontstane vlam zal hierdoor niet makkelijk van de branderkop kunnen worden “weggeblazen”.

Het is mogelijk om de abrupte verwijding aan te brengen rond de gehele omtrek van de betreffende uitstroomopening. Gebleken is echter dat het meeste effect 5 wordt verkregen indien de verwijding is aangebracht door de vormgeving van de scheidingswand. Hierdoor namelijk wordt in de wervel het eenvoudigst en het snelste een voldoende rijk gasmengsel gevormd.

Vanzelfsprekend moet de abrupte verwijding voldoende groot zijn om een voldoende werveling tot stand te brengen. Gebleken is dat goede resultaten worden 10 verkregen indien de abrupte verwijding 20 a 35 % bedraagt van de oorspronkelijke dwarsdoorsnede van het betreffende kanaal.

Verder is gebleken dat niet enkel de afmeting van de abrupte verwijding tot het succes van de nieuwe constructie bijdraagt, doch dat ook nog betere resultaten worden behaald als de rest van het betreffende toevoerkanaal na de abrupte 15 verwijding een bepaald verloop heeft. Daarbij is gebleken dat de beste resultaten worden verkregen indien de abrupte verwijding tot aan het einde van de scheidingswand wordt gevolgd door een geleidelijke verwijding waardoor een wervelkamer wordt gevormd. Dankzij de geleidelijke verwijding krijgt de gevormde wervelkamer voldoende inhoud om een grotere gasmassa in werveling te brengen, en 20 dus tot menging te brengen tot een brandbaar mengsel. Hierdoor wordt extra de stabiliteit van de vorming van de vlam kort boven het einde van de scheidingswand gewaarborgd.

Behalve op de beschreven keramische brander heeft de uitvinding ook betrekking op een regeneratieve warmtegenerator, zoals een windverhitter voor een 25 hoogoven welke voorzien is van een aanvoerpoort voor de aanvoer van te verwarmen gas en een afvoerpoort voor de afvoer van opgewarmd gas, omvattende een brandschacht en een stapelwerkschacht waarbij voor het opwarmen van de warmtegenerator de brandschacht voorzien is van een keramische brander en waarbij deze keramische brander van het type is als hierboven is beschreven.

30 De uitvinding wordt vervolgens toegelicht aan de hand van een drietal figuren.

Fig. 1 toont als voorbeeld van een regeneratieve warmtegenerator een windverhitter voor een hoogoven.

Fig. 2 toont op vergrote schaal een detail II uit Fig. 1.

1 0 0 7 5 81 -4-

Fig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm van dit detail.

In Fig. 1 is met verwijzingscijfer 1 een warmtegenerator in de vorm van een windverhitter voor een hoogoven aangegeven. De windverhitter omvat een brandschacht 2 en een stapelwerkschacht 3 die door een tussenmuur 4 van elkaar 5 gescheiden zijn. Onderin de brandschacht is een keramische brander 5 geplaatst. Verbrandingslucht voor de keramische brander wordt aangevoerd door aansluitpoort 6 en brandstof in de vorm van een brandbaar gas door aansluitpoort 7. Het mengsel van verbrandingslucht en brandbaar gas verbrandt in brandschacht 2. De van de verbranding afkomstige rookgassen stijgen in de brandschacht 2 op, worden door de 10 koepel 8 omgeleid, doorlopen vervolgens de met stapelwerkstenen (niet getekend) gevulde stapelwerkschacht 3 en staan daar voelbare warmte af aan de stapelwerkstenen. De daardoor afgekoelde rookgassen verlaten de windverhitter door de afvoerpoorten 9, waarvan er één is aangegeven.

Nadat de stapelwerkstenen voldoende hoog zijn opgewarmd, wordt de 15 toevoer van brandstof en verbrandingslucht door de poorten 6 en 7 afgesloten, waarna door de afVoerpoort 9 koude lucht wordt toegevoerd. Deze koude lucht doorstroomt vervolgens het hete stapelwerk in stapelwerkschacht 3, wordt daarin opgewarmd, en verlaat vervolgens via poort 10 de windverhitter. Poort 10 is aangesloten op een verdeelsysteem voor warme lucht, de zogenaamde “hete wind” 20 ten behoeve van de toevoer naar de hoogoven.

Het via aansluitpoort 1 toegevoerde brandbare gas wordt naar boven toe omgeleid in het eerste toevoerkanaal 13 voor brandbaar gas, terwijl aansluitpoort 6 overgaat in het tweede toevoerkanaal 12 voor verbrandingslucht. Toevoerkanalen 12 en 13 worden van elkaar gescheiden door scheidingswand 11.

25 De configuratie rondom het boveneinde van de scheidingswand 11 is aangegeven met Π, en op vergrootte schaal in detail afgebeeld in Fig. 2. Overeenkomstige verwijzingscijfers uit Fig. 1 hebben betrekking op overeenkomstige elementen in Fig. 2. In Fig. 2 is duidelijk dat de uitstroomopening 14 van toevoerkanaal 12 hoger is geplaatst en onder een hoek staat ten opzichte van 30 uitstroomopening 15 van kanaal 13 voor het brandbare gas. Hierdoor kan de luchtstroom de gasstroom doordringen, waardoor een vermenging tot een brandbaar mengsel ontstaat.

1007 5 81 - 5 -

Toevoerkanaal 13 is kort beneden de uitstroomopening 15 voorzien van een abrupte verwijding 16, welke is verkregen door een plaatselijke verdunning van de scheidingswand 11. Op de abrupte verwijding 16 sluit een geleidelijke verwijding 17 aan in de richting van de uitstroomopening 15. Daardoor ontstaat tussen de abrupte 5 verwijding 16, de geleidelijke verwijding 17 en de uitstroomopening 15 een wervelkamer 18. In de wervelkamer 18 komt een deel van de gasstroom tot een intensieve wervelbeweging die zich tot kort boven de uitstroomopening 15 uitstrekt, en daardoor verbrandingslucht vanuit kanaal 12 meegzuigt. In de wervelkamer 18 ontstaat daardoor een rijk brandbaar mengsel dat een lage snelheidscomponent heeft 10 in de hoofdstroomrichting door brandschacht 2. Indien dit rijke brandbare mengsel tot ontbranding komt zal het vlamfront zeer stabiel blijven nabij het vrije uiteinde van de scheidingswand 11. Pulsaties in de vlam worden daardoor voorkomen, en bijgevolg ook trillingverschijnselen in de hele constructie. Bovendien wordt het verbrandingsrendement gunstig beïnvloed.

15 Zoals hiervoor reeds is opgemerkt is de uitvinding niet beperkt tot deze afgebeelde constructievorm. In veel gevallen gaat de voorkeur uit naar een keramische brander waarbij twee toevoerkanalen 12* en 12b voor verbrandingslucht symetrisch zijn opgesteld ten opzichte van toevoerkanaal 13 voor het brandbare gas. Bij deze uitvoeringsvorm, als afgebeeld in figuur 3, zijn, in paats van de enkele 20 scheidingswand 11, twee scheidingswanden 1Γ en llb voorzien en zijn er twee uitstroomopeningen 14a en 14b voor de toevoerkanalen 12* en 12b.

Tevens wordt een gelijkwaardig goed effect verkregen indien de uitstroomopening(en) 14 (resp. 14* en 14b) voor verbrandingslucht is onderverdeeld in afzonderlijke poorten.

1007 581

Claims (6)

1. Keramische brander voor gassen, speciaal voor gebruik in de brandschacht (2) van een regeneratieve warmtegenerator, zoals een windverhitter (1) voor een 5 hoogoven (1), welke keramische brander voorzien is van een eerste toevoerkanaal (13) voor een eerste verbrandingscomponent, zoals een brandbaar gas en van een tweede toevoerkanaal (12) voor een tweede verbrandingscomponent, zoals verbrandingslucht, waarbij het eerste toevoerkanaal (13) uitmondt in een in hoofdzaak langwerpige eerste 10 uitstroomopening (15) en het tweede toevoerkanaal uitmondt in tenminste één tweede uitstroomopening (14) welke Iaatste(n) zich in hoofdzaak uitstrekt (ken) evenwijdig aan en stroomafwaarts van de eerste uitstroomopening, waarbij zich verder tussen het eerste toevoerkanaal (13) en het tweede toevoerkanaal (12) een tot de beide uitstroomopeningen (14, 15) doorlopende 15 scheidingswand (11) bevindt, met het kenmerk, dat althans één van de eerste en tweede toevoerkanalen (12,13) voorzien is van middelen om tijdens bedrijf de erdoor uittredende verbrandingscomponent een werveling mee te geven die zodanig is dat vanaf, van het einde van de scheidingswand (11), stroomopwaarts een brandbaar mengsel van de beide 20 verbrandingscomponenten ontstaat.

2. Keramische brander volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde middelen een nabij de uitstroomopening (en) (14,15) van althans het eerste en/of het tweede toevoerkanaal aangebrachte abrupte verwijding (16) van de 25 dwarsdoorsnede van het betreffende kanaal omvatten.

3. Keramische brander volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de abrupte verwijding (16) is aangebracht door de vormgeving van de scheidingswand (11). 30

4. Keramische brander volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de abrupte verwijding (16) 20 a 35 % bedraagt van de oorspronkelijke dwarsdoorsnede van het betreffende kanaal. 1007 5 8 1 -7-

5. Keramische brander volgens conclusie 2, 3 of 4, met het kenmerk dat de abrupte verwijding (16) tot aan het einde van de scheidingswand (11) wordt gevolgd door een geleidelijke verwijding (17), waardoor een wervelkamer 5 wordt gevormd.

6. Regeneratieve warmtegenerator, zoals een windverhitter voor een hoogoven (1), welke voorzien is van een aanvoerpoort (9) voor de aanvoer van te verwarmen gas en een afVoerpoort (10) voor de afvoer van opgewarmd gas, 10 omvattende een brandschacht (2) en een stapelwerkschacht (3) waarbij voor het opwarmen van de warmtegenerator de brandschacht (2) voorzien is van een keramische brander (5), met het kenmerk, dat de keramische brander van het type is volgens een der voorgaande conclusies. 1007 5 81