<Desc/Clms Page number 1>
Hochtemperaturbrenner mit radialer Flammenerweiterung
Die Erfindung betrifft einen für industrielle Brennstoffeuerungen bestimmten Hochtemperaturbrenner mit radialer Flammenerweiterung.
Zur Intensivierung der Wärmeübertragung im industriellen Ausmasse macht sich ein stets steigender Bedarf an geeigneten Mitteln zur wirkungsvollen und gleichmässigen Wärmeentwicklung bemerkbar, insbesondere bei gasförmige und flüssige Brennstoffe benutzenden Anlagen, wie z. B. gewissen Schmelz-und Wärmeöfen im Hüttenwesen, im Maschinenbau und bei Kesseln in der Energietechnik.
Bei der Verwendung von Brennstofföfen zum Glühen von Breitblechbändern ist man bestrebt, eine maximale, gleichmässige Wärmeübertragung an grossen Flächen zu erreichen, damit keine lokale überhitzung stattfindet. Bei der Wärmebearbeitung von Metallerzeugnissen drängt immer mehr die Qualität der behandelten Oberfläche in den Vordergrund ; es muss deswegen die umittelbare Wirkung der glühenden Gase auf die erwärmte Oberfläche vermieden werden. Die Technologie der Schnellerwärmung in Brennstofföfen macht die Bildung eines hohen Wärmegefälles zwischen Ausmauerungsoberfläche im Ofen-Arbeitsraum und Oberfläche des behandelten Materials notwendig.
Aus diesen drei Beispielen sind die von Brennstoffbrennern geforderten Leistungen zu ersehen, nämlich eine gleichmässige Wärmeübertragung (es handelt sich dabei vorwiegend um Strahlungswärme), Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches möglichst nahe bei der Brennermündung und Erzeugung der erforderlichen hohen Temperaturen.
Diesen Erfordernissen entsprechen die bisher bekannten Brenner mehr oder weniger, jedoch ohne dass das Problem restlos gelöst wird. Es sollen die wichtigsten Ausführungen kurz beschrieben werden.
Es sind Brenner bekannt, die mit einer keramischen Strahlschale versehen sind ; an der Schalenoberfläche wird ein Gas-Luft-Gemisch verbrannt, das durch winzige Kanälchen in einem keramischen, in der Schalenmitte sich befindenden Stopfen mit grosser Geschwindigkeit austritt. Der Nachteil dieser Brenner besteht darin, dass das Gas-Luft-Gemisch in einer speziell mechanischen Mischvorrichtung vorbereitet wird, deren Verwendung mit der Gefahr eines häufigen Flammenrückschlages verbunden ist, und dass die Brenner nur in Fällen, wo hochreines Gas zur Verfügung steht, verwendet werden können.
Bei den als Lösung des Problems der maximal gleichmässigen Wärmeübertragung gedachten Strahlwänden wird eine aktive Oberfläche mittels einer grösseren Anzahl von Strahlplatten-Brennern gebildet, in denen die Verbrennung unterhalb der, in der Regel von gelochten Formziegeln gebildeten Brenner-Arbeitsoberfläche stattfindet ; die glühenden Gase fliessen durch die Formziegellöcher, wobei sie die Formziegel zum Glühen bringen.
Diese Brenner sind darin nachteilig, dass die Gase in einer im wesentlichen zur Brenneroberfläche senkrechten Richtung austreten, was die Gefahr eines örtlichen
EMI1.1
glühenden Gase auf die Oberfläche des behandelten Materials zur Folge hat und die mögliche aktive Strahlungsfläche höchstens auf die Grösse der Brennerfläche begrenzt, und schliesslich, dass diese Strahlplatten-Brenner, ähnlich den Schalen-Brennern, konstruktiv kompliziert und betriebsempfindlich sind.
<Desc/Clms Page number 2>
Einen weiteren Typ von Brennern stellen die Flachflammenbrenner dar. Der Brennstoff und die Luft werden durch Ausströmköpfe dem Brenner-Mischraum zugeführt ; die aus dem Brennkanal fliessenden glühenden Gase werden von der Brennerachse abgelenkt und auf die Oberfläche der umliegenden Arbeitsraum-Ausmauerung derart gerichtet, dass die ursprünglich axiale Richtung der Ausströmung der glühenden Gase in eine radiale Richtung bezüglich der Brennerachse umgewandelt wird. Der Strom der glühenden Gase kann mechanisch (durch Verteiler, Ablenkkörper usw. ) oder aerodynamisch orientiert werden (was erreicht wird, indem die Gase in einem, in der umliegenden Ausmauerung allmählich sich verbreitenden Verbrennungskanal in intensive Drehung gebracht werden).
Diese Brenner können nicht zum Verbrennen von hochvorerwärmten Mitteln (z. B. bei der Schnell-
EMI2.1
Brennerteilen, sich entzünden würde, wodurch diese metallischen Brennerteile verbrannt würden und der Wärmewirkungsgrad des Brenners erniedrigt würde. Ein weiterer Nachteil dieser Brenner besteht darin, dass sie höhere Brennstoff-und Luftdrücke beanspruchen, womit eine Herabsetzung der Betriebsökonomie verbunden ist.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung eines Brenners mit radialer Flammenerweiterung beseitigt.
Die Erfindung besteht darin, dass die Luft-Austrittsöffnungen im Luftzuführungskopf auf mindestens drei zur Brennerachse senkrechten Ebenen verteilt sind, die Entfernung zwischen den äussersten dieser Ebenen mindestens ein Drittel des kleinsten Durchmessers des Verbrennungskanals beträgt, weiter die Brennstoff-Austrittsöffnungen auf mindestens zwei zur Brennerachse senkrechte Ebenen verteilt sind und dass die Entfernung zwischen den äussersten Ebenen der Brennstoff-Austrittsöffnungen mindestens der Hälfte und höchstens dem Fünffachen des kleinsten Durchmessers des Verbrennungskanals gleich ist, wobei die Länge des zylindrischen Teiles des Verbrennungskanals höchstens dem Vierfachen seines kleinsten Durchmessers entspricht.
Das Gas-Luft-Gemisch entzündet sich in dem Verbrennungskanal in einer gefahrlosen Entfernung von den Brennermetallteilen auch bei Anwendung von vorerwärmten Mitteln, womit höhere Arbeitstemperaturen und ein gesteigerter Wärmewirkungsgrad der betreffenden Anlage erreicht wird.
Zweitens werden infolge der örtlich getrennten Zuführung von Brennstoff und Luft Druckverluste während der Mischung und die Ausströmungsgeschwindigkeit der glühenden Gase erniedrigt und wird somit eine erhöhte Radialerweiterung der Flamme erreicht, was wieder ermöglicht, die Ausmauerungsoberfläche in eine grössere Nähe zu der Oberfläche des erwärmten Gegenstandes zu bringen und somit auch die Erwärmungsanlagenabmessungen zu vermindern. Drittens wird infolge der erfindungsgemässen Anordnung der Ausströmungsköpfe eine erhöhte Flammenstabilität auch bei niedrigeren zugeführten Leistungen gewährleistet, wodurch der Regelungsbereich des Brenners vergrössert wird.
Der erfindungsgemässe Brenner ist beispielsweise in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Fig. 1 stellt den Brenner in einem Längsschnitt dar, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Luftzuführungskopf in einer zur Brennerachse senkrechten Ebene, in welcher die Achsen der Ausströmungsöffnungen liegen.
Der Brenner besteht aus folgenden Hauptteilen : einem Aussenrohr --1--, einem
EMI2.2
mit Ausströmungsöffnungen für Brennstoff--12'und 12"--, einem trichterförmigen, zur inneren Ofen oberfläche abgerundeten Verbrennungskanal--14--, einem Block-13-, einem Kasten --15-- und einem Formteil--16--.
Das Luftzuführungsrohr--l--ist mit einem Rohrstutzen--2--zur Zuführung von Luft versehen.
Das Gaszuführungsrohr --3-- ist koaxial zum Luftzuführungsrohr--l-angeordnet. An seinem Zuführungsende ist das Gaszuführungsrohr--3-radial erweitert, u. zw. derart, dass der erweiterte Teil--5--denselben Durchmesser hat wie das Luftzuführungsrohr --1--. Der erweiterte Teil--5--ist mit einem Rohrstutzen--4-zur Brennstoffzuführung versehen. Am Austrittsende
EMI2.3
dieser Offnungssätze befindet sich in einer selbstständigen, zur Brennerachse senkrechten Ebene.
An der Übergangsstelle vom geraden in den erweiterten Teil ist das Gaszuführungsrohr --3-- mit einer ringförmigen durchlochten Querwand--8--versehen, welche das Rohr-9--in seiner Lage hält.
<Desc/Clms Page number 3>
Das Gasinnenrohr--9--ist kurz ausgeführt und koaxial zum Gaszuführungsrohr--3--in der Öffnung der Querwand--8--gelagert und am Austrittsende konisch erweitert.
EMI3.1
--12"-- weiteröffnung--12'--des Gasinnenrohres--9--. Im Gaszuführungsrohr --3-- ist das zweite Gasinnenrohr-10-mittels der Schnecke --11-- befestigt.
Der Brennerstein besteht aus dem Block --13-- und dem Formteil-16--. Im Brennerstein befindet sich der Verbrennungskanal-14--, welcher aus zwei Teilen besteht. Der eine Teil ist zylinderförmig und grenzt an den Luftzuführungskopf --6-- an. Die Länge des zylinderförmigen Teiles entspricht höchstens dem Vierfachen seines eigenen Durchmessers--19--. Dieser Durchmesser --19-- bildet den kleinsten Durchmesser des Verbrennungskanals-14--. Der zweite Teil erweitert sich trichterförmig und verläuft abgerundet in die Stirnfläche des Brennersteines.
Der Block--13--besteht aus feuerfestem Isoliermaterial (z. B. Schaumschamotte) und besitzt eine zentrale öffnung für den Verbrennungskanal-14--. Die Aussen- sowie Innenwände des Blockes--13--sind am Eintrittsende teilweise in einem metallischen Kasten--15--eingelassen.
Die zentrale öffnung des Blockes --13-- wird durch einen Formteil --16-- aus hochfeuerbeständigem Material ausgekleidet, der aus Gründen der Verminderung der Wärmeträgheit dünnwandig ist, die Form des sich erweiternden Verbrennungskanals--14--hat und mit dem Block - derart verbunden ist, dass sich zwischen dem Blockkörper und dem Formteil--16--ein mit Luft gefüllter Zwischenraum --17-- befIndet.
Das Luftzuführungsrohr --1-- mit dem Gaszuführungsrohr --3-- und den Gasinnenrohren --9 und 10--ist mit dem Kasten--15--mittels eines, am Luftzuführungsrohr--l--sowie am Kasten--15--befestigten Flansches--18--fest verbunden.
EMI3.2
B.Öffnungen versehenen Flansches im Gaszuführungsrohr--3--befestigt ist, oder indem der zur Brennstoffzuführung in den Mischraum dienende Brennerteil aus mehr als drei Rohren besteht, die alle koaxial zueinander gelagert sind und deren Austrittsöffnungen sich in je einer selbstständigen, zur Brennerachse senkrechten Ebene befinden, oder dass der Block--13--ohne Luftzwischenraum --17-- mit dem Formteil --16-- ein Ganzes bildet.
Im folgenden soll an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles die Arbeitsweise des Brenners beschrieben werden :
Die Luft tritt durch den Rohrstutzen --2-- in den Raum zwischen dem Luftzuführungsrohr - und dem Gaszuführungsrohr --3-- und von dort durch die tangentialen Luft-Austrittsöffnungen --7-- im Luftzuführungskopf --6-- in den Mischraum ein. Der Brennstoff wird durch den Rohrstutzen --4-- in das Gaszuführungsrohr-3-und durch die Brennstoff-Austrittsöffnungen --12'-- des Gasinnenrohres --9 und 12"-des zweiten Gasinnenrohres--10--ebenfalls in den Mischraum geführt, wo er sich mit der Luft mischt.
Durch die Wirkung der infolge der tangentialen Lage der Luft-Austrittsöffnungen --7-- im Luftzuführungskopf--6--entstandenen Wirbelströme der zugeführten Luft wird das Gemisch von Brennstoff und Luft in Rotation gebracht, die es während seines ganzen Aufenthalts im Brenner beibehält. Die Entzündung des Luft-Brennstoffgemisches findet in dem Verbrennungskanal--14-statt. Der Strom der rotierenden glühenden Gase breitet sich während seines Austrittes auf der Oberfläche des Formteiles--16--aus.