AT502123B1 - Brenner - Google Patents

Description

2 AT 502 123 B1

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit wenigstens einem Zufuhrkanal für Brennstoff und wenigstens einem den Brennstoffkanal ringförmig umgebenden Kanal für die Zufuhr von Verbrennungsluft. 5 Ein derartiger Brenner ist beispielsweise der DE 197 38054 A1 zu entnehmen.

Brenner, insbesondere Brenner für Drehrohröfen, weisen in der Regel einen Brennstoffkanal für feste, gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe auf, welcher von zumindest einem Primärluftkanal mit kreisringförmigem Querschnitt umgeben ist. Die Primärluft kann hierbei axial und/oder io mit einer Drallerzeugungseinrichtung entsprechend verwirbelt ausgestoßen werden, um das Flammenbild zu beeinflussen.

Derartige, beispielsweise aus der DE-2905246 A1, bekannte Brenner enthalten zumeist zwei oder mehrere Primärluftkanäle, welche entweder koaxial außen oder zwischen Brennstoffkanä-15 len angeordnet sind. Um die Flammenform beeinflussen zu können, ist bei den bekannten Brennern zumindest ein Drallluftkanal mit einer Drallerzeugungseinrichtung am Düsenende sowie mindestens ein Axialluftkanal vorgesehen. Auch die EP 650012 A1 zeigt eine derartige Einrichtung, bei welcher die Drallerzeugungseinrichtung aus mehreren, von der Primärluft durchströmten drehsymmetrisch um die Brennerachse angeordneten, flexiblen Rohren besteht. 20

Die EP 0409102 A2 zeigt einen Brenner, in den pulverförmige Kohle als Brennstoff gemeinsam mit Verbrennungsluft über einen ringförmigen Kanal zugeführt wird. Die Verbrennungsluft wird hierbei nicht unabhängig vom Brennstoff, sondern nur gemeinsam mit diesem zugeführt. 25 Die EP 0809068 A2 beschreibt einen Brenner, in dem pulverförmige Kohle verbrannt wird, wobei die Verbrennungsluft über zwei mit Drallkörpern ausgestattete Kanäle zugeführt wird. Der Anschluss erfolgt hier in radialer Richtung, wodurch ein relativ großbauendes Aggregat geschaffen wird, welches beispielsweise für den Einbau in einen Drehrohrofen nicht mehr geeignet wäre. 30

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine konstruktiv besonders einfache Einrichtung zur Beeinflussung des Flammenbildes zu schaffen, bei welcher der Anteil von im Wesentlichen axial eingestoßener Verbrennungsluft zum Anteil von verdrallter Luft in einfacher Weise variiert werden kann, um auf diese Weise das Flammenbild zu optimieren. 35

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Ausbildung im Wesentlichen darin, dass der ringförmige Kanal für die Zufuhr von Verbrennungsluft nahe der Brennermündung über einen axialen Teilbereich seiner Länge in radialer Richtung durch ein Trennwandelement in zwei Kanäle unterteilt ist, wobei einer der durch das Trennwandelement abgeteilten Kanäle 40 über wenigstens eine verschließbare Öffnung des Trennwandelements mit dem ringförmigen Kanal verbunden ist, wobei einer der durch das Trennwandelement abgeteilten Kanäle an seiner Mündung Drallflächen oder Drallkörper aufweist. Dadurch, dass der ringförmige Kanal für die Zuführung von Verbrennungsluft nahe der Brennermündung über einen axialen Teilbereich seiner Länge in radialer Richtung durch ein Trennwandelement in zwei Kanäle unterteilt ist, wird 45 zunächst in besonders einfacher Weise eine Aufteilung des Primärluftstromes in zwei Luftströme ermöglicht, wobei dadurch, dass in diesem Trennwandelement Öffnungen vorgesehen sind, welche geöffnet oder verschlossen werden können, die Möglichkeit geschaffen wird die Verbrennungsluft entweder ausschließlich über den einen der beiden durch das Trennwandelement abgetrennten Kanäle, und hier in besonders einfacher Weise beispielsweise axial, so auszustoßen oder aber nach Öffnen der verschließbaren Öffnung eine Teilmenge dieser Primärluft durch den zweiten der durch das Trennwandelement abgetrennten Kanäle auszustoßen, wobei hier die Ausbildung so getroffen ist, dass an der Mündung dieses durch das Trennwandelement abgeteilten Kanals Leitflächen oder Drallkörper vorgesehen sind. 55 In besonders vorteilhafter Weise ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass das Trennwand- 3 AT 502 123 B1 element als koaxial zwischen den rohrförmigen Wänden des Verbrennungsluftkanals angeordnetes zylindrisches Trennwandelement ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die verschließbare Öffnung von am Mantel und/oder der Stirnseite des im Wesentlichen zylindrischen Trennwandelements angeordneten Durchbrechungen gebildet ist, welche von einem Schieber oder Dreh-5 Schieber verschließbar oder öffenbar ausgebildet sind. Ein derartiger Schieber, welcher am Mantel des im Wesentlichen zylindrischen Trennwandelementes entsprechend geführt sein kann, kann als Drehschieber über ein Ritzel einer Betätigungsstange angetrieben werden oder als im Wesentlichen axial verschiebliches Element von einer Verschiebestange als Betätigungsglied von einer Offen- in eine Schließstellung verschoben werden. 10

Da prinzipiell mit einer derartigen Bauweise ein wesentliches Ziel der erfindungsgemäßen Konstruktion, nämlich bei langbauenden Brennern für Drehrohröfen Gewicht einzusparen, erreicht wird, kann dieses der Erfindung gleichfalls zu Grunde liegende Ziel in besonders einfacher Weise dadurch verwirklicht werden, dass die axiale Länge des Trennwandelements kleiner als 15 ein Drittel der axialen Länge des Brenners gewählt ist.

Aus strömungstechnischen Gründen kann es vorteilhaft sein insbesondere den Kanal für den Ausstoß von Axialluft bei einer Verschiebung oder Verdrehung des Schiebers zur Freigabe von Primärluft in den zusätzlichen Kanal für verdrallte Luft die Axialluftdüsen zu drosseln. Mit Vorteil 20 ist die Ausbildung hierbei so getroffen, dass der Schieber oder Drehschieber für die Öffnungen des Trennwandelements zu einem der beiden Kanäle mit einem Schieber oder Drehschieber für das Öffnen oder Verschließen von stirnseitigen, insbesondere axialen, Düsen des anderen der beiden Kanäle des Brenners für den Ausstoß von Verbrennungsluft gekoppelt ist. Eine besonders einfache Ausbildung einer derartigen Drosselung des Axialluftkanals lässt sich dadurch 25 realisieren, dass der Schieber für das öffnen oder Verschließen der Öffnungen des Trennwandelements einen im Querschnitt keilförmigen, der Mündung des Verbrennungsluftkanals benachbarten Leitkörper trägt, der bei axialer Verschiebung des Schiebers den lichten Querschnitt der Düsen vergrößert bzw. bei Verschiebung in die entgegengesetzte Richtung den Querschnitt der Düsen verringert. 30

Der durch den Schieber geöffnete oder verschlossene abgeteilte Kanal wird in besonders vorteilhafter Weise als Kanal für verdrallte Luft mit entsprechend stirnseitigen Drallflächen oder Drallkörpern ausgebildet. Um bei weitestgehend geschlossenem Schieber eine thermische Überlastung dieser Drallflächen bzw. Drallkörper an der Stirnseite des Brenners zu verhindern, 35 ist die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, dass das Trennwandelement eine Anzahl von Öffnungen oder Durchbrechungen aufweist, welche unabhängig von der Position des Schiebers oder Drehschiebers eine gedrosselte Zufuhr von Verbrennungsluft zu Drallblechen oder Drallkörpern des durch das Trennwandelement abgeteilten Kanals zur Kühlung derselben sicherstellen. 40

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erste Ausbildung des erfindungsgemäßen Brenners im Axialschnitt durch das Vorderende des Brenners mit einem Drehschieber. Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie ll-ll der Fig. 1, Fig. 3 eine abgewandelte 45 Ausbildung in analoger Darstellung wie Fig. 1, bei welcher ein in axialer Richtung verschieblicher Schieber vorgesehen sind, Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3, Fig. 5 eine weitere abgewandelte Ausbildung mit einem Drehschieber analog der Fig. 1, bei welcher zusätzlich auch der lichte Querschnitt der axialen Austrittsdüsen veränderlich ist, Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie Vl-Vl der Fig. 5, Fig. 7 eine abgewandelte Ausbildung ana-50 log der Darstellung nach Fig. 3 mit axial verschieblichem Schieber und einer zusätzlichen Einrichtung zur Beeinflussung des Austrittsquerschnittes der Axialluft sowie Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie Vlll-Vlll der Fig. 7.

In Fig. 1 ist mit 1 ein zentraler Zufuhrkanal für Brennstoff gezeigt, wobei hier eine Öllanze 2 zum 55 Einsatz gelangt. 4 AT 502 123 B1

Radial außerhalb ist ein Zentralluftkana! 3 vorgesehen, dessen Austrittsdüsen mit 4 bezeichnet sind. In radialer Richtung folgt beim Brenner gemäß Fig. 1 ein weiterer Brennstoffkanal für die Zufuhr von weiteren Brennstoffen, wie beispielsweise Kohle oder Erdgas, wobei dieser weitere Brennstoffkanal hier mit 5 bezeichnet ist und als Ringkanal mündet. Um das Flammenbild hier 5 zu beeinflussen, ist radial außerhalb wiederum Primärluft in Form eines Primärluftkanals 6 vorgesehen, wobei am stirnseitigen Ende 7 des Brenners 8 ein zylindrisches Trennwandelement 9 vorgesehen ist, welches radiale Durchbrechungen 10 aufweist und den Primärluftkanal 6 in einen Axialluftkanal 25 und einen Radialkanal für verdrallte auszustoßende Luft aufteilt. An der Außenseite dieses zylindrischen Trennwandelementes 9 ist ein Drehschieber 11 gelagert, io welcher über ein Ritzel 12 und ein entsprechendes Betätigungsglied in Form einer Stange 13 verdreht werden kann und auf diese Weise Primärluft aus dem außen liegenden Kanal für Axialluft in Richtung des Pfeils 14 zu Drallkörpern bzw. Leitblechen 15 leitet, über welche eine Teilmenge der Primärluft nun entsprechend verdraht als verdrallte Luft ausgestoßen werden kann. Die Düsen für die Axialluft sind hierbei im außen liegenden Kanal mit 16 bezeichnet. 15

Bei der Darstellung nach Fig. 2 ist der Drehschieber 11 in der Offenstellung gezeichnet und es ergibt sich somit eine Durchbrechung 17 für den Durchtritt von Primärluft aus dem Axialluftkanal 25 in den innen liegenden Kanal 21 für verdrallte Luft. 20 Wie aus Fig. 1 auch ersichtlich, ist zusätzlich zu dieser verschließbaren Öffnung 17 eine Anzahl von Bohrungen 18 vorgesehen, über welche Primärluft auch dann, wenn der Schieber 11 geschlossen ist, in den verschlossenen abgeteilten Kanal 21 gelangt und auf diese Weise die Drallkörper bzw. Leitbleche 15 gegen thermische Überlastung schützt. 25 Bei der Ausbildung nach Fig. 3 und 4 wurden die Bezugszeichen von Fig. 1 beibehalten, wobei hier nunmehr der Schieber 11 als axial verschieblicher Schieber ausgebildet ist, welcher mittels der Betätigungsstange 13 in Richtung des Doppelpfeils 19 zur Freigabe der Öffnung 17 verschieblich ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, kann der axial verschiebliche Schieber 11 hier als geschlossener Ring ausgebildet sein, welcher in Richtung des Doppelpfeils 19 der Fig. 3 in 30 axialer Richtung verschieblich an der Außenseite des zylindrischen Trennwandelementes 9 gelagert ist.

Bei der Ausbildung nach Fig. 5 und 6 ist analog der Ausbildung nach Fig. 1 und 2 wiederum ein Drehschieber 11 vorgesehen, welcher mittels des Ritzels 12 in Umfangsrichtung verdreht wer-35 den kann. Mit diesem Drehschieber 11 ist nun eine Lochblende 20 starr verbunden, welche in einer ersten definierten Drehlage mit den entsprechenden axialen Düsen 16 fluchtet und bei der in Fig. 6 strichliert dargestellt die zweite Drehlage den Austrittsquerschnitt über die axialen Düsen 16 entsprechend drosselt. Auf diese Weise kann gleichzeitig mit der Freigabe der Öffnungen 17 durch Aufbau eines entsprechenden Staudrucks im Axialluftkanal 25 die in den 40 innen liegenden zweiten abgeteilten Kanal 21 gelangende Primärluft entsprechend erhöht werden, welche wiederum über die Leitkörper bzw. Drallflächen 15 ausgestoßen werden kann. Die übrigen Bezugszeichen der vorangehenden Figuren wurden auch in Fig. 5 und 6 ebenso wie in den Fig. 7 und 8 beibehalten. 45 Bei der Ausbildung nach Fig. 7 bzw. 8 wird wiederum ein axial verschieblicher Schieber 11 eingesetzt, der an der der Stirnseite 22 des Brenners 8 zugewandten Seite einen im Querschnitt keilförmigen Aufsatz 23 trägt. Durch axiale Verschiebung in Richtung des Doppelpfeiles 19 kann dieser Aufsatz 23 entsprechend nach innen verschoben werden, wodurch sich insgesamt der freie lichte Querschnitt für den Austritt von Axialluft über den Kanal 25 vergrößert bzw. so bei einem Vorschieben zur Stirnseite 22 verkleinern lässt. Auch durch diese Maßnahme kann die in Richtung des Pfeils 24 zum innen liegenden, abgetrennten Kanal 21 gelangende Teilluft-menge der Primärluft variiert werden, wobei diese Teilluftmenge wiederum über die Drallkörper bzw. Leitbleche 15 mit entsprechender drallbehaftet ausgestoßen werden kann. 55 In Fig. 7 ist die in axialer Richtung verschobene Position dieses am Schieber festgelegten Fort-

Claims (7)

1. 5 AT 502 123 B1 satzes 23 schematisch strichliert mit 23' angedeutet, sodass die Querschnittsvergrößerung in dieser Position verdeutlicht ist. 5 Patentansprüche: 1. Brenner mit wenigstens einem Zufuhrkanal für Brennstoff und wenigstens einem den Brennstoffkanal ringförmig umgebenden Kanal für die Zufuhr von Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kanal (6) für die Zufuhr von Verbrennungs- io luft nahe der Brennermündung (7) über einen axialen Teilbereich seiner Länge in radialer Richtung durch ein Trennwandelement (9) in zwei Kanäle (21, 25) unterteilt ist, wobei einer der durch das Trennwandelement (9) abgeteilten Kanäle (21, 25) über wenigstens eine verschließbare Öffnung (10) des Trennwandelements (9) mit dem ringförmigen Kanal (6) verbunden ist, wobei einer der durch das Trennwandelement (9) abgeteilten Kanäle (21) an 15 ' seiner Mündung Drallflächen oder Drallkörper (15) aufweist.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennwandelement (9) als koaxial zwischen den rohrförmigen Wänden des Verbrennungsluftkanals (6) angeordnetes zylindrisches Trennwandelement (9) ausgebildet ist. 20
3. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschließbare Öffnung (17) von am Mantel und/oder der Stirnseite (7) des im Wesentlichen zylindrischen Trennwandelements (9) angeordneten Durchbrechungen (17) gebildet ist, welche von einem Schieber oder Drehschieber (11) verschließbar oder öffenbar ausgebildet sind. 25
4. 4. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Trennwandelements (9) kleiner als ein Drittel der axialen Länge des Brenners gewählt ist.
5. 5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber 30 oder Drehschieber (11) für die Öffnungen des Trennwandelements (9) zu einem der beiden Kanäle (25) mit einem Schieber oder Drehschieber (11) für das Öffnen oder Verschließen von stirnseitigen, insbesondere axialen, Düsen (16) des anderen der beiden Kanäle (21) des Brenners für den Ausstoß von Verbrennungsluft gekuppelt ist.
6. 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (11) für das Öffnen oder Verschließen der Öffnungen (17) des Trennwandelements (9) einen im Querschnitt keilförmigen, der Mündung des Verbrennungsluftkanals (6) benachbarten Leitkörper (15) trägt, der bei axialer Verschiebung des Schiebers (11) den lichten Querschnitt der Düsen (16) vergrößert bzw. bei Verschiebung in die entgegengesetzte 40 Richtung den Querschnitt der Düsen (16) verringert.
7. 7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennwandelement (9) eine Anzahl von Öffnungen oder Durchbrechungen (18) aufweist, welche unabhängig von der Position des Schiebers oder Drehschiebers (11) eine gedrosselte Zu-45 fuhr von Verbrennungsluft zu Drallblechen oder Drallkörpern (15) des durch das Trenn wandelement (9) abgeteilten Kanals (6) zur Kühlung derselben sicherstellen. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 50 55