DD137751B1 - Gasbrenner für hohe Gasdurchsätze - Google Patents

Description

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a) Titel der Erfindung Gasbrenner für hohe Gasdurchsätze

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Srfindung betrifft einen Gasbrenner für Industrieöfen, wobei letzterer aus einer Verbrennungs- und einer Wärmeübertragungssektion besteht, vorzugsweise für Erdölaufbereitungsanlagen, in denen hohe Energieumsätze verwirklicht v/erden.

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannt ist ein Gasbrenner nach AS 2 227 036 mit einem Brennergehäuse sowie einem darin abgesetzten Innenschuß« Jener Innenschuß besteht aus zwei mit ihren Grundflächen aufeinandergesetzten Kegelstümpfen, von denen der in LIediumrichtung befindliche Kegelstumpf mit seiner Aastrittsöffnung die Stirnwand des Brennergehäuses durchbricht, während der entgegengesetzte Kegelstumpf in seinem konischen Auslauf eine als perforierte Zylinder ausgebildete, in axialer Richtung innen eingeführte Geräuschdämpfungsvorrichtung einschließt, die sich in gev/isser Distanz über einer konträr zugeordneten Gasaustrittsvorrichtung befindet. Die zentrisch in einer Bohrung der hinteren Stirnwand des Brennergehäuses aufgenommene Gasaustrittsvorrichtung verfügt über ein Mantelteil, an dessen Umfang im gesaiaten Mantelbereich Gasaustrittsöffnungen in einem gewissen Abstand voneinander angebracht sind.

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Die Zündvorrichtung selbst ist außerhalb der Gasaustrittsvorrichtung postiert. Zwischen Brennergehäuse und Innenschuß liegt ein Luftkanal, in dem der LufteinlaS mündet. Die Anordnung desselben im Brennergehäuse ist so gewählt, daß die komprimierte Brennluft in dem Freiraum im wesentlichen tangential zum Innenumfang des Brennergehäuses eingeleitet wird.

Die Nachteile dieses Lösungsprinzips bestehen darin, daß dieser Gasbrenner für hohe Gas-Luftdurchsätze nicht eingesetzt werden kann, weil eine innige Verwirbelung des Gases durch das sich am Auslauf des unteren Kegelstumpfes ausbildende Luftpolster nicht gegeben ist. Das Gas kann dieses Luftpolster nicht durchdringen, was eine Instabilität der Flamme hervorruft.

Als negativ ist weiter der rund gehaltene Öffnungsquerschnitt des oberen Kegelstumpfes in der Stirnwand des Brenners anzusehen. Durch die Wirkung der zylindrischen Austrittsdüse kommt es zu einer zu hohen Konzentration der austretenden heißen Strömung. Diese somit zu verzeichnende unerwünschte Punktbelastung bewirkt, daß die Rauchgase nicht aufgefächert werden und sich nicht gleichmäßig über eine vorgesehene Beaufschlagungsfläche verteilen können, ein Manko, das die Effektivität des Gesamtprozesses herabsetzt.

Ungünstig ist auch die Anordnung des Lufteinlasses im Bereich der Grundfläche des unteren Kegelstumpfes. Dies bedingt, daß die thermisch hochbelastete Stirnwand des Brenners, insbesondere die Region der Austritt so ffnung, wo ohnehin eine große Ansammlung und ein Einschluß von 7/ärme im Luftkanal vorliegt, ungenügend gekühlt wird·

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Es kommt zu Rißbildungen an der Stirnwand des Brenners und damit zu ungünstigen Flammenbeeinflussungen, die Berührungen des Innenrauines vom Industrieofen nach sich ziehen können oder anderweitige Havarien der Anlage selbst auslösen.

d) Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen geeigneten Brenner mit hoher Lebensdauer zu entwickeln, der große Durchsätze des Verbrennungsgemisches insgesamt sowie ein stabiles Flammenverhalten ermöglicht und dadurch die Wirkung des Industrieofens insgesamt ökonomischer gestaltete

e) Darlegung des V/esens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasbrenner zu schaffen, mit dem durch die konstruktive Ausgestaltung eine innige Verwirbelung sowie Kontaktierung des Luft-Gasgemisches gegeben ist, sich außerdem am unteren Auslauf des Innenschusses kein Luftpolster mehr ausbildet, des weiteren das Abreißen der Flamme verhindert und durch die entsprechende Ausführung des Brennerkopfes eine gute Verteilung der Flamme sowie eine gleichmäßige Beaufschlagung der Y/ärmeübertragungssektion des Industrieofens gewährleistet wird·

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, indem der in dem Brennergehäuse befindliche Innenschuß aus zwei, mit ihren Grundflächen aufeinandergesetzten Kegelstumpfen besteht, von denen der in Richtung des ausströmenden Mediums befindliche an seiner Deckfläche mit einem etwa rechteckig auslaufenden üffnungsquerschnitt ausgeführt ist und somit als Kon-

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fusor arbeitet, wobei die kurzen Seiten des Rechteckes leicht konvex gehalten sind· Darüber hinaus mündet unmittelbar unter diesem Öffnungsquerschnitt die Verbrennungsluftzuführung, in deren zylindrischem Innenraum sich spezifische, mit ihren Schaufeln zur Gehäusestirnwand hin gerichtete Luftleiteinrichtungen befinden.

Der zum Boden des Brennergehäuses hinweisende Kegelstumpf schließt mit seiner abgekrempten offenen Stirnfläche eine zugeordnete Gasaustrittsvorrichtung ein, auf deren Mantelstirnseite eine als Kegel ausgeführte, mit ihrer zentrisch durchbohrten Deckfläche zur Mittelachse in den Mantel gerichtete Abdeckplatte angeordnet ist. Die Abdeckplatte steht um ein bestimmtes Maß über den Manteldurchmesser hinaus und reduziert somit den freien Strömungsquerschnitt zum abgekrempten Kegelstumpf aus lauf. Unmittelbar unter der Abdeckplatte sind über den Mantelumfang der Gasaustrittsvorrichtung Gasaustrittsöffnungen vorgesehen. Diese können auch an der Oberkante des Mantels Wellenlinien- oder kammlinienförmig angebracht sein. Es ist möglich, den überstehenden Bereich der Abdeckplatte als Kreisring direkt über den Gasaustrittsöffnungen zu befestigen. Mit ihrem Fuß wird die Gasaustrittsvorrichtung von einem Flanschteller lösbar aufgenommen.

f) Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden

Hierzu stellen dar:

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Fig. 1 Gasbrenner in Vorderansicht Fig. 2 Gasbrenner in Draufsicht

Fig. 3 Gasbrennerunterteil in Vorderansicht

Fig. 1 zeigt das Brennergehäuse, bestehend aus einem zylindrischen Oberteil und einem als Kegelstumpf ausgebildeten Unterteil, wobei die in Mediumrichtung liegende Deckfläche des Zylinders von einem oberen Ringflansch 13, die untere, am Brennerfuß befindliche Deckfläche des Kegelstumpfes von einem Flanschteller 12 aufgenommen wird. Der obere Ringflansch 13 sowie der Flanschteller 12 besitzen je eine mittige Öffnung. Durch den oberen Ringflansch 13 wird der Konfusor 1 des Innenschusses aufgenommen. Zur Auffächerung der austretenden Rauchgase geht der Konfusor 1 in Strömungsrichtung von einem Kreisquerschnitt in einen nahezu rechteckigen Querschnitt über. Die kurzen Seiten des Rechteckes sind nach außen leicht konvex gewölbt· Unmittelbar unter dem oberen Ringflansch 13 befindet sich die tangentiale Verbrennungsluftzuführung 14. Die Verbrennungsluft zuführung 14 steht über einen zwischen Brennergehäuse und Innenschuß befindlichem Luftkanal mit dem Brennraum 17 in Verbindung. Zur Verbesserung des Kühleffektes an der Stirnwand des Brennergehäuses verfügt die Verbrennungsluftzuführung 14 über separate Luftleiteinrichtungen 15, die so angeordnet sind, daß sie einen Teil der Verbrennungsluft zur Innenfläche der Stirnwand des Brennergehäuses hinleiten.

Entsprechend Fig. 3 besitzt der untere Teil 2 des konischen Innenschusses an seiner Auslauffläche eine nach innen gerichtete Verwirbelungsblende 10. Ss empfiehlt sich, die Neigung der Verwirbelungsblende

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10, von der Wand des unteren Teiles 2 nicht mehr als 30 Grad abzukehren· Von der Verwirbelungsblende 10 wird der Kopf der Gasaustrittsvorrichtung 3 eingeschlossen. Letztere ist lösbar im Planschteller 12 eingebracht und weist zum unteren Teil 2 einen zylindrischen L'Iantel 4 auf, dessen Stirnfläche zum Brennraum mit einer Abdeckplatte 5 versehen ist. Die Abdeckplatte 5 hat die Form eines Kegelstumpfes, wobei auch jede andere geometrische Form möglich ist, dessen Deckfläche zur Mittelachse des LIantels 4 nach innen gerichtet ist, wobei diese Deckfläche über eine zentrische Öffnung 7 verfügt. In der öffnung 7 ist ein Zündbrenner gasdicht eingebracht. Die Abdeckplatte 5 selbst steht mit ihrem äußeren Durchmesser um ein bestimmtes Uaß über den llanteldurchrnesser hinaus, so daß eine Reduzierung des freien Strörmngsqucrschnittes zur Verwirbelungoblende 10 zwangsläufig eintritt. Wesentlich hierbei ist jedoch, daß das Verhältnis von Durchmesser der Abdeckplatte 5 zum Durchmesser der freien Fläche der Verwirbelungsblende 10 zwischen 0,5 bis 0,85 liegt und sich die Höhe der Außenfläche der Abdeckplatte 5 in einer Flucht mit der Oberkante der Verwirbelungsblende 10 befindet. Des weiteren muß der Abstand der Umfangskante der Abdeckplatte 5 zur abgekrempten Innenkante der Verwirbelungsblende 10 gleich oder größer dem Abstand der Unterkante der Verwirbelungsblende 10 zur Innenfläche des konischen Unterteiles 11 des äußeren Mantels oder zum Flansch 12 sein. Unmittelbar unterhalb der Abdeckplatte 5 liegen die über dem Umfang des Mantels 4 der Gasaustrittsvorrichtung 3 verteilt angebrachten Gasaustrittsöffnungen 6, die auch selbst an der Oberkante des LIantels 4 Wellenlinien- oder kammlinienförraig vorgesehen sein können. Der Durchmesser der Gasaustrittsöffnungen 6 ist zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 5 bis 10 mm zu wählen,

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wobei sich, die Anzahl der Gasaustrittsöffnungen 6 nach der Art des strömenden Yerbrennungsgases richtet. Konträr der Abdeckplatte 5 nimmt die Gasaustrittsvorrichtung 3 die Zündvorrichtung zentrisch auf. Die Gaszuführung kann am Flanschteller 12 unterhalb der Gasaustrittsvorrichtung 5 befestigt werden. Zur optimalen Flammenüberwachung der Zünd- und Hauptflamme durchdringen das Brennergehäuse und den unteren Teil 2 des Innenschusses die Zündflamrnenbeobachtung 8 und die Hauptflammenbeobachtung 9« Beide sind gasdicht mit dem unteren Brennergehäuse verbunden.

Die Erfindung wird nun anhand eines praktischen Ausführungsbeispieles erläutert:

Nach Inbetriebnahme der Luftzuführung strömt die Luft über die tangential angeordnete Verbrennungsluftzuführung 14 ein, wobei ein Teil durch die 7/irkung der Luftleiteinrichtungen 15 an die Innenfläche der Innenstirnwand des Brennergehäuses geleitet v/ird. Dadurch kommt es zu einem Kühleffekt im Kopfbereich des Brenners. Die verbleibende Luftmenge einschließlich die von der Stirnwand des Brennergehäuses zurückprallende strömt im Luftkanal 16 zwischen Brennergehäuse und Innenschuß schraubenförmig um den unteren konischen Teil 2 zum Flanschteller 12, an dem eine seitliche Umkehrung des Luftstromes in Richtung des Brennraumes 17 erfolgt. Parallel zur Lufteingabe wird über die Gaszuführung das jeweilige Gas in die Gasaus trittsvorrichtung 3 gebracht und durch die Gasaustrittsöffnungen 6 radial zum Mantel 4 ausgetragen. Beide Gase sind zunächst bestrebt, zügig in den Brennraum. 17 zu gelangen»

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Durch die überstehende Abdeckplatte 5 sowie die Wirkung der Verwirbelungsblende 10 kommt es in diesem Bereich infolge des reduzierten Strömungsquerschnittes und durch die Ausgestaltung der Teile selbst zu einer verstärkten Turbulenz, die eine innige Vermischung von Luft und Gas bewirkt· Das so erhaltene Luft-G-asgeiaisch wird oberhalb der Abdeckplatte 5 durch die von ihrer Deckfläche aufgenommene Zündvorrichtung gezündet. Aufgrund der konstruktiven Ausbildung kommt es auf der dem Brennraum 17 zugekehrten Fläche der Abdeckplatte 5 zwangsläufig zu einem Gebiet niederen Druckes, was Rezirkulationserscheinungen hervorruft. Durch diesen Hffekt wird die Stabilität der Hauptflamme günstig beeinflußt. Der nach innen gerichtete Kegel der Abdeckplatte 5 bietet der Zündflamme einen hervorragenden Schutz· Dadurch ist der Brenner in einem gro.3en Bereich gefahrlos regelbar. Die Flamme brennt im Brennraum 17, von wo die heiSen Rauchgase als aufgefächerter Strahl in die Ofenkammer eintreten, so daß eine gleichmäßige Beaufschlagung der V/ärmeübertragungsfläche erzielt wird. Unter der Wirkung des rechteckigen Querschnittes des Konfusors 1 wird die Flamme selbst grundsätzlich im Innenschuh zurückgehalten.

Durch die Konstruktion wird der Ejektoreffekt auf der gesamten Länge der Y/ärmeübertragungskammer verbessert,,

Die Vorteile der erfindungsgemäSen Vorrichtung bestehen darin, daß hohe Durchsätze von Luft-Gasgemischen bei guter Leistung und Regelbarkeit möglich sind. Dadurch IaBt sich eine wirtschaftliche Betriebsweise der Anlage in diesem Bereich erzielen.

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Darüber hinaus kann infolge der auswechselbaren Gasaustrittsvorrichtung 3 der Gasbrenner selbst universell mit einem hohen Effekt für Brenngase unterschiedlicher Qualität eingesetzt werden.

Claims (11)

Erfindungsanspruch

1. Gasbrenner für hohe Erdgasdurchsätze, bestehend aus einem Brennergehäuse und einem von diesem eingeschlossenen, koaxial angebrachten, konischen Innenschuß, dessen nach unten gerichtete Stirnfläche in bestimmter Distanz über einer Gasaustrittsvorrichtung angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Innenschuß aus einem oberen, in Biediumaustrittsrichtung mit einem rechteckigen Öffnungsquerschnitt auslaufenden Konfusor (1) und aus einem unteren Teil (2) besteht, das mit seiner freien, nach innen abgekrempten Stirnfläche eine lösbar vorgesehene Gasaustrittsvorrichtung C3) umhüllt, die ihrerseits auf der dem unteren Teil (2) zugekehrten Stirnfläche eine als Kegel ausgebildete, zur Mittelachse der Gasaustrittsvorrichtung (3) nach innen gerichtete sowie in ihrem Außendurchmesser über den des Mantels (4) hinausragende Abdeckplatte (5) aufweist, wobei die Gasaustrittsvorrichtung (3) im Bereich der Abdeckplatte (5) über den Umfang des Mantels (4) verteilte Gasaustrittsöffnungen (6) besitzt.

2. Gasbrenner nach Punkt 1 , gekennzeichnet dadurch, daß die Gasaustrittsvorrichtung (3) an der Stirnfläche des Mantels (4) mit einer zentrisch durchbohrten, dem Teil (2) des Innenschusses zugekehrten Deckfläche ausgerüstet ist und sich unmittelbar über den Gasaustrittsöffnungen (6) eine kreisringförmige Abdeckplatte (5) befindet·

3. Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Zündbrenner und die Gaszuführung zentrisch in der Gasaustrittsvorrichtung (3) angeordnet sind, wobei der Zündbrenner gasdicht mit der Abdeckplatte (5) verbunden ist.

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4· Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gasaustrittsvorrichtung (3) an der Abdeckplatte (5) im Bereich der horizontalen Manteldeckfläche eine zentrische Öffnung (7) aufweist«.

5« Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gasaustrittsöffnungen (6) der Gasaustrittsvorrichtung (3) oberhalb der abgekrempten Unterkante im Innenraum des unteren Teiles (2) vom Innenschuß liegen.

6« Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch _? daß die Gasaustrittsöffnungen (6) in verschiedenen geometrischen Ausführungsformen ausgeführt sein können·

7. Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gasaustrittsöffnungen (6) Wellenlinien- bzw. karnmlinienformig an der Oberkante des Mantels (4) angebracht sind.

8. Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der untere Teil (2) des Innenschusses im Bereich der Gasaustrittsöffnungen (3) eine Zündflammen- (8) sowie eine Hauptflammenbeobachtung (9) besitzte

9· Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand der Umfangskante der Abdeckplatte (5) zur abgekrempten Innenkante der Verwirbelungsblende (10) gleich oder größer dem Abstand der Unterkante der Verwirbelungsblende (10) zur Innenfläche des konischen Unterteiles (11) des Mantelgehäuses oder zum Flansch (12) ist«

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10. Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis vom Durchmesser der Abdeckplatte (5)
zum Durchmesser der freien Fläche der Verwirbelungsblende (10) 0,5 bis 0,85 beträgt·

11. Gasbrenner nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß unmittelbar unter dem oberen Ringflansch (13) die
Verbrennungsluftzuführung (14) befestigt ist, in der sich Luftleiteinrichtungen (15) befinden«.

^ Seiten Zeichnungen