DD203365A1 - Luftgekuehlte rotationssymmetrische brennkammer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft thermisch hochbeanspruchte luftgekuehlte rotationssymmetrische Brennkammern mit einem stirnseitig in der Symmetrieachse angeordneten Gas-, Oel- oder Staubbrenner, einer koaxial zur Brennstoffzufuehrung angeordneten Luftzufuehrung und einem lichten Durchmesser, der dem 2,5 bis 4fachen Durchmesser der Verbrennungsluftzufuehrung entspricht. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Lebensdauer der Brennkammer und die Verringerung des Brennkammervolumens zur Einsparung von Material. Aufgabe der Erfindung ist die bessere Kuehlung der Brennkammerwaende mit relativ geringen Luftmengen. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz in einem Abstand von dem Brenneraustritt, der etwa dem lichten Brennkammerdurchmesser entspricht und dem Bereich des Uebergangs zur Rezirkulationsstroemung und zur dazu entgegengesetzten Rohrstroemung der Rauchgase entspricht, zwei in geringen axialen Abstand voneinander angeordnete Reihen von auf dem Umfang der Brennkammer verteilt angeordneten Lufteintrittsoeffnungen angeordnet sind.

Description

Luftgekühlte rotationssymmetrisohe Brennkammer Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine thermisch hochbeanspruchte luftgegekiihlte rotationssymmetrische Brennkammer mit einem stirnseitig in der Symmetrieachse angeordneten Gas-, Öl- oder Staubbrenner, einer koaxial,zur Brennstoffzuführung angeordneten Luftzuführung und einem lichten Durchmesser, der dem 2,5 bis 4fachen Durchmesser der Verbrennungsluftzuführung entspricht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die feuerfeste Auskleidung thermisch hochbelasteter Brennkammern (DE-AS 1 812 405) unterliegt durch die sich einstellenden hohen Temperaturen sehr starkem Verschleiß. Bei Kalt- bzw. Kühlluftzuführung an der brennerseitigen Stirnwand oder in deren unmittelbaren Nähe wird die Flamme im Ansatz derart beeinflußt, daß es zur Unterkühlung des Flammenansatzes oder der Randzone der Flamme führt, die mindestens in bestimmten Laststufen zur Verschlechterung des Ausbrandwertes und bei heizölgefeuerten Anlagen zum Austreten von unverbrannten Brennstoff führt. Durch die Strömungsverhältnisse im brennernahen Bereich wird eine Kühlung der feuerfesten Auskleidung nur wirksam, wenn relativ große Luftmengen in die Brennkammer geleitet werden und die radiale Erstreokung der Brennkammer im Verhältnis zum Durchmesser der Luftzuführung groß ist. Es ist auch bereits bekannt, die Brennkammerwände von außen zu kühlen. In der DE-AS 1 033 357 ist eine Brennkammer beschrie-

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ben, deren Verbrennungsraum von einer becherförmigen Wand aus feuerfesten Material umgeben ist. An einer Stirnseite der becherförmigen Brennkammer sind ein Luftkasten und eine Brennstoffzuführung angeordnet. Die Brennkammerwand ist von einem ringförmigen Kühlkanal umgeben, in den vom Luftkasten aus eine Zwischenwand ragt. Die Verbrennungsluft strömt an der Außenseite der Zwischenwand bis zum vorderen Ende des KUhlkanals und an deren Innenseite in den Luftkasten zurück und tritt durch eine koaxial zur Brennstoffzuführung angeordnete Luftzuführung in den Verbrennungsraum ein. Obwohl die gesamte Verbrennungsluft zur Kühlung der Brennkammerwandung herangezogen wird, ist sie an der gefährdeten inneren landoberfläche nur wenig wirksam.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Lebensdauer der Brennkammer, ohne den Wirkungsgrad der Verbrennung negativ zu beeinflussen und die Verringerung des Brennkammervolumens zur Einsparung von Material.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, mit relativ geringen Luftmengen eine ausreichende Kühlung der Brennkammerwände zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Abstand von dem Brenneraustritt, der etwa dem lichten Brennkaramerdurchmesser entspricht und dem Bereich des Übergangs zur Rezirkulationsströmung und zur dazu entgegengesetzten Rohrströmung der Rauchgase bildet, zwei in geringen axialen Abstand voneinander angeordnete Reihen von auf dem Umfang der Brennkammer verteilt angeordneten Lufteintrittsöffnungen angeordnet sind. Mit dor sich bei Brennkammern, deren lichter Durchmesser dem 2,5 bis 4fachen Durchmesser der Luftzuführung entspricht, an der Flammenaußenkontur bildenden äußeren Rückströmung der Flammen und Rauchgase strömt die Kühlluft entlang der Brennkammerwand, wird dabei aufgeheizt und vermischt sich mit den Rauchgasen, bis sie vom Freistrahl der Flamme ange-

saugt wird und an der Verbrennung teilnimmt. Im brennerfernen Teil der Brennkammer bildet sion zunehmend eine Rohrströmung der Flammen und Rauchgase aus, mit der Kühlluft, unterstützt durch den Viskositätsunterschied, als Kühlfilm entlang der Brennkammerwand strömt. Unter Ausnutzung der aerodynamischen Strömungen an der Flamme wird folglioh mit geringen Luftmengen eine sehr wirksame Kühlung der Brennkammerwand erreicht. In Weiterbildung der Erfindung ist die Brennkammer geometrisch in zwei den Bereichen der Rezirkulatlons- und der Rohrströmung entsprechende Abschnitte unterteilt. Die Strömung der Kühlluft in Wandnähe zum Brenneraustritt und in entgegengesetzter Richtung wird dadurch unterstützt. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Brennkammer den Strömungsbereiohen entsprechende zylindrische Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers auf, die in noch weiterer Ausbildung der Erfindung mit einer umlaufenden, in den Brennraum vorspringenden Stufe versehen ist, in der Lufteintrittsoffnungen angeordnet sind, die in Wandnähe abweohselnd in den Abschnitt kleineren und größeren Durchmessers und parallel zur Brennkammerwand münden. Schließlich ist eine zylindrische Brennkammer zweckmäßigerweise mittels einer umlaufenden in den Brennraum vorspringenden Stufe in zwei den Strömungsbereichen entsprechende Abschnitte unterteilt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine Brennkammer, Fig. 2: die Einzelheit "x^M in veränderter Ausführung,

Fig. 3: die Einzelheit ^Mx" für Brennkammern mit Abschnitten gleichen Durchmessers,

Fig. 4: die Einzelheit "x" für Brennkammern mit Abschnitten gleichen Durchmessers in veränderter Ausführung

An einer im wesentlichen aus einem Mantel 1 und einer feuer-

festen Auskleidung 2 bestehenden Brennkammer 3 ist stirnseitig ein Brenner 4 mit einer Brennerlanze 5 und einer Verbrennungsluftzuführung 6 angeordnet. Der Innenraum der Brennkammer 3 steht unter einem geringen Unterdruck, der von einem Saugzug erzeugt wird» Die Brennkammer 3 weist zwei zylindrische Abschnitte 8; 9 unterschiedlichen Durchmessers auf, die durch eine in den Brennraum vorspringende Stufe 10 voneinander getrennt sind. Der zylindrische Abschnitt 8 umfaßt den Bereich der Brennkammer 3, in de,m sich an der Flammenaußenkontur 11 in Brennernähe eine äußere Ruckströ'mung 12 von Flammen und Rauchgasen einstellt, während im brennerfernen zylindrischen Abschnitt 9 der Brennkammer 3 sich mit der Entfernung vom Brennermund zunehmend eine Rohrströmung einstellt. In der Stufe sind Öffnungen 13 angebracht, die in Wandnähe abwechselnd in den Brennkammerabschnitt'kleineren und größeren Durchmessers münden und deren Mündungen etwa parallel zur feuerfesten Auskleidung 2 und zur Brennkammerachse gerichtet sind. Die in den brennernahen Abschnitt 8 kleineren Durchmessers eintretende Kühlluft 14 strömt unter Ausnutzung der Rezirkulation der Rauchgase in Wandnähe entgegengesetzt zur HauptStrömungsrichtung der Flammen und Rauchgase und bildet einen die feuerfeste Auskleidung 2 schützenden Kühlluftschleier. Im brennerfernen Abschnitt 9 der Brennkammer 3 bildet sich eine Rohrströmung in der Hauptströmungsrichtung aus. Kühlluft 14 strömt in Richtung der Rohrströmung entlang der Brennkammerwand. Der große Unterschied in der kinematischen Zähigkeit der Rauchgase und der Kühlluft 14 verzögert deren Vermischung. Die feuerfeste Auskleidung 2 der Brennkammer 3 wird folglich mit relativ geringen Mengen von Kühlluft 14 gegen Überhitzung geschützt. In den Fig. 2 bis 4 sind unterschiedlich ausgebildete KühlluftZuführungen dargestellt. In Fig. 2 sind zwischen den zylindrischen Abschnitten 8; 9 unterschiedlichen Durchmessers Formsteine 15 angeordnet, die mit der Brennkammerwand Schlitze 16 für den Eintritt von Kühlluft bilden. Die Formsteine 15 weisen eine Kappe 17 zur Umlenkung der Kühlluft parallel zur Brennkammerwand auf. Nach Fig. 3 ist die Brennkammer 3 durch feuerfeste Steine 18, die mit der BrennkammerY?and Schlitze für den Kühllufteintritt bilden, in zwei Abschnitte 8; 9 gleichen Durchmessers unterteilt. Die Kühlluft wird von einem

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Lüfter 19 einem Luftkanal 20 zugeführt, der am Umfang der Brennkammer 3 angeordnet ist. Fig. 4 zeigt eine Kühlluftzuführung für eine Brennkammer 3 mit Abschnitten 8; 9 gleichen Durchmessers» Formsteine 21 "bilden mit der Brennkammer wand Schlitze 22 zur Kühlluftzufuhr und weisen Kappen 23 zur Umlenkung der Kühlluft auf.

Claims (5)

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   Erfindungsanspruch

   1. Thermisch hochbeanspruchte luftgekühlte rotationssymnietrisohe Brennkammer mit einem stirnseitig in der Symmetrieachse angeordneten Gas-, Heizöl- oder Kohlenstausbrenner und einer koaxial zur Brennstoffzuführung angeordneten Luftzuführung und einem lichten Durchmesser, der dem 2,5 bis 4fachen Durchmesser der Verbrennungsluftzuführung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abstand von dem Brenneraustritt, der etwa dem lichten Brennkammerdurchmesser entspricht und den Bereich des Übergangs der Rezirkulationsströmung und zur dazu entgegengestzten Rohrströmung der Rauchgase bildet, zwei in geringen axialen Abstand voneinander angeordnete Reihen von auf dem Umfang der Brennkammer (3) verteilt angeordneten Lufteintritts— öffnungen (13) angeordnet sind und die Luft mit den rezirkulierenden Rauchgasen und dazu entgegengesetzt mit der Rohrströmung der Rauchgase entlang der Brennkammerwand strömt.
2. 2. Brennkammer nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3) geometrisch in zwei den Bereichen der Rezirkulations- und der Rohrströmung entsprechende Abschnitte (8; 9) unterteilt ist.
3. 3. Brennkammer nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3) den Strömungsbereichen entsprechende zylindrische Abschnitte (8; 9) unterschiedlichen Durchmessers aufweist.
4. 4. Brennkammer nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Brennkammer (3) mittels einer umlaufenden, in den Brennraum vorspringenden Stufe (10) in zwei den Strömungsbereichen entsprechende Abschnitte (8; 9 unterteilt ist.
5. 5. Brennkammer nach Punkt 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (3) zwei zylindrische Abschnitte (8; 9) unterschiedlichen Durohmessers und eine umlaufende, in den Brennraum vorspringende, mit Lufteintrittsoffnungen (13) versehene Stufe (10) aufweist und die Lufteintrittsoffnungen (13) in Wandnähe in den Abschnitt (8; 9) kleineren und größeren Durchmessers und parallel zur Brennkammerwand münden·

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen