DD220383A1 - Brennkammer mit frischluftzumischung zur heissgaserzeugung - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF EINE BRENNKAMMER FUER DIE ERZEUGUNG HEISSER GASE EINER BESTIMMTEN, EINSTELLBAREN TEMPERATUR DURCH VERBRENNUNG EINES BRENNSTOFFES UND ANSCHLIESSENDER FRISCHLUFTZUMISCHUNG. DABEI IST ES DAS ZIEL DER ERFINDUNG, EINE BRENNKAMMER ZU SCHAFFEN, DIE UNABHAENGIG VON BRENNSTOFF UND BRENNERTYP IST. DABEI SOLL DER MANTEL DER VERBRENNUNGSKAMMER STETS ALLSEITIG SO GEKUEHLT SEIN, DASS AUF EINE FEUERFESTE AUSMAUERUNG ZU VERZICHTEN IST. WEITERHIN IST ES DAS ZIEL, BEI DER BRENNKAMMER EINEN HOHEN ENERGETISCHEN NUTZEFFEKT BEI GERINGEM EIGENENERGIEVERBRAUCH ZU ERREICHEN. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD DAS DADURCH ERREICHT, DASS DER TANGENTIALE FRISCHLUFTEINTRITT ZWISCHEN DEM GEHAEUSEBODEN UND DEM BODEN DER VERBRENNUNGSKAMMER ANGEORDNET UND DIE VERBRENNUNGSKAMMER AUSSEN MIT SPIRALFOERMIGEN STEGBLECHEN VERSEHEN IST. RAUCHGASSEITIG IST EIN ZYLINDRISCHER AUSTRITT ZUSAETZLICH VORGESEHEN, DURCH DEN RINGSPALTE ENTSTEHEN UEBER DIE DIE FRISCHLUFT IN 2 TEILMENGEN DEN VERBRENNUNGSGASEN ZUMISCHBAR IST. DIE ERFINDUNG IST ZUR ERZEUGUNG HEISSER GASE FUER PROZESSSABLAEUFE, FUER ARBEITS- UND FERTIGUNGSVERFAHREN EINSETZBAR.

Description

Titel der Erfindung

Brennkammer mit Fris'chluf teigmischung zur Heißgaserzeugung

Anwendungsgebiet '

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für die Erzeugung heißer Gase durch Verbrennung, vorzugsweise ohne wesentliche oxigene Restbestandteile,· mit einer bestimmten Temperatur. Die Anwendung der Erfindung ist in vielen Gebieten der Technik gegeben, in denen heiße Gase für Prozeßabläufe, für Arbeits- und Fertigungsverfahren o.a. benötigt werden, wie beispielsweise

- Beheizung

- Trocknungsverfahren

- Wirbelschichtverfahren . _;

- Aufbereitungsverfahren

- Zündung nachgeschalteter Brenner

- Wärmebehandlungsverfahren

Charakteristik bekannter technischer Lösungen

Es ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Hei3gasstromes bekannt, bei dem ein flüssiger Brennstoff

durch zweistufige Zumischung von Luft zerstäubt und anschließend verbrannt wird. In einem Bereich des" Flammenkegels wird dann kalte Frischluft mit oder ohne oxidierbare Bestandteile senkrecht zur Flammenachse zugemischt. Durchgeführt wird die Verbrennung in einer Brennkammer mit Doppelmantel ₉ wobei in den Doppelmantel tangential Frischluft mit kühlender Wirkung auf den Innenmantel eingeleitet wird* Der Doppelmantel ist dabei im wesentlichen auf den Bereich der Flamme begrenzt,-während sich der Innenmantel in einem geraden Luftführungsrohr fortsetzt. Die Einführung der Frischluft aus dem.Mäntelraum 'in den Bereich der Flamme erfolgt senkrecht zur Flam-, menachse durch eine oder mehrere Einführungsöffnungen, von denen aus rohrförmige Luftleiteinrichtungen oder Leitflächen in die Flamme ragen.

Diese Lösung hat aber eine Reihe von Nachteilen Einerseits ist trotz Anordnung eines gekühlten.Doppelmantels im Flammenbereich der Brennkamraerboden ungeschützt und ungekühlt gegen die Wärmeeinwirkung durch die Flamme ausgeführt* Andererseits wird die später zur Heißgasbildung der Flamme' zuzuleitende Frischluft zwar tangential in den Doppelmantel eingeleitet, aber die Kühlwirkung reicht vor allem bei der Erzeugung hoher Heißgastemperaturen und· der damit verbundenen geringen Frischluftzufuhr nicht zur Kühlung der ungeschützten Brennkanunerwand aus, denn vor allem die kleinen Sekundärluftmengen strömen Undefiniert und damit auch mit ungleichmäßiger Kühiwirkung zu den Einführungsöffnungen. Weiterhin tritt durch den verfahrensmäßig gewählten Austritt der frischen Sekundärluft in die Flammenspitze, um dort eine Nachverbrennung zu gewährleisten, ein hoher Druckverlust und damit ein erheblicher Energieverlust bzw. ein· hoher Eigenenergieverbrauch der Brennkammer auf. (DE-OS 28 08 874) Weiterhin ist eine Gasbrenneranordnung bekannt, deren Aufgabe die Erzeugung eines Heißgasstromes ist. Dabei ist ein Injektorbrenner in einer Brennkammer angeordnet, die an ihrem Austritt mit einer Brennerplatte versehen ist. Die Brenn-

kammer ist dabei in einem schachtförmigen Gehäuse angeordnet, wobei die Sekundärluft einerseits über die Injektorwirkung in die Brennkammer eingesaugt und andererseits im axialen Vorbeiströmeη zur Kühlung der Brennkammer benutzt wird, wobei vor allem über gesondert angeordnete Kühlrippen eine intensive Kühlung der Brennerplatte bewirkt werden soll.

Nachteilig bei dieser Gasbrenneranordnung ist es, daß der Betrieb auf die Verwendung eines ganz bestimmten Injektorbrenners und damit auf die Eigenschaften bestimmter zu verbrennender Gase eingeschränkt ist· Die Verwendung flüssiger Brennstoffe ist nicht möglich. Hinzu kommt, daß eine intensive Vermischung von Verbrennungsgasen mit dier Sekundärluft, die im Ringspalt um die Brennkammer strömt, erst durch Diffusion entlang des Strömungsweges nach der Brennerplatte erfolgt. Eine Beeinflussung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses und damit der Verbrennungstemperatur ist bei dieser Brenneranordnung nicht möglich, da die Verbrennungsluftmenge selbständig durch den Impuls' des Gasstrahles bestimmt wird. Das ist besonders nachteilig bei hohen erforderlichen Mischtemperaturen, d.h., bei geringer oder keiner Sekundärluftzumischung. Außerdem fällt dann die Kühlung der Brennerplatte durch die Kühlrippen aus und eine Flaramenberührung mit der Gehäusewand wird möglich. (DE-OS 31 13 416)

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Brennkammer'mit Prischluftzumischung zur Erzeugung von Heißgas für einen bestimmten Temperaturbereich zu schaffen, die unabhängig von der Art des Brennstoffes für jeden Brennertyp einsetzbar ist. Dabei soll bei der Temperatur des zu erzeugenden Heißgases der Mantel der Verbrennungskammer selbst stets allseitig so gekühlt sein, daß auf eine feuerfeste Auskleidung zu verzieh-

ten ist. Weiterhin ist es das Ziel der Erfindung, bei der Brennkammer einen hohen energetischen Nutzeffekt,bei geringern Eigenenergieverbrauch zu erreichen, in·dem Druckverluste, vor allem bei der Frischluftzuführung, klein zu halten sind. -

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer mit. Frischluftzumischung zur Erzeugung von Heißgas, vorzugsweise für einen Temperaturbereich von 200 bis 1000°C -temperatureinstellbar zu- schaffen, die unabhängig von der Menge der zuzumischenden Frischluft eine ausreichende Kühlung der Verbrennungskammer, auch an ihrer Bodenseite, gewährleistet. Außerdem soll die Frischluftzuführung und Weiterleitung innerhalb der Brennkammer so ausgeführt sein, daß eine druckverlustarme, intensive Zumischung zu den heißen Verbrennungsgasen der Verbrennungskammer erfolgen kann, um ein homogen vermischtes Heißgas am Brennkammeraustritt zu erhalten. .

Erfindungsgeinäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, da(i der tangentiale Frischlufteintritt zwischen dem Bod.en der Verbrennungskammer und dem Gehäuseboden ..angeordnet und die Verbrennungskammer außen mit einem oder mehreren spiralförmig angeordneten Stegblechen versehen ist. Am rauchgasseitigen Ende der Verbrennungskammer ist zwischen dem eingezogenen Konusende und dem zylindrischen Gehäuse konzentrisch ein zylindrischer Austritt derart mittels Blechrippen mit dem Konusende verbunden und mittels schräggestellter Drallbleche · gegen das zylindrische Gehäuse distanziert, und mittels Blechrippen mit dem Konusende verbunden, daß er sowohl einen Ringspalt mit dem Konusende wie auch mit dem zylindrischen Gehäuse bildet. Dabei ist die Schrägstellung der Drallbleche so ausgeführt, daß sie gleichsinnig mit der Spiralsteigung de"r Stegbleche ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:

Die Figur zeigt den Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Brennkammer. ·

Iii einem zylindrischen Gehäuse 3 ist eine zylindrische Verbrennungskammer 1 zentrisch angeordnet, so, daß zwischen beiden ein Ringraum 16 vorhanden ist. Zwischen dem Boden 6 der Verbrennungskammer 1 und dem Gehäuseboden 5 besteht ebenfalls ein Zwischenraum. An der Mitte des Bodens 6 ist eine Verbindungskanal 15, vorgesehen, mit dem die Verbrennungskammer 1 am Gehäuseboden 5 befestigt ist. In dem Verbindungskanal 15 mündet von aui3en der Brenner 2. Das Gehäuse 3 besitzt im Bereich des Zwischenraumes zwischen dem Boden 6 und dem Gehäuseboden 5 ein tangentiales Rohr als Frischlufteintritt 4. Auf der äußeren Oberfläche der Verbrennungskammer 1 sind spiralförmig Stegbleche 7 befestigt, so daß im Ringraum 16 ein definierter Strömungsweg für die zugeführte Frischluft entsteht. ^ ^: ...· Am rauchgasseitigen Ende ist die Verbrennungskammer 1 konisch eingezogen und bildet das Konusende 11* In gleicher Weise hat auch das zylindrische Gehäuse 3 eine konische Einziehung, so da/3 der axiale Abstand der Kammerwände etwa konstand bleibt, wobei sich der Konus des Gehäuses 3 in einem zylindrischen Auslaß 17 fortsetzt, an den sich eine Heißgasleitung anschließt. Das Konusende 11 mündet in einem zylindrischen Austritt 13, , dessen Durchmesser größer ist als der kleinste Durchmesser des Konusendes 11.

Der zylindrische Austritt 13 ist mittels schräg gestellter Drallbleche 8 im zylindrischen Auslaß 17 distanziert und mittels Blechrippen 18 am Konusende 11 befestigt. Dabei ist die Schrägstellung der Drallbleche 8 gleichsinnig mit der Spiralsteigung der Stegbleche 7 auf der Oberfläche der Verbrennungs™

kammer 1. Durch die Anordnung des zylindrischen Austrittes 13 zwischen dem Konusende 11 und dem zylindrischen Auslaß 1? werden die Ringspalte 9 und 10 gebildet. Der Ringspalt 9 wird durch den zylindrischen Auslaß 17 und den zylindrischen Austritt 13 begrenzt, während der Ringspalt 10 zwischen dem Konusende 11 und dem zylindrischen Austritt 13 liegt. Die Funk'tion der erfindungsgeraaßen Brennkammer ist folgende: Dem Brenner 2 werden mit Überdruck Brennstoff (Heizgas oder Heizöl) und Verbrennungsluft zugeführt und der Brennstoff entzündet. Gleichzeitig wird durch den Frischlufteintritt' 4 Frischluft mit geregeltem Überdruck zur Teraperaturabstimrnung für das zu erzeugende Heiagas 14 tangential dem zylindrischen Gehäuse 3 zugeführt.

Infolge der in der Verbrennungskammer 1 ablaufenden Verbrennung tritt aus dieser heiiSes, ausgebranntes Rauchgas 12 am Konusende 11 aus, dessen Temperatur vom Brennstoff und der eingestellten Primärluftmenge am Brenner 2 abhängig ist. Die am Frischlufteintritt 4 eintretende Frischluft bewegt sich tangential zwischen dem Gehäuseboden 5 und dem Boden 6 der Verbrennungskammer 1 und strömt'anschließend in den Ringraum 16 zwischen Verbrennungskaminer 1 und zylindrischem Gehäuse 3· Hier erhält die ursprünglich tangentiale Bewegung der Frischluft eine spiralförmige Richtung' durch die auf der Verbrennungskammer 1 angeordneten Stegbleche 7· Die Drallbleche 8 im Ringspalt 9 zwischen dem zylindrischen Austritt 13 und dem zylindrischen Auslaß 17 bewirken eine Fortsetzung und Verstärkung der spiralförmigen Frischluftströmung, so daß dann eine intensive Vermischung von Rauchgas 12 und dem Hauptteil der Frischluft zur Herstellung des Heißgases 14 mit der vorgesehenen Temperatur erfolgt.

Die Vermischung von Rauchgas 12 und Frischluft wird dadurch noch weiter verstärkt, daß ein geringer Teil der Frischluft durch den Ringspalt 10 zwischen dem Konusende 11 der Ver·^ brennungskammer 1 und dem umgebenden zylindrischen Austritt 13 hindurch direkt in den Strom des Rauchgases 12 einfließt.

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Die tangentiale und spiralförmige Bewegung der Frischluft um die Verbrennungskammer 1 sichert die Kühlung derselben ~ auch bei kleinen Frischluftmengen - und bewirkt die Vorwärmung der eingetretenen Frischluft.

Die Einleitung, Durchführung und Überwachung der Verbrennung des Brennstoffes innerhalb der Verbrennungskammer 1 erfolgt nach den bekannten Regeln der Feuerungstechnik. Die Einstellung der Verbrennungstemperatur wird durch die Regelung der Verbrennungsluftuaenge, die des zu erzeugenden Heißgases 14 durch die Zumischung der erforderlichen Frischluftmenge über den Frischlufteintritt 4 in Abhängigkeit von der gemessenen Heiagastemperatur in der ans.chliei3enden Heii3gasleitung vorgenommen. ' ''·." ....

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch .

   Brennkammer mit Frischluftzuinischung zur Erzeugung eines Heißgases, bei der eine mit einem Brenner versehene zylindrische Verbrennungskammer mit einem sie konzentrisch umgebenden zylindrischen Gehäuse einen Ringraum bildet, in den die den hei3en Verbrennungsgasen zuzumischende Frischluft tangential einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dai3 der tangentiale Frischlufteintritt (4) zwischen dem Boden (6) der Verbrennungskammer (1) und dem Gehäuseboden (5) angeordnet und die Verbrennungskammer (1) außen mit einem oder mehreren spiralförmig angeordneten Stegblechen (?) versehen ist, die Verbrennungskammer O) rauchgasseitig ein an sich bekanntes eingezogenes Konusende (11) aufweist und zwischen dem Konusende (11) und dem zylindrischen Gehäuse (3) konzentrisch ein /zylindrischer Austritt (13) derart mittels schräggestellter Drallbleche (8) gegen das "zylindrische Gehäuse (3) distanziert und mittels Blechrippen (18) mit dem .Konusende (11) verbunden ist, daß er einerseits einen Ringspalt (10) mit dem Konusende (11) und andererseits einen weiteren Ringspalt (9) mit dem zylindrischen Gehäuse (3) bildet, wobei die Schrägstel-Lung dep Drallbleche (8) gleichsinnig mit der Spiralsteigung der Stegbleche (7) ist. -~

   - Hierzu gehört 1 Blatt Zeichnung -