DD268505A1

DD268505A1 - DEVICE FOR STABILIZING THE FLAMES OF GAS BURNERS

Info

Publication number: DD268505A1
Application number: DD31238188A
Authority: DD
Inventors: Gerd Boettger; Barbara Flade; Wulf Kuehne; Christian Oehme; Wolfgang Richert; Michael Seddig; Klaus-Peter Specht; Alfons Weber
Original assignee: Freiberg Brennstoffinst
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1989-05-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Stabilisierung der Flammen von Gasbrennern mit drallstabilisierter Flachflamme. Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Flammenstabilitaet, besonders bei Verbrennung von methanhaltigen Heizgasen mit hohem Inertgasanteil. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stabilisierung ohne Eingriffe in die Brennerkonstruktion zu erreichen. Erfindungsgemaess ist am Ausgang des Mischdteiles ein Stauring angeordnet, dessen Einschnuerung 40-50% des Stroemungsquerschnitts betraegt. Der Stauring befindet sich in der Ebene des Schnittpunktes der Schenkel des Diffusoroeffnungswinkels. FigurThe invention relates to a device for stabilizing the flames of gas burners with spin-stabilized flat flame. The aim of the invention is to increase the flame stability, especially when burning methane-containing hot gases with a high inert gas content. The invention has for its object to achieve stabilization without interference with the burner design. According to the invention, a storage ring is arranged at the outlet of the mixing part, the constriction of which amounts to 40-50% of the flow cross section. The storage ring is located in the plane of the intersection of the legs of the Diffusoroeffnungswinkels. figure

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Stabilisierung der Flammen von Gasbrennern mit drallstabilisierter Flachflamme, Diese Gasbrenner werden zur Verbrennung von Heizgasen mit unterschied'ir¹- c > Heizwerten bei Wärm-, Wärmebehandlungs-, Schmelz- und Brennprozessen vor allem in der Metallurgie, der keramischen Industrie und der metallver- und -bearbeitenden Industrie eingesetzt.The invention relates to a device for stabilizing the flame of gas burners with swirl-stabilized flat flame These gas burners for the combustion of fuel gases with unterschied'ir ¹ - c> calorific values at Wärm-, heat treatment, melting and combustion processes, especially in metallurgy, ceramic Industry and the metalworking and processing industry.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Ein stabiler Verbrennungsablauf vnn radial sich erweiternden und offen rezirkulierer.den Flachflammen kann durch folgende technische Lösungen erreicht v/erden:A stable combustion process of radially expanding and open recirculating flat flames can be achieved by the following technical solutions:

— Teilweise oder vollständige Vormischung von Brenngas und Verbrennungsluft;- partial or complete premixing of fuel gas and combustion air;

— Intensivierung der Vermischung von Brenngas und Verbrennungsluft durch geeignete Drallerzeuger;- Intensification of the mixing of fuel gas and combustion air by suitable swirl generator;

— Verwendung von flexiblen Drallerzeugern;- Use of flexible swirl generators;

Brenner mit teilweiser oder vollständiger Vormischung haben den Nachteil einer kostenintensiven Regelungs- und Sicherungstechnik und neigen zum Rückschlagen der Flamme. Außerdem weisen sie brenngas- und luftseitig hohe Druckverluste auf. Als Beispiel für ungenügende Flammenstabilität bei Einsatz von Brenngas mit höherem Methangehalt sei eine technische Lösung nach DD-WP 69659 genannt. Die Verbrennungsluft wird über einen trichterartig erweiterten Drallerzeuger mit tangential angeordneten Bohrungen in mindestens drei Umfangsebenen verdrallt. Das Brenngas tritt in verschiedenen Ebenen in axialer Richtung in den Mischbereich ein. Die Mischung erfolgt in dem zylindrischen Teil des Brennersteines, an den sich eine diffusorartige Erweiterung anschließt. Durch die niedrigen Zündgeschwindigkeiten von Brenngasen mit höheren Methangehalten (Heizwert etwa 35MJ/m³i._NJ zeigt diese technische Lösung vor allem im Kaltstart eine ungenügende Brennstabilität.Burners with partial or complete premix have the disadvantage of costly control and safety technology and tend to flash back the flame. In addition, they have fuel gas and air side high pressure losses. As an example of insufficient flame stability when using fuel gas with a higher methane content, a technical solution according to DD-WP 69659 may be mentioned. The combustion air is twisted over a funnel-like expanded swirl generator with tangentially arranged holes in at least three circumferential planes. The fuel gas enters the mixing area at different levels in the axial direction. The mixture takes place in the cylindrical part of the burner block, followed by a diffuser-like extension. The low Zündgeschwindigkeiten of fuel gases with higher methane content (calorific value about 35MJ / m ^3. _N Y this technical solution is insufficient combustion stability particularly in cold start.

Eine weitere technische Lösung (DD-WP 210412) baut diesen Nachteil durch einen flexiblen Drallerzeuger weitgehend ab. Die Mischung erfolgt in einer turbulenten Randströmung im zylindrischen Teil des Brennersteines und die Ausbildung der Flamme ;-ί diffusorartig erweiterten Brennerstein. Bei diesem System treten aber Stabilitätsprobleme auf, wenn Brenngase mit vermindertem Methangehalt und erhöhtem Inertgasanteil eingesetzt werden (Heizwert kleiner als 13MJ/m³i.N.). Durch diese Stabilitätsprobleme, vor allem beim Kaltstart der Brenner, ist der Einsatz einer in der Brennerachse zentral angeordneten Zündung und Überwachung nicht mögl'chAnother technical solution (DD-WP 210412) largely removes this disadvantage by means of a flexible swirl generator. The mixture takes place in a turbulent edge flow in the cylindrical part of the burner stone and the formation of the flame, -ί diffuser-like extended burner stone. In this system, however, stability problems occur when fuel gases are used with reduced methane content and increased inert gas (calorific value less than 13MJ / m ³ iN). Due to these stability problems, especially during the cold start of the burners, the use of a centrally located in the burner axis ignition and monitoring is not mögl'ch

Die bekannten technischen Lösungen beinhalten in ihrer Gesamtheit folgende Nachteile: The known technical solutions as a whole contain the following disadvantages:

— Ungenügendes Stabilitätsverhalten beim Einsatz von Brenngasen mit höheren Methangehalten beziehungsweise mit niedrigen Methangehalten und mit einem hohen Inertgasanlail, vor allem bei Ofenraumtemperaturen unter 800⁰C.- Insufficient stability behavior when using fuel gases with higher methane contents or with low methane contents and with a high inert gas content, especially at furnace chamber temperatures below 800 ^° C.

— Verringerung des Arbeitsbereiches von Flachflammenbrennern beim Einsatz solcher Brenngase.- Reduction of the working range of flat flame burners when using such fuel gases.

— Nicht ausreichende Stabilitätsbedingungen für den Einsatz von Zünd- und Überwachungseinrichtungen, die in der Brennerachse zentral angeordnet sind.- Insufficient stability conditions for the use of ignition and monitoring devices, which are centrally located in the burner axis.

— Erhöhung der Kosten durch zusätzliche regel- und sicherheitstechnische Maßnahmen bei einer Nutzung von Lösungsmöglichkeiten über die Vormischung von Brenngas und Verbrennungsluft.- Increasing costs through additional regulatory and safety measures in the use of possible solutions on the premix of fuel gas and combustion air.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Flammenstabilität von radial sich erweiternden Flachflammen, besonders bei der Verbrennung von methanhaltigen Heizgasen mit hohem Inertgasanteil.The aim of the invention is to increase the flame stability of radially expanding flat flame, especially in the combustion of methane-containing hot gases with a high inert gas.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stabilisierung des Brennverhaltens von Brennern mit radial sich erweiternder Flachflamme ohne Eingriffe in die Brennerkonstruktion oder die Brennersteingeometrie zu erreichen. Die Erfindung geht von einem Brenner aus, bei dem um ein zentrales Rohr konzentrisch von innen nach außen ein Gaszuführungsrohr mit einem Gasdrallring an der Rohrmündung und ein Luftzuführungsrohr mit einem Mischteil angeordnet sind und sich in Richtung der Flammenausbildung ein Brennerstein mit diffusorartiger Erweiterung des Brennkanals befindet. Charakteristik dieser Brenner ist die Ausbildung einer sich radial erweiternden und offen rezirkulierenden Flachiiamme.The invention has for its object to achieve a stabilization of the combustion behavior of burners with radially expanding flat flame without interfering with the burner design or the Brennersteingeometrie. The invention is based on a burner in which a gas supply tube with a Gasdrallring at the pipe mouth and an air supply pipe with a mixing part are arranged around a central pipe concentrically from inside to outside and in the direction of flame formation is a burner brick with diffuser-like extension of the fuel channel. Characteristic of these burners is the formation of a radially expanding and open recirculating flat plate.

Erfindungsgemäß wird im Austritt des Mischteiles des Brenners ein Stauring angeordnet, der in Strömungsrichtung zunächst einen Stau in der stark turbulenten Randströmung erzeugt und anschließend durch seine sprunghafte Querschnittserweitorung eine ebensolche Geschwiridigkeitsreduzierung bewirkt.According to the invention, a storage ring is arranged in the outlet of the mixing part of the burner, which initially generates a congestion in the strongly turbulent edge flow in the direction of flow and then causes a similar reduction in the degree of turbulence due to its sudden cross-sectional expansion.

Nach der Erfindung befindet sich der Stauring im Schnittpunkt der Schenkel des Diffusoröffnung^r winkeis, wobei die zulässige Abweichung des Abstandas des Stauringes von der Brennerstcinaustrittsebene ±10% des Normabstandes H beträgt.According to the invention, the storage ring is at the intersection of the legs of the diffuser opening ^r winkeis, wherein the permissible deviation of the Abstandas the accumulation ring of the Brennerstcinaustrittsebene is ± 10% of the standard distance H.

Es wurde weiter gefunden, daß die Querschnittseinschnürung durch den Stauring 40-50% des Strömungsquerschnittes betragen muß.It has also been found that the cross-sectional constriction through the jam must be 40-50% of the flow area.

Vorteile der Erfindung sind:Advantages of the invention are:

— Stabiles Brennverhalten des Brenners auch bei Ofenraumtemperaturen unter BOOT (Kaltstart) und dem Einsatz von Brenngasen mil höheren Methangehalten beziehungsweise niedrigeren Methangehalten und hohem Inertgasanteil.- Stable combustion behavior of the burner even at furnace chamber temperatures below BOOT (cold start) and the use of fuel gases with higher methane contents or lower methane content and high inert gas.

— Ausreichendes Stabilitätsverhalten des Brenners für den Einsatz von axial angeordneten Zünd- und Überwachungseinrichtungen.- Sufficient stability behavior of the burner for the use of axially arranged ignition and monitoring devices.

— Erweiterung des Arbeitsbereiches von Flachflammenbrennern bei Einsatz solcher Brenngase.- Extension of the working range of flat flame burners when using such fuel gases.

— Kostengünst^:ger gegenüber Gasbrennern mit Vormischung von Brenngas und Verbrennungsluft.- Cost effective ^: compared to gas burners with premix of fuel gas and combustion air.

— Der zusätzliche Druckbsdarf durch den Stauring für Brenngase und Verbrennungsluft ist vernachlässigbar.- The additional Druckbsdarf through the storage ring for fuel gases and combustion air is negligible.

AluführungsbeispielAluführungsbeispiel

Die Erfindur.i soll anhand eines Ausführungsbeispieles mit Hilfe der zugehörigen Figur erläutert werden Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt eines Flachflammenbrenners mit dar Anordnung das Stauringes.The Erfindur.i will be explained with reference to an embodiment with the aid of the accompanying figure The drawing shows a section of a flat flame burner with dar arrangement the jam ring.

Das Brenngas wird dem Flachflammenbrenner über das Gaszuführungsrohr 1 zugeführt. Im Gasdrallring 2 wird das Brenngas in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt, verdrallt und anschließend dem Mischraum 3 zugeführt. ÜLar'iasLmtzufuhrungsrohr 4 gelangt die Verbrennungsluft zum Mischteil 5. Die Verbrennungsluft erhält hier die erforderliche Dral strömung für die Ausbildung der Flachflamme.The fuel gas is supplied to the flat flame burner via the gas supply pipe 1. In Gasdrallring 2, the fuel gas is divided into several sub-beams, twisted and then fed to the mixing chamber 3. ÜLar'iasLmtzufuhrungsrohr 4 passes the combustion air to the mixing part 5. The combustion air receives here the required Dral flow for the formation of the flat flame.

Brenngas und Verbrennungsluft werden im Mischraum 3 intensiv vermischt und in eine rotierende Bewegung versetzt. Diese Rotationsbewegung setzt sich im zylindrischen Teil des Verbrennungskanales 6 im Brennerstein 7 fort und führt schließlich zum Ausströmen der entstehenden Verbrennungsprodukte über den erweiterten Innenraum des Brennersteines (diffusorartig erweitert). Nach dem Mischtoil 5 erfolgt erfindungsgemäß durch den Stauring 8 eine sprunghafte Druck- und Geschwindigkeitsabsenkung, so daß sich hinter dem Stauring 8 eine lokal begrenzte turbulente Strömung ausbildet, deien Geschwindigkeit im Bereich der Zündgeschwindigkeit des Brenngases liegt.Fuel gas and combustion air are mixed intensively in the mixing chamber 3 and placed in a rotating motion. This rotational movement continues in the cylindrical part of the combustion channel 6 in the burner block 7 and finally leads to the outflow of the resulting combustion products over the extended interior of the burner block (diffuser-like extended). After Mischtoil 5 is carried out according to the invention by the storage ring 8 a sudden pressure and speed reduction, so that forms a locally limited turbulent flow behind the storage ring 8, its speed is in the range of ignition speed of the fuel gas.

Im Beispiel wird durch den Stauring eine Einschnürung des Strömungsquerschnittes von 44% erreicht.In the example, a constriction of the flow cross section of 44% is achieved by the storage ring.

Der Stauring 8 befindet sich iim Ausgang des Mischteiles 5, wobei de Elemente so gestaltet sind, daß der Abstand H des Stauringes 8 von der Brennersteinaustrittsebene dem Normabstand entspricht, das heißt, der Stauring 8 befindet sich auf der Ebene des Schnittpunktes der Schenkel des Diffusoröffnungswinkels.The storage ring 8 is located in the outlet of the mixing part 5, wherein the elements are designed such that the distance H of the storage ring 8 from the burner stone exit plane corresponds to the standard distance, that is, the storage ring 8 is located at the intersection of the legs of the diffuser opening angle.

Claims

Device for stabilizing the flames of gas burners with concentrically arranged gas and air supply pipes and mixing part and diffuser-like extension of the B, «annersteins to form an open recirculating, radially expanding flat flame, characterized in that in the flow direction at the outlet of the mixing part at the intersection of the legs of the diffuser opening angle is a jam, wherein the allowable deviation of the distance of the jam ring of the burner stone exit level is ± 10% of the standard distance H and the constriction of the flow cross-section in the range of 40-50% is realized.

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