DE10005256B4

DE10005256B4 - Brenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe

Info

Publication number: DE10005256B4
Application number: DE10005256A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Liere-Netheler
Original assignee: Elster GmbH
Current assignee: Elster GmbH
Priority date: 2000-02-05
Filing date: 2000-02-05
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2020-02-06
Also published as: DE10005256A1

Abstract

Brenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe mit
– einem Gehäuse (1),
– einer im Gehäuse (1) angeordneten Brennstoffdüse (3), die mindestens eine Brennstofföffnung (12) aufweist,
– einer der Brennstoffdüse (3) zugeordneten Luftscheibe (4) mit einer Vielzahl von Öffnungen (5),
wobei die Brennstofföffnung (12) über mindestens eine im Gehäuse (1) angeordnete Brennstoffzuführung (2) an eine Brennstoffleitung (15) angeschlossen ist und wobei das Gehäuse (1) stromauf der Luftscheibe (4) einen Luftkanal (6) bildet, der an eine Luftleitung (7) angeschlossen ist,
wobei die Brennstoffdüse (3) aus einem ersten Düsenteil (8) und einem zweiten axial verschiebaren Düsenteil (9) besteht,
wobei die Düsenteile (8, 9) mittelts eines Federelement (10, 19) entlang einer Trennlinie (11) gegeneinander verspannt sind,
wobei die Düsenteile (8, 9) im Bereich der Trennebene (11) mindestens eine zweite Brennstofföffnung (20) bilden und wobei alle Brennstofföffnungen an eine gemeinsame Brennstoffzuführung (2) angeschlossen sind,
wobei der zweite...

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffem mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Brennstoffdüse, die mindestens eine Brennstofföffnung aufweist, einer der Brennstoffdüse zugeordneten Luftscheibe mit einer Vielzahl von Öffnungen, wobei die Brennstofföffnungen über mindestens eine im Gehäuse angeordnete Brennstoffzuführung an eine Brennstoffleitung angeschlossen ist und wobei das Gehäuse stromauf der Luftscheibe einen Luftkanal bildet, der an eine Luftleitung angeschlossen ist.
Aus der EP 0657693 A2 ist ein Brenner für gasförmige Brennstoffe, bei dem eine Gasdüse vor einem Injektor angeordnet ist. Es handelt sich um einen atmosphärischen Gasbenner, bei dem das Gas beim Eintritt in den Injektor Luft aus der Umgebung ansaugt. Mittels der Gasdüse wird im Injektor ein Brennstoff-/Verbrennungsluftgemisch erzeugt. Eine Verbrennung findet an der Gasdüse nicht statt. Die Gasdüse ist mit Nebendüsenbohrungen und einer Hauptdüsenbohrung versehen. Die Hauptdüsenbohrung befindet sich in einem ortsfesten Düsenteil. Der Hauptdüsenbohrung ist ein axial bewegliches Verschlusselement zugeordnet, mit dem die Hauptdüsenbohrung verschließbar ist. Das Verschlusselement wird mittels eines Elektromagneten in die Schließstellung gebracht. Zwischen dem axial beweglichen Verschlusselement und dem ortsfesten Düsenteil mit der Hauptdüsenbohrung befindet sich ein Federelement, welches das Verschlusselement in einer Öffnungsstellung hält. Bei einer Leistungsverminderung wird das bewegliche Verschlusselement mittels eines Elektromagneten in eine Schließstellung gebracht, wobei der Gasdruck konstant gehalten wird.
Die JP 08247417 A zeigt einen Brenner für flüssige Brennstoffe bei dem eine Brennstoffdüse an eine Brennstoffleitung angeschlossen ist. Vor der Brennstoff düse befindet sich Im Strömungsweg des Brennstoffes ein plattenförmiger Zerstäubungskörper. Dieser ist an der Brennstoffdüse mittels eines federartigen Befestigungselements befestigt. Das federartige Befestigungselement dient ausschließlich zu Befestigungszwecken.
In Feuerungsanlagen für industrielle Zwecke werden oftmals Brenner mit einem sehr großen Regelbereich benötigt, die auch bei sehr geringer Belastung nachstöchiometrisch und CO-arm arbeiten müssen.
Für derartige Zwecke sind aus der Praxis Brenner bekannt, die mindestens eine Grundlast-Brennstofföffnung und mindestens eine Hauptgas-Brennstofföffnung aufweisen. Die Grundlast-Brennstofföffnung und die Hauptlast-Brennstofföffnung sind jeweils über separate Brennstoffzuführungen an die Gasleitung angeschlossen. Neben den separaten Gasanschlüssen wird zusätzlich ein Gassicherheitsventil benötigt.
Der konstruktive Aufwand ist daher insgesamt relativ hoch.
Weiterhin kommt es beim Einsatz derartiger Brenner in Hochtemperaturanlagen zu starken thermischen Belastungen, auch bedingt durch Temperaturwechsel. Besonders stark belastet wird der Bereich der Luftscheibe und der Gasdüse. Die thermischen Belastungen führen zu Verbrennungsschäden und zu starken inneren Spannungen, die mechanische Zerstörung zur Folge haben können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art mit hoher Standzeit zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut und universell einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch gelöst durch einen: Brenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe mit

– einem Gehäuse,
– einer im Gehäuse angeordneten Brennstoffdüse, die mindestens eine Brennstofföffnung aufweist,
– einer der Brennstoffdüse zugeordneten Luftscheibe mit einer Vielzahl von Öffnungen,

Die beiden Düsenteile werden über ein Federelement, das ein beliebiges dynamisches Element sein kann, gegeneinander geprellt, so daß eine Abdichtung ohne mechanische Verbindung erfolgt. Die inneren Spannungen aufgrund von thermischen Belastungen werden durch Verschiebungen in der Trennebene eliminiert.
Diese Ausführungsform des Brenners ist konstruktiv relativ einfach und weist einen großen Regelbereich auf. Die ersten Brennstofföffnungen sind so dimensioniert, daß ein Grundlast-Brennstoffvolumenstrom ausströmen kann. Die Verbrennung erfolgt nahstöchiometrisch und CO-arm. Bei Grundlast ist die zweite Brennstofföffnung verschlossen. Wenn der Wärmebedarf steigt, öffnet sich die zweite Brennstofföffnung, wobei deren Durchtrittsquerschnitt in Abhängigkeit von der Belastung verändert wird.
Die Trennebene verläuft vorzugsweise in einem Winkel, der in Strömungsrichtung divergiert.
Vorteilhafterweise weisen die Düsenteile im Bereich der Trennebene Dichtflächen auf. Diese können beispielsweise als Paßflächen ausgebildet sein. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Mehrzahl von ersten Brennstofföffnungen am Umfang eines Düsenteils ausgebildet. Die Brennstofföffnungen verlaufen radial oder in einem Winkel zur Brennerachse.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bildet der zweite Düsenteil wenigstens einen Teil der Stirnwand der Brennstoffdüse. Der zweite Düsenteil fungiert als stirnseitiger Verschluß der Gasdüse. Da der zweite Düsenteil relativ klein ausgebildet werden kann, ist es möglich, diesen aus einem hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise Keramik, auszubilden und somit Schäden an der Brennerdüse durch Verbrennung zu verhindern.
Der Brenner nach der Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Düsenteil mit dem Federelement verbunden ist, dessen stromauf gelegenes Ende mit einem gehäusefesten Halteelement verbunden ist.
Eine andere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Düsenteil mit einer Spindel verbunden, die in mindestens einem ortsfesten Stützelement geführt wird und daß die Spindel an ihrem stromauf gelegenen Ende ein Halteelement aufweist, wobei sich das Federelement einerseits an dem Halteelement und andererseits an dem Stützelement abstützt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Brenners im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in
1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners;
2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform.
Bei dem in 1 dargestellten Brenner handelt es sich um einen Gasbrenner, der besonders für Hochtemperaturanlagen geeignet ist. In einem Gehäuse 1 ist konzentrisch eine Brennstoffzuführung 2 angeordnet, die in einer Brennstoffdüse 3 mündet. Der Brennstoffdüse ist eine Luftscheibe 4 zugeordnet, die eine Vielzahl von Öffnungen 5 aufweist. Das Gehäuse 1 bildet stromauf der Luftscheibe 4 einen Luftkanal 6, der an einer Luftleitung 7 angeschlossen ist.
Die Gasführung 2 ist auf nicht dargestellte an sich bekannte Weise an eine Gasleitung angeschlossen.
Die Brennstoffdüse 3 besteht aus einem ersten Düsenteil 8 und einem zweiten Düsenteil 9, wobei die Düsenteile mittels eines Federelementes 10 entlang einer Trennebene 11 gegeneinander verspannt sind. Die Trennebene 11 verläuft in einem Winkel, der in Strömungsrichtung divergiert. Der zweite Düsenteil 9, der aus Keramik besteht, bildet verschlußartig die Stirnwand der Brennstoffdüse 3. Der Brennstoff strömt durch erste Brennstofföffnungen 12, die mit Abstand zueinander radial am Umfang des ersten Düsenteiles 8 angeordnet sind.
Durch das Federelement 10 erfolgt eine Abdichtung der Düsenteile 8, 9, ohne daß eine mechanische Verbindung erforderlich ist. Die üblicherweise auftre tenden inneren Spannungen durch extreme thermische Belastungen werden durch Verschiebungen innerhalb der Trennebene 11 abgebaut.
Die äußere Gestaltung des zweiten Düsenteils 9 kann jede beliebige geometrische Form annehmen, um beispielsweise Querschnittsveränderungen in der Brennkammer zu realisieren. Der zweite Düsenteil 9 kann auch aus mehreren Einzelteilen bestehen, die allerdings fest miteinander verbunden sein müssen.
Das Federelement 10 ist mit seinem stromauf gelegenen Ende mit einem gehäusefesten Halteelement 13 verbunden. Das Halteelement 13 befindet sich im kalten Teil des Brenners und ist somit vor Zerstörungen geschützt.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Brenners handelt es sich um einen Gasbrenner für industrielle Zwecke, die einen Brenner mit einem großen Regelbereich erfordern.
In dem Gehäuse 1 ist konzentrisch die Brennstoffzuführung 2 angeordnet, die in die Brennstoffdüse 3 mündet. Der Brennstoffdüse 3 ist die Luftscheibe 4 zugeordnet, die eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Das Gehäuse 1 bildet stromauf der Luftscheibe den Luftkanal 6, der an eine Luftleitung 7 angeschlossen ist.
Die Brennstoffzuführung 2 ist über ein Regelventil 14 an eine Gasleitung 15 angeschlossen.
Die Brennstoffdüse 3 besteht aus dem ersten Düsenteil 8 und dem zweiten Düsenteil 9. Der zweite Düsenteil 9 ist mit einer Spindel 16 verbunden, die in zwei Stützelementen 17 axialverschieblich geführt wird. An ihrem stromauf gelegenen Ende ist die Spindel mit einem Halteelement 18 in Form eines Stiftes versehen. Eine Feder 19 stützt sich einerseits auf dem Halteelement 18 der Spindel 16 und andererseits an dem Stützelement 17 ab. Auf diese Weise werden die beiden Düsenteile 8, 9 entlang der Trennebene 11 gasdicht gegeneinander verspannt.
Der zweite Düsenteil 9, der aus hochtemperaturbeständigem Stahl besteht, weist eine Mehrzahl von ersten Brennstofföffnungen 12 mit relativ geringem Durchtrittsquerschnitt auf. Es handelt sich um Grundlast-Brennstofföffnungen, die radial am Umfang des beweglichen zweiten Düsenteils 9 mit Abstand zueinander verteilt sind.
Zwischen den beiden Düsenteilen 8, 9 wird in der Trennebene 11 eine zweite Brennstofföffnung 20 in Form eines Spaltes ausgebildet. Der Spalt verläuft in Strömungsrichtung des Brennstoffes (in der Brennstoffzuführung) in einem nach außen gerichteten Winkel.
Bei Grundlast verspannt die Feder 19 den beweglichen Düsenteil 9 gegen den festen Düsenteil 8, weil die Federkraft größer ist als die Wirkung des Gasdruckes auf den zweiten Düsenteil 9. Dementsprechend ist die zweite Brennstofföffnung 20 verschlossen.
Wenn der Wärmebedarf steigt, wird das Brennstoffventil 14 in der Brennstoffleitung 15 weiter geöffnet und der Gasvolumenstrom bzw. die Belastung steigt entsprechend an. Der steigende Gasdruck treibt den beweglichen zweiten Düsenteil 9 vom ortsfesten ersten Düsenteil 8 weg, so daß die zweite Brennstofföffnung 20 geöffnet wird. Die Veränderung des Durchtrittsquerschnittes der zweiten Brennstofföffnung erfolgt belastungsabhängig.
Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gegeben: Die zweite Brennstofföffnung kann derart gestaltet sein, daß der Brennstoff strahlenförmig ausströmt. Weiterhin kann als Federelement jedes geeignete elastische Element verwendet werden. Die ersten Brennstofföffnungen können auch in der Stirnfläche des zweiten Düsenteils verlaufen. Schließlich kann die Trennebene teilweise zylindrisch verlaufen.

Claims

Brenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe mit – einem Gehäuse (1), – einer im Gehäuse (1) angeordneten Brennstoffdüse (3), die mindestens eine Brennstofföffnung (12) aufweist, – einer der Brennstoffdüse (3) zugeordneten Luftscheibe (4) mit einer Vielzahl von Öffnungen (5), wobei die Brennstofföffnung (12) über mindestens eine im Gehäuse (1) angeordnete Brennstoffzuführung (2) an eine Brennstoffleitung (15) angeschlossen ist und wobei das Gehäuse (1) stromauf der Luftscheibe (4) einen Luftkanal (6) bildet, der an eine Luftleitung (7) angeschlossen ist, wobei die Brennstoffdüse (3) aus einem ersten Düsenteil (8) und einem zweiten axial verschiebaren Düsenteil (9) besteht, wobei die Düsenteile (8, 9) mittelts eines Federelement (10, 19) entlang einer Trennlinie (11) gegeneinander verspannt sind, wobei die Düsenteile (8, 9) im Bereich der Trennebene (11) mindestens eine zweite Brennstofföffnung (20) bilden und wobei alle Brennstofföffnungen an eine gemeinsame Brennstoffzuführung (2) angeschlossen sind, wobei der zweite Düsenteil (9) in Abhängigkeit vom Druck des Brennstoffes verschiebbar ist und wobei der Druck auf den zweiten bewegliche Düsenteil (9) derart einwirkt, dass die zweite Brennstofföffnung (20) bei steigenden Druck öffnet.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennebene (11) wenigstens teilweise in einem Winkel verläuft, der in Strömungsrichtung divergiert.
Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenteile (8, 9) im Bereich der Trennebene (11) Dichtflächen aufweisen.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von ersten Brennstoff öffnungen (12) mit Abstand zueinander am Umfang eines Düsenteils angeordnet sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Düsenteil (9) wenigstens einen Teil der Stirnwand der Brennstoffdüse (3) bildet.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Düsenteil (9) aus einem hochtemperaturbeständigen Material besteht.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Düsenteil (9) mit dem Federelement (10, 19) verbunden ist, dessen stromauf gelegenes Ende mit einem gehäusefesten Halteelement (13) verbunden ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Düsenteil (9) mit einer Spindel (16) verbunden ist, die in mindestens einem ortsfesten Stützelement (17) geführt wird und daß die Spindel (16) an ihrem stromauf gelegenen Ende ein Halteelement (18) aufweist, wobei sich das Federelement (19) einerseits an dem Halteelement (18) und andererseits an dem Stützelement (17) abstützt.