DE102004003343A1 - Flexible parallel flow burner with swirl chamber - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen außenmischender Brenner mit einem Brennerkopf, mindestens einem Brenngasrohr und mindestens einem Rohr für ein sauerstoffhaltiges Gas, wobei der Brennerkopf Austrittsöffnungen aus dem Brenngasrohr und aus dem Rohr für das sauerstoffhaltiges Gas aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb eines außenmischenden Brenners, der mindestens ein Brenngasrohr und mindestens ein Rohr für sauerstoffhaltiges Gas aufweist, durch die Brenngas bzw. sauerstoffhaltiges Gas zum Brennerkopf strömen.The The invention relates to an external mixer Burner with a burner head, at least one fuel gas pipe and at least one pipe for one oxygen-containing gas, the burner head outlet openings from the fuel gas tube and from the tube for the oxygen-containing gas having. Furthermore, the invention relates to a method for Operation of an external mixer Burner, the at least one fuel gas pipe and at least one pipe for oxygenated Has gas, through the fuel gas or oxygen-containing gas to Burner head stream.
Außenmischende Brenner werden für die verschiedensten Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise zum Erwärmen und Einschmelzen von Metallen oder Glas werden eine Vielzahl von unerschiedlich ausgestalteten Brennern eingesetzt. Einen Brenner zu finden, der für alle Phasen des Schmelzvorgangs und für verschiedene Lastfälle des Ofens geeignet ist, ist dabei eine Herausforderung.Outside Mixing Burners are for the most diverse applications used. For example, for heating and Melting of metals or glass will be a variety of different equipped burners used. To find a burner that for all Phases of melting and for different load cases of the stove is a challenge.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es daher, ein Brenner zu entwickeln, der für eine Vielzahl von Anwendungsfällen und für jede Phase einer Anwendung vorteilhaft einsetzbar ist.task The present invention is therefore to develop a burner, the for a variety of applications and for Each phase of an application can be used advantageously.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Gaszuleitungen für Brenngas und für sauerstoffhaltiges Gas vorgesehen sind, die je mit einer Quelle für Brenngas bzw. für sauerstoffhaltiges Gas in Verbindung stehen und von denen mindestens eine Gaszuleitung exzentrisch in eine Drallkammer mündet, die zwischen der Gaszuleitung und dem Brenngasrohr und/oder zwischen der Gaszuleitung und dem Rohr für sauerstoffhaltiges Gas angebracht ist.The Asked object is achieved in that gas supply lines for fuel gas and for oxygenated gas are provided, each with a source for fuel gas or for oxygen-containing gas and of which at least one Gas supply line eccentrically opens into a swirl chamber between the gas supply line and the fuel gas pipe and / or between the gas supply line and the Pipe for oxygen-containing gas is attached.
Bevorzugt teilt sich mindestens eine der Gaszuleitungen stromaufwärts vor der Drallkammer in zwei Leitungen auf, wobei eine dieser Leitungen exzentrisch in die Drallkammer mündet und die andere dieser Leitungen direkt in das Brenngasrohr bzw. in das Rohr für sauerstoffhaltiges Gas mündet.Prefers allocates at least one of the gas supply lines upstream the swirl chamber in two lines, with one of these lines eccentric flows into the swirl chamber and the other of these lines directly into the fuel gas pipe or in the pipe for oxygen-containing gas flows.
Besonders bevorzugt sind in den Gaszuleitungen Ventile vorgesehen, insbesondere dass in dem Teil der Gaszuleitungen Ventile vorgesehen sind, in dem mindestens eine Gaszuleitung bereits in zwei Leitungen geteilt ist, und eine Steuer- oder Regeleinrichtung zur Verfügung steht, die die Öffnungsgrade der Ventile steuert oder regelt, wodurch die Form der Flamme des Brenners einstellbar ist.Especially Preferably, valves are provided in the gas supply lines, in particular in that valves are provided in the part of the gas supply lines, in the at least one gas supply already divided into two lines is, and a control or regulating device is available, the opening degrees the valves controls or regulates, reducing the shape of the flame of the Brenners is adjustable.
Zweckmäßigerweise sind die Ventile als Magnetventile ausgebildet. Diese lassen eine stufenweise veränderbare Einstellung der Flammenform zu. Bei höheren Ansprüchen können die Magnetventile teilweise oder ganz gegen Regelventile ausgetauscht werden. Diese lassen eine kontinuierlich veränderbare Einstellung der Flammenform zu.Conveniently, the valves are designed as solenoid valves. These leave one gradually variable Adjustment of the flame shape to. For higher demands, the solenoid valves can partially or completely replaced with control valves. These leave one continuously changeable Adjustment of the flame shape to.
Bevorzugt weist die Drallkammer in einem Schnitt senkrecht zur Längsachse des Brenngasrohres einen kreisförmigen Querschnitt auf. Besonders bevorzugt mündet die Gaszuleitung tangential in die Drallkammer. Durch jede dieser Ausgestaltungen kann die Reibung für den Drallstrom verringert und zusammen minimiert werden.Prefers has the swirl chamber in a section perpendicular to the longitudinal axis of the fuel gas pipe a circular Cross-section on. Particularly preferably, the gas supply line opens tangentially into the swirl chamber. Through each of these designs, the friction for the Swirl flow can be reduced and minimized together.
Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgaeb dadurch gelöst, dass das Brenngas und/oder das sauerstoffhaltige Gas exzentrisch in eine Drallkammer eingetragen wird, in der dem Brenngas bzw. dem sauerstoffhaltigen Gas eine Drallströmung aufgeprägt wird und das Brenngas bzw. sauerstoffhaltige Gas nach Verlassen der Drallkammer dem Brenngasrohr bzw. dem Rohr für sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird.the method, is the Asked Aufgaeb solved by the fuel gas and / or the oxygen-containing gas is entered eccentrically into a swirl chamber is in which the fuel gas or the oxygen-containing gas, a swirl flow is impressed and the fuel gas or oxygen-containing gas after leaving the swirl chamber the fuel gas pipe or the pipe for supplied oxygen-containing gas becomes.
Bevorzugt werden die pro Zeiteinheit über die Drallkammer und ohne die Drallkammer dem Brenner zugeführten Mengen an Brenngas und sauerstoffhaltigem Gas gesteuert oder geregelt, wobei das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas über Ventile geleitet werden, deren Öffnungsgrade so gesteuert oder geregelt werden, dass der Brenner eine Flamme erzeugt, die eine gewünschte und über die Steuerung oder Regelung einstellbare Form aufweist.Prefers are the per unit time over the Swirl chamber and without the swirl chamber the burner supplied quantities controlled or regulated by fuel gas and oxygen-containing gas, wherein the fuel gas and the oxygen-containing gas via valves be passed whose degrees of opening be controlled or regulated so that the burner has a flame generates a desired and over the control or regulating adjustable form.
Beispielsweise bei der Befeuerung von Industrieöfen zum Einschmelzen von Metallen oder Glas werden häufig Brennstoff-Sauerstoff-Brenner eingesetzt. Bei der Verbrennung von Brennstoff mit Luft wirkt der in der Luft als Hauptbestandteil enthaltene Stickstoff im wesentlichen als Ballastgas. Zur Verringerung des Abgasvolumens ist man dazu übergegangen, die Brenner mit einem sauerstoffhaltigen Gas als Oxidationsmittel zu betreiben, dessen Sauerstoffgehalt gegenüber dem Sauerstoffgehalt von Luft erhöht ist. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sich aufgrund des niedrigeren Stickstoffgehalts die Flammentemperatur erhöht und der Wärmegehalt im Abgas reduziert, wodurch ein höherer thermischer Wirkungsgrad erreicht werden kann und die Bildung von Stickoxiden vorteilhaft vermindert wird.For example in the firing of industrial furnaces For melting metals or glass, fuel-oxygen burners are often used. When burning fuel with air, it acts in the air nitrogen contained as the main ingredient substantially as ballast gas. To reduce the exhaust gas volume has gone over to the burner with to operate an oxygen-containing gas as oxidant, its oxygen content compared the oxygen content of air is increased. This approach has the advantage that due to the lower nitrogen content the Flame temperature increased and the heat content reduced in the exhaust, resulting in a higher thermal efficiency can be achieved and the formation of nitrogen oxides advantageous is reduced.
Für die Erfindung ist sowohl Luft als Oxidationsmittel geeignet, wie auch sauerstoffhaltiges Gas mit einem gegenüber dem Sauerstoffgehalt von Luft erhöhten Sauerstoffgehalt. Der Vorteil beim Einsatz von Luft besteht in der ständigen und kostenlosen Verfügbarkeit. Die Vorteile des höheren Sauerstoffgehalts wurden bereits erläutert.For the invention Both air and oxidant are suitable, as well as oxygen-containing Gas with one opposite the oxygen content of air increased oxygen content. Of the Advantage in the use of air is the constant and free availability. The benefits of the higher Oxygen content has already been explained.
Gerne wird als sauerstoffhaltiges Gas Luft eingesetzt. Diese steht stets überall kostenlos zur Verfügung.With pleasure is used as the oxygen-containing gas air. This is always free everywhere to disposal.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als sauerstoffhaltiges Gas sauerstoffangereicherte Luft eingesetzt. Diese bietet den Vorteil, dass sie immer noch preiswert ist und aber auch bereits ansatzweise die Vorteile des Einsatzes von Sauerstoff für die Verbrennung zeigt, die in dem gegenüber Luft vermindertem Stickstoffgehalt und der höheren erzielbaren Verbrennungstemperatur liegen.According to one Another embodiment of the invention is as oxygen-containing Gas oxygen-enriched air used. This offers the advantage that she is still cheap and also already rudimentary the Benefits of using oxygen for combustion shows that in the opposite Air reduced nitrogen content and the higher achievable combustion temperature lie.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als sauerstoffhaltiges Gas ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt größer als der Sauerstoffgehalt von Luft, insbesonder mit einem Sauerstoffgehalt größer als 30 Vol.% eingesetzt. Die eben beschrieben Vorteile von Sauerstoff im Oxidationsmittel für eine Verbrennung sind bei dieser Ausgestaltung stärker ausgeprägt.According to one preferred embodiment of the invention is as an oxygen-containing Gas is a gas with an oxygen content greater than the oxygen content of air, in particular with an oxygen content greater than 30 vol.% Used. The just described benefits of oxygen in the oxidizing agent for a combustion are more pronounced in this embodiment.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als sauerstoffhaltiges Gas ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt größer als 70 Vol.%, insbesondere größer als 99,5 Vol.% eingesetzt. Bei dieser Ausgestaltung sind die Vorteile von Sauerstoff maximal ausgeprägt, allerdings steigen die Kosten für das Oxidationsmittel damit an, so dass für jede Anwendung eine Abwägung stattfinden sollte, welcher Sauerstoffgehalt technisch wünschenswert oder erforderlich und wirtschaftlich vertretbar ist.According to one particularly preferred embodiment of the invention is as an oxygen-containing gas a gas with an oxygen content greater than 70% by volume, in particular greater than Used 99.5 vol.%. In this embodiment, the advantages maximum of oxygen, however, the costs increase for the oxidant so that there is a balance for each application should be what oxygen content is technically desirable or required and economically viable.
Bevorzugt wird dem Brenngasstrom eine Drallströmungen aufgeprägt. Dabei besteht der Vorteil darin, dass eine gute Vermischung des Brennstoffs mit dem dem Sauerstoff bei leicht verkürzter Flamme entsteht.Prefers is the combustion gas flow imparted a swirl flows. there the advantage is that a good mixing of the fuel which produces oxygen with a slightly shortened flame.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird dem Strom des sauerstoffhaltigen Gases eine Drallströmungen aufgeprägt. Dies ist vorteilhaft, da die Flamme sich auch hier etwas verkürzt und der Brenner sich konstruktiv etwas einfacher fertigen läßt.According to one another advantageous embodiment According to the invention, a swirling flow is imparted to the flow of the oxygen-containing gas. This is advantageous because the flame is shortened here and something the burner can be structurally somewhat easier to manufacture.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem Brenngasstrom und dem Strom des sauerstoffhaltigen Gases zueinander gleichsinnige Drallströmungen aufgeprägt. Dabei besteht der Vorteil darin, dass die Flamme sehr kurz und leise ist.According to one particularly preferred embodiment The invention is the fuel gas stream and the stream of the oxygen-containing Gas imprinted to each other in the same direction swirl flows. there the advantage is that the flame is very short and quiet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass dem Brenngasstrom und dem Strom des sauerstoffhaltigen Gases zueinander gegenläufige Drallströmungen aufgeprägt werden. Dies ist für den Fall zu empfehlen, dass eine extrem kurze, buschige Flamme benötigt wird.A Further embodiment of the invention provides that the fuel gas flow and the flow of the oxygen-containing gas to each other opposite swirl flows are impressed. This is for the Case to recommend that an extremely short, bushy flame is needed.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Veränderung der Flammenlänge stufenlos (ohne die Brennstoffmenge während des Betriebes zu verändern) geändert werden kann. Es müssen auch keine Veränderungen am Brenner (wie z. B. Düsenwechsel) vorgenommen werden. So kann die momentane Flammenlänge auf bis zu ein Drittel ihrer maximalen Länge verringert werden.One An essential advantage of the invention is that the change the flame length stepless (without the amount of fuel during to change the operation) changed can be. To have to no changes at the burner (eg nozzle change) be made. So can the current flame length up be reduced to a third of their maximum length.
Die Erfindung ist besonders für Prozesse geeignet, bei denen festes Material zu flüssigem Material geschmolzen wird, da sich hier die schmelzenden Materialien in ihrer Form verändern und die Flammenform dieser Änderung angepaßt werden kann.The Invention is especially for Suitable processes in which solid material to liquid material is melted, because here are the melting materials in their Change shape and the flame shape of this change customized can be.
Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ist, dass die Veränderung der Flammenlänge stufenlos erfolgt und während des Betriebs des Brenners die Aufprägung einer Drallströmung begonnen und auch wieder beendet werden kann, ohne dass der Brenner abgestellt werden müßte und ohne dass irgendwelche baulichen Veränderungen, wie beispielsweise das Wechseln einer herkömmlichen Drallscheibe notwendig wäre. Die Veränderung der Form der Flamme erfolgt über die Änderung mindestens einer der beiden Gasströmungen allein über die Einstellung des Öffnungsgrades der beschriebene Ventile, was wiederum über die Steuer- oder Regeleinrichtung geschieht, die die Erfindung aufweist.One another big one Advantage of the invention is that the change in the flame length is infinitely and while the operation of the burner, the imprint of a swirl flow started and can be stopped again without the burner turned off would have to and without any structural changes, such as the Changing a conventional one Spinner disc would be necessary. The change the shape of the flame is over the change at least one of the two gas flows alone over the adjustment of the opening degree the described valves, which in turn via the control or regulating device happens, which has the invention.
Der erfindungsgemäße außenmischende Brenner eignet sich besonders zum Schmelzen von Metallen oder Glas.Of the inventive external mixing burner is particularly suitable for melting metals or glass.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen die FigurenThe Invention and further details of the invention are hereinafter explained in more detail with reference to an embodiment shown in FIGS. in this connection show the figures
Im
Einzelnen zeigen die Figuren einen Brenner
Ein
beispielhafter Betrieb des Brenners
Sauerstoffangereicherte
Luft wird über
die Gaszuleitung
Der
Strom der sauerstoffangereicherten Luft verlässt die Drallkammer und wird
in das Rohr
Am
Brennerkopf
Beispielsweise
verlängert
sich die Flamme, wenn der Brenngasstrom bei geöffnetem Ventil
Ebenso
kann lediglich der Erdgasstrom gedrallt werden und der Strom des
sauerstoffhaltigen Gases ohne Drall über die Leitung
Durch
Ausbildung der Ventile
Als
Randbedingungen für
die Form der Flamme müssen
die Zufuhrmengen an Brenngas und sauerstoffhaltigen Gas genommen
werden. Die einmal gewählten
Zufuhrmengen bleiben während
des Betriebs des Brenners konstant. Lediglich durch die Wahl der
Ventilstellungen für
die Ventile
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