DE102004037620B4

DE102004037620B4 - Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit variabler Flammenlänge

Info

Publication number: DE102004037620B4
Application number: DE102004037620A
Authority: DE
Inventors: Horst KÖDER
Original assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2024-08-03
Also published as: DE102004037620C5; DE102004037620A1

Abstract

Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit einem Brennerkörper (2), in dem eine von mindestens einer Oxidationsmittelzuführung (3, 33, 47) aufgenommene Brennstoffzuführung (4) in einem Misch- und Verbrennungsraum (5) eines Brennersteins (1) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffzuführung (4) mindestens eine, mit einer Zuleitung (42) verbundene und mindestens eine Düse (41) aufweisende Brennstofflanze (43) in Richtung des Misch- und Verbrennungsraumes (5) des Brennersteines (1) axial verschiebbar angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit variabler Flammenlänge nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben des Brenners nach den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 11.
Zum Einschmelzen von Glas und Metall werden vorteilhaft eigenmediumgekühlte Brenner eingesetzt, mit denen flüssiger oder gasförmiger Brennstoff unter Zuführung von kalter oder vorgewärmter Luft bzw. Sauerstoff oder ein Gas mit einem Sauerstoffgehalt größer als Luft, verbrannt wird.
Ein derartiger, mit Flüssigbrennstoff betriebener Brenner ist beispielsweise aus DE 101 60 325 A1 bekannt. Dieser Brenner besteht aus einer Brennerlanze mit einer zentralen, in einer Zerstäuberdüse ausmündenden Brennstoffzuführung an der radial außenseitig ein oder mehrere Luft- bzw. Sauerstoffzuführungen angeordnet sind. Zum Schutz der Brennerdüsen vor Wärmestrahlung ist die Brennerspitze axial verschiebbar in einer Ausnehmung eines Blocks aus einem feuerfesten Material, wie beispielsweise Keramik, aufgenommen.
Bei einem derartigen Brenner kann die Flammenform durch Variation des Impulsstromdichteverhältnisses von Brennstoff zu Sauerstoff oder von primären zu sekundärem Sauerstoff zu einer flachen Flamme verändert werden. Eine derartige Veränderung der Flammenlänge ist aber nicht Gegenstand dieser Erfindung.
Weiterhin beschreibt die DE 101 56 376 A1 einen kombinierten Luft-Sauerstoff-Brenner mit einem Drallgenerator, bei dem mechanisch die Drallstärke der Luft geändert werden kann. Die Flammengeometrie kann bei einem beliebigen Verhältnis von Luft zu Sauerstoffstrom beeinflusst werden. Nachteile sind der hohe Druckverlust des Drallgenerators, die einem Verschleiß unterliegenden beweglichen Brennerteile, der hohe Fertigungsaufwand und die relativ große Brennerbauform.
Weitere Brenner sind beispielsweise aus der EP 0 763 692 A2 und der US 3,693,875 bekannt.
Diese bekannten Brenner können jedoch nicht ohne weiteres auf Brenner übertragen werden, die mit einem gasförmigen Brennstoff, wie Erdgas, und Sauerstoff betrieben werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen zur Ausbildung einer variablen Flamme geeigneten, mit gasförmigem Brennstoff betriebenen Brenner zu schaffen, der bei konstanter Brennerleistung eine an die Prozessbedingungen optimal angepasste und zudem schadstoffarme (NO_x-arme) Verbrennung ermöglicht.
Gelöst ist diese Aufgabe durch einen Brenner mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben des Brenners mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der eigenmediumgekühlte Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit variabler Flammenlänge weist einen Brennerkörper auf, in dem eine von mindestens einer Oxidationsmittelzuführung aufgenommene Brennstoffzuführung in einen Misch- und Verbrennungsraum eines Brennsteins axial verschiebbar ist.
Die Oxidationsmittelzuführung ist mit mindestens einem Drallerzeuger und mit mindestens einer, zu axialen Zuführung von Oxidationsmittel geeigneten Düse ausgerüstet.
Die eine Austrittsöffnung (Düse) aufweisende, rohrförmige Brennstoffzuführung ist bevorzugt zurückgesetzt in dem Misch- und Verbren nungsraum im Brennerstein aufgenommen.
Vorteilhaft ist die rohrförmige Oxidationsmittelzuführung mit einer Einrichtung zur axialen und/oder radialen Verteilung des Oxidationsmittels ausgerüstet. Die das Oxidationsmittel verteilende Einrichtung besteht vorteilhaft aus einem Regelventil mit Zahnradantrieb und Verteilerhandrad.
Die Oxidationsmittelzuführung oder Brennstoffzuführung ist mit mindestens einer für ein variables Impulsstromdichteverhältnis geeigneten Düse ausgerüstet.
Vorteilhaft sind der Ausströmbereich der Brennstoffzuführung und der Oxidationsmittelzuführung parallel zueinander oder mit einem Winkel zwischen 0° und 45°, vorteilhaft zwischen 0° und 2°, zur Brennerlängsachse konisch verjüngt angeordnet.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die rohrförmige Brennstoffzuführung als eine innerhalb der Brennstoffzuführung angeordnete und in den Misch- und Verbrennungsraum des Brennersteins axial einschiebbare und mit einer Ausströmdüse ausgerüsteten Brennstofflanze auszubilden.
Die Oxidationsmittelzuführung und die Brennstoffzuführung des Brenners sind mit mindestens einem Verteilerventil zur Zuführung von axialen und/oder radialen, hohen und oder niedrigen Sauerstoff- und Brennstoffimpulsströmen in den Brenner ausgerüstet.
Vorteilhafterweise sind die Zuführungskanäle für das Oxidationsmittel und dem Brennstoff in einem Winkel zwischen 0° bis 45°, vorzugsweise zwischen 0° und 2°, zur Brennerlängsachse angeordnet.
Der mit einer als Mischungs-Verbrennungsraum dienenden Ausnehmung versehene Brennerstein besteht aus einem mit dem Brenner lösbar/fest verbundenen Block aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, bevorzugt aus Keramik.
Die Brennstoff- und Oxidationsmittelzuführung sowie deren Zuführungen bestehen aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, bevorzugt aus einer NiCr- oder ODS-Legierung.
Bei Einsatz von reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel wird der erfindungsgemäße Brenner bevorzugt mit einem Impulsstromdichteverhältnis von Sauerstoff zu Brennstoff betrieben, das im Bereich von 0,0015 bis 28 bei einer Leistungsdichte im Bereich von 0,06 bis 0,37 kW/mm2 und einem leistungsbezogenem Gesamtimpulsstrom im Bereich von 0,8 bis 57 N/MW liegt.
Erfindungsgemäß wird dem Brenner Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas als Oxidationsmittel und Erdgas oder ein anderweitiges herkömmliches, gasförmiges oder flüssiges Brennmittel über Zuführungen zugeführt.
Das in die zentral angeordnete Brennstoffzuführung einströmende Brennmittel strömt durch die Austrittsöffnung (Düse) in die als Misch- und Verbrennungsraum ausgebildete Ausnehmung des Brennersteins ein und wird in dieser mit dem durch die als Düse ausgebildete Austrittsöffnung der koaxial um die zentrale Brennstoffzuführung angeordneten Oxidationsmittelzuführung einströmenden Brennstoff zumindest teilweise verbrannt.
Dazu ist die vorteilhaft als Brennerlanze ausgebildete Brennstoffzuführung axial verschiebbar in den Misch- und Verbrennungsraum des Brennersteins angeordnet.
Der Brennstoffeintrag in den zylindrischen Misch- und Verbrennungsraum des Brennersteins erfolgt mit einem axial verschiebbaren Brennstoffrohr bzw. mit mindestens einer im Brennstoffrohr axial verschiebbar angeordneten Brennstofflanze.
Das/Der Oxidationsmittel/Brennstoff wird dem Brenner mit einem Impulsstromdichteverhältnis von Oxidationsmittel/Brennstoff von 0,1 bis 10 zugeführt.
Die axiale und oder radiale Zuführung des Oxidationsmittels in den Brenner erfolgt mit einer Drallzahl zwischen 0 bis 3.
Der Brennstoff strömt aus der Austrittsöffnung der Brennstoffzuführung mit einem auf die Lanzenachse bezogenen Freistrahlwinkel von bis zu 19° in den Misch- und Verbrennungsraum des Brennersteins.
Durch die erfindungsgemäße Veränderung der Misch- und Verbrennungsraumlänge durch das axial verschiebbare Brennstoffrohr oder der erfindungsgemäßen Variation des Impulsstromdichteverhältnisses von Oxidationsmittel zu Brennstoff oder durch Einsatz von verdralltem Oxidationsmittel können die den Verbrennungsvorgang charakterisierenden Parameter, insbesondere die Temperaturverteilung in der Flamme, die Flammenform bzw. die Flammenlänge – bei unveränderter Brennerleistung – und auch die Schadstoffemission den jeweiligen Prozessbedingungen optimal angepasst werden.
Durch ein langsames Mischen, bei nahezu gleichen Impulsstromdichten von Brennstoff und Oxidationsmittel in dem Misch- und Verbrennungsraum des Brennersteines, wird eine lange, schadstoffarme Brennerflamme mit einem relativ hohen Anteil an – durch Eigenkarburierung des Brennstoffes entstandenen – Russpartikeln erzeugt.
Dagegen wird durch ein schnelles Mischen – bei unterschiedlichen Impulsstromdichten von Brennstoff und Oxidationsmittel – im Misch- und Verbrennungsraum des Brennersteines eine kurze, in der Regel schadstoffreiche, leicht bläuliche Brennerflamme mit hohen Temperaturspitzen in der Flamme erzeugt.
Beispielsweise kann dadurch – bei Änderung der Brennerleistung – die Badbedeckung einer Schmelze durch die Anpassung der Flammenlänge konstant gehalten werden, wodurch ein optimaler Energieeintrag in das Behandlungsgut und eine Verringerung der thermischen Belastung der Feuerfestauskleidung des Schmelzaggregates gewährleistet wird.
Der erfindungsgemäße Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit variabler Flammenlänge ist besonders vorteilhaft einsetzbar:

– bei wechselnden oder sich verändernden Strömungsbedingungen
– bei (konstruktiver) Änderung der Ofengeometrie
– bei unterschiedlichen Eigenschaften des Behandlungsgutes
– bei veränderlichem Volumenstrom der Abgasabsaugung
– bei wechselnden Sauerstoffgehalten im Ofenraum durch veränderten Ofendruck und/oder Falschlufteintrag in den Ofenraum
– bei der Pfannenvorwärmung in Schmelzbetrieben besonders bei wechselnden Pfannengrößen.
– bei im Ofenraum gegenüberliegend angeordneten Brennern zur Vermeidung von Flammenkontakten mit daraus resultierender örtlicher Überhitzung und dadurch evtl. erfolgende Qualitätsminderung des Behandlungsgutes oder der Beschädigung der Feuerfestauskleidung des Ofenraumes.

Der Brennerstein besteht aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, vorteilhaft aus Keramik, die Zuführungen für das Oxidationsmittel und dem Brennstoff aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise aus einer NiCr- oder ODS-Legierung.
Als Oxidationsmittel kommen dabei insbesondere Sauerstoff, Luft oder ein sauerstoffreiches Gas zum Einsatz.
Als Brennstoff kommen alle herkömmlichen gasförmigen oder flüssigen Brennstoffe, vorteilhaft Erdgas, in Betracht.
Dieser in jeder herkömmlichen Ofenanlage, insbesondere aber in Schmelzöfen wie beispielsweise Glasschmelzöfen, einsetzbare Brenner ist einfach und damit funktionssicher im Aufbau und somit kostengünstig einsetzbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners mit einer axial verschiebbaren Brennstoffzuführung im Längsschnitt.
2 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners mit einer Sauerstoff-Regeleinrichtung im Längsschnitt;
3 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners mit einer Sauerstoff-Regeleinrichtung im Längsschnitt und einen schematischen Brennerquerschnitt A;
4 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners mit im Ausströmbereich konisch verengter, axial verschiebbarer Erdgaszuführung und konisch verengter Sauerstoffzuführung im Längsschnitt;
5 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners mit einer in der Brennstoffzuführung zurückgesetzt angeordneter Erdgaslanze und einer Erdgas-Regeleinrichtung im Längsschnitt;
6 eine schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Brenners mit einer Sauerstoff-Regeleinrichtung im Längsschnitt.
1 zeigt einen Brenner mit einem in einem Brennerstein 1 angeordneten Brennerkörper 2 mit einer Oxidationsmittelzuführung 3, die eine Brennstoffzuführung 4 als konzentrischer Ringspalt umschließt. Die eine Zuleitung 6 und eine Ausströmöffnung 9 aufweisende und mit Abstandshaltern 16 und 17 im Brennerstein 1 geführte Brennstoffzuführung 4 ist in einen Misch- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 axial verschiebbar. Der Brennerkörper 2 ist am Brennerstein 1 mittels eines Flansches 19 mit Dichtung 22 und vier Befestigungsstellen, bestehend aus je einem Gewindebolzen 23, einem Gegenhalter 24 und einer Scheibe mit Mutter 21 angeordnet. Die Brennstoffzuführung 4 ist in dem eine Gesamtlänge l aufweisenden Misch- und Verbrennungsraum 5 mit einer variablen Länge k im Bereich von k = 0 bis k = l axial verschiebbar. Die Gesamtlänge l des Misch- und Verbrennungsraumes 5 beträgt bis zum 10-fachen des Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes 5, bevorzugt das 3,13- bis 10,5-fache der Differenz aus Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 und dem Innendurch messer d der Brennstoffzuführung 4. Das Verhältnis des Durchmessers g von dem Misch- und Verbrennungsraum 5 zum Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 beträgt 1,01 bis 2,5. Die axiale Verschiebung der Brennstoffzuführung 4 im Misch- und Verbrennungsraum 5 wird durch einen Anschlagring 14 und durch einen Anschlag 15 – in Brennstoffströmrichtung – und durch einen Stutzen 13 – in der Brennstoffströmungsrichtung entgegen gesetzter Richtung – begrenzt. Die Arretierung der Brennstoffzuführung 4 und die Abdichtung der Oxidationsmittelführung 3 – gegen die Umgebungsatmosphäre – erfolgt mittels des Stutzens 13, eines Klemmrings 12 und einer Überwurfmutter 11. Der durch das Oxidationsmittel (Sauerstoff) gekühlte Abstandshalter mit O-Ring 17 und die Buchse 18 verhindern das Austreten von Sauerstoff in die den Brenner umgebenden Atmosphäre und somit den Eintrag von Luftstickstoff in den Verbrennungsprozess, wodurch niedrige NOx-Werte ermöglicht werden. Der O-Ring 17 besteht vorteilhaft aus einem hitze- und sauerstoffbeständigen Elastomer, wie beispielsweise Viton oder Kalrez (225–275°C). Die Buchse 18 kann durch das Oxidations-mittel eigenmediengekühlt ausgeführt sein. Eine weitere Möglichkeit für eine wirksame Hochtemperaturabdichtung besteht im Einsatz eines metallischen Dehnungsausgleichers oder Kompensators. Eine Andruck-platte 20 mit Druckfeder 25 und eine Scheibe mit Mutter 26 gewährleisten ein sicheres Anliegen der Oxidationsmittelzuführung 3 am Brennerstein 1, auch bei wechselnder thermischer Längenausdehnung der Oxidationsmittelzuführung 3, wie z. B. bei Änderung der Brennerleistung. Alternativ kann die Andruckplatte 20 durch vier Befestigungsstellen – bestehend aus je einem Gewindebolzen 23, einem Gegenhalter 24 und einer Scheibe mit Mutter 21 – direkt am Brennerstein 1 mit Dichtung 22 angeordnet sein. Diese Anordnung ist dann vorteilhaft, wenn die Oxidationsmittelzuführung 3 in den Misch- und Verbrennungsraum 5 ausgeführt ist. Der mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3,3 bis 30 m/s durch die Zuleitung 6 durch die Brennstoffzuführung 4 über die Ausströmöffnung 9 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Mischungs-/Verbrennungsraum 5 einströmende Brennstoff (Erdgas) wird mit dem mit einer Temperatur von 0 bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s durch eine Zuleitung 7 und durch die Zuführung 3 über die Ausströmöffnung 8 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum einströmenden Oxidationsmittel (Sauerstoff) zumindest teilweise erwärmt, gemischt, verbrannt und strömt aus einer Austrittsöffnung 10 des Misch- und Verbrennungsraumes 5 des Brennersteins 1 in eine das Behandlungsgut enthaltene Verbrennungskammer einer Ofenanlage ein.
Es wurde gefunden, dass der in den Misch- und Verbrennungsraum 5 eingeströmte Sauerstoff und Brennstoff bei maximaler Länge l des Misch- und Verbrennungsraums 5, d. h. bei nicht in den Misch- und Verbrennungsraum 5 eingeschobener Brennstoffzuführung 4 – optimal erwärmt, vermischt und verbrannt werden kann.
Weiterhin wurde ermittelt, dass durch die Variation der Misch- und Verbrennungsraumlänge die Flammenlänge eingestellt werden kann und zwar – je größer die Länge des Misch- und Verbrennungsraumes 5 desto kürzer die Flammenlänge.
Vorteilhaft beträgt das Verhältnis der Impulsstromdichten von Sauerstoff/Brennstoff 0,1 bis 10 bei einer Leistungsdichte an der Austrittsöffnung 10 des Brennersteins 1 von 0,06 bis 0,37 kW/mm2 und einem auf die Brennerleistung bezogenen Gesamtimpulsstrom im Bereich von 0,8 bis 6 N/MW.
Der in 2 dargestellte Brenner besteht aus einem in dem Brennerstein 1 mit zylindrischem Misch- und Verbrennungsraum 5 angeordneten Brennerkörper 2 mit einer axialen Oxidationsmittelzuführung 3, die eine Brennstoffzuführung 4 als konzentrischer Ringspalt umschließt und einer radialen Oxidationsmittelzuführung 33, die die axiale Oxidationsmittelzuführung 3 als konzentrischer Ringspalt umschließt. Die radiale Oxidationsmittelzuführung 33 wird mit Abstandshalter 16, 35 im Brennerstein 1 geführt. Die Gesamtlänge l des Misch- und Verbrennungsraumes 5 beträgt bis zum 10-fachen des Durchmessers g des Mischungs- und Verbrennungsraumes 5, vorteilhaft das 3,13- bis 10,5-fache der Differenz des Innendurchmessers f der Oxidationsmittelzuführung 3 und des Innendurchmessers d der Brennstoffzuführung 4. Das Verhältnis des Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes 5 zum Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 liegt im Bereich von 1,01 bis 2,5. Der mit einer Temperatur von 0 bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3,3 bis 30 m/s durch die Zuleitung 6 durch die Brennstoffzuführung 4 über die Ausströmöffnung 9 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmende Brennstoff (Erdgas) wird mit dem, mit einer Temperatur von 0 bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s durch eine Hauptzuleitung 28 durch ein mit Zahnradantrieb versehenes Regelventil 29 über die Zuleitung 7 und durch die Oxidationsmittelzuführung 3 über die Ausströmöffnung 8 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmenden Oxidationsmittel zumindest teilweise erwärmt, gemischt, verbrannt und strömt aus der Austrittsöffnung 10 des Misch- und Verbrennungsraumes 5 des Brennersteins 1 in eine das Behandlungsgut enthaltene Verbrennungskammer einer Ofenanlage ein. Das mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s durch die Hauptzuleitung 28 über ein mit Zahnradantrieb versehenes Regelventil 30 durch eine Zuleitung 32 über die Oxidationsmittelzuführung 33 durch Oxidationsmitteldüsen 34 radial mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 350 m/s austretende Oxidationsmittel führt zu einer Verdrallung der an der Ausströmöffnung 8 austretenden Oxidationsmittelströme.
Es wurde ermittelt, dass in Abhängigkeit von der Verdrallung des Oxidationsmittels dessen Mischen mit dem Brennstoff so geregelt werden kann, dass durch ein Schließen des Regelventils 29 die Zufuhr von axialem Oxidationsmittel und durch ein gleichzeitiges Öffnen des mit einem Verteilerhandrad mit Zahnkranz 31 versehenen Regelventils 30 die Zufuhr von radialem Oxidationsmittel eine kontinuierliche stufenlose Verkürzung der Flamme eingestellt werden kann. Das aus der Ausströmöffnung 9 der Brennstoffzuführung 4 ausströmende Oxidationsmittel kann eine Drallzahl zwischen 0 und 3 aufweisen. Die Anzahl der in der Oxidationsmittelzuführung 33 tangential angeordneten Oxidationsmitteldüsen 34 beträgt 1 bis 20. Der Abstand der Oxidationsmitteldüsen 34 zur Ausströmöffnung 8 der Oxidationsmittelzuführung 3 beträgt das 1- bis 10-fache ihres Durchmessers. Das Verhältnis der Impulsstromdichten von Oxidationsmittel/Brennstoff beträgt das 0,1 bis 10-fache bei einer Leistungsdichte 0,06 bis 0,37 kW/mm2 an der Austrittsöffnung 10 des Brennersteins 1 und einem auf die Brennerleistung bezogenen Gesamtimpulsstrom von 0,8 bis 6 N/MW.
Der in 3 dargestellte Brenner zeigt einen in einem mit zylindrischem Misch- und Verbrennungsraum 5 ausgerüsteten Brennerstein 1 angeordneten Brennerkörper 2 mit einer Oxidationsmittelzuführung 3, die die Brennstoffzuführung 4 als konzentrischer Ringspalt umschließt. Im Ringspalt zwischen der mit Abstandhalter 16 zum Brennerstein 1 angeordneten Oxidationsmittelzuführung 3 und der Brennstoffzuführung 4 befinden sich 3 bis maximal 12 Oxidationsmittellanzen 37 mit jeweils einer einen Durchmesser c aufweisenden Düsen 38, die durch Abstandshalter 27 auf einem Teilkreis mit Durchmesser n angeordnet sind. Die Mischlänge m beträgt bis zum 10-fachen der Differenz aus dem Innendurchmessers f der Oxidationsmittelzuführung 3 und dem Innendurchmesser d der Brennstoffzuführung 4, vorteilhaft bis zum 3,15-fachen des Quotienten aus der Differenz des Innendurchmessers f der Oxidationsmittelzuführung 3 und dem Innendurchmesser d der Brenn stoffzuführung 4 und der Differenz aus 2 und dem Innendurchmesser c der Oxidationsmitteldüse 38 (f-d/2-c). Der Teilkreis n der Düsen 38 liegt im Bereich vom Innendurchmesser d der Brennstoffzuführung 4 und dem Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3. Die Oxidationsmittelzuführung 3 wird mit Abstandshaltern 16 im Brennerstein 1 geführt. Die Gesamtlänge l des Misch- und Verbrennungsraumes 5 beträgt bis zum 10-fachen des Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes 5, vorteilhaft das 3,13- bis 10,5-fache der Differenz aus dem Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 und dem Innendurchmesser d der Brennstoffzuführung 4.
Das Verhältnis des Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes 5 zum Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 liegt im Bereich von 1,01 bis 2,5. Der mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3,3 bis 30 m/s über die Zuleitung 6 durch die Brennstoffzuführung 4 durch die Ausströmöffnung 9 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmende Brennstoff (Erdgas) wird mit dem, als Impulsstrom mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s über die Hauptzuleitung 28 durch das Verteilerventil 36 über die Zuleitung 7 und durch die Oxidationsmittelzuführung 3 über die Ausströmöffnung 8 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Mischungs- und Verbrennungsraum 5 einströmenden Oxidationsmittel zumindest teilweise erwärmt, gemischt, verbrannt und strömt aus der Austrittsöffnung 10 des Misch- und Verbrennungsraumes 5 des Brennersteins 1 in eine das Behandlungsgut enthaltene Verbrennungskammer einer Ofenanlage ein. Das mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s durch die Hauptzuleitung 28 über die Zuleitung 32 durch eine Verteilerkammer 39 über die Oxidationsmittellanzen 37 und deren mindestens einen Düse 38 mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 350 m/s oder mit mehrfacher Überschallgeschwindigkeit axial austretende Oxidationsmittel (Sauerstoff) bewirkt eine Impulserhöhung der Oxidationsmittelströmung an der Ausströmöffnung 8.
Es wurde gefunden, dass die Mischung des Oxidationsmittels (Sauerstoff) mit dem Brennstoff (Erdgas) mit einer Impulserhöhung des Oxidationsmittelstromes an der/den Düse/n 38 verbessert wird, sodass durch Schließen des Verteilerventils 36 eine stufenlose und kontinuierliche Flammenverkürzung bewirkt wird. Die Mindestanzahl der parallel zur Längsachse des Brenners strömenden Düsen 38 der Oxidationsmittellanzen 37 beträgt 1. Die Maximalanzahl der Düsen 38 kann aus dem Quotienten des 3,14-fachen des Innendurchmessers f der Oxidationsmittelzuführung 3 und Innendurchmesser c der Düsen 38 berechnet werden. Vorteilhaft beträgt Vorteilhaft finden 3 bis 8 Düsen 38 Verwendung. Das Verhältnis der Impulsstromdichten von Oxidationsmittel (Sauerstoff) und Brennstoff (Erdgas) beträgt 0,1 bis 28 bei einer Leistungsdichte von 0,06 bis 0,37 kW/mm2 an der Austrittsöffnung 10 und einem auf die Brennerleistung bezogenen Gesamtimpulsstrom von 0,8 bis 57 N/MW.
4 zeigt einen in einem mit einem zylindrischen Misch- und Verbrennungsraum 5 versehenen Brennerstein 1 angeordneten Brennerkörper 2 mit einer Oxidationsmittelzuführung 3, die eine Brennstoffzuführung 4 in Form eines konzentrischen Ringspalts umschließt. Die Brennstoffzuführung 4 ist mit Abstandshaltern 16 und 17 im Brennerstein 1 geführt. Der Brennerkörper 2 ist am Brennerstein 1 mittels eines Flansches 19 mit Dichtung 22 und vier Befestigungsstellen, bestehend aus je einem Gewindebolzen 23, einem Gegenhalter 24 und einer Scheibe mit Mutter 21, befestigt. Der durch das Oxidationsmittel gekühlte Abstandshalter mit O-Ring 17 und die Buchse 18 verhindern das Austreten des Oxidationsmittels in die Brennerumgebung und gewährleisten somit eine Abdichtung des Misch- und Verbrennungsraumes 5 gegenüber der den Brenner umgebenden Atmosphäre. Somit kann kein Luftstickstoff in den Verbrennungsprozess gelangen, sodass eine NOx-arme Verbrennung möglich ist. Der O-Ring 17 besteht beispielsweise aus einem hitze- und sauerstoffbeständigen Elastomer, wie z. B. Viton oder Kalrez (225–275°C). Vorteilhaft kann die Buchse 18 durch das Oxidationsmittel eigenmediengekühlt ausgeführt sein. Eine weitere Möglichkeit für eine wirksame Hochtemperaturabdichtung besteht im Einsatz eines metallischen Dehnungsausgleichers oder Kompensators. Die Andruckplatte 20 mit Druckfeder 25 und Scheibe mit Mutter 26 gewährleisten ein sicheres Anliegen der Oxidationsmittelzuführung 3 am Brennerstein 1 bei wechselnder thermischer Längenausdehnung der Oxidationsmittelzuführung 3, z. B. bei Änderung der Brennerleistung.
Alternativ kann die Andruckplatte 20, beispielsweise durch vier Befestigungsstellen – bestehen aus je einem Gewindebolzen 23, einem Gegenhalter 24 und einer Scheibe mit Mutter 21 direkt am Brennerstein 1 mit Dichtung 22 angeordnet sein. Diese Anordnung ist vorteilhaft, wenn die Oxidationsmittelzuführung 3 so ausgebildet ist, dass sie sich ungehindert in den Misch- und Verbrennungsraum 5 ausdehnen kann. Die mit einer Zuleitung 6, Abstandshaltern 27 und mit einer Ausströmöffnung 9 versehene, vorteilhaft rohrförmige Brennstoffzuführung 4 ist in dem – eine Gesamtlänge l aufweisenden Misch- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 mit einer Länge k (max. k = l) axial verschiebbar. Die Gesamtlänge l des Misch- und Verbrennungsraumes 5 beträgt bis zum 10-fachen des Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes (5), vorteilhaft das 3,13- bis 10,5-fache der Differenz aus dem Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 4 und dem Innendurchmesser d der Brennstoffzuführung 4.
Das Verhältnis der Durchmesser g des Misch- und Verbrennungsraumes g zum Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 beträgt 1,01 bis 2,5. Die axiale Verschiebung der Brennstoffzuführung 4 wird – in Brennstoffströmungsrichtung – mit einem Anschlagring 14 durch den Anschlag 15 und durch den Stutzen 13 – in der Brennstoffströmungsrichtung entgegen gesetzter Richtung – begrenzt. Die Arretierung der Brennstoffzuführung 4 und die Abdichtung der Oxidationsmittelführung 3 gegen die den Brenner umgebende Atmosphäre wird durch den Stutzen 13, dem Klemmring 12 und der Überwurfmutter 11 sichergestellt.
Der mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3,3 bis 30 m/s über die Zuleitung 6 durch die Brennstoffzuführung 4 und über ein konisch verjüngtes Rohr mit einem Winkel b zwischen 0° bis 45°, vorzugsweise zwischen 0° und 2° und über die Ausströmöffnung 9 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Mischungs- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 einströmende Brennstoff wird mit dem mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s durch die Zuleitung 7 über die Oxidationsmittelzuführung 3 durch ein konisch verjüngtes Rohr mit einem Winkel a zwischen 0° bis 45°, vorzugsweise zwischen 0° und 2° und über die Ausströmöffnung 8 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmenden Oxidationsmittel zumindest teilweise erwärmt, gemischt, verbrannt und strömt aus der Austrittsöffnung 10 des Misch- und Verbrennungsraumes 5 des Brennersteins 1 in eine das Behandlungsgut enthaltene Verbrennungskammer einer Ofenanlage ein.
Es wurde gefunden, dass das Oxidationsmittel (Sauerstoff) mit dem Brennstoff (Erdgas) im Misch- und Verbrennungsraum 5 derart gemischt wird, dass bei – mit einer Länge k in den Misch- und Verbrennungsraum 5 eingeschobener Brennstoffzuführung 4 eine lange Brennerflamme und bei verringerter Einschieblänge der Brennstoffzuführung 4 eine kürzere Brennerflamme erzeugt wird, da sich die Fläche der Ausströmöffnung 8 des Oxidationsmittels verkleinert und somit das Impulsstromdichteverhältnis von Sauerstoff/Brennstoff erhöht wird.
Das Verhältnis der Impulsstromdichten von Oxidationsmittel (Sauerstoff) und Brennstoff (Erdgas) beträgt 0,1 bis 10 bei einer Leistungsdichte an der Austrittsöffnung 10 des Brennersteins 1 von 0,06 bis 0,37 kW/mm2 und einem auf die Brennerleistung bezogenen Gesamtimpulsstrom von 0,8 bis 6 N/MW.
5 zeigt einen Brenner mit einem in einem einen zylindrischen Misch- und Verbrennungsraum 5 versehenen Brennerstein 1 angeordneten Brennerkörper 2 mit einer mit Abstandhalter 16, 17 im Brennerstein 1 geführten Oxidationsmittelzuführung 3, die eine Brennstoffzuführung 4 als konzentrischer Ringspalt umschließt.
In der, auf der Brennerlängsachse angeordneten Brennstoffzuführung 4 ist eine, mit Abstandshalter 40 in der Brennstoffzuführung 4 zentrisch geführte Brennstofflanze 43 axial verschiebbar angeordnet.
Die Arretierung der Brennstofflanze 43 und die Abdichtung der Brennstoffzuführung 4 gegen Umweltseinflüsse erfolgt mittels der Überwurfmutter 11, des Klemmrings 12 und des Stutzens 13.
Der Brennerkörper 2 ist am Brennerstein 1 vorteilhaft mittels Flansch 19, der Dichtung 22 und vier Befestigungsstellen – bestehend aus je einem Gewindebolzen 23, einem Gegenhalter 24 und einer Scheibe mit Mutter 21 angeordnet. Der mit dem Oxidationsmittel (Sauerstoff) gekühlte Abstandshalter mit O-Ring 17 und die Buchse 18 verhindert das Austreten von Oxidationsmittel oder Brennstoff in die Brennerumgebung und gewährleistet somit eine Abdichtung des Misch- und Verbrennungsraumes 5 gegen unerwünschte Umweltseinflüsse, wie z. B. das Eindringen von Luftstickstoff in den Verbrennungsprozess, wodurch eine NOx-arme Verbrennung möglich ist. Der O-Ring besteht vorteilhaft aus einem hitze- und sauerstoffbeständigen Elastomer, wie z. B. Viton oder Kalrez (225–275°C). Die Buchse 18 kann durch das Oxidationsmittel eigenmediengekühlt ausgeführt sein. Eine weitere Möglichkeit für eine wirksame Hochtemperaturabdichtung besteht im Einsatz eines metallischen Dehnungsausgleichers oder Kompensators. Die Andruckplatte 20 mit Druckfeder 25 und Scheibe mit Mutter 26 gewährleisten ein sicheres Anliegen der Oxidationsmittelzuführung 3 am Brennerstein 1 bei wechselnder thermischer Längenausdehnung der Oxidationsmittelzuführung 3, z. B. bei Änderungen der Brennerleistung. Alternativ kann die Andruckplatte 20 durch vier Befestigungsstellen, bestehend aus je einem Gewindebolzen 23, einem Gegenhalter 24 und einer Scheibe mit Mutter 21, direkt am Brennerstein 1 mit Dichtung 22 angeordnet sein. Diese Befestigung ist vorteilhaft, wenn die Oxidationsmittelzuführung 3 bis in den Misch- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 ausgeführt ist. Die in der Brennstoffzuführung 4 zurückgesetzt und mit ihrer Düse 41 in Richtung der Ausströmöffnung 9 angeordnete sowie mit einer Zuleitung 42 und Abstandshaltern 40 versehene, vorteilhaft rohrförmige Brennstofflanze 43 ist in der Brennstoffzuführung 4 mit einer variablen Länge e axial verschiebbar. Die variable Länge e kann bis zum 10-fachen des Innendurchmessers der Brennstoffzuführung 4, vorzugsweise das 3,13- bis 10,5-fache der Differenz aus dem Innendurchmesser d der Brennstoffzuführung 4 und dem Innendurchmesser o der Brennstofflanze 43, betragen.
Es ist auch möglich, die Brennstofflanze 43 im Misch- und Verbrennungsraum 5 von der Ausströmöffnung 9 der Brennstoffzuführung 4 bis zur Austrittsöffnung 10 des Brennersteins 1, also der Gesamtlänge l des Misch- und Verbrennungsraumes 5 zu verschieben. Die Gesamtlänge l des Misch- und Verbrennungsraumes 5 beträgt bis zum 10-fachen des Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes 5, vorteilhaft das 3,13- bis 10,5-fache der Differenz aus den Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 und dem Innendurchmesser d der Brennstoffzuführung 4. Das Verhältnis des Durchmessers vom Misch- und Verbrennungsraum 5 und dem Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 liegt im Bereich von 1,01 bis 2,5. Der mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3,3 bis 30 m/s über eine Hauptzuleitung 44 durch ein Verteilerventil 45, über die Zuleitung 6 und durch die Brennstoffzuführung 4 sowie über die Ausströmöffnung 9 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmende Brennstoff (Erdgas mit niedrigem Impuls) wird mit dem mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s über die Zuleitung 7 und die Oxidationsmittelzuführung 3 und über die Ausströmöffnung 8 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmenden Oxidationsmittel (Sauerstoff) zumindest teilweise erwärmt, gemischt, verbrannt und strömt aus der Austrittsöffnung 10 des Misch- und Verbrennungsraumes 5 des Brennersteins 1 in eine das Behandlungsgut enthaltene Verbrennungskammer einer Ofenanlage ein. Ein weiterer, mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 30 m/s über die Hauptzuleitung 44 durch eine Zuleitung 42 über die Brennstofflanze 43 und durch deren Düse 41 mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 500 m/s oder mit mehrfacher Überschallgeschwindigkeit, in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmender Brennstoff (Erdgas mit hohem Impuls) bewirkt eine Impulserhöhung der Brennstoffströmung an der Ausströmöffnung 9 der Brennstoffzuführung 4. Es wurde ermittelt, dass – bei einer, mit einer Länge e, die das 10-fache des Innendurchmessers d der Brennstoffzuführung 4 beträgt – in den Misch- und Verbrennungsraum 5 eingeschobenen Brennstofflanze 43, der Brennstoff mit dem Oxidationsmittel zu einer langen Brennerflamme verbrannt wird. Durch ein Herausschieben der Brennstofflanze 43 bis zur Austrittsöffnung 10 des Brennersteins 1 in Richtung Ofenraum wird eine kürzere Flamme erzeugt, da die Impulsstromdichte vom Brennstoff größer wird und sich das für die Flammenlänge entscheidende Impulsstromdichteverhältnis von Oxidationsmittel/Brennstoff verändert und sich dadurch eine bessere Mischung einstellt. Durch ein Schließen des Verteilerventils 45 kann die Impulsstromdichte des Brennstoffes erhöht werden, wodurch ebenfalls eine stufenlose und kontinuierliche Verkürzung der Flamme möglich ist. Das Impulsstromdichteverhältnis von Sauerstoff/Brennstoff beträgt 0,0015 bis 10 bei einer Leistungsdichte an der Austrittsöffnung 10 des Brennersteins 1 von 0,06 bis 0,37 kW/mm2 und einem auf die Brennerleistung bezogenen Gesamtimpulsstrom von 0,8 bis 23 N/MW.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform des Brenners, mit einem in einem Brennerstein 1 mit einem zylindrischen Misch- und Verbrennungsraum 5 angeordneten Brennerkörper 2 mit einer äußeren Oxidationsmittelzuführung 3, die eine weitere Oxidationsmittelzuführung 47 als konzentrischer Ringspalt umschließt und einer von der Oxidationsmittelzuführung 47 als konzentrischer Ringspalt umschlossenen, rohrförmig ausgebildeten Brennstoffzuführung 4.
Die Oxidationsmittelzuführungen 3, 47 weisen Abstandshalter 48, 27 auf. Des Weiteren wird die Oxidationsmittelzuführung 3 mit Abstandshalter 16 im Brennerstein geführt. Die Gesamtlänge l des Misch- und Verbrennungsraumes 5 beträgt bis zum 10-fachen des Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes 5, bevorzugt das 3,13- bis 10,5-fache der Differenz aus dem Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 und dem Innendurchmesser d der Brennstoffzuführung 4. Das Verhältnis Durchmessers g des Misch- und Verbrennungsraumes 5 und Innendurchmesser f der Oxidationsmittelzuführung 3 beträgt 1,01 bis 2,5. Der mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3,3 bis 30 m/s über die Zuleitung 6 durch die Brennstoffzuführung 4 über deren Ausströmöffnung 9 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmende Brennstoff (Erdgas) wird mit dem, mit einer Temperatur von 0 bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s über die Hauptzuleitung 28 durch das Verteilerventil 36 über die Zuleitung 7 und durch die Oxidationsmittelzuführung 3 über die Ausströmöffnung 8 mit einer Geschwindigkeit von 5–90 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmenden Oxidationsmittel (Sauerstoffstrom mit niedrigem Impuls) zumindest teilweise erwärmt, gemischt, verbrannt und strömt aus der Austrittsöffnung 10 des Misch- und Verbrennungsraumes 5 des Brennersteins 1 in eine das Behandlungsgut enthaltene Verbrennungskammer einer Ofenanlage ein. Das mit einer Temperatur von 0° bis 60°C und einer Geschwindigkeit von 3 bis 25 m/s durch die Hauptzuleitung 28 über die Zuleitung 32 durch die Oxidationsmittelzuführung 47 und durch die Ausströmöffnung 46 mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 350 m/s in den Misch- und Verbrennungsraum 5 einströmende Oxidationsmittel (Sauerstoffstrom mit hohem Impuls) bewirkt eine Impulsstromdichteerhöhung des Oxidationsmittels. Es wurde gefunden, dass das Mischergebnis (Oxidationsmittel/Brennstoff) mit einer zum Brennstoff höheren Impulsstromdichte des Oxidationsmittels optimiert werden kann und durch ein Schließen des Verteilerventils 36 eine kontinuierliche stufenlose Verkürzung der Flammenlänge möglich ist. Das Impulsstromdichteverhältnis von Sauerstoff/Brennstoff beträgt 0,1 bis 14 bei einer Leistungsdichte an der Austrittsöffnung 10 von 0,06 bis 0,37 kW/mm2 und einem auf die Brennerleistung bezogenen Gesamtimpulsstrom im Bereich von 0,8 bis 28 N/MW.
Als Oxidationsmittel kommen insbesondere Sauerstoff oder ein sauerstoffreiches Gas und als Brennstoff insbesondere Erdgas oder ein anderweitiges geeignetes Medium zur Anwendung.
Der Brennerstein besteht aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, vorteilhaft aus Keramik, die Zuführungen für das Oxidationsmittel und dem Brennstoff aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise aus einer NiCr- oder ODS-Legierung.
Bevorzugte Werte für den Brennereinsatz:

– Impulsstromdichteverhältnis Sauerstoff/Brennstoff 0,0015 bis 28, der auf die Brennerleistung bezogene Gesamtimpulsstrom liegt im Bereich von 0,8 bis 57 N/MW bei einer Leistungsdichte an der Austrittsöffnung 10 des Brennersteins 1 von 0,06 bis 0,37 kW/mm2;
– Das verdrallte Oxidationsmittel weist eine Drallzahl zwischen 0 und 3 auf;
– Der auf die Lanzenachse bezogene Einströmwinkel von Brennstoff in den Misch- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 beträgt vorzugsweise bis zu 18°;
– Die Einströmgeschwindigkeit des Oxidationsmittels in den Misch- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 beträgt mindestens 5 m/s bis zur mehrfachen Schallgeschwindigkeit;
– Die Einströmgeschwindigkeit des Brennstoffes in den Misch- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 beträgt mindestens 3,3 m/s bis zur mehrfachen Schallgeschwindigkeit;
– Die Einströmtemperatur des Oxidationsmittels und/oder des Brennstoffes in den Misch- und Verbrennungsraum 5 des Brennersteins 1 beträgt bis zu ca. 60°C;
– Eine Kombinationen der in den 1 bis 6 aufgezeigten Brennerausführungsformen ist möglich.

1: Brennerstein
2: Brennerkörper
3: Oxidationsmittelzuführung
4: Brennstoffzuführung
5: Misch- und Verbrennungsraum
6: Zuleitung (Brennstoff)
7: Zuleitung (Oxidationsmittel)
8: Ausströmöffnung (Oxidationsmittel)
9: Ausströmöffnung (Brennstoff)
10: Austrittsöffnung (1)
11: Überwurfmutter
12: Klemmring (Teflon)
13: Stutzen
14: Anschlagring
15: Anschlag
16: Abstandshalter (3)
17: Abstandshalter mit O-Ring (3)
18: Buchse
19: Flansch
20: Andruckplatte
21: Scheibe/Mutter
22: Dichtung
23: Gewindebolzen
24: Gegenhalter
25: Druckfeder
26: Scheibe mit Mutter
27: Abstandshalter (Brennstoffzuführung)
28: Hauptzuleitung (Oxidationsmittel)
29: Regelventil (Oxidationsmittel-axial mit Zahnradantrieb)
30: Regelventil (Oxidationsmittel-radial mit Zahnradantrieb)
31: Verteilerhandrad mit Zahnkranz
32: Zuleitung (Oxidationsmittel radial)
33: Zuführung (Oxidationsmittel radial)
34: Düse (Oxidationsmittel-tangential)
35: Abstandshalter (Oxidationsmittelzuführung)
36: Verteilerventil (Oxidationsmittel-Impuls)
37: Oxidationsmittellanze
38: Düse (Oxidationsmittellanze)
39: Verteilerkammer (Oxidationsmittel)
40: Abstandshalter (Brennstofflanze)
41: Düse (Brennstofflanze)
42: Zuleitung (Brennstofflanze)
43: Brennstofflanze
44: Hauptzuleitung (Brennstoff)
45: Verteilerventil (Brennstoff-Impuls)
46: Ausströmöffnung (Oxidationsmittel – hoher Impuls)
47: Oxidationsmittelzuführung (hoher Impuls)
48: Abstandshalter (47)
a: Winkel für Rohrreduzierung (4)
b: Winkel für Rohrreduzierung (3)
c: Innendurchmesser (38)
d: Innendurchmesser (4)
f: Innendurchmesser (3)
g: Durchmesser (5)
k: variable Länge (5)
l: Länge (5)
m: Mischlänge (37)
n: Teilkreis (38)
o: Innendurchmesser (41)
e: Länge (48)

Claims

Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit einem Brennerkörper (2), in dem eine von mindestens einer Oxidationsmittelzuführung (3, 33, 47) aufgenommene Brennstoffzuführung (4) in einem Misch- und Verbrennungsraum (5) eines Brennersteins (1) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennstoffzuführung (4) mindestens eine, mit einer Zuleitung (42) verbundene und mindestens eine Düse (41) aufweisende Brennstofflanze (43) in Richtung des Misch- und Verbrennungsraumes (5) des Brennersteines (1) axial verschiebbar angeordnet ist.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zuleitung (6) und mindestens eine Ausströmöffnung (9) aufweisende, rohrförmige Brennstoffzuführung (4), bevorzugt zurückgesetzt, in dem Misch- und Verbrennungsraum (5) des Brennersteines (1) aufgenommen ist.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zuleitung (7) und mindestens eine Ausströmöffnung (8) aufweisende, rohrfömige Oxidationsmittelzuführung (3) eine Einrichtung zur axialen und/oder radialen Verteilung des Oxidationsmittels aufweist.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung aus mindestens einem mit Zuleitungen (28, 32, 7) verbundenes Regelventil mit Zahnradantrieb (29, 30) mit einem Verteilerhandrad (31) besteht.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oxidationsmittelzuführung (3) mindestens eine mit Zuleitungen (28, 32) und einer Verteilerkammer (39) verbundene Oxidationsmittellanze (37) mit mindestens einer für einen hohen Impulsstrom ausgebildete Düse (38) in Richtung der Misch- und Verbrennungsraum (5) des Brennersteines (1) axial verschiebbar angeordnet ist.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmbereich der Brennstoffzuführung (4) und der Ausströmbereich der Oxidationsmittelzuführung (3) bevorzugt konisch verengt sind.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (4) eine Einrichtung (45) zur Zuführung von Brennstoff mit hohem Impuls in die Brennstofflanze (43) aufweist.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsmittelzuführung (3) zur Zuführung von Oxidationsmittel mit hohem Impuls mit mindestens einer aus einem Verteilerventil (36) bestehenden Einrichtung verbunden ist.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerstein (1) aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, bevorzugt aus Keramik, besteht.
Brennstoff-Sauerstoff-Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkörper (2), die Brennstoffzuführung (4) und die Oxidationsmittelzuführung (3) sowie deren Zuleitungen (6, 7, 32, 42) aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, bevorzugt aus einer NiCr oder ODS-Legierung, bestehen.
Verfahren zum Betreiben eines Brennstoff-Sauerstoff-Brenners mit variabler Flammenlänge mit einem Brennerkörper, in dem eine von mindestens einer Oxidationsmittelzuführung aufgenommene Brennstoffzuführung in einem Misch- und Verbrennungsraum (5) eines Brennersteins (1) axial verschiebbar ist, bei dem der Brennstoff mit einem Oxidationsmittel zumindest teilweise verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Brennstoff mit dem Oxidationsmittel in einem längenveränderlichen Misch- und Verbrennungsraum (5) eines Brennersteines (1) erwärmt, gemischt und verbrannt wird, b) der Brenner mit einem Impulsstromdichteverhältnis von Oxidationsmittel zu Brennstoff von 0,0015 bis 28, c) der Brenner mit einem unter Drall zugeführten Oxidationsmittel mit einer Drallzahl von bis zu 3, d) der Brenner mit einem leistungsbezogene Gesamtimpulsstrom im Bereich von 0,8 bis 57 N/MW, e) der Brenner mit einer Leistungsdichte an der Austrittsöffnung (10) des Brennersteines (1) im Bereich von 0,06 bis 0,37 kW/mm2, f) der Brenner mit einer Einströmgeschwindigkeit des Oxidationsmittels in den Misch- und Verbrennungsraum (5) von mindestens 5 m/s bis zur mehrfachen Schallgeschwindigkeit, g) der Brenner mit einer Einströmgeschwindigkeit des Brennstoffes in den Misch- und Verbrennungsraum (5) von mindestens 3,3 m/s bis zur mehrfachen Schallgeschwindigkeit und h) der Brenner mit einer maximalen Einströmtemperatur des Oxidationsmittels oder des Brennstoffes in den Misch- und Verbrennungsraum (5) des Brennsteines (1) bis ca. 60°C betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff aus der Ausströmöffnung (9) der Brennstoffzuführung (4) mit einem auf die Lanzenachse bezogenen Winkel von bis zu 18° in den Mischung- und Verbrennungsraum (5) des Brennersteines (1) einströmt.
Verwendung eines Brennstoff-Sauerstoff-Brenners nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Verbrennungsofen, vorzugsweise in einem Schmelzofen wie einem Glasschmelzofen.