DE102005030636B4

DE102005030636B4 - Burner with fluidically improved burner head

Info

Publication number: DE102005030636B4
Application number: DE200510030636
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Lex; Helge Dr. Möbus; Harald Dr. Ranke
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: DE102005030636A1

Abstract

Brenner zur Befeuerung eines Reaktionsraumes, der einen Brennerkopf aufweist, welcher zumindest aus einem Zuführungsrohr zur Zuführung eines ersten Einsatzstoffes besteht, das von einem Ringkanal zur Zuführung eines zweiten Einsatzstoffes umgeben ist, wobei es sich bei einem Einsatzstoff um ein brennbares Gas oder ein Gemisch aus einem Gas und einer brennbaren Flüssigkeit (Brennstoff) und bei dem anderen Einsatzstoff um ein Sauerstoff enthaltendes Gas (Oxidationsmittel) handelt, dadurch gekennzeichnet, dass Innen- und Außenfläche des Zuführungsrohres am reaktionsraumseitigen Ende des Rohres ohne Kanten ineinander übergehen.burner for firing a reaction space having a burner head, which at least from a feed pipe to the feeder a first feed consists of a ring channel for supplying a surrounded second feedstock, wherein it is a feedstock to a combustible gas or a mixture of a gas and a combustible liquid (Fuel) and the other input to an oxygen containing gas (oxidizing agent), characterized in that that inside and outside surface of the supply pipe at the reaction chamber end of the tube without edges merge into each other.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Befeuerung eines Reaktionsraumes, der einen Brennerkopf aufweist, welcher zumindest aus einem Zuführungsrohr zur Zuführung eines ersten Einsatzstoffes besteht, das von einem Ringkanal zur Zuführung eines zweiten Einsatzstoffes umgeben ist, wobei es sich bei einem Einsatzstoff um ein brennbares Gas oder ein Gemisch aus einem Gas und einer brennbaren Flüssigkeit (Brennstoff) und bei dem anderen Einsatzstoff um ein Sauerstoff enthaltendes Gas (Oxidationsmittel) handelt.The Invention relates to a burner for firing a reaction space, having a burner head, which at least from a feed pipe to the feeder a first feed consists of a ring channel for feed is surrounded by a second feedstock, wherein it is at a Feedstock around a combustible gas or a mixture of a gas and a flammable liquid (Fuel) and the other input to an oxygen containing gas (oxidizing agent) is.

Derartige Brenner werden beispielsweise zur Verbrennung eines Brenngases mit Sauerstoff verwendet. Brenngas und Sauerstoff werden nicht vorgemischt, sondern getrennt über zwei konzentrisch angeordnete Rohre in eine außerhalb des Brennerkopfes gelegene Mischzone geführt und dort gezündet, weshalb solche Brenner als außen mischende Brenner bezeichnet werden. Unter bestimmten Betriebsbedingungen (hohe Drücke und Vorwärmtemperaturen der Gase) kommt es insbesondere am flammenseitigen Ende des innen liegenden Rohres (Zuführungsrohr), wo Brenngas und Sauerstoff aufeinander treffen, zu einem Abbrand des Materials. Der Grund hierfür liegt in der Form des Rohrendes, das nach dem Stand der Technik durch planes Abdrehen entsteht und daher scharfe Kanten aufweist. Diese Kanten wirken als Abrisskanten für die Gasströmungen und führen zur Ausbildung eines stark verwirbelten Rückströmgebietes, in dem ein zündfähiges Gemisch vorliegt. Besonders dann, wenn unter den gegebenen Betriebsbedingungen die Zündverzugszeiten des Gasgemisches kurz sind, entsteht eine unerwünschte stabile Flamme (Nebenflamme), die direkt am inneren Rohr anliegt und es durch Abbrand von metallischem Rohrmaterial beschädigt.such Burner, for example, to burn a fuel gas with Used oxygen. Fuel gas and oxygen are not premixed, but separated over two concentrically arranged tubes in a location outside of the burner head Mixed zone led and ignited there, why such burners as the outside mixing burners are called. Under certain operating conditions (high pressures and preheating temperatures the gases) occurs in particular at the flame-side end of the inside lying pipe (supply pipe), where fuel gas and oxygen meet, causing burnup of the material. The reason for that lies in the shape of the pipe end, according to the prior art created by plan twisting and therefore has sharp edges. These Edges act as demolition edges for the gas flows and lead to form a strongly fluidized Rückströmgebietes in which an ignitable mixture is present. Especially if under the given operating conditions the ignition delay times of the gas mixture are short, creates an undesirable stable flame (sub-flame), the directly against the inner tube and it by burning of metallic Pipe material damaged.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Brenner der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass es – insbesondere auch bei hohen Drücken und Vorwärmtemperaturen von Brennstoff und/oder Oxidationsmittel – nicht zu einer Beschädigung des Brenners durch eine Nebenflamme kommt.task The present invention is therefore a burner of the above Such a way that it - especially at high To press and preheating temperatures of fuel and / or oxidizer - not to damage the Brenners comes through an auxiliary flame.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Innen- und Außenfläche des Zuführungsrohres am reaktionsraumseitigen Ende des Rohres ohne Kanten ineinander übergehen.These Task is inventively characterized solved, that inside and outside surface of the supply pipe at the reaction chamber end of the tube without edges merge into each other.

Kanten im reaktionsraumseitigen Endbereich des Zuführungsrohres begünstigen die Ausbildung eines Rückströmgebietes. Durch die Form des reaktionsraumseitigen Endbereichs des Zuführungsrohres wird die Ausbildung eines Rückströmgebietes in diesem Endbereich so weit unterdrückt wird, dass entweder keine sog. Nebenflamme entsteht oder eine entstehende Nebenflamme nicht in der Lage ist, den Brenner zu beschädigen.edge favor in the reaction chamber-side end region of the feed tube the formation of a Rückströmgebietes. By the shape of the reaction chamber-side end portion of the feed tube is the formation of a Rückströmgebietes in this end is suppressed so far that either no so-called secondary flame is not created or a resulting secondary flame is able to damage the burner.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den reaktionsraumseitigen Endbereich des Zuführungsrohres so zu gestalten, dass ein Längsschnitt der Wand des Zuführungsrohres in diesem Bereich eine Kontur aufweist, die aus zwei Geradenstücken und einem die beiden Geradenstücke verbindenden Kreisbogen besteht, wobei der Kreisbogen bevorzugt einen Radius zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweist.A embodiment the invention provides, the reaction chamber side end of the supply pipe to shape that a longitudinal section the wall of the feed pipe in this area has a contour consisting of two straight lines and one the two straight pieces connecting circular arc exists, with the circular arc preferred has a radius between 0.1 and 0.3 mm.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, den reaktionsraumseitigen Endbereich des Zuführungsrohres so zu gestalten, dass ein Längsschnitt der Wand des Zuführungsrohres in diesem Bereich eine Kontur aufweist, die aus zwei Geradenstücken und einem die beiden Geradenstücke verbindenden Parabelbogen besteht, wobei der Parabelbogen bevorzugt eine Öffnung aufweist, die zwischen 0,2 und 0,6 mm breit ist.A other embodiment the invention provides, the reaction chamber-side end portion of the feed tube to shape that a longitudinal section the wall of the feed pipe in this area has a contour consisting of two straight lines and one the two straight pieces connecting parabolic arch, with the parabolic arch preferred an opening which is between 0.2 and 0.6 mm wide.

Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, das zumindest das Zuführungsrohr aus einem Material besteht, das einen ausreichenden Schutz gegen die als "Metal Dusting" bezeichnete Korrosionsform bietet. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zumindest das Zuführungsrohr aus einer oxiddispersionsverfestigte Legierung, einem sog. ODS-Werkstoff, gefertigt.A preferred variant of the burner according to the invention provides that at least the feed tube Made of a material that provides adequate protection against the form of corrosion called "metal dusting" offers. According to one particularly preferred embodiment According to the invention, at least the feed tube is made of an oxide dispersion strengthened Alloy, a so-called. ODS material manufactured.

Mit dem erfindungsgemäßen Brenner sind Einsatzstoffe, deren Temperaturen zwischen 100 und 700°C, bevorzugt zwischen 200 und 600°C liegen und die Drücke zwischen 1 und 100bara, bevorzugt zwischen 10 und 30bara aufweisen, in einen Reaktionsraum einbringbar, in welchem Temperaturen bis zu 2000°C herrschen. Bei den brennbaren Einsatzstoffen handelt es sich beispielsweise um Kohlenwasserstoffe und bei den Sauerstoff enthaltenden Einsatzstoffen um Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder technisch reinen Sauerstoff. Über eine Variante des erfindungsgemäßen Brenners ist neben den genannten Einsatzstoffen auch Wasserdampf in einen Reaktionsraum einleitbar. Insbesondere eignet sich die Erfindung dazu, kohlenwasserstoffhaltige Gase, die zu mehr als 80 Vol% aus Methan bestehen, gemeinsam mit einem Oxidationsmittel in einen Reaktionsraum einzubringen und zu verbrennen. Das Oxidationsmittel, bei dem es sich um Luft oder um mit Sauerstoff angereicherte Luft oder um technisch reinen Sauerstoff handelt, wird hierbei in einer solchen Menge zugeführt, dass die Verbrennung mit einer Luftzahl abläuft, die zwischen 0,5 und 1,5 liegt.With the burner according to the invention are starting materials whose temperatures between 100 and 700 ° C, preferably between 200 and 600 ° C lie and the pressures between 1 and 100 bara, preferably between 10 and 30 bara, into a reaction space can be introduced, in which temperatures up to 2000 ° C prevail. The combustible starting materials are, for example hydrocarbons and the oxygen-containing feedstocks air or oxygen enriched air or technically pure Oxygen. Over a Variant of the burner according to the invention is in addition to the specified ingredients also water vapor in one Reaction space can be introduced. In particular, the invention is suitable to that, hydrocarbon-containing gases that made up more than 80% by volume Methane, together with an oxidizing agent in a reaction space to introduce and burn. The oxidizing agent in which it air or oxygen enriched air or technical is pure oxygen, is in this case supplied in such an amount that The combustion takes place with an air ratio between 0.5 and 1.5 lies.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.In the following, the invention is based on an embodiment shown in the figure be explained in more detail.

Die Figur zeigt im Längsschnitt den reaktionsraumseitigen Endbereich eines Zuführungsrohres (1) zur Zuführung von Sauerstoff in die Reaktionszone eines Brenners; an der Außenseite des Zuführungsrohres strömt Erdgas zur Reaktionszone. Die Kontur des Längsschnittes setzt sich zusammen aus einem Kreisbogen (2) und zwei Geradenstücken (3, 4), welche beide tangential an den Kreisbogen (2) anschließen. Da die Kontur keine Kanten aufweist, kommt es in diesem Bereich während des Brennerbetriebs nicht zur Ausbildung einer den Brenner schädigenden Nebenflamme.The figure shows in longitudinal section the reaction chamber-side end region of a feed tube (FIG. 1 ) for supplying oxygen into the reaction zone of a burner; Natural gas flows to the reaction zone on the outside of the feed tube. The contour of the longitudinal section is composed of a circular arc ( 2 ) and two straight line pieces ( 3 . 4 ), both tangent to the circular arc ( 2 ) connect. Since the contour has no edges, it does not occur in this area during burner operation to form a burner harmful secondary flame.

Claims

A burner for firing a reaction chamber having a burner head, which consists of at least one feed tube for supplying a first feedstock, which is surrounded by a ring channel for supplying a second feedstock, wherein a feedstock to a combustible gas or a mixture of a Gas and a combustible liquid (fuel) and the other input material is an oxygen-containing gas (oxidizing agent), characterized in that the inner and outer surfaces of the feed tube at the reaction chamber end of the tube without edges merge into each other.

Burner according to claim 1, characterized that a longitudinal section the wall of the feed pipe has a contour in the area of the reaction chamber-side pipe end, those from two straight lines and one connecting the two straight sections Circular arc exists.

Burner according to Claim 2, characterized that the circular arc has a radius between 0.1 and 0.3 mm.

Burner according to claim 1, characterized that a longitudinal section the wall of the feed pipe has a contour in the area of the reaction chamber-side pipe end, those from two straight lines and one connecting the two straight sections Parabolic arch exists.

Burner according to Claim 4, characterized that the parabolic arch has an opening which is between 0.2 and 0.6 mm wide.

Burner according to one of claims 1 to 5, characterized that the feedstocks with temperatures in the reaction space can be introduced are between 100 and 700 ° C and preferably between 200 and 600 ° C.

Burner according to one of claims 1 to 6, characterized that the starting materials with pressures into the reaction space can be introduced, the between 1 and 100bara and preferably between 10 and 30 bara.

Burner according to one of claims 1 to 7, characterized that an oxidizing agent can be introduced into the reaction space at whether it be air or oxygen-enriched air or is technically pure oxygen.

Burner according to one of claims 1 to 8, characterized a fuel consisting of more than 80% by volume of methane in the reaction space can be introduced.