DE10202600A1

DE10202600A1 - Gasbrenner

Info

Publication number: DE10202600A1
Application number: DE10202600A
Authority: DE
Inventors: Fokko Johann Crone; Walter Poetzl
Original assignee: Eisenmann Anlagenbau GmbH and Co KG
Current assignee: Crone Fokko Johann De; Eisenmann SE
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: DE10202600B4

Abstract

Ein Gasbrenner für den Betrieb im Luftüberschuss, insbesondere zum Einsatz in Brennöfen oder Trocknern, umfasst in an und für sich bekannter Weise eine Gaslanze (4), die von Brenngas durchströmbar ist und ein die Gaslanze (4) umgebendes Flammrohr (2), in welches Verbrennungsluft eingebracht werden kann. Um mit einem besonders hohen Luftüberschuss fahren zu können, ist die Gaslanze (4) in einem Bereich, der in der Nähe ihres Auslassendes liegt, von einem im Wesentlichen topfförmigen Brennerkorb (8) umgeben. Dieser öffnet sich in Richtung des Auslassendes der Gaslanze (4). Im Boden (9) des Brennerkorbes (8) sind mehrere Durchgangsöffnungen (10) angeordnet, deren Achsen mit der Fläche des Bodens (9) einen spitzen Winkel einschließen und den Verbrennungsluft führenden Innenraum des Flammrohres (2) mit dem Innenraum des Brennerkorbes (8) verbinden. Die Umfangswand der Gaslanze (4) weist zumindest in dem Bereich, der von dem Brennerkorb (8) umgeben ist, mehrere radiale Durchgangsbohrungen (11) auf, welche den Innenraum der Gaslanze (4) mit dem Innenraum des Brennerkorbes (8) verbinden. Bei sehr geringem Gasdruck erzeugen die Luftströme, welche die Durchtrittsöffnungen im Boden des Brennerkorbes (8) durchsetzen, im Innenraum des Brennerkorbes (8) für eine rotierende Luftwalze, welche aus den radialen Durchgangsbohrungen (11) der Gaslanze (4) die dort strömenden Brenngase nach außen saugen. Es entsteht so in der geschützten Zone zwischen der Umfangswand des Brennerkorbes (8) ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für den Betrieb im Luftüberschuß, insbesondere zum Einsatz in Brennöfen oder Trocknern, mit einer von Brenngas durchströmbaren Gaslanze und einem die Gaslanze umgebenden Flammrohr, in welches Verbrennungsluft eingebracht werden kann.
In vielen industriellen Anwendungen von Gasbrennern, wo ein häufiger Chargenwechsel, ein variabler Massendurchsatz, ein häufiger Temperaturwechsel oder ein reduzierender Betrieb erforderlich ist, müssen die eingesetzten Gasbrenner einen möglichst großen Regelbereich aufweisen und mit einem variablen und großen Luftüberschußbereich arbeiten können. Insbesondere ist auch ein Betrieb mit Lambda < 1 erforderlich. Bei bekannten Gasbrennern der eingangs genannten Art wird ein maximaler Regelbereich von ca. 1 : 10 erreicht, was gleichbedeutend mit eingeschränktem Luftüberschuß ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gasbrenner der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß in einem möglichst großen Bereich des Wertes von Lambda ein Betrieb möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

a) die Gaslanze in einem Bereich, der in der Nähe ihres Auslaßendes liegt, von einem im wesentlichen topfförmigen Brennerkorb umgeben ist, der sich in Richtung des Auslaßendes der Gaslanze öffnet;
b) im Boden des Brennerkorbes mehrere Durchgangsöffnungen angebracht sind, deren Achsen mit der Fläche des Bodens einen spitzen Winkel einschließen und den Verbrennungsluft führenden Innenraum des Flammrohres mit dem Innenraum des Brennerkorbes verbinden;
c) die Umfangswand der Gaslanze zumindest in dem Bereich, der von dem Brennerkorb umgeben ist, mehrere radiale Durchgangsbohrungen aufweist, welche den Innenraum der Gaslanze mit dem Innenraum des Brennerkorbes verbinden.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, im Betrieb des Brenners mit niedrigem Gasdruck einen Bereich des Gasaustrittes aus der Gaslanze zu schaffen, der gegen die mit hoher Geschwindigkeit vorbeiströmende Luft geschützt ist. Die Erfindung erschöpft sich jedoch nicht in dieser schützenden Wirkung des Brennerkorbes. Vielmehr wird dafür gesorgt, daß im Innenraum des Brennerkorbes ein Unterdruck entsteht, der aktiv Verbrennungsgas aus den radialen Durchgangsbohrungen der Gaslanze saugt. Der Unterdruck wird durch eine rotierende Luftwalze erzeugt, die ihrerseits ihre Ursache in der Anordnung und Ausrichtung der Durchgangsöffnungen im Boden des Brennerkorbes hat. Das aus den radialen Durchgangsöffnungen der Gaslanze austretende Verbrennungsgas mischt sich mit der Luftwalze und verbrennt dort stabil. Bei niedrigen Gasdrucken strömt also das Verbrennungsgas nicht am Ende des Brennerkorbes im Bereich hoher Luftgeschwindigkeit aus der Gaslanze aus, sondern im beruhigten Innenbereich des Bremnerkorbes.

Vorzugsweise schließen die Achsen der Durchgangsbohrungen im Boden des Brennerkorbes mit der Fläche des Bodens einen Winkel von etwa 45° ein.

Besonders bevorzugt wird diejenige Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Durchgangsbohrungen im Boden des Brennerkorbes so ausgerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Luftströme auf eine oder mehrere der radialen Durchgangsbohrungen der Gaslanze treffen. Bei dieser Ausrichtung wird die Saugwirkung der Luftströme, die von den Durchgangsöffnungen im Boden des Brennerkorbes ausgehen, besonders ausgeprägt.

Eine zusätzliche Stabilisierung des Verbrennungsvorganges läßt sich dadurch erreichen, daß in die Gaslanze an einer Stelle, die stromauf von dem Brennerkorb liegt, ein Injektor eingesetzt ist, der Verbrennungsluft in den Innenraum der Gaslanze einsaugt.

Vorteilhaft ist schließlich, wenn die Umfangswand des Brennerkorbes mit mehreren radial verlaufenden und schräg gegen die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft gestellten Drallscheiben versehen ist. Dies fördert die Einmischung der Verbrennungsluft in die von der Gaslanze erzeugte Flamme.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; Es zeigen
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Gasbrenner;
Fig. 2 einen Schnitt durch den Gasbrenner von Fig. 1 gemäß der dortigen Linie II-II.
Der in der Zeichnung dargestellte, insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehene Gasbrenner umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Flammrohr 2, das an seinem vorderen, dem nicht dargestellten Brennraum zugewandten Ende einen Bereich 2a verringerten Durchmessers besitzt. Über einen seitlichen, in die Umfangswand des Flammrohrs 2 eingefügten Einlaßstutzen 3 gelangt Verbrennungsluft in den Innenraum des Flammrohrs 2.
Koaxial innerhalb des Flammrohrs 2 ist eine Gaslanze 4 angeordnet, die ebenfalls im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders hat. Das in Fig. 1 linke Ende der Gaslanze 4 ist mit einer Brenngasquelle verbunden. Etwa in der axialen Mitte der Gaslanze 4 ist in diese ein Injektor 5 eingesetzt. Der Injektor 5 enthält eine Venturidüse 6, von deren engster Stelle radiale Bohrungen 7 abzweigen, die sich in den Innenraum des Flammrohrs 2 öffnen.
Auf der Umfangswandung der Gaslanze 4 ist außerdem, in einem gewissen Abstand von dem Injektor 5 in Richtung auf den Brennraum, ein Brennerkorb 8 befestigt. Der Brennerkorb 8 hat die Form eines in Fig. 1 nach rechts geöffneten Topfes mit einem Boden 9. Der Boden 9 wird von der Gaslanze 4 durchstoßen und hat daher, wie insbesondere Fig. 2 deutlich macht, die Form eines Kreisrings. Er besitzt eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 10, welche den links von dem Boden 9 liegenden Innenraum des Flammrohrs 2 mit dem Innenraum des Brennerkorbs 8 verbinden. Die Achsen der Bohrungen 10 stehen nicht senkrecht auf der vom Boden 9 gebildeten Fläche sondern unter einem Winkel von etwa 45° zu diesem. Der Sinn dieser Maßnahme wird weiter unten deutlich werden.
Die Gaslanze 4 ist in demjenigen axialen Bereich, der sich innerhalb des Brennerkorbs 8 und etwas darüber hinaus befindet, ebenfalls mit einer Vielzahl von radialen Durchgangsbohrungen 11 versehen, welche den Innenraum der Gaslanze 4 mit dem Innenraum des Brennerkorbs 8 und teilweise auch mit dem in Fig. 1 rechts von dem Brennerkorb 8 liegenden Innenraum des Flammrohrs 2 verbinden.
Am in Fig. 1 rechten, also dem Brennraum nahen Ende öffnet sich die Gaslanze 4 mit einer verhältnismäßig großflächigen, stirnseitigen Öffnung 12 in den Innenraum des Flammrohrs 2.
Auf der Umfangswand des Brennerkorbs 8 sind in der Nähe von dessen freiem Rand mehrere radial gerichtete und schräg gestellte Drallscheiben 13 befestigt.
Die Funktionsweise des oben beschriebenen Gasbrenners 1 bei kleinem Brenngasdruck ist wie folgt:
Über das in Fig. 1 linke Ende wird dem Innenraum der Gaslanze 4 Brenngas und über den Einlaßstutzen 3 dem Innenraum des Flammrohrs 2 Verbrennungsluft zugeführt. Das Brenngas wird innerhalb des Injektors 5 beschleunigt und saugt über die radialen Bohrungen 7 des Injektors 5 Verbrennungsluft an. Es bildet sich bereits an dieser Stelle in der Gaslanze 4 ein Brenngas-Luftgemisch, was zu einem stabileren Brennen beim Austritt aus der Gaslanze 4 führt.
Dieses Brenngas-Luftgemisch gelangt sodann in denjenigen Bereich der Gaslanze 4, der innerhalb des Korbs 8 liegt. Dort ist die Außenseite der Gaslanze 4 durch die undurchlässige Umfangswand des Brennkorbs 8 vor der den Zwischenraum zwischen dem Brennerkorb und der Wandung des Flammrohrs 2 durchströmenden Hauptmenge der Verbrennungsluft geschützt. Es tritt nur eine bestimmte, verhältnismäßig kleine Teilmenge der Verbrennungsluft über die Durchgangsbohrungen 10 im Boden 9 des Brennerkorbs 8 in dessen Innenraum ein. Durch die Schrägstellung der Durchgangsbohrungen 10 entsteht eine rotierende Luftwalze bzw. ein Luftwirbel, die bzw. der sich in axialer Richtung entlang der Außenfläche der Gaslanze 4 bewegt. Diese rotierende Luftwalze erzeugt im Bereich der radialen Durchgangsbohrungen 11 der Gaslanze 4 einen Unterdruck und saugt aus dem Innenraum der Gaslanze 4 durch die Durchgangsbohrungen 11 Brenngas-Luftgemisch nach außen. Dieser Vorgang bleibt auch bei minimaler Gasmenge erhalten, so daß nicht die Gefahr besteht, daß Verbrennungsluft den Austritt von Brenngas-Luftgemisch behindert.
Das aus den Durchgangsbohrungen 11 der Gaslanze 4 austretende Brenngas-Luftgemisch vermischt sich mit der rotierenden Luftwalze und verbrennt stabil. Das Brenngas- Luftgemisch tritt also bei kleinen Brenngasdrucken im wesentlichen nicht an der endständigen Öffnung 12 der Gaslanze 4 sondern an den durch den Brennerkorb 8 geschützten radialen Durchgangsbohrungen 11 der Gaslanze aus, so daß der Verbrennungsvorgang im beruhigten Bereich des Brennerkorbs 8 stattfinden kann.
Die Hauptmenge des Verbrennungsgases strömt, wie oben schon erwähnt, durch den Ringraum zwischen der Umfangswand des Brennerkorbs 8 und der Umfangswand des Flammrohrs 2, wird durch die Drallscheiben 13 verwirbelt und vermischt sich sodann mit der aus dem Brennerkorb 8 und der Gaslanze 4 austretenden Flamme und strömt über den Bereich 2a verringerten Durchmessers des Flammrohrs 2 in den Brennraum aus.
Der oben geschilderte Saugeffekt der im Inneren des Brennerkorbs 8 rotierenden Luftwalze wird noch dadurch verstärkt, daß die Durchgangsbohrungen 10 im Boden 9 möglichst eine solche Ausrichtung haben sind, bei welcher die diese Durchgangsbohrungen 10 durchtretende Verbrennungsluft auf eine der Durchgangsbohrungen 11 der Gaslanze 4 trifft.
Mit zunehmendem Brenngasdruck wird der beruhigende und schützende Einfluß des Brennerkorbs 8 nicht mehr benötigt; es tritt eine zunehmende Menge des Brenngases an der stirnseitigen Öffnung 12 der Gaslanze 4 aus und verbrennt dort in stabiler Weise mit der Verbrennungsluft, die über den Spalt zwischen der Umfangswand des Brennerkorbs 8 und der Umfangswandung des Flammrohrs 2 zuströmt.
Bei dem beschriebenen Gasbrenner ist ein Betrieb mit einem Wert von Lambda, der kleiner als 1 ist, bis zu einem Betrieb mit einem Wert von Lambda, der etwa bei 10 liegt, problemlos möglich.

Claims

1. Gasbrenner für den Betrieb im Luftüberschuß, insbesondere zum Einsatz in Brennöfen oder Trocknern, mit einer von Brenngas durchströmbaren Gaslanze und einem die Gaslanze umgebenden Flammrohr, in welches Verbrennungsluft eingebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Gaslanze (4) in einem Bereich, der in der Nähe ihres Auslaßendes liegt, von einem im wesentlichen topfförmigen Brennerkorb (8) umgeben ist, der sich in Richtung des Auslaßendes der Gaslanze (4) öffnet;

b) im Boden (9) des Brennerkorbes (8) mehrere Durchtrittsöffnungen (19) angebracht sind, deren Achsen mit der Fläche des Bodens (9) einen spitzen Winkel einschließen und die den Verbrennungsluft führenden Innenraum des Flammrohres (2) mit dem Innenraum des Brennerkorbes (8) verbinden;

c) die Umfangswand der Gaslanze (4) zumindest in dem Bereich, der von dem Brennerkorb (8) umgeben ist, mehrere radiale Durchgangsbohrungen (11) aufweist, welche den Innenraum der Gaslanze (4) mit dem Innenraum des Brennerkorbes (8) verbinden.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Durchgangsbohrungen (10) im Boden (9) des Brennerkorbes (8) mit der Fläche des Bodens (9) einen Winkel von etwa 45° einschließen.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsbohrungen (10) im Boden (9) des Brennerkorbes (8) so ausgebildet sind, daß die aus ihnen austretenden Luftströme auf eine oder mehrere der radialen Durchgangsbohrungen (11) der Gaslanze (4) treffen.

4. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gaslanze (4) an einer Stelle, die stromauf von dem Brennerkorb.(8) liegt, ein Injektor (5) eingesetzt ist, der Verbrennungsluft in den Innenraum der Gaslanze (4) einsaugt.

5. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand des Brennerkorbes (8) mit mehreren radial verlaufenden und schräg gegen die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft gestellten Drallscheiben (13) versehen ist.