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Brenner für gasförmige und flüssige Brennstoffe Die Erfindung betrifft
einen Brenner für gasförmige und flüssige Brennstoffe mit einer zentralen Brennerdüse
für flüssige Brennstoffe und mit mehreren diese konzentrisch umgebenden Brennerdüsen
für gasförmige Brennstoffe, mit zwischen diesen Brennerdüsen angeordneter, regelbarer
Verbrennungsluftzufuhr und mit einem an der Düsenmündung angeordneten Brennerstein
mit einer zylindrischen Bohrang, wobei der Brennerstein einen flanschartigen
Ab-
satz in Höhe der Brennerdüsen aufweist und wobei die Düsenbohrungen gegen
die rückspringende Wandung des Brennersteins gerichtet sind.
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Bei einem bekannten Brenner dieser Art ruft der in Richtung der Brennersteinwandung
austretende Gasstrom eine Unterdruckzone im Bereich des flanschartigen Ansatzes
am Brennerstein hervor, wodurch die Zündung an einer Brennerdüse eine gleichmäßige
Weiterzündung sämtlicher Brennerdüsen automatisch hervorruft. Weiterhin gewährleistet
die im Bereich des flanschartigen Vorsprungs erzeugte Unterdruckzone eine stabile
Verbrennung des zugeführten Gasstromes.
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Bei derartigen Brennern ist es wichtig, daß an den das Gas ausstoßenden
Brennerdüsen eine Wärmemenge zur Verfügung steht, die auch bei schweren Brennstoffen
ausreicht, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten. Der vorliegenden Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, an den Brennern düsen eine derartige Wännemenge zur
Verfügung zu stellen, so daß der Betrieb derartiger Brenner weiterhin in hohem Maße
stabilisiert wird.
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Erfindungsgemäß weist die Innenwandung des Brennersteins stromab der
Gasbrennerdüsen eine einen um die Brennerdüsen verlaufenden Ringraum bildende Einschnürung
auf, die sich stromab konisch erweitert.
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In vorteilhafter Weise kann die Einschnürungsfläche stromab konisch
verlaufen und mit der Mantelfläche der konischen Erweiterung einen spitzen Winkel
bilden.
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In vorteilhafter Weise wird die Wärme, die durch die Verbrennung des
gasförinigen Brennstoffes entwickelt wird, nicht frei zur Ofenkammer hin abgegeben,
sondern wird durch die Einschnürungsfläche abgefangen und sehr nah bei den Brennerdüsen
gehalten. Es wird also in der Einschnürung Wärine zurückgehalten. Dies trägt zur
Erzielung eines extrem stabilen Betriebes bei.
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Es ist zwar bereits ein Brenner bekannt, bei dem ein Brennerkopf in
einem venturidüsenartig ausgebildeten Brennerstein angeordnet ist. In diesem venturidüsenartig
ausgebildeten Brennerstein ist eine Aussparung vorgesehen, die einen konstruktiven
Zweck erfüllt und die zur Aufnahme einer Ringleitung bestimmt ist. Verlängert man
zu beiden Seiten dieser Aussparung die Innenwandungen des Brennersteines, so ergibt
sich praktisch eine geschlossene Venturidüsenfläche. Diese bekannte Aussparung kann
niemals die wärmestauende Wirkung haben, die gemäß der Erfindung erzielt wird, da
die Brennstoffaustrittsdüsen nicht in Richtung der Aussparung, sondern in den Strömungskanal
weisen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Brenner entlang der Linie
1-1 der F i g. 2, F i g. 2 eine Draufsicht a uf die Anordnung
gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Teiles der Vorrichtung
gemäß F i g. 1 und 2, wobei der Schnitt entlang der Linie 3-3 der
F i g. 1 gelegt ist und einen der Brennerköpfe in Draufsicht zeigt, F i
g. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 derFig. 3 und F i
g. 5 eine Schnittansicht der Linie 5-5 der F i g. 3.
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Der Brenner kann im Boden 10 eines zu beheizenden Ofens eingebaut
sein. Der Boden 10 ist mit einer öffnung 11 zur Aufnahme eines Brennersteines
12 ausgestattet. Der Boden 10 kann mit einem Material
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verkleidet sein, das auch das äußere Ende des Brennersteines 12 überdeckt.
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Der Brennerstein 12 weist eine konische Erweiterung 17 auf,
die sich in Richtung stromab nach außen erweitert und somit gegenüber der Achse
18 divergiert. Innerhalb des Brennersteins 12 ist eine ringförmige Ausnehmung
19 vorgesehen. Ein am Brennerstein 12 vorhandener Ringflansch 21 hat eine
stromab liegende Fläche 22, die die untere Wand der ringförmigen Ausnehmung
19 bildet. Die Fläche 22 liegt vorzugsweise in einer Ebene, die zu der Achse
18 im wesentlichen senkrecht steht. Eine durchgehende, kegelstumpfförmige,
stromauf weisende Einschnürungsfläche 23 bildet die obere Wand der Ausnehmung
19. Die Einschnürungsfläche bildet mit der konischen Erweiterung
17 einen spitzen Winkel, so daß eine Einschnürung im Brennerstein geschaffen
wird. Die Einschnürung 24 wird so scharf, wie es mit den zur Verfügung-stehenden
keramischen Materialien möglich ist, gemacht.
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Elemente zur Halterung der Brennerdüsen werden von einem Ring
26 getragen, der an der Wand 10
befestigt sein kann. Im Abstand
von dem Ring 26
wird ein Ring 27 mittels mehrerer in Umfangsrichtung
verteilter Bolzen 28 getragen. Zwischen dem Ring 26 und dem Ring
27 sind ein Luftschieberstator 29 und ein Luftschieberrotor
31 vorgesehen. Der Luftschieberrotor 31 kann mittels eines Handgriffes
33 gedreht werden.
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Innerhalb des Luftschiebers ist ein zweiter, von einer Metallhülse
34 umgebener Brennerstein 36
montiert, der vom Ring 27 getragen wird.
Der stromab liegende Endteil des Brennersteins 36 erstreckt sich in das offene-
stromauf liegende Ende des Brennersteins 12. Der innere Brennerstein 36 hat
einen solchen Durchmesser, daß zwischen seiner Außenseite und der nach innen weisenden
Seitenfläche des Flansches 21 ein ringförmiger Kanal 35
gebildet ist. Der
innere Brennerstein 36 weist eine kegelstumpfförmige innere Fläche
37 auf.
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Die kegelstumpfförmige Fläche 37 kann zur konischen Erweiterung
17 parallel verlaufen. Die kegelstumpfförmigen Flächen 37 und
17 können in Richtung stromab eine - fortschreitende größere Querschnittsfläche
um die Achse 18 herum bilden.
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Eine Brennerdüse für flüssigen Brennstoff kann mittels eines Joches
41 gehaltert sein, das einen Bund 42 aufweist, durch den sich ein Führungsrohr 43
für die einer Düse 44 flüssigen Brennstoff zuführende Leitung erstreckt. Auf dem
Führungsrohr 43 ist eine Scheibe 46 gleitbar montiert, die dazu dient, die einströmende
Luftmenge zu regeln.
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Der Ring 27 trägt eine ringförmige Verteilerleitung
51, in die über einen Leitungsanschluß 52 ein Crasförmiger Brennstoff
unter Druck eingeleitet wird. An die Verteilerleitung,51 sind mehrere Rohre
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angeschlossen. Die Rohre 53 haben vorzugsweise einen gleichmäßigen
Abstand in der Umfangsrichtung der Brennervorrichtung, und jedes Rohr trägt eine
Brennerdüse 56 für den gasförmigen Brennstoff. Der stromab weisende Endteil
einer jeden Brennerdüse 56 ist kegelstumpfförmig ausgebildet, und in jeder
Brennerdüse 56 ist eine Düsenbohrung 61 vorgesehen. Die Achse der
Düsenbohrung 61 schließt mit einer Radialebene 60 des Brenners den
in F i g. 3
zu sehenden spitzen Winkel A ein, der etwa 30' betragen
kann. Durch die Düsenbohrung 61 in jeder Düse 56 wird ein Teil des
Brennstoffes ün allaemei-0 neu radial auswärts und gegen die Ringfläche
63, die den Umfang der Ausnehmung 19 bildet, ausgestoßen. Der Ausstoß
des gasförmigen Brennstoffes aus jeder Düsenbohrung 61 findet, wie F i
g. 5 zeigt, stromab von der Fläche 22 statt.
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Jede Brennerdüse 56 ist mit zwei weiteren Düsenbohrungen
66 und 67 ausgestattet. Die Achse der Düsenbohrung 66 fluchtet
mit der radialen Ebene 60,
während die Achse der Düsenbohrung 67 gegenüber
derjenigen der Düsenbohrung 66 radial einwärts um einen Winkel F divergiert.
Die Achsen der Düsenbohrungen 66 und 67 sind geneigt und führen zu
einem Ausstoß des gasförmigen Brennstoffes in Richtungen, die gegen die Achse
18 der Brennervorrichtung konvergieren.
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Im Betrieb entsteht eine im wesentlichen konische Flamme, die schaubildartig
in F i g. 1 dargestellt ist. Durch das Joch 41 und durch die öffnung 47 strömt
Luft zu dem engsten Teil D des inneren Brennersteins 36.
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Die durch die öffnungen in den Luftschieberteilen 29 und
31 eintretende Luft bewegt sich außerhalb des inneren Brennersteines
36 und durch den Ringkanal 35 hindurch. Diese Luft prallt auf die
Einschnürungsfläche 23. Die Einschnürungsfläche 23 lenkt die Luft
radial einwärts und in Richtunoren, die zu der Bewegung des Brennstoffes im wesentlichen
unter rechtem Winkel stehen. Die Luft bewegt sich im wesentlichen in der Richtun-
der Pfeile 55. Der Winkel, unter dem die Luft in den Brennstoff eintritt,
trägt zu der raschen Verbrennung bei, weil die Bewegungsrichtung der Luft Sauerstoff
tief in die Masse des Brennstoffes hineintreibt.
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Die Wärme, die durch die Verbrennung des durch die Düsen
56 austretenden gasförmigen Brennstoffes entwickelt wird, gelangt nicht frei
zu der Ofenkammer hin, sondern wird durch die Einschnürungsfläche 23
abgefangen
und dicht beira gasförmigen Brennstoff Crestaut, der durch die Düsenbohrungen
66 und 67
entweicht. Somit wird in der ringförmigen Aussparung
19 Wärme gestaut, und dies trägt zu dem extrem stabilen Betrieb bei, der
über einen weiten Bereich des aus den Brennerdüsen 56 austretenden Brennstoffvolumens
aufrechterhalten wird. Die Verbesserung des stabilen Betriebs, die sich aus der
Bildung eines höheren Temperaturniveaus in ' der Aussparung 19 ergibt,
beschleunigt die Verbrennung des Brennstoffes. Die Einschnürungsfläche
23 leitet die Luft so, daß sie der Strömung des gasförmigen Brennstoffes
zur Erzielung einer weiteren Beschleunigung der Verbrennung folgt, wobei diese weitere
Beschleunigung dadurch herbeigeführt wird, daß mehr Sauerstoff in der Gegenwart
des brennenden Brennstoffes angeboten wird, so daß schwere Brennstoffe unter leicht
erzielbaren Drücken verbrennen, bei denen der Gewichtsprozentsatz an Wasserstoff
und der Ge-
wichtsprozentsatz an Kohlenstoff in einem niedrigen Verhältnis
stehen. Die Fläche 23 bewirkt eine Luftleitung im allgemeinen radial einwärts
in die Masse des brennenden Brennstoffes, damit der raschen Verbrennung weiter Vorschub
geleistet wird.