DE1501965B2 - Brenner für Kohlenwasserstoffe - Google Patents

Brenner für Kohlenwasserstoffe

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Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für Kohlenwasserstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Brenner ist aus der US-PS 24 97 321 bekannt. Bei diesem Brenner wird das Gemisch aus gasförmigem Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas vorerhitzt; weitergehende Maßnahmen zur Erhöhung der Leuchtkraft sind bei diesem Brenner nicht vorgesehen.
Aus der US-PS 21 17 968 ist auch bereits ein Brenner bekannt, bei dem der gasförmige Brennstoff über ein zentrales Rohr zugeführt wird. Die Luftzufuhr erfolgt bei diesem Brenner über einen das zentrale Rohr umgebenden Raum. In diesen Raum wird auch ein Hilfsbrennstoff radial zugeführt und dort verbrannt, wodurch das zentrale Rohr und der darin befindliche Brennstoff erhitzt wird. Bei diesem Brenner wird somit der Brennstoff im Brenner selbst vorgekrackt, wobei sich das Problem ergibt, den gebildeten Kohlenstoff zur Verbrennungszone zu befördern.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, den eingangs genannten Brenner dahingehend zu verbessern, daß ein Anteil Brennstoff ohne Vorerhitzung auf Krackbedingungen gebracht wird, so daß sich eine Erhöhung der Leuchtkraft der Flamme ergibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Der erfindungsgemäße Brenner bietet zahlreiche Vorteile, insbesondere arbeitet er sehr wirtschaftlich, weil er keine äußere Zufuhr, sei es energetischer oder katalytischer Art, erfordert. Gleichzeitig gestattet der Brenner relativ hohe Gasaustrittsgeschwindigkeit und auch harte Flammen, ohne daß andere Stabilisierungseinrichtungen notwendig wären. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Brenner äußerst einfach im Aufbau ist und infolgedessen keine besondere Wartung verlangt.
Die Vorteile der Erfindung bei Verwendung von flüssigem Brennstoff liegen darin, daß man eine erhebliche Wärmeabgabeleistung bei nur teilweiser Speisung erreichen kann, ohne daß es notwendig wäre, die flüssige Einspeisung zu verdampfen. Noch größere Bedeutung hat diese Vorrichtung bei der Verwendung von Butan; denn aufgrund der Tatsache, daß es in flüssiger Phase verwendet werden kann, ist man aller Schwierigkeiten enthoben, die üblicherweise mit der Natur dieses Gases verbunden sind, nämlich dessen Verdampfung und Aufrechterhaltung der Gasphase in den Kanälen. . -
Schließlich vermeidet man infolge der Einspritzung des Kohlenwasserstoffs in flüssiger Form in die Zone der heißen rezyklierten Gase stromabwärts von dem
ι ο Stabilisator die Vereisung infolge der Verdampfung von
flüssigem Kohlenwasserstoff. i
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgen- |
den an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt i
F i g. 1 einen schematisch dargestellten Brenner mit einer Primärvormischeinrichtung mit getrennter Einführung von Primär- und Sekundärbrennstoff,
F i g. 2 einen schematisch dargestellten Brenner mit einer Primärvormischvorrichtung mit einheitlicher Brennstoffeinspeisung,
F i g. 3 einen Brenner mit einer Injektionsvorrichtung mit getrennter Einspeisung von Primärbrennstoff und Sekundärbrennstoff,
F i g. 4 einen Brenner mit einer Injektionsvorrichtung mit einheitlicher Brennstoffeinspeisung.
Der in F i g. 1 dargestellte Brenner besitzt eine Rohrkammer 1, die als Vormischkammer dient und in die ein erster Kanal 2 zur Zuführung eines gasförmigen Brennstoffes und ein Zuführungskanal 3 für die Einblasung eines sauerstoffhaltigen Gases münden. Ein zweiter Kanal 4 für die Zuleitung von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff (Sekundärbrennstoff) ist parallel zur Rohrkammer 1 angeordnet und mündet in der Mitte eines scheibenförmigen Staukörpers 5, der mit einer öffnung 6 versehen und am Ausgang der Rohrkammer 1 angeordnet ist.
Der gasförmige Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas werden in der Rohrkammer 1 vermischt und verbrennen normalerweise an der Brennernase mit einer stabilisierten Flamme 7. Der über den zweiten Kanal 4 zugeführte Sekundärbrennstoff mündet durch die öffnung 6 des Staukörpers 5 und kommt in Berührung mit den in der Flamme verbrannten Gasen; er wird verdampft, teilweise dissoziiert und dann gekrackt.
Der Brenner arbeitet in folgender Weise: Ein Teil des gasförmigen Brennstoffes wird in die Rohrkammer 1 eingeführt, wo er sich mit dem sauerstoffhaltigen Gas, wie z. B. Luft, vermischt. Der in die Rohrkammer 1 eingeführte Teil des gasförmigen Brennstoffes wird mit dem sauerstoffhaltigen Gas in annähernd stöchiometrischen Mengenverhältnissen oder in solchen Anteilen vermischt, daß die entstehende Mischung schwach oxidierend ist. Diese Mischung brennt normalerweise mit einer stabilisierten Flamme. Der andere Teil des gasförmigen Brennstoffes, der im allgemeinen der größere Teil ist, wird als Sekundärbrennstoff über den Kanal 4 atromabwärts vom Staukörper 5 in die Zone der rezirkulierten Gase eingeführt. Dieser Sekundärbrennstoff (Sekundärstrahl) kommt in innige Berührung mit den verbrannten Gasen aus der Flamme.
Er wird auf eine ausreichend hohe Temperatur und angemessene chemische Bedingungen gebracht, um seine teilweise Dissoziierung und Krackung sicherzustellen, um freie Kohlenstoffteilchen zu liefern und damit hinter der Rezirkulationszone eine Flamme zu ergeben, die eine hohe Leichtkraft besitzt.
Bei dem Brenner entflammt die Mischung des gasförmigen Brennstoffes und des sauerstoffhaltigen
Gases am Umfang des Staukörpers 5 und erzeugt stromabwärts von diesem eine Zone heißer rezirkulierter Gase; der Sekundärbrennstoff gelangt in diese Zone, wo er erhitzt und auf Krackbedingungen gebracht wird; dieser Sekundärstrahl kann sich zunächst auf Umgebungstemperatur befinden.
Es ist zu betonen, daß ein Gefälle zwischen der Einführungstemperatur des Sekundärbrennstoffes in die Rezirkulationszone der Gase und der Endtemperatur der Flamme besteht, das zwischen 1000 und 18000C je nach den Bedingungen liegen kann, denen der Sekundärstrahl unterliegt, wie Druck, Temperatur usw., sowie je nach den Betriebsbedingungen.
Hinter der vom Staukörper 5 erzeugten Rezirkulationszone erhält man eine Flamme von hoher Leichtkraft. Beispielsweise erreicht man die folgenden Ergebnisse mit einem Brenner, dessen Rohrkammer 1 einen Durchmesser von 35 mm, dessen Staukörper 5 einen Durchmesser von 25 mm und dessen Öffnung 6 einen Durchmesser von 2 mm besitzt: Speisung mit Propangas 5 kg/h als gasförmigem Brennstoff und flüssigem Propan 35 kg/h, als Sekundärbrennstoff sowie Luft von Umgebungstemperatur als sauerstoffhaltigem Gas.
Es wurde eine Temperatur von monochromatischer Brillanz(=Temperatur eines schwarzen Körpers bei gleichem Fluß und gleicher Wellenlänge wie der gasförmige Primärbrennstoff) 7> von 13500C und ein monochromatischer Emissionsfaktor (=Verhältnis der spektralen Lumineszenz des gasförmigen Primärbrennstoffes zu der eines schwarzen Körpers gleicher Temperatur und gleicher Wellenlänge) von 0,32 festgestellt, gemessen bei einer Flammendicke von ungefähr 0,4 m.
Der in F i g. 2 dargestellte Brenner ist eine Abwandlung des Brenners nach Fig. 1. Er besitzt anstelle der beiden getrennten Kanäle 2 und 4 einen einzigen Kanal 8, mit einer Abzweigung 9, die einen Teil des Brennstoffes aufnimmt, um ihn der in der Mitte des Staukörpers 10 angeordneten Öffnung zuzuführen.
Der in F i g. 3 dargestellte Brenner ist eine weitere Abwandlung des Brenners nach Fig. 1. Die Mischung wird in der Vormischkammer 11 durch Ansaugen von Luft 12 mittels eines Injektors 13 an der Austrittsöffnung des Kanals 14 für den gasförmigen Brennstoff erzielt. Im übrigen entspricht der Brenner in seiner Ausführung dem vorstehenden.
Der in F i g. 4 dargestellte Brenner ist eine Abwandlung des in Fig.2 und 3 dargestellten Brenners. Die Primärmischung wird in der Vormischkammer 15 durch Ansaugen von Luft 16 erreicht. Die Ansaugung erfolgt mittels eines Injektors 17 am Ausgang des Kanals 18 für den gasförmigen Brennstoff. Eine Abzweigung 19 in diesem Kanal 18 leitet Brennstoff in die Mitte des Staukörpers 20.
Beispielsweise sind mit verschiedenen Kohlenwasserstoffen die folgenden Ergebnisse erhalten worden, wobei die Verbrennungsluft Umgebungstemperatur hatte und die Temperaturen der monochromatischen Brillanz Tf sowie der monochromatische Emissionsfaktor an einer Flammendicke von ungefähr 0,4 m gemessen wurden:
Brennstoff sekundär Brennstoffmengenleistung sekundär Durchmesser der Teile
1, 5, 4 des in F i g. 1
dargestellten Ausfüh
rungsbeispiels in mm		 Tf C Emissions
faktor
primär Naturgas primär 55 m3 (im
Normzu-
stand)/h		 1 5 4 1C
Naturgas*) Naturgas 15 m3 (im
Normzu-
stand)/h		 55 m3 (im
Normzu-
stand)/h		 90 63 14 1330° 'C 0,28
Naturgas*) Propangas 5 m3 (im
Normzu-
stand)/h		 26 kg/h 90 63 14 1300c 'C 0,22
Propangas flüssiges
Propan		 14 kg/h 35 kg/h ■ 55 38 8 1380' 0,41
Propangas 5 kg/h 35 25 2 1350' 0,32
*) Naturgas aus dem Bereich von Bordeaux von folgender Zusammensetzung in Vol.-%:
CH4 =94,6%
C2H6 = 3,2%
C3H8 = 0,7%
C4H10= 0,2%
N2 = 1,3%
Oberer Heizwert: 41 Ml/m3.
Dichte bezogen auf Luft: 0,58.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

15 Ol 965 Patentansprüche:
1. Brenner für Kohlenwasserstoffe, insbesondere Erdgas, mit einer Rohrkammer, in der die Bildung eines Gemisches aus einem durch einen ersten Kanal zugeführten gasförmigen Brennstoff und einem sauerstoffhaltigen Gas erfolgt, und mit einem stromab von der Rohrkammer konzentrisch zu deren Austrittsöffnung angeordneten Staukörper, der stromab in der Flamme eine stabile Rezirkulationszone der heißen Gase erzeugt, gekennzeichnet durch einen zweiten Kanal (4, 9, 19), der in der Mitte des Staukörpers (5) mündet und gasförmigen oder flüssigen Brennstoff in die Rezirkulationszone leitet.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanal (9,19) an den ersten Kanal (8,18) angeschlossen ist
3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kanal (4) an eine gesonderte Brennstoffquelle angeschlossen ist.
DE1501965A 1965-05-05 1966-04-30 Brenner für Kohlenwasserstoffe Withdrawn DE1501965B2 (de)

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