DE1804798A1 - Brenner fuer fluessige und gasfoermige Brennstoffe - Google Patents

Description

DR.-ING.VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 22.10,1968 Ee/Ax

The British Petroleum Company Limited,

Britannic House, Moor Lane, London,E.C2 (England).

Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe

Die Erfindung betrifft einen Brenner, der sich für flüssige und gasförmige Brennstoffe eignet und in einfacher Weise mit Apparaturen, wie Wärmeaustauschern, die eine Wärmequelle "benötigen, kombiniert werden kann«

Der erfindungsgemäße Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe ist mit einer Vielzahl von Verbrennungsluftrohren versehen, die durch eine Brennstoffkammer geführt sind, wobei das Innere jedes Verbrennungsluftrohrs mit der Brennstoffkaramer so verbunden ist, daß der Brennstoff ä beim Betrieb des Brenners aus der Brennstoffkammer in die Luft übergeht, die durch die Verbrennungsluftrohre strömt. Jedes Verbrennungsluftrohr hat vorzugsweise eine zylindrische Gestalt oder ist wie ein Venturirohr ausgebildet.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung zwischen dem Innenraum der Verbrennungsluftrohre und der Brennstoffkammer so hergestellt, daß der Brennstoff derart in die Verbrennungsluftrohre eintritt, daß er neben den Wänden bleibt und als Diffusionsflamme verbrennt. Dies kann entweder durch Verwendung von in geeigneter Weise ausgerichteten Leitkanälen oder durch

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Ausnutzung des Ha&tsffektes erreicht werden»

Im Falle von in geeigneter Weise ausgerichteten Leitkanälen sind die Bohrungen der Verbrennungsluftrohre mit der Brennstoffkaiamer durch Jjeitkanäle parallel zu. den Wänden der Verbrennungsluftrohre₉ z_eB„ ringförmige Kanal e _t Te rl) unden _e

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Mit ei2L;-i; GossfisL^Sa-;© wij?u nislit nur die EieMige lag© des B^v-nnatoffstrosiB erreielit, sondern si© ^QgUJaS-OIg^-S auch die Insaagiiias äwcch aex-^äjuamische Effekt® _o line Ausbildung der- Yerbrennimgsliiftrolire als Vsatiarirohra eignet sich besonders gut ftlr die Äiisairfesons dieser te.

Die Brenner gemäß ä,ex- EsixRfljjr^ Icöpiien aovoh7 Dit förmigen als auch flüsaig^a Br^niißtoffsn "bot:· io^on weiden© Bei einem Brenner·, dar Xfc tüsi&3iiaigo Broiina^ü^ic vorge sehen ist, muß die Verbindung zwischen des laaoarai» eier Verbrennungsluftrohr« und der- BrennstofflsaMaer äem Brenn- stoffstrom einen Widerstand Tbieten, der in Vergleich au dem Widerstand der Brennstoffkammer (doho d©® Zwischenräum zwischen den Rohren) hoch ist© Diese Kombination von niedrigem Widerstand mit anschließendem hohen Widerstand

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begünstigt eine gleichmäßige Strömung des Brennstoffs in die Verbrennongsluftröhre.

Bei einem Brenner, der mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden aoll, ist der hohe Widerstand nicht so ■wichtig. In diesem Fall ist der Brenner vorzugsweise mit einem Regler versehen, der die Flüssigkeit in der Brennstoff kammer bei einem Betriebsstand hält, der an oder dicht an der Verbindung zwischen der Brennstoffkammer und den Bohrungen der Verbrennungsluftrohre liegt. Bei dieser Anordnung ist die Flüssigkeit in der Brennstoffkammer der Verbrennungswärme ausgesetzt, wodurch der flüssige Brennstoff in die Verbrennungsluftrohre verdampft wird. Der Regler kann als Standregler oder als Mengenregler ausgebildet sein (der sowohl auf niedrige als auch hohe Wärmeleistungen einstellbar ist).

Die Erfindung umfaßt ferner eine Verbrennungsvorrichtung, in der die Austrittsenden der Verbrennungsluftrohre eines Brenners der vorstehend beschriebenen Art durch eine Wärmeabsorptionezone, z_t3_t einer Wärmeaustauscher geführt sind, wodurch während des Bremierbetriebs dia durch die Verbrennung des Brennstoffs gebildete Wü>*3k» in die WUr^flabsorptionszone geführt wird. Die Verbrennung des Brennstoffs dicht an den Wänden der Rohre (die in der oben beschriebenen Weise begünstigt werden kann) erleichtert den Wärmeübergang.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Verbrennungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art umfaßt eine Brennstoffkammer, die neben einer Wärmeaustauscherkammer angeordnet ist, und eine Vielzahl von Verbrennungsluftrohren, die durch die Brennstoffkammer und die Wärmeaustauscherkammer geführt sind, wobei die Bohrung jedes Verbrenn ungsluftrohres mit dem Innern der Brennstoffkammer so verbunden ist, daß der Brennstoff während des Betriebs der Vorrichtung von der Brennstoffkammer in die Bohrungen

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der Ver]brennungsluftrohre strömt und die durch die Verbrennung darin erzeugte Wärme auf ein Wärmeauetauschmedium, z.B. Wasser oder luft, das durch die Wärmeaustauscherkammer umgewälzt wird, übertragen wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispiels in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Fig.1 zeigt schematisch und perspektivisch teilweise aufgeschnitten einen Brenner gemäß der Erfindung,

Fig.2 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Teil des in Fig.1 dargestellten Brenners im vergrößerten Maßstab.

Pig.3 ist ein waagerechter Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig.2.

Fig.4 zeigt als senkrechten Schnitt ähnlich wie Fig.3 eine Kombination eines Brenners mit einem Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung.

Figβ5 ist eine ähnliche Darstellung wie Fig.2, zeigt jedoch Coandarohre.

Wie Fig.1 zeigt, hat der Brenner insgesamt das Aussehen eines rechteckigga Kastens 10 mit einer Vielzahl von Verbrennungsrohren 11, die dicht in eine Austrittsplatte 12 und eine Eintrittsplatte 13 eingesetzt sind.

Wie Fig.2 zeigt, besteht jedes Verbrennungsluftrohr aus einem oberen Teil 14, dessen unteres Ende außen über das obere Ende eines unteren Teils 15 greift, wodurch ein ringförmiger Kanal 16 gebildet wird. Die Anordnung der ringförmigen Kanäle und das Sechseckmuster der Verbrennugfi«- luftrohre wird auch im waagerechten Schnitt der Fig.3 veranschaulicht.

Während des Betriebs durchströmt der Brennstoff den Zwischenraum 17 zwischen den Verbrennungsluftrohren. Er tritt in die Bohrungen der Verbrennungslutftrohra&uroh die

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ringförmigen Kanäle 16 ein und strömt als Brennstoffvorhang oder -film an den. Wänden der Rohre entlang, wo die Verbrennung als stille Diffusionsflamme stattfindet.

Bei einem Gasbrenner stellen die Ringkanäle 16 insgesamt einen Weg mit hohem Widerstand für den Brennstoff dar, während der Zwischenraum 17 einen geringen Widerstand bietet. Diese Anordnung begünstigt eine gleichmäßige Brennstoffströmung in die Verbrennungsluftrohre.

Bei einem Brenner für flüssige Brennstoffe haben die Ringkanäle 16 einen niedrigeren Widerstand, und der Brenner ist mit einem Regler versehen, der den Brennstoff in den Ringkanälen bei einem bestimmten Stand hält. Der Brennstoff in den ringförmigen Kanälen ist der Strahlungswärme der Verbrennung ausgesetzt, wodurch er in die Verbreanungszone hinein verdampft wird.

Die Regelung kann entweder durch einen verstellbaren Standregler oder einen verstellbaren Mengenregler erreicht werden. Bei einem Standregler ist der Wärmeübergang zur Flüssigkeit und damit die Verdampfungsgeschwindigkeit und daher die Wärmeleistung um so höher, je höher der Stand ist· Bei einem Mengenregler stellt sich der Stand sr-lbst ein, bis die Verdampfungsgeschwindigkeit die Durchflußmenge ins Gleichgewicht gebracht hat. In beiden Fällen ist es erwünscht, einen Überlauf vorzusehen, um zu verhindern, daß der Brenner bei einer zu hohen Einstellung überflutet wird oder bei einer zu niedrigen Einstellung ausgeht»

In Fig.4 ist der in Fig.1-3 dargestellte Brenner in Kombination mit einem Wärmeaustauscher dargestellt. Bei dieser Kombination sind die Verbrennungsluftrohre bis zu einer Oberplatte 18 verlängert, anstatt an der Austrittsplatte 12 zu enden. Hierdurch wird eine Kammer gebildet, in der Wasser oder luft duroh den Zwischenraum 19 umgewälzt werden kann.

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Diese Anordnung bildet eine kompakte und wirksame Kombination von Brenner und Wäi^üisaustaasolier,; da die daroh die Verbrennung in den oberen Seilen 14 der Verbrennungs luftrohre erzeugte Wärme a&f das Wasser oder dia Luft übertragen wird, das bsw_e die dar oh den Zwischenraum 19 umgewälzt wird«

Vorversuche mit einem Prototyp aas einsr aus Brenner und Wärmeaustauscher bestehenden laboratoriumseinheit daß kleine Einheiten iaö£li(?}i sind®

Die äußeren Ge samt abmessung en des !Prototyps wareE 6 cm im Quadrat und 1,5 cm tlsf,_s obwohl die Verbrennuuigsluftrohre in einem mittleren Rechteck von. A₉ 2 om χ 3_e5 om angeordnet waren (d_eh» die "wrihren" Brennerabmessungen waren 4;2 om χ 3»5 om bei einer Tiefe von i_s5 cm)«,

Der Prototyp enthielt 25 Verbrenniingsluf ur-oliE-e von. 6 mm Durchmesser am Austrittsende und 5 rom Durchmesser am Eintrittsende ο Jedes Rohr hatte einen ringförmigen Eintritt (einerWeite von O₁I κ und einer länge von. 3 n)_; dessen Öffnung in das Rohr etwa in dor Mitte der länge lag«- Das Innere des Brenners war daroh ein© mittlere Trennwand in einen Wärmeaustauscherraum und einen Brennstoffxaum von gleichem Volumen geteilt» Me WärmeaustaRsehfläehe hatte eine Größe von 28» 3 om*".*

Der Prototyp wurde mit Stadtgas (50$ Hg₉ 30^ CH^, Rest Inertgas) unter einem Kamin von 25 sm Durehneasex* betrieben. Die Verbrennung erfolgt® mit kleinea. ringförmigen flammen, die in den Verbrennungaluftrohren dicht an den Wänden blieben« Folgende Ergebnisse wurden erheitern»

Brenngasmenge 2,0 1/Minute

Wärmezufuhr 9,0 keal/Minute

Wassermenge . ■ 868 g/Hinute

Temperaturanstieg 2₈5°G

Durchschnittliche Wassertemperatur 4S⁰G

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Diese Resultate ergeben eine Wärmeleistung an das Wasser von 2,2 kcal/Minute(d.h. einen Wärmewirkungsgrad von 24#) und einen Wärmestrom von 78 οal/cm /Minute. Die Wärmeleistung kann durch Verwendung einer größeren Zahl von Rohren (von gleichem Durchmesser) erhöht werden, und der Wärmewirkungsgrad kann durch Vergrößerung der Länge der Rohre (d_#h. der Wärmeaustausohoberflache) gesteigert werden.

Bei einem Vergleichsversuch mit einer ähnlichen Konstruktion, bei der. jedoch der Brenner vom Wärmeaustauscher durch die Verbrennungazone getrennt war, wurde ein Wärmefluß von 35,6 cal/om²/Minute erzielt· |

Bei der in Fig«5 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen Brenner für gasförmige Brennstoffe, bei dem die Verbrennungsluftrohre 20 eine Venturiform haben und die Brennstoffkanäle 21 am Fuß der Rohre angeordnet sind (d.h. zwischen dem Fuß des Rohrs und der Eintrittsplatte 13 gebildet werden).

Beim Betrieb des Brenners strömt der Brennstoff aus der den Zwischenraum einnehmenden Brennstoffkammer 17 durch die Kanäle 21 in die Rohre 20, wo der Strom sich der Wand anschmiegt. Der Durchgang durch die Verengung 23 erzeugt eine Zone von niedrigem Druck, die die Luftansaugang be- j günstigt, so daß entweder ein kleinerer Kamin verwendet oder eine gesteigerte Gasströmung (Luft und Brennstoff) und damit eine gesteigerte Wärmeleistung erzielt werden kann. Dieser Effekt ist besonders ausgesprochen, wenn die Rohre den Coanda-Effekt ausnutzen (der in "Scientific American¹¹, Juni-AuSjgabe 1966, Seite 84-92, beschrieben ist).

Wie bei der in Fig.4- dargestellten Anordnung wird ein Wärmeaustauscher zwisohen der Austrittsplatte 12 und der oberen Platte 18 gebildet. Durch den Zwischenraum 19 kann Wasser oder Luft umgewälzt werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.) Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe mit einer durch eine Brennstoffkammer geführte Vielzahl von Verbrennungsluftrohren, gekennzeichnet durch mit dem Inneren der Brennstoffkammer derart in Verbindung stehende Bohrungen der Verbrennungsluftrohre, dass der Brennstoff beim Betrieb des Brenners aus der Brennstoffkammer in die durch die Verbrennungsluftrohre strömende Luft übergeht.

   2.) Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verbindung zwischen Verbrennungsluftrohrbohrung und Brennstoffkammer herstellende ringförmige Leitkanäle.

   5.) Brenner naoh Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verbindung zwischen Verbrennungsluftrohrbohrung und Brennstoffkammer herstellende Coanda-Düsen.

   4.) Verwendung eines Brenners nach Anspruch 1 bis 5 in. einer Brenner-Wärmeaustauscher-Kombination, bei der die Verbrennungsluftrohre durch den Wärmeaustauscher hindurchgeführt sind und eine Wärmeaustauschflüssigkeit durch die Zwischenräume zwischen den Verbrennungsluftrohren zirkuliert.

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