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Wirbel-Muffelbrenner mit einer zentralen Oel- und/oder Gaszuführung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbel-Muffelbrenner mit einer zentralen Oel-
und/oder Gaszuführung, die von einer Verbrennung sluftzuführung umgeben ist, in
der eine der durchströmenden Luft eine Drallbewegung erteilende Vorrichtung angeordnet
ist und an die sich eine feuerfeste Muffel anschliesst.
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Nit den bekannten Brennern dieser Art, die beispielsweise zum Erhitzen
von für Hochöfen bestimmte Luft, zur 'nterwasserverbrennung, zur Abfallverbrennung
oder zum direkten Heizen, beispielsweise von Induktionsöfen beim Anwärmen, verwendet
werden, sind sowohl die auf das Muffelvolumen bezogene Wärmebelastung als auch die
auf den Muffelquerschnitt bezogene Wärmebelastung relativ gering, Brenner mit diesen
geringen Belastungen lassen sich ftir Dampferzeuger nicht wirtvchaftlich einsetzen.
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Es sind dagegen Wirbelbrennkammern bekannt, die in Verbindung mit
Dampferzeugern verwendet werden und in denen Kohlenstaub verbrannt wird. Bei diesen
Brennkammern wird der Brennraum von mit Stampfmasse versehenen Kühlrohren umgrenzt.
Die Stampfmasse ermöglicht einerseits, die Verbrennungstemperatur zu erhöhen
und
damit den Verbrennungsablauf zu beschleunigen und andererseits, ein Abschrecken
der fliissigen Schlacke beim Berühren der Wand zu vermeiden, so dass die Schlacke
abfl1.essen kann. Auch mit diesen bekannten, mit Kühlrohren ausgestatteten Wirbelbrenn
kammern lassen sich nicht sehr hohe Wärmebelastungen erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wirbel-Muffelbrenner der
eingangs genannten Art zu schaffen, die ftir Dampferzeuger, insbesondere solche
grosser LeisturlgX brauchbar sind und dersn auf das Volumen bezogene Wärmebelastung
wie auch auf den Querschnitt bezogene WErmebelastung etwa dreimal höher sind als
die bishar erreichten Werte. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch dass
die Luftzuführung durch mindestens ein den Brenner umgebendes Rohrsttick in mindestens
zwei Ringkanäle mit je einer Drall erteilenden Vorrichtung unterteilt ist, dass
für den ganzen Lastbereich die Luftausströmgeschwindigkeit aus dem achsnäheren Ringkanal
grösser ist als die Luftausströmgeschwindigkeit aus dem achsferneren Ringkanal und
dass die Drallbewegungen erteilenden Vorrichtungen so ausgebildet sind, dass die
Tangentialgeschwindigkeitskomponente der aus dem achsnäheren Ringkanal ausströmenden
Luft.grösser ist als die Tangentialgeschtçindigkeitskomponente der aus dem achsferneren
Ringkanal ausströmenden ruft.
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Hierdurch ergeben sich wesentlich kleinere Abmessungen des Wirbel-Muffelbrenners
im Vergleich zu den bekannten. Mit dem erfindungsgemässen Brenner wird erreicht,
dass
in der Muffel ein starker Wirbel, ähnlich einem Potentialwirbel, erzeugt wird, der
mit einer in der Längsachse der Muffel sich ausbildenden axialen Rückströmung verbunden
ist und eine intensive rasche Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft
zur Folge hat, so dass sich wegen der hohen Temperatur der ungekühlten Muffelwand
eine grosse Verbrennungsgeschwindigkeit und somit eine hohe Leistungsdichte ergibt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung
anhand der Zeichnung erläutert, die einen Horizontalschnitt durch einen Wirbel-Muffelbrenner
gemäss der Erfindung zeigt.
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Gemäss der Zeichnung weist der als Ganzes mit 1 bezeichnete Brenner
einen zylindrischen Luftverteilkasten 2 auf, an dem eine Leitung 3 angeschlossen
ist, durch die dem Brenner die Verbrennungsluft zugeftihrt wird. Im Zentrum des
Verteilkastens 2 befindet sich eine Brennerlanze 4, der ueber eine Leitung 5 Brennöl
zugefUhrt wird. Das in der Zeichnung rechte Ende-der Brennerlanze 4 ist als Zerstäuberdüse
6 ausgehildet. Die Lanze 4 ist mittels eines Flansches 7 an der Stirnwand des Verteilkastens
2 befestigt und in Bereich der Zerstäuberdüse 6 in einer Büchse 8 geführt. Im Bereich
der Zerstäuberdüse 6 ist die Brennerlanze 4 von einem Rohrstück 9 koaxial umgeben,
dessen Lufteintrittsende sich trompetenartig erwe@tert. Das Rohrstück 9 ist seinerseits
von einem Rohr 10 umgeben, das über eine konische WsrM 13
im Luftverteilkasten
2 befestigt ist. Zwischen dem Rohr 10 und dem Rohrstück 9 einerseits und zwischen
dem Rohrstück 9 und der Büchse 8 andererseits ist somit je ein Ringkanal 40 bzw.
50 gebildet. In beiden Ringkanälen ist je eine der durchströmenden Luft einen Drall
erteilende Vorrichtung 11 bzw. 12 angeordnet, die aus nach Schraubenflächen geformten
Blechen besteht. Die Vorrichtung 11 und 12 sind so ausgebildet, dass die Tangentialgeschwindigkeitskomponente
der aus dem Ringkanal 50 ausströmenden Luft grösser ist als die Tangentialgeschwindigkeitskomponente
der aus de Ringkanal 40 aus strömenden Luft. Die Bleche der Vorrichtungen 11 und
12 sind mit der Büchse 8 und dem Rohrstück 9 bzw. mit dem RohrstUck 9 und dem Rohr
10 verschweisst.
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An die so gebildete VerbrennungsluftzufLihrung schliesst sich eine
aus keramischem Werkstoff bestehende Nuffel 18 an, die sich vom Rohr 10 ausgehend
zunächst konisch erweitert und dann als Zylinder fortsetzt-. Die Muffel 18 ist mit
radialem Spiel in einem Blechmantel- 16 geführt, der mit der konischen Wand 13 verbunden
ist. Das in der Zeichnung rechte Ende des Mantels 16 ist mit einem Flansch 17 versehen,
mittels dem der-Brenner 1 an der Wand 19 eines nicht näher dargestellten Dampferzeugers
befestigt ist. In der Wand 19 des Dampferzeugers befindet sich eine Offnung mit
dem hussendurchmesser der Muffel 18, so dass die Flar:nengase aus dem Brenner 1
ungehindert in den
Dampferzeuger einströmen können5 in dem sie ihre
Wärme an von Arbeitsmittel durchflossene Rohre 20 abgaben.
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Innerhalb des Verteilkastens 2 ist die konische Wand 13 durch radiale
Rippen 14 versteift, die gleichzeitig mit zum Befestigen des Rohres 10 dienen. Das
Rohr 10 ist von einer in axialer Richtung verstellbaren HUlse 15 umgeben, durch
die es ermöglicht wird,den Eintrittsquerschnitt des achsferneren Ringkanals 40 zu
verändern, damit die Luftzufuhr zum Brenner 1 der sich ändernden Last des Dampferzeugers
angepasst werden kann.
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Im Betrieb des Brenners 11 tritt die Verbrennungsluft aus der Leitung
3 mit mässiger Geschwindigkeit tangential in die Verteilkammer 2 ein und ein etwa
konstanter Mengenanteil dieser Luft strömt in den von dem RohrstUck 9 umgebenen
Ringkanal 50.
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Dieser Luft wird durch die Drallbieche 11 ein Drall erteilt, wonach
sie als Wirbel aus diesen Kanal austritt und sich mit dem in der ZerstAuberdEse
6 zerstäubten Brennöl intensiv mischt.
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Die restliche, der Yerteilkammer 2 zuströmende Luft strömt in den
von dem Rohrstlck 9 und dem Rohr 10 begrenzten Ringkanal 40 und erhält dort durch
die Bleche 12 ebenfalls einen Drall, der gleichsinnig zu dem Drall dar Luft im achsnäheren
Ringkanal 50 ist. Durch die trompetenartige Ausbildung des RohrstUckes 9 wird erreicht,
dass die Ausstrittsgeschwindigkeit der Luft aus dem achsferneren Ringkanal 40 immer
etwas kleiner ist als die Austrittsgeschwindigkeit der Luft in achsnäheren Ringkanal
50, und
zwar auch dann, wenn die einstellbare Hülse 15 in der Zeichnung
ganz nach rechts verschoben ist, so dass der Eintrittsquerschnitt des achsferneren
Ringkanals 40 am grössten ist. Ausser diesem Geschwindigkeitsunterschied tritt infolge
der Formgebung der Drallbleche 11 und 12 ein Unterschied zwischen den Tangentialgeschwindigkeitskomponenten
der aus dem achsnäheren Ringkanal 50 und der aus dem achsferneren Ringkanal 40 ausströmenden
Luft ein, und zwar derart, dass die Komponente der erstgenannten Luft grösser ist
als die der zuletzt genannten Luft0 Hierdurch wird am Eintritt der Muffel 18 eine
potentialwirbelartige Geschasindigkeitsverteilung hervorgerufen, die zur Folge hat,
dass im Zentrum der Muffel eine Gasrückströmung auftritt, wie dies schematisch durch
die Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Der Verlauf dieser Pfeile stellt in
allgeneinster Form die in die Zeichenebene zurUckgedrehten Axialkomponenten verschiedener
Stromlinien dar. Die wirkliche Strömung ist durch einen den gezeichneten Linien
Uberlagerten Drall gekennzeichnet, der zur Folge hat, dass die Flamme quasi in der
Muffel "aufgewickelt" wird, so dass die Verbrennung innerhalb des kurzen Muffelvolumens
beendet ist.
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Durch diese besondere Führung der Verbrennungsluft wird eine Verdichtung
des Verbrennungsablaufs bewirkt.
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Durch Verstellen der Pulse 15 in der Ze-ichnung nach links, wie dies
bei kleiner werdender Last des Dampferzeugers geschieht, wird die Ausströmgeschwindigkeit
der Luft aus dem achsferneren
Ringkanal 40 verringert, während diejenige
der aus dem achsnäheren Ringkanal 50 austretenden Luft im wesentlichen konstant
bleibt. Somit ist sichergestellt, dass auch bei sich ändernder Last des Dampferzeugers
die oben beschriebene Wirkung erhalten bleibt und dass gleichzeitig das Brennöl
stets gut zerstäubt wird.
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Anstelle eines Rohrstückes 9 können nach einer AusfUhrungsform der
Erfindung auch zwei die LuftzuSührung untarteilende Rohrstücke vorgesehen sein,
so dass sich drei Ringkanäle ergeben.