DE1919011C3

DE1919011C3 - Brenner für fließfähige Brennstoffe mit Abgasrückführung

Info

Publication number: DE1919011C3
Application number: DE19691919011
Authority: DE
Inventors: German 8000 Muenchen Kurz; Joachim Von Dr. Linde; Robert Von Dipl.-Ing. Linde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-04-15
Filing date: 1969-04-15
Publication date: 1980-05-14
Also published as: GB1294410A; DE1919011B2; DE1919011A1; FR2043127A5

Description

Die Erfindung bezieht sbh auf einen Brenner für fließfähige Brennstoffe mit Abgas ickführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Brenner dieser Art (DE-PS 12 20 544) besteht die Mischvorrichtung aus mehreren Einzelteilen, die für sich am Brennergehäuse befestigt sind und miteinander die Strömungspfade für die Verbrennungsluft und für die mit Brennstoff versetzten Abgase begrenzen. Abgesehen von dem baulichen Aufwand und der komplizierten Montage und Justierung der einzelnen Teile hat diese bekannte Ausführung den Nachteil, daß in den einzelnen Teilen erhebliche Wärmespannungen auftreten können, da diese auf bis zu ca. 1000⁰C erwärmt werden und eine freie Ausdehnungsmöglichkeit nicht besteht. Hinzu kommt, daß hochwarmfeste Werkstoffe einen großen Ausdehnungskoeffizienten haben, wodurch die Beherrschung der thermischen Dehnung weiter erschwert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der angegebenen Art zu schaffen, bei dem bei einfachem Aufbau Wärmespannungen auf ein Mindestmaß reduziert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs I gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird infolge der Ausbildung der Mischvorrichtung (mit Ausnahme der Mischdüse) als einstückiges Gußteil deren Herstellung und Montage gegenüber dem bekannten Aufbau ails zusammengeschweißten Blech·* teilen wesentlich erleichtert. Die Befestigung der Mischvorrichtung am Brennergehäuse nur an einer Stelle ergibt die Möglichkeit einer freien Ausdehnung der Mischvorrichtung in allen drei Dimensionen, so daß Wärrriesparihüngen weifgehend vermieden Werden können. Dadurch, daß der zur Befestigung der Mischvorrichtung dienende Rohrstutzen zur Zuführung der Verbrennungsluft verwendet wird, wird dieses Befestigungselement ständig gekühlt, so daß Festigkeitseinbußen durch Überhitzung vermieden werden.
Zweckmäßigerweise mündet der Rohrstutzen tangential in den Ringraum, so daß sich eine schraubenlinienförmige Luftströmung in dem Ringraum einstellt, wodurch eine gleichmäßige Kühlung der Mischvorrichtung durch die Verbrennungsluft erreicht Uiid die ίο Gefahr einer thermischen Überlastung vermieden wird. Da die brennkammerseitige Stirnwand des Ringraumes thermisch besonders hoch beansprucht ist, kann diese Stirnwand mit einer oder mehreren in den Ringraum hineinragenden Kühlrippen versehen sein.
Als Gußmaterial für die Mischvorrichtung kommt hochwarmfester Werkstoff, z. B. ein hochlegierter Chromnickelstahl, infrage.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner.
Fig. 2 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1, wobei die Mischvorrichtung von einem keramischen Werkstoff umkleidet ist,
F i g. 3 einen Schnitt entlang Linie 3-3 in F i g. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Brenner mit mehreren konzentrisch um eine Mittelachse angeordneten Mischvorrichtungen und

F i g. 5 einen Schnitt entlang Linie 5-5 in F i g. 4.
JO Es sei zunächst auf F i g. 1 bezuggenommen, in der ein Brenner gezeigt ist, der eine mit keramischem Material ausgekleidete Brennkammer 1 aufweist. In einem Fortsatz 2 der Brennkammer 1 ist eine Mischvorrichtung 3 angeordnet, die aus einem hohlzylindrischen Gußteil 4 und einer in dieses eingeschraubten rohrförmigen Mischdüse 5 besteht. Das Gußteil 4 weist einen Rohrstutzen 6 auf, mit dem die Mischvorrichtung 3 an einem Brennergehäuse 7 befestigt ist. Wie ersichtlich, ist die Mischvorrichtung 3 ansonsten in ίο einem Abstand von allen Wänden des Brennkammerfortsatzes 2 angeordnet.

Das hohlzylindrische GuQteil 4 weist eine Innenwand

8 auf, die mit einer Außenwand 9 einen Ringraum 10 begrenzt, in welchen der Rohrstutzen 6 einmündet. Die

·»> Innenwand 8 begrenzt mit dem vorderen, konisch zulaufenden Ende der Mischdüse 5 einen Ringspall 11 und bildet in seinem an den Ringspalt 11 anschließenden Teil 12 ein Mischrohr, das in die Brennkammer 1 einmündet. Eine Brennstoffzerstäubungsdüse 13 ist in

>" der Längsmittelachse der Mischdüse 5 angeordnet.

Im Betrieb strömt ein Teil der heißen Abgase aus der Brennkammer 1 durch den Zwischenraum 14 zwischen dem Außenumfang der Mischvorrichtung 3 und der Wand des Brennkammerfortsatzes 2 " zurück und wird in die Mischdüse 5 umgelenkt, wobei den Abgasen durch die Zerstäubungsdüse 13 Brennstoff beigegeben wird. Durch die Strömungsenergie der durch die Mischdüse 5 strömenden Abgase wird durch den Ringspalt 11 die durch das Rohr 6 zugeführte Verbrennungsluft mitgerissen. In dem Mischrohr 12 mischt sieh die Verbrennungsluft mit den Abgasen und mit dem in diesen enthaltenen Brennstoff, wobei eine nichtleUchlende Flamme erzeugt wird.

Bei dieser Art von Brennern wird die Mischvorrichtung aufgrund ihrer Umspülung mit heißen Abgasen auf hohe Temperaturen erhitzt, wodurch sich erhebliche thermische Probleme ergeben.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Brenner ist die

Mischvorrichtung 3 nur durch den Rohrstutzen 6 im Brennergehäuse 7 gehalten, so daß sie sich in allen drei Dimensionen frei ausdehnen kann. Dadurch werden Wärmespannungen vermieden. Die Mischvorrichtung wird überdies durch die Verbrennungsluft, die den Ringraum 10 durchströmt, gekühlt. Die brennkammerseitige Stirnwand 15 der Mischvorrichtung 3 ist naturgemäß einer besonders starken Erwärmung ausgesetzt. Um diese Fläche möglichst klein zu halten, verjüngt sich, wie ersichtlich, der Ringraum 10 zur Brennkammer 1 hin. Ferner ist die brennkammerseitige Stirnwand 15 mit einer in den Ringraum 10 hineinragenden Kühlrippe 16 versehen, die zu einer möglichst schnellen Abführung der Wärme beiträgt Schließlich können nicht dargestellte Leitvorrichtungen in dem Ringraum 10 vorgesehen werden, um die Verbrennungsluft vor ihrem Eintritt in den Ringspalt 11 bevorzugt der brennkammerseitigen Stirnwand 15 zuzuführen.

Wie ersichtlich, besteht die Mischvorrichtung 3 lediglich aus dem Gußteil 4 und der Mischdüse 5, die zusammen eine Einheit bilden. Das Gußteil 4 bes'eht aus einer hochwarmfesten Legierung, z. B. einer Chromnikkellegierung. Die Mischdüse 5 ist in das Guüteil 4 eingeschraubt, wodurch sie zwecks Einstellung der Größe des Spaltes 11 längsverschiebbar ist. Durch eine nicht dargestellte, verschließbare öffnung im Brennergehäuse kann die Einstellung des Spaltes 11 durch Herein- oder Herausdrehen der Mischdüse 5 von außen her erfolgen. Die Ausbildung der Mischvorrichtung3 als jo eine komplette, einbaufertige Einheit erleichtert die Herstellung und Montage.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und 3 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß die Mischvorrichtung 3', die J5 wiederum eine in sich geschlossene Einheit bildet und lediglich mittels des Rohrslutzens 6' am Brennergehäuse T befestigt ist, mit einer keramischen Umkleidung 20 versehen ist, die sich über die zylindrische Umfangswand des Gußteils 4' und bis zur Wand des Brennkammerfortsatz(!s 2' erstreckt Die Umkleidung 20 weist eine Anzahl von Kanälen 21 auf, die zur Rückführung des Abgases dienen. Zwischen der Umkleidung 20 und dem Gußteil 4' ist ein Spalt 22 vorgesehen, der mit einem nachgiebigen Material, wie z. B. Glaswolle, ausgefüllt sein kann und die freie Ausdehnung der Mischvorrichtung 3' ermöglicht. Die brennraumseitige Stirnwandseite 15' der Mischvorrichtung 3' ist in diesem Fall durch eine vorgelegte Platte 23 aus keramischem Material gegen direkte Hitzeeinstrahlung geschützt

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, mündet der Rohrstutzen 6' für die Verbrennungsluft etwa tangential in den Ringraum 10' eir. Dadurch wird eine schraubenlinienförmige Luftströmung in dem Ringraum 10' erzeugt, die eine gute innere Kühlung der Mischvorrichtung 3' gewährleistet.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 und 5 zeigt einen Brenner für hohe Heizleistungen, wobei in einem Brennkammerfortsatz 24 mehrere Miadivorrichtungen 3" konzentrisch um die Längsmittelacnse 25 des Fortsatzes 24 herum angeordnet sind. Die Luftzuführungsstutzen 6" erstrecken sich dabei im wesentlichen radial nach außen und stehen mit einem in der Wand 7" des Bren.-ikammerfortsatzes angeordneten gemeinsamen Luftzufuhrkanal 26 in Verbindung, in den eine Luftzufuhrleitung 27 mündet. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 sind die Mischvorrichtungen 3" von einer keramischen Umkleidung 28 umgeben, die sich bis zur Wand des Brennkammerfortsatzes 24 erstreckt und die Umfangswände der Mischvorrichtungen 3" vor Wärmeeinstrahlung schützt Die Abgasrückführung erfolgt hierbei durch einen zentralen, für alle Mischvorrichtungen gemeinsamen Rückführkanal 29. Die brennkammerseitigen Stirnwände der Mischvorrichtungen 3" sind durch eine gemeinsame Platte 30 aus keramischem Material geschützt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

! Patentansprüche:

1. Brenner für fließfähige Brennstoffe mit Abgasrückführung aus einer Brennkammer, der eine Mischvorrichtung aufweist, die mit einer zentralen Mischdüse für den Brennstoff und das Abgas, mit einem letztere mündungsseitig umgebenden Ringspalt zur Zuführung der Verbrennungsluft, mit einem daran anschließenden, in die Brennkammer einmündenden Mischrohr für das Brennstoff-Abgas-Gemisch und die Verbrennungsluft und mit einem äußeren, mit dem Ringspalt in Verbindung stehenden Ringraum versehen ist, in den die Verbrennungsluft vom Umfang des Brennergehäuses her über einen Rohrstutzen eingespeist wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung (3) mit Ausnahme der Mischdüse (5) aus einem Gußteil (4) aus hochwarmfestem Werkstoff besteht, das nur mittels des Rohrstutzens (6) am Brennergehäusa (7) befestigt ist und in das die Mischdüse (5) eingesetzt ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (6') tangential in den Ringraum (10') einmündet.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die brennkammerseitige Stirnwand (15) des Ringraumes (10) eine oder mehrere ir. den Ringraum (10) hineinragende Kühlrippen (16) aufweist.