DE1927736A1 - Brenner - Google Patents

Description

Brenner

Die Erfindung betrifft Brenner mit einer Misohdüse, insbesondere für industrielle Zwecke. In solchen Brennern werden Luft und Brennstoff gasförmigen oder dampfförmigen Zustandes getrennt in eine Verbrennungskammer (bekannt als "Tunnel") eingespeist, wo sie sich zum ersten Mal treffen und wo gleichzeitig eine intensive Vermischung und Verbrennung abläuftο Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Brenner für einen Brennstoff, der enge Entzündbärkeitsgrenzen und niedrige Flammenausbreitungsgeschwindigkeiten aufweist; jedoch kann der erfindüngsgemäße Brenner auch, bei Brennstoffen zum Einsatz kommen, welche nicht diese Beschränkungen aufweisen.

Die vorliegende Erfindung besteht in einem Brenner mit Misohdüse und Verbrennungskammer, welche am äußeren Ende einen offenen Ausgang aufweist-sowie eine innere Wand,von der ein'schroffer Vorsprung herausragt, wobei eine Luftleitung, welche eine Reihe von in die Verbrennungskammer mündenden Luftöffnungen versorgt und eine Brennstoffleitung, welche eine Reihe von in die Verbrennungskammer mündenden BrennstoffÖffnungen versorgt, vorgesehen sind, wobei die Achsen der Luftöffnungen parallel zur Brennerachse liegen und die Achse einer BrennstoffÖffnung jeweils auf einer Ebene , in der die Achsen zweier benachbarter Luftöffnungen lie-

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gen, zwischen diesen senkrecht steht und wobei das räumliche Verhältnis der Öffnungen zum Durchsatz an Brennstoff und Verbrennungsluft so ist, daß sich beim Betrieb das luft/. Brennstoff-Verhältnis des Gemisches, das sich zwischen den Grenzen der Entzündbarkeit des Gemisches bewegt, in der Verbrennungskammer zonenartig ändert.

Vorzugsweise ist der Brenner kreisrund und die Verbrennungskammer sowie der schroffe Vorsprung, welcher im"Zentrum der Verbrennungskammer liegt, haben einen kreisförmigen Querschnitt.

Der schroffe Vorsprung besteht aus dem geschlossenen Ende der Brennstoffleitung, welches durch eine zentrale Öffnung in der geschlossenen inneren Endwand der Verbrennungskammer hindurchgeführt ist. Die Brennstofföffnungen sind in der zylindrischen Wand der Brennstoffleitung als radiale Löcher kreisförmigen Querschnitts gebildet» welche im gleichen Abstand um den Umfang der Brennstoffleitung angeordnet sind.

Mit Vorteil sind die Luftöffnungen in der Form eines Ringes von Öffnungen angeordnet,, welcher durch die ansonsten_ geschlossene innere Endwand gebildet wird,,

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens besitzt die Brennstoffleitung eine relativ dicke Wandung, an deren äußerer Oberfläche gleichmäßig um den Umfang verteilt sich Längsnuten befinden, welche zusammen mit dem Rand der zentralen Öffnung in der inneren Endwand die Luftöffnunge.u . ergeben* Diese Nuten können, verschiedene Querschnitte auf- _; weisen; sie haben vorzugsweise jedoch einen rechteckigen Querschnitt·. ■;..■-. ■-■-.-. ·-_■_-" ..,·.-■■- -.--.■■ -■ . :

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Die erfindungsgemäßen Brenner können zur Erwärmung von Strahlungsheizrohren und zur direkten Befeuerung von öfen verwendet· werden. Sie können auch in Verbindung mit Rekuperatoren für beide Anwendungsbereiche Verwendung finden. .

Der Brenner kann leicht montierbar als Teil eines Rekuperators konstruiert sein, der in einer Ofenwand oder in einem Strahlungsheizrohr montiert wird.

Bei beiden der oben beschriebenen bevorzugten Konstruktionen kann beim Betrachten einer der Brennstofföffnungen und zweier benachbarter Luftöffnungen festgestellt werden, daß die Achse der Brennstofföffnung zwischen den Achsen der Luftöffnungen rechtwinklig zu diesen in Richtung des Luftstromes verlaufenden Achsen verläuft und daß sie rechtwinklig auf der kürzesten Verbindungslinie zwischen den Achsen der Luftöffnungen steht.

Der schroffe Vorsprung verursacht für das Verbrennungsgemisch eine Rezirkulations-Zone, die beim Betrieb unmittelbar an der stromabwärtigen Oberfläche des VorSprungs gebildet wird. Diese Zone hat vorzugsweise eine kreisförmige Grundfläche und die äußeren radialen Begrenzungen werden vom Rand des Vorsprungs bestimmt. Beim Betrieb des Brenners strömt ein Teil des Verbrennungsgemisches in diese Rezirkulations-Zone zurück. Das Verbrennungsgemisch in dieser Zone entzündet das angrenzende, nicht entbrannte Gemisch und es breitet sich radial über den Strom des der Düse entströmenden nicht entbrannten Gemisches eine Flammenfront aus. Die Rezirkulations-Zone ist relativ groß, so daß beim Betrieb die Flamme in der Zone nicht durch das kalte Gemisch ausgelöscht wird, welches aus der Düse kommt·

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Die erfindungsgemäßen Brenner können verschiedene » Formen haben. Der Brenner könnte beispielsweise geradlinig sein, wobei alle Luftöffnungen des Brenners mit ihren Achsen in einer Ebene sowie zueinander parallel angeordnet sein können und der schroffe Ursprung die Form eines zu dieser Ebene parallelen Brettes oder einer Leiste haben könnte, wobei die Brennstofföffnungen nach der Seite des Brettes ausmünden, welche zu dieser Ebene parallel ist. Ein Brenner dieser Gestalt kann so lang wie erforderlich sein.

Anstatt geradlinig kann der Brenner gebogen sein und/ oder er kann eine geschlossene Gestalt aufweisen, wofür die bevorzugten Konstruktionen Beispiele liefern. In einer geschlossenen Gestalt kann der schroffe Vorsprung in bezug auf die Luftöffnungen außen sein, so daß beispielsweise in einem Brenner kreisförmiger Konfiguration der schroffe Vorsprung die Form eines Hinges aufweist, der einen Äing von Luftöffnungen konzentrisch umgibt.

Die Verbrennungskammer oder das Tunnel kann verschiedenartig geformt sein. Die Wände der Verbrennungskammer können beispielsweise parallel sein; mit Vorteil verjüngt sich ψ jedoch die Kammer, so daß die Austrittsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte erhöht ist. Ein Vorteil, der erfindungsgemäßen Brenner besteht darin, daß sie stabile Verbrennungsbedingungen schaffen, sogar beim Betrieb gegen einen erzeugten Rückdruck, beispielsweise hervorgerufen durch einen konvertierenden Austritt der Verbrennungskammer. Weiterhin ist bei' den erfindungsgemäßen Brennern vorteilhaft, daß sie auch beim Betrieb gegen einen Rückdruck leicht zu entzünden sind.

Eine Zündvorrichtung, wie beispielsweise eine Zündkerzen-Elektrode, kann in der Verbrennungskammer angeordnet sein.und zwar axial innerhalb der zylindrischen Brennstoff -

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leitung, so daß 'sie durch, das Ende dieser Brennstoff leitung in die Yerbrennuagska^^er hineinreicht. Das Ende der Brennstoffleitung kann auch eine oder mehrere Hilfs-Brennstofföffnungen aufweisen, von welchen der Brennstoff zur Entzündung durch die Zündvorrichtung in Längsrichtung in , die Verbrennungskammer gelängt. Die an diesen Öffnungen brennenden Flammen entzünden danach den Hauptstrom des luft/ Brennstoff-Gemisches. ■--■··-"- ■ - ■■ .·■·..-=;,-.-.u .·,.,; ^ ...■..„■·.. ,..^.r...

Die Erfindung sei anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:. · -

lig. 1"einen Längsschnitt nach der Linie 1-1 der Fig.2} Fig_e 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. Xy

Figo 3; einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Brenner, mit einer geänderten Misohdüsej

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 3;_; Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig» 4 "und

Fig.- 6 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Brenner mit einer Düsenanordnung gemäß den Figuren 3> 4 ^una 5.

Der Brenner nach den Fig„ 1 und 2 weist eine Platte 10 auf, welche das Ende"einer zylindrischen Luftzuführungsleitung 11 abschließt. Innerhalb dieser Leitung und koaxial dazu ist "eine zylindrische Brennstoffleitung 12 angeordnet, weiche durch ein zentrales, kreisförmiges Loch "der Platte 10 e twas in' "e ine Verbrennung skammer bzw· Tunnel 13 vor springt,

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wobei die Verbrennungskammer axial in--, einem, zylindrischen Block. 14- aus. feiierfestern Material, liegt. -:Die Platter.·!.©' '■■'■ sperrt das innere Ende der.Verbrennungskammer 13 ab det deren innere: Endwand» Die Platte 10 wird aus mit Luft öffnungen- 15 gebildet,' deren Achsen;: zur Br enner-aoh^ ■■ se parallel liegen und welche in einen ringförmigen Saum■ Ιβ;-münden, welcher zwischen der· Bohrung' der· VerbrennungsifämnÄ^' 13 und der äußeren zylindrischen Oberfläche des'y,orspringer* den Teils -der Brennstoffleitung 12 liegt,, Die Brennst of §3i©M tung 12 ist-an-ihrem- Ende durch eine Verschlußplatte 17 irer4. schlossen und der Teil der Leitung 12, welcher von der-Platta 10 vorspringt, bildet den schroffen Vorsprung« üahe am En<ie/ der Leilrung 12 befinden sich in deren-zylindrischer Wandung.-sechs radiale Brennst off öffnung en 18 von kreisförmigem schnitt, welche um den Umfang der Leitung 12 gleichmäßig teilt sind un<i jede dieser Öffnungen 18 mündet in der Mitte; zwischen den. zwei benachbarten Luftöffnungen 15 ^rin den förmigen Raum 16₀ ' - ^: - ^r:

Beiin Betrieb fließt der Brennstoff ails' d^n, radiäl-en Öffnungen 18 in den ringförmigen Eaum 1&, wo ex mit ier^d-eri ■ Luftöffnungen 15 "en-tätrömeiiden yerbrennungsluft vermengtwird. An jeder Seite einer Brennstofföffnung 18 befindet sieh eine Luft öffnung, von welcher ein Luftstrom herkommt, de.r den ringförmigen Saum 16 in Längsrichtung durchströmt !,Beim Betrieb ändert sich der^: Betrag von Brennstoff~, welcher ifgendeinem Luftstrom beigemengt wird, mit dem umf angsmäßigen Ab-r' stand zwischen einer Brennstofföffnung 18 und der Längslinie dieses Luftstroms und auf diese Weise sind die ätrömungabadingungen so,; daß sich das Luft/Bf ennstoff-Verhältnis -des. in die Verbrennungskammer 13 gelangenden (xemisches an jeder Seite jeder Brennstofföffnung 18 ändert.

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. ..Innerhalb und·■ längs der Achse der Brennstoffleitung 12 befindet sieh eine aus einer Zündkerzen-Elektrode bestehende ^Zündvorrichtung 19» welche ein kurzes Stück durch eine zentrale.öffnung in der Versohlußplatte 17 in die Verbrennungskammer 13 vorsteht. Die Verschlußplatte 17 weist zwei kleine einander gegenüberliegende Brennstofföffnungen 20 auf, die auf einem gemeinsamen Durchmesser, durch die Zündvorrichtung.. 19 liegen» und deren Achsen parallel zur Brennerach« liegen· Der-diesen zwei kleinen öffnungen 2Ö entströmende Brennstoff wird durch die Zündvorrichtung 19 entzündet und die Flammen, welche an diesen Öffnungen 20 entstehen, entzünden dann den Brennstoff, welcher durch die Haupt-Brennstoff öffnungen 18 fließt. .

Der Teil der Brennstoffleitung «12, welcher in die Brennstoffkammer 13 vorspringt und den schroffen Vorsprung bildet, unterstützt die ,Flammenstabilisierung,· indem er während des Betriebes des Brenners an der Oberfläche der Verschlußplatte 17 eine Rezirkulations-Zone verursacht. Beim Brennerbetrieb weist ein Teil des Brenngasgemisches eine umgekehrte Strömungsrichtung in diese Rezirkulations-Zone auf, wo er das nicht entzündete Gemisch .entzündet, welches angrenzend an die Rezirkulations-Zone strömt·

Die Verbrennungskammer 13 weist einen sich zu ihrem Ausgang sich verjüngenden Teil auf, um die Austrittsgeschwindigkeit der Verbrennungsprodukte zu erhöhen*

Bei den anderen Ausführungsformen nach den Fig. 3»4 und 5 sind.Teile, welche den Teilen der Fig. i und 2 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern versehen.

Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform erstreckt sich eine Brennstoffleitung 12 durch ein kreisförmiges Lach einer Platte 10 und verschließt das Ende einer Luft-

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zuführungsleitung 11, wobei die Platte 10 ansonsten ungelocht istο Die Brennstoffleitung 12 hat wie vorher sechs radiale Brennstofföffnungen 18, die zur äußeren zylindrischen Oberfläche der Brennstoffleitung 12 ausmünden. Bei der Ausführungsform nach den Pig. 3, 4 und 5 hat die Brennstoffleitung 12 eine relativ dicke Wandung mit sechs Längsnuten 21 rechteckigen Querschnitts, welche mit gleichem Abstand um die zylindrische Oberfläche der Leitung 12 verteilt sind, so daß jede Nut 21 in der Mitte zwischen zwei benachbarten Brennstofföffnungen 18 liegt. Die Wüten 21 erstrecken sich vom äußeren Ende der Leitung 12 zu einer Stelle im Inneren der Luftzuführungsleitung 11, so daß beim Betrieb Luft aus der Luftzuführungsleitung 11 entlang diesen Nuten 21 hinter die Platte 10 und in die Verbrennungskammer 13 strömt.

Fig. 6 zeigt einen Brenner der rekuperativen Art mit einer Düsenanordnung, wie in den Fig. 3» 4 und 5, welcher in einer Ofenwand 30 installiert ist, um in einem Strahlungsheizrohr 31 zu brennen. Dabei erfolgt die Rezirkulation heißer Verbrennungsprodukte um einen nicht dargestellten, koaxialen und rohrförmigen Teil innerhalb des Strahlungsheizrohres 31.

Das Strahlungsneizrohr 31 erstreckt sich durch ein Loch der Ofenwand 30 von deren äußeren Verkleidung 32 aus, an welcher es mittels eines äußeren ringförmigen Flansches,. der an seinem äußeren Ende gebildet ist, durch Schrauben befestigt ist. Diese Scnrauben dienen auch dazu, um einen Rauchgasring 33 an der Ofenverkleidung 32 zu befestigen. Der Rauchgasring 33 besteht aus einem Rohr 34, dessen beide Enden einen äußeren Ringflansch 35 aufweisen. Vom Rohr 34 geht radial ein Rauchgasabzugsrohr 36 weg.

Eine Brennereinheit 37 umfaßt einen Hing 38, dessen innerer Rand am inneren Ende eines Rohres 39 befestigt ist, dessen äußeres Ende durch ein Schauglas 40 verschlossen ist,

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welches durch einen Spannring 41 abgedichtet an diesem Ende gehalten wird* Vom Rohr 39 erstreckt sich radial ein Brennstoffeinlaßrohr 42 nach außen. Der äußere Rand des Ringes 38 ist am äußeren Ende eines Rohres 43 befestigt, dessen inneres Ende einen äußeren Ringflansch 44 aufweist. An einem mittleren Durchmesser ist der Ring 38 mit dem äußeren Ende eines rohrförmigen Brennstoffsammeirohres 45 verbunden, dessen inneres Ende einen sich konisch verjüngenden Teil 46 aufweist, an welchem eine Brennerdüse 47 angebracht ist«

Die Ausbildung der Brennerdüse 47 und der benachbarten Teile ist ähnlich wie beim Banner, der gemäß den Fig. 3 bis 5 beschrieben wurde. Teile mit gleicher oder ähnlicher Punktion sind im folgenden mit gleichen Bezugsziffern versehen. ■

Die Brennerdüse 47 weist eine rohrförmige Brennstoffleitung 12 auf, welche an ihrem inneren Ende durch eine Wand 17 verschlossen ist und welche an ihrem anderen Ende einen mit Gewinde versehenen Teil 48 aufweist, durch welchen sie am Brennstoffsammeirohr 45 befestigt ist. Die Düse 47 hat sechs radiale, nicht dargestellte Brennstofföffnungen 18 und sechs Längsnuten 21, welche wie bei den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Brennern angeordnet sind. Von der Brennstoffkammer gesehen etwas außerhalb der Brennstofföffnungen 18 ist an der Düse 47 ein Ring 49 befestigt, so daß das innere Ende der Düse 47 etwas durch den Ring 49 hindurchgeht. Dieser Ring 49 hat die gleiche Funktion wie die innere Endwand oder Platte 10 der Ausführungsform nach den Fig. 3 bis 5o

Die Lufteinlaßleitung 1V besteht aus einem Rohr, an dessen äußerem Ende ein äußerer Ringflansch 50 befestigt ist. In der Leitung 11 ist .ein innerer Ringflansch 51 befestigt, dessen Innendurchmesser so bemessen ist, daß er mit dem aus-

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seren Durchmesser des Ringes 49 eine dichtschließende, aber gleitende Verbindung bildet, um durch Wärmedehnungen hervorgerufene Längenänderungen ausgleichen zu können* Vom Hingflansch 51 bis zum inneren Ende dient die Leitung ■■ 11 als eine äußere Verkleidung für einen zylindrischen, ' feuerfesten Block 14, in welchem eine Verbrennungskammer bzw» Tunnel 13 gebildet ist.

Der Flansch 44 der Brennereinheit 37 ist am aus- · seren Flansch 35 des Rauchgasringes 33 befestigt, wobei ' dazwischen der Flansch 50 der Lufteinlaßleitung -11 eingeklemmt ist. Die Lufteinlaßleitung 11 erstreckt sich koaxial im Strahlungsheizrohr 31 fast bis zur inneren Oberfläche der Ofenwand 30. Kurze Längsrippen 52 an der Außenoberfläche der Leitung 11 dienen dazu, die Leitung 11' im Strahlungsheizrohr 31 koaxial abzustützen. Das Brennstoffsammeirohr 45 verläuft koaxial innerhalb der Lufteinlaßleitung 11, so daß für die Luft ein ringförmiger Kaum gebildet wird, der durch den Ring 38, den Flansch 50, das Brennstoffsammelrohr 45 und das Rohr 43 bestimmt ist, wobei dieser Raum die Funktion einer Lufteinlaß-Sammelkammer hat, welche über ein radial angeordnetes Lufteinlaßrohr 53 mit Luft versorgt wird.

Beim Betrieb strömen Rauchgase vom Strahlungsheizrohr 31 nach außen und zwar durch einen Ringraum 54» der von der äußeren Oberfläche der Lufteinlaßleitung 11 und der inneren Oberfläche des Strahlungsheizrohrs 31 bestimmt wird, Dieser Ringraum 54 erstreckt sich nach außen, so daß er mittels eines Rauchgas-Verlängerungsrohres 55 fast die ganze Länge der Lufteinlaßleitung 11 umschließt. Dabei entspricht der Durohmesser des Rauchgas-Verlängerungsrohres 55 der Bohrung des Strahlungsheizrohrs 31. Das Verlängerungsrohr 55

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ist an seinem inneren Ende an einem, äußeren Ringflansoh 56 befestigt, welcher zwischen den Plansch des Strahlungsheizrohres 31 und den inneren Flansch 35 des üauchgasringes 33 eingeklemmt ist.

Es ist eine aus einer Zündkerzen-Elektrode bestehende Zündvorrichtung 19 vorgesehen, die eine im Rohr 39 montierte Zündkerze 57 aufweist. Eine von einem Isolierrohr 59 umhüllte Verlängerungselektrode 58 erstreckt sich axial längs des Rohres 39» des Brennstoffsammeirohres 45 und der Brennstoffleitung 12 der Düse 47 und tritt durch ein axiales Loch in der inneren Endwand 17 der Düse 47 in die Verbrennungskammer 13 ein. Wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 bis 5 ist die innere Endwand 17 mit zwei kleinen, nicht dargestellten Brennstofföffnungen versehen, welche« als Zündflammenöffnungen dienert.

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Claims (1)

1. - 12 Ansprüche

   Brenner mit Mischdüse und Verbrennungskammer, welclie in— en eine Begrenzungswand und außen einen offenen Ausgang für die Verbrennungsprodukte aufweist, gekennzeichnet durch einen schroffen, aus der inneren Wand (10, 49) in die Verbrennungskammer (13) herausragenden Vorsprung der Düse, durch eine Luftzuführungsleitung (11), welche eine Heihe von in die Verbrennungskammer (13) mündende Luftöffnungen (15, 21) versorgt und durch eine Brennstoffleitung (12), ™ welche eine Reihe von ebenfalls in die Verbrennungskammer (13) mündende BrennstoffÖffnungen (18) versorgt, wobei die Achsen der Luftöffnungen parallel zur Bre\nnerachse liegen und die Achse einer BrennstoffÖffnung jeweils auf einer Ebene, in der die Achsen zweier benachbarter Luftöffnungen · liegen, zwischen diesen senkrecht steht und wobei das räumliche Verhältnis der Öffnungen zum Durchsatz an Brennstoff und Verbrennungsluft so ist, daß sich beim Brennerbetrieb das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Gemisches, das sich zwischen den Grenzen der Entzündbarkeit des Gemisches bewegt, in der Verbrennungskammer (13) zonenweise ändert.

   t 2o Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (13) und der schroffe Vorsprung, welcher in dieser zentrisch liegt, einen kreisförmigen Querschnitt haben.

   3» Brenner nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schroffe Vorsprung durch das geschlossene Ende der Brennstoffleitung (12) gecildet ist, das sich durch eine zentrale Öffnung in der geschlossenen inneren Endwand (10, 49) der Verbrennungskammer (13) hindurch erstreckt.

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   4· Brenner nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Brennst off öffnungen (18) in der zylindrischen Wandung der Brennstoffleitung (12) als radiale Löcher kreisförmigen Querschnitts ausgebildet sind, welche mit gleichem Abstand um den Umfang der Brennstoffleitung verteilt sind.

   5 ο Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftöffnungen (15) in Form eines Ringes von Öffnungen angeordnet sind, welcher durch die ansonsten geschlossene innere Endwand (10) gebildet ist_o

   6. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffleitung (12) eine relativ dicke Wandung aufweist, an deren äußerer Oberfläche gleichmäßig um den Umfang verteilte Längsnuten (21) vorgesehen sind, welche zusammen mit dem Rand der zentralen Öffnung der inneren Endwand (TO, 49) äie Luftöffnungen ergeben.

   7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der stromabwärtigen Oberfläche des schroffen Vorsprunges eine Zündvorrichtung (19) angeordnet isto

   8c Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der stromabwärtigen Verschlußplatte (17) des schroffen Vorsprungs mindestens eine Zündflammenöffnung (20) vorhanden isto ^; -

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