DE1960754A1 - Burners for gaseous fuels - Google Patents
Burners for gaseous fuelsInfo
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Description
betreffend
Brenner für gasförmige Brennstoffeconcerning
Gaseous fuel burners
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für einen gasförmigen Brennstoff mit einem ein Kühlmittel aufnehmenden hohlen Körper, der mit einem ringförmigen Kanal versehen ist, welcher durch eine Trennwand in zwei konzentrische ringförmige Kanäle zum Zuführen des Brennstoffs bzw. eines Oxidationsmittels unterteilt ist. Solche Brenner werden in großem Umfang in industriellen Anlagen, z.B. in Stahlwerken, angewendet. Als Oxidationsmittel dient bei ihnen Sauerstoff oder Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft und als Brennstoff beispielsweise Erdgas oder ein gasförmiger Kohlenwasserstoff.The invention relates to a burner for a gaseous fuel with a coolant receiving hollow body, which is provided with an annular channel which is divided by a partition into two concentric ring-shaped channels for supplying the fuel or an oxidizing agent is divided. Such burners are widely used in industrial plants, e.g. in steel mills. They use oxygen or air or enriched with oxygen as the oxidizing agent Air and as fuel, for example, natural gas or a gaseous hydrocarbon.
Bei Brennern dieser Art werden Maßnahmen getroffen, um eine stabile Verbrennung innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs zu gewährleisten, indem die heißen Verbrennungsgase veranlaßt worden, zur Stabilisierung dienende Wirbel zu bilden; dies wird auf unterschiedliche Weise erreicht, und zwar durch eine besondere Gestaltung der Brennerstirnfläche und/ oder eine auf besondere Weise ausgebildeten Flammenkammer bzw. einen in besonderer Weise ausgebildeten Heiz- oder Reaktionsraum, mit dem der Brenner verbunden ist.With burners of this type, measures are taken to ensure stable combustion within a certain operating range by removing the hot combustion gases caused to form vortices serving for stabilization; this is achieved in different ways, namely by a special design of the burner face and / or a specially designed flame chamber or a specially designed heating or reaction space with which the burner is connected.
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Der größte Nachteil, der sich bei solchen mit hoher Intensität arbeitenden Brennern für industrielle Zwecke ergibt, besteht darin, daß diese Brenner sehr starke Geräusche erzeugen, obwohl diese Geräusche in vielen Fällen teilweise durch eine Ofenkonstruktion gedämpft werden.The main disadvantage of such high-intensity burners for industrial purposes is that these burners make very loud noises, although these noises in many cases partially dampened by a furnace construction.
Mit der Erfindung soll nunmehr ein Brenner geschaffen werden, bei dem innerhalb eines großen Betriebsbereichs eine stabile Verbrennung gewährleistet ist, und bei dem die Geräuschentwicklung in einem erheblichen Ausmaß verringert ist.With the invention, a burner is now to be created in which within a large operating range a stable combustion is guaranteed, and in which the noise is reduced to a considerable extent is.
Gemäß der Erfindung ist bei einem Brenner der eingangs genannten Bauart das austrittsseitige Ende der Trennwand mit einer Verdickung versehen, deren Stirnfläche gegenüber der Stirnfläche des Brenners zurückgesetzt ist, so daß jenseits der Verdickung der Trennwand noch innerhalb des Brenners ein gemeinsamer ringförmiger Austrittskanal für den Brennstoff und das Oxidationsmittel gebildet ist, der gegenüber den getrennten Kanälen eine plötzliche Erweiterung darstellt. Vorzugsweise hat die Verdickung eine ebene Stirnfläche.According to the invention, the outlet end of the partition is in a burner of the type mentioned at the beginning provided with a thickening, the end face of which is set back relative to the end face of the burner, so that Beyond the thickening of the partition wall, a common annular outlet channel for inside the burner the fuel and the oxidizing agent is formed, the opposite of the separate channels a sudden expansion represents. The thickening preferably has a flat end face.
Die Verdickung ergibt eine Vorstabilisierung der Flamme, da die Verdickung eine beträchtliche plätzliche Vergrößerung der Kanalbreite an den Austrittsenden der Kanäle ergibt, die das Gas und das Oxidationsmittel voneinander ·-' getrennt halten, bevor das Gemisch aus der Brennermündung austritt. Hierdurch wird eine Turbulenz hervorgerufen, die eine anfängliche Durchmiuchung des Gasstrom^ und des Oxidationsmittelstroms bewirkt und die Flamme an diesem Punktfesthält. Wenn eine solche Vorstabilisierungswirkung hervorgerufen wird, schreitet die Verbrennung der sich mischenden Ströme des Brennstoffs, d.h. des Gases, und des Oxidationsmittels vom Punkt des Zündens gleichmäßig fort, so daß die Flamme insgesamt einen Geräuschpegel aufweint,The thickening results in a pre-stabilization of the flame, since the thickening is a considerable spatial increase the channel width at the outlet ends of the channels, which separates the gas and the oxidizing agent from each other - ' keep separate before the mixture exits the burner mouth. This creates turbulence, an initial penetration of the gas flow ^ and of the oxidant flow and holds the flame at that point. When such a pre-stabilization effect is caused, the combustion of the mingling streams of the fuel, i.e., the gas, and the des Oxidizing agent evenly away from the point of ignition, so that the flame wakes a total of a noise level,
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der erheblich niedriger ist als der Geräuschpegel von Flammen bekannter Brenner, die eine sich plötzlich ausbildende F lammenfront aufweisen, welche in einem kleinen Abstand von der Brennermündung auftritt. which is considerably lower than the noise level of the flames of known burners, which have a suddenly developing flame front, which occurs at a small distance from the burner mouth.
Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung geht die Verdickung aus der Trennwand hervor und ist als divergierender konischer Ring ausgebildet, der beide ringförmige Zuführungskanäle oder nur einen dieser Kanäle am Austrittsende im Durchtrittsquerschnitt verengt.In a particular from the guide die invention is the thickening of the partition wall projecting, and is formed as a diverging conical ring, the two annular feed channels or only one of these channels is narrowed at the exit end in the passage cross-section.
Durch diese Maßnahme wird das Entstehen von Turbulenz * noch gefördert. Auch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten bleibt die Vorstnbilisierungswirkung erhalten, obwohl sich die einzelnen Ströme, d.h. der Gasstrom und der Oxidationsini ttel strom, mit im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeiten durch "gedrosselte" Düsen bewegen. Bei dieser Betriebsweise geht die Stabilisierungswirkung aus der durch die Verdickung hervorgerufenen Turbulenz in eine Wechselwirkung zwischen zwei Stoßwellen über, die von den Kanten des mittleren Kegels jenseits der ebenen Stirnfläche der Verdickung ausgehen.This measure promotes the development of turbulence *. Even at very high flow velocities, the pre-stabilizing effect is retained, although the individual flows, ie the gas flow and the oxidizing agent flow, move through "throttled" nozzles at speeds in the range of the speed of sound. In this mode of operation, the stabilizing effect changes from the turbulence caused by the thickening into an interaction between two shock waves that emanate from the edges of the central cone on the other side of the flat face of the thickening.
Die Erfindung läßt sich nicht nur bei mit langer Flamme arbeitenden Brennern anwenden, sondern auch bei Brennern, ä die so konstruiert sind, daß sie eine kurze Weitwinkelflamme bzw. rchirmföriaige Flamme erzeugen. Um die gewünschte Wirkung ^u erzielen, ist gemäß der Erfindung der ringförmige Kanal an seinem Austrittsende konisch mit im wesentlichen konstanter Weite und divergiert in Richtung auf die Brennerr^tirnf lache, wobei die Verdickung im konischen Teil des Rir-f.kanals angeordnet ist.The invention can not only be operating with a long flame burners use, but also for burners, etc. which are designed so that they generate a short wide-angle flame or rchirmföriaige flame. In order to achieve the desired effect, according to the invention, the annular channel is conical at its outlet end with a substantially constant width and diverges in the direction of the burner face, the thickening being arranged in the conical part of the Rir-f.kanals.
Ferner kanndie Erfindung bei Verbrennungsvorrichtungen für einen fa.-förmigen Brennstoff, wie sie in der brit. Patentschrift 1 055 584 beschrieben sind, angewendet werden, bei denen der Brennstoff und das Oxidationsmittel dem Brenner getrennt zugeführt werden. Nach ihrer Vorstabili-Furthermore, the invention can be applied to incinerators for a barrel-shaped fuel as disclosed in British Pat. Patent specification 1 055 584 are described, can be used, in which the fuel and the oxidizing agent are fed separately to the burner. After their pre-stabilization
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sierung durch das Vorhandensein der Verdickung wird die Flamme nachfolgend durch die innere torusförmige Rückumwälzung der heißen Verbrennungsprodukte weiter stabilisiert.ization due to the presence of the thickening, the flame is subsequently through the inner toroidal shape Recirculation of the hot combustion products further stabilized.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention and advantageous details of the invention are illustrated below with reference to schematic drawings explained in more detail using exemplary embodiments.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in einem Teil eines Längsschnitts.Fig. 1 shows an embodiment of the invention in part of a longitudinal section.
Fig. 2 zeigt in einem Teil eines Längsschnitts eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung.Fig. 2 shows in part of a longitudinal section a further embodiment of the invention.
Fig. 3 zeigt in einem Teilschnitt eine Verbrennungsvorrichtung, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung versehen ist.Fig. 3 shows in a partial section a combustion device with a device according to the invention is provided.
Gemäß den Zeichnungen wird der hohle Körper von einem ringförmigen Hohlkörper 1 und einem zentral angeordneten hohlen zylindrischen Teil 2 gebildet, zwischen denen ein Ringkanal vorhanden ist, der durch eine Zwischenoder Trennwand 5 in einen äußeren Ringkanal 3 und einen inneren Ringkanal 4 unterteilt ist. An ihrem stromabwärts weisenden Ende ist die Trennwand 5 mit einer VerdickungAccording to the drawings, the hollow body is composed of an annular hollow body 1 and a centrally arranged one hollow cylindrical part 2 formed, between which an annular channel is present, which is through an intermediate or Partition wall 5 is divided into an outer ring channel 3 and an inner ring channel 4. Downstream at hers facing end is the partition 5 with a thickening
6 mit einer ebenen Stirnfläche 7 versehen. Diese Stirnfläche der Verdickung kann auch leicht konkav oder hohl- "' kegelförmig ausgebildet sein. Stromabwärts der gegenüber der Stirnfläche 8 des Brenners zurückgesetzten Stirnfläche6 is provided with a flat end face 7. This face the thickening can also be formed slightly concave or hollow "'conical. Downstream of the opposite the end face 8 of the burner recessed end face
7 der Verdickung 6 enden die Kanäle 3 und 4 für die an der Reaktion teilnehmenden Stoffe, d.h. den Brennstoff und das Oxidationsmittel, in einem gemeinsamen Austrittskanal 9.7 of the thickening 6 end the channels 3 and 4 for the substances participating in the reaction, i.e. the fuel and the Oxidizing agent, in a common outlet channel 9.
Der ringförmige hohle Brennerkörper kann durch Hindurchleiten eines Kühlmittels, z.B. von Wasser, gekühlt werden, das über einen Ringraum zwischen der inneren Wand des Bren-The annular hollow burner body can be passed through it a coolant, e.g. water, can be cooled through an annular space between the inner wall of the burner
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nerkörperteils 1 und einem diese innere Wand in einem Abstand umgebenden Rohr 10 zugeführt wird. Das Kühlmittel wird gegen die Stirnwand 8 des hohlen Brennerkörperteils geleitet und über den Ringraum zwischen der Außenseite des Rohrs 10 und der Innenseite der äußeren Wand des Bauteils 1 zurückgeführt.body part 1 and this inner wall in one Distance surrounding pipe 10 is supplied. The coolant is against the end wall 8 of the hollow burner body part and passed through the annular space between the outside of the tube 10 and the inside of the outer wall of the component 1 returned.
In dem zentral angeordneten hohlen zylindrischen Teil 2 ist ein Kühlmittelzuführungsrohr 11 angeordnet, das kurz vor der vorderen Stirnwand dieses Teils 2 mündet.In the centrally arranged hollow cylindrical part 2, a coolant supply pipe 11 is arranged, which is short in front of the front end wall of this part 2 opens.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform erzeugt beim Betrieb des Brenners eine sich in der Längsrichtung erstreckende Flamme. Die beiden Zuführungskanäle, d.h. der Kanal 3 für das Oxidationsmittel und der Kanal 4 für den Brennstoff, haben über ihre ganze Länge einschließlich des Endabschnitts vor dem gemeinsamen Austrittskanal 9 einen konstanten Querschnitt, wenn der Umlenkkörper 6 vorhanden ist.The embodiment shown in Fig. 1 produces a longitudinal direction when the burner is in operation Flame. The two supply channels, i.e. channel 3 for the oxidizing agent and channel 4 for the Fuel, have over their entire length including the end section in front of the common outlet channel 9 a constant cross-section when the deflecting body 6 is present.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, die eine "schirmförmige" Flamme erzeugt; um diese Wirkung zu erzielen, sind die Endabschnitte der Ringkanäle 3 und k in Richtung stromabwärts kegelförmig divergierend ausgebildet. Die Verdickung ist in diesem konischen Abschnitt angeordnet und gemäß Fig.2 als konischerRing ausgebildet, durch den der Endabschnitt des Kanals 3 für das Zuführen des Oxidationsmittels verengt ist. Der konische Raum innerhalb des Endabschnitts des zentral angeordneten hohlen T ils 2 kann mit nicht dargestellten ■.> Führungsrippen oder dergleichen versehen sein, um eine einwandfreie Zirkulation des Kühlmittels während des Betriebs zu gewährleisten.Figure 2 shows an embodiment which produces an "umbrella-shaped"flame; in order to achieve this effect, the end sections of the annular channels 3 and k are designed to diverge conically in the downstream direction. The thickening is arranged in this conical section and, according to FIG. 2, is designed as a conical ring, through which the end section of the channel 3 for the supply of the oxidizing agent is narrowed. The conical space within the end portion of the centrally disposed hollow ils T 2 may be provided with not shown ■.> Guide ribs or the like to ensure proper circulation of the coolant during operation.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Verbrennungsvorrichtung hat die Stirnfläche 8 des ringförmigen hohlen Bauteils 1 einen größeren Flächeninhalt und bildet zusammen mit der Stirnfläche des zentralen hohlen Teils 2 den Boden einer Flammenkammer 13, die an ihrem anderen Ende offen und durchIn the combustion device shown in FIG the end face 8 of the annular hollow component 1 has a larger surface area and forms together with the end face of the central hollow part 2 the bottom of a flame chamber 13, which is open at its other end and through
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13 6 0 7 5 413 6 0 7 5 4 - β -- β -
eine hohle Seitenwand 14 abgegrenzt ist, durch die ein,· Kühlmittel hindurchgeleitet werden kann; zu diesem Zweck ist in der hohlen Seitenwand eine Trennwand 15 angeordnet, um den Hohlraum in zwei konzentrische Ringkanäle zu unterteilen, die am vorderen Ende der Seitenwand miteinander in Verbindung stehen.a hollow side wall 14 is delimited through which a, · Coolant can be passed through; for this purpose a partition 15 is arranged in the hollow side wall, to divide the cavity into two concentric ring channels, which are connected to each other at the front end of the side wall Connected.
Tn dem hohlen Bauteil 1 können eine oder mehrere Rohrleitungen 12 zum Zuführen eines Kühlmittels angeordnet sein.One or more pipelines can be installed in the hollow component 1 12 may be arranged for supplying a coolant.
Bei allen beschrie benen Ausführungsformen sind am hinteren Ende der das Kühlmittel aufnehmenden Räume nicht dargestellte Anschlüsse zum Abführen des Kühlmittels vorgesehen. In all described embodiments are am provided at the rear end of the spaces receiving the coolant connections, not shown, for discharging the coolant.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Verdickung 6 durch einen konischen Endabschnitt der Trennwand 5 gebildet, der eine größere Wandstärke als die Trennwand auf v/eist.In the embodiment according to FIG. 3, the thickening is 6 formed by a conical end section of the partition wall 5, which has a greater wall thickness than the partition wall.
Durch Verlagern des Bodens der Flammenkarmner 13 längs der Seitenwand 14 ist es möglich, die Form der Flamme nach Wunsch zu beeinflussen. Die wirksame Länge der Flammenkammer 13 soll vorzugsweise zwischen dem 0,1—fachen und dem 0,8-fachen des Durchmessers der Flammenkammer verstellbar sein.By moving the bottom of the Flammenkarmner 13 lengthways the side wall 14 it is possible to influence the shape of the flame as desired. The effective length of the Flame chamber 13 should preferably be adjustable between 0.1 times and 0.8 times the diameter of the flame chamber be.
Mit einem mit den normalen Abmessungen hergestellten , Brenner der in Fig. 2 dargestellten Art wurden Versuche durchgeführt.Tests were carried out with a burner of the type shown in FIG. 2 made with the normal dimensions carried out.
Eine erhebliche Verringerung des Verbrennungsgeräusches ist das wesentliche Kennzeichen dieses Brenners mit vorstabilisierter Flamme. Ein zweites Merkmal dieses Brenners besteht darin, daß es bei der gleichenKonstruktion möglich ist, mit erheblich höheren Werten des Verhältnisses zwischen dem Oxidationsmittels und dem Brennstoff zu arbeiten, ohne daßA significant reduction in the combustion noise is the main characteristic of this burner with a pre-stabilized Flame. A second feature of this burner is that with the same construction it is possible to use significantly higher values of the ratio between the oxidizer and the fuel to work without
BADORIGtNAL _ 7 _ 009825/U69BADORIGtNAL _ 7 _ 009825 / U69
die Flamme weggeblasen wird. Bei Brennern bekannter
Art würde eine normale torusförmige"Weitwinkel"-Flamme
bei Werten von A- = 1,5 bis 2,0 weggeblasen werden, wobei
A das stöchiometrische Sauerstoff-Brennstoff-Verhältnis bezeichnet. Wenn mit der Erfindung eine vorstabilisierte
Flamme erzeugt wird, kann mit Werten von A- =6,0 bis 7,0
gearbeitet v/erden, bevor die Flamme weggeblasen wird.
Dieses Merkmal erweist sich z.B. dann als sehr vorteilhaft, wenn der Brenner bei der Stahlerzeugung zum Frischen benutzt
wird, d.h. wenn zur Durchführung des Frischens große Sauerstoffmengen benötigt werden und das Vorhandensein
einer Flamme zur Unterdrückung des Entstehens von Eisenoxiddämpfen erforderlich ist. the flame is blown away. Well known for burners
Kind of would be a normal toroidal "wide angle" flame
are blown away at values of A- = 1.5 to 2.0, where A denotes the stoichiometric oxygen-fuel ratio. If a pre-stabilized flame is generated with the invention, values of A- = 6.0 to 7.0 can be used before the flame is blown away.
This feature proves to be very advantageous, for example, when the burner is used for refining in steelmaking, ie when large amounts of oxygen are required to carry out the refining and the presence thereof
a flame is required to suppress the formation of iron oxide vapors.
Gemäß der Erfindung war es möglich, den ungedämpften
Gesnintgeräuschpegel von 125 dB auf 113 dB zu verringern, was einer Herabsetzung des Schalldruckpegels auf 1/4
seines Höchstwertes gleichwertig ist.According to the invention it was possible to use the undamped
Reduce the sound level from 125 dB to 113 dB, which means a reduction of the sound pressure level to 1/4
is equivalent to its maximum value.
Die Versuche wurden mit einem Brenner durchgeführt,
der mit Erdgas und Sauerstoff betrieben wurde, und der so bemessen war, daß er im Durchschnitt 1000 m Erdgas verarbeiten
konnte.The experiments were carried out with a burner,
which was operated with natural gas and oxygen, and which was dimensioned so that it could process an average of 1000 m of natural gas.
009825/1A69 Patentansprüche:009825 / 1A69 claims:
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