DE19633083C2 - Brenner zur Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemisches, insbesondere Gasgebläsebrenner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemisches, insbesondere Gasgebläsebrenner, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Brenner, der bei industriellen Verbrennungsanlagen, unter anderem für Trocknungsanlagen, einsetzbar ist, ist aus der US 4 963 089 bekannt. Bei diesem bekannten Brenner wird der Brennstoff der Misch­ kammer über eine an den Brennstoffeinlaß angeschlossene Brennstoffzu­ führung zugeführt, die periphere Auslässe aufweist. Durch diese periphere Brennstoffzufuhr wird im Zusammenwirken mit peripheren Luftzufuhröff­ nungen im stromab konisch erweiterten Wandbereich der Mischkammer eine stabile Brennerflamme erreicht.

Der Zünder ist bei diesem bekannten Brenner von schräg oben, hinten in die Mischkammer geführt. Auch Kontrolleinrichtungen müssen in dieser Weise in die Mischkammer geführt werden. Dies ist konstruktiv aufwen­ dig. Ein Sichtfenster zur Flammenbeobachtung ist im Brennergehäuse außerhalb der Brennstoffzuführung angeordnet. Dies hat den Nachteil, daß eine Kontrolle der Brennerflamme nur eingeschränkt möglich ist. Auch hinsichtlich der Wartung ist dieser bekannte Brenner nachteilig, da wichtige Bauelemente wie die Brennstoffauslässe nur eingeschränkt zu­ gänglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs ge­ nannten Art anzugeben, bei dem unter Ausbildung einer stabilen Bren­ nerflamme die Flammenkontrolle verbessert und die Wartung vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Brennstoffzuführung so aus­ gebildet ist, daß auf der Brennstoffzufuhrseite der Mischkammer eine in diese führende, zentrale Öffnung rückwärtig zugänglich ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Die Freihaltung der zentralen Öffnung der Mischkammer hat bei entspre­ chender Ausbildung der Brennstoffzuführung den Vorteil, daß eine Kon­ trolle der Brennerflamme von deren Rückseite aus möglich wird. Dies er­ möglicht eine optimale Kontrolle der Brennerflamme. Darüber hinaus können weitere Bauelemente wie Zünder und Kontrolleinrichtungen von der Rückseite der Brennerflamme aus in die Mischkammer eingeführt werden. Dies ist nicht nur konstruktiv unaufwendig, sondern läßt auch die Brennerflamme weitgehend unbeeinflußt von diesen Einrichtungen des Brenners. Darüber hinaus eröffnet diese Konstruktion die Möglichkeit, vor dem Brennstoffeinlaß der Mischkammer einen Wartungsflansch vor­ zusehen, der alle Kontrolleinrichtungen aufnimmt. Diese können daher in einfacher Weise gemeinsam ausgebaut werden, um eine Überprüfung und Wartung durchzuführen. Dabei wird auch die Mischkammer aufgrund des zentralen Freiraumes für Kontroll- und Wartungsarbeiten gut zugänglich.

Durch die Umlenkeinrichtung nach Patentanspruch 2 wird eine in der Längsrichtung der Misch­ kammer erstreckte Brennerflamme gewährleistet.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 3 bis 5 mit als kegelstumpfförmig verjüngtem Hohlkörper ausgebildeter Umlenkvor­ richtung wird ein besonders wartungsfreundlicher Aufbau des Brenners erzielt. Alle Überwachungseinrichtungen, die Umlenkeinrichtung und die Zündeinrichtung können gemeinsam ausgebaut werden. Außerdem befin­ den sich alle Überwachungseinrichtungen auf der der Austrittsöffnung abgewandten Seite des Brenners und sind dadurch alle einfach und gleichzeitig zugänglich.

Eine periphere Brennstoffzufuhr erfolgt dabei gemäß Patentanspruch 6 bevorzugt über ein Zwischenstück, welches beispielsweise als Frästeil ko­ stengünstig hergestellt werden kann.

Insgesamt ergibt sich dadurch auch ein herstellungstechnisch geschickter Aufbau des Brenners mit klar gegliederten, aufeinanderfolgenden Berei­ chen für die Überwachung, die Brennstoffzufuhr und die Verbrennungs­ luftzufuhr. Letztere führt bei Ausbildung nach Patentanspruch 7 zu einer besseren Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft und zu einer Erhöhung der Stabilität der Brennerflamme sowie zu einer rotationssym­ metrischen Brennerflamme. Störungen aufgrund von Schwankungen der Brennstoffzufuhrmenge oder der Menge der zugeführten Verbrennungs­ luft, wie sie etwa durch zugesetzte Filter auftreten können, werden auto­ matisch ausgeglichen. Eine Regelung der Verbrennungsluftzufuhr ist da­ her allenfalls noch zur Grobregelung beispielsweise zur Begrenzung der Überschußluftmenge erforderlich, wenn dies für den gegebenen Arbeits­ prozeß gewünscht ist.

Da bei zunehmender Flammenlänge die Flamme auch in der Breite zu­ nimmt, steht bei der Maßnahme gemäß Patentanspruch 8 dann entspre­ chend mehr Verbrennungsluft für die Flamme zur Verfügung, was auch stabilisierend wirkt.

Anstelle der Schlitze bei der Ausbildung entsprechend Patentanspruch 9 und 10 können auch Langlöcher vorgesehen sein.

Durch die nach Patentanspruch 11 quer zur Brennstoffzufuhrrichtung ge­ richtete Luftzufuhrströmung wird eine Turbulenz erzeugt, die die Mi­ schung von Brennstoff und Verbrennungsluft unterstützt. Außerdem wird kühle Verbrennungsluft längs der Innenseite der Mischkammerwand ge­ führt. Die Hitzebelastung der Mischkammerwand wird dadurch vorteil­ hafterweise verringert, so daß die Verwendung weniger hitzebeständigen Materials möglich ist.

Die Form der Mischkammer gemäß Patentanspruch 12 und 13 hat sich als besonders vorteilhaft für die Stabilität der Brennerflamme herausge­ stellt. Insbesondere wird hierdurch bei kleiner Flamme ein Erlöschen der Flamme vermieden, da die Flamme auf einen verhältnismäßig kleinen Raum konzentriert wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß der Druck in Richtung auf die Austrittsöffnung gerichtet wird.

Als Material für die Mischkammer wird nach Patentanspruch 15 insbe­ sondere hochhitzefester Stahl verwendet, der beispielsweise für Tempe­ raturen von ca. 700°C bis 800°C ausgelegt ist.

Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 16 erleichtert die Abdichtung zwischen Brenner und Verbrennungsanlage, da radial zwi­ schen Brenner und Verbrennungsanlage keine heißen Verbrennungsgase austreten können.

Bei Einsatz des Brenners gemäß Patentanspruch 17, 18 in industriellen Trocknungsanlagen ist eine hohe Luftzufuhr wünschenswert bzw. erfor­ derlich. Zumindest ein Teil dieser Luftzufuhr erfolgt durch die Verbren­ nungsluft des Brenners.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Dar­ stellung,

Fig. 1 eine Seitenansicht der Mischkammer eines Brenners,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Zwischenstückes eines Brenners,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Rückseite des Zwischenstückes von Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Wartungsflansches eines Brenners und

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Rückseite des Wartungsflansches von Fig. 4.

Die in Fig. 1 gezeigte Mischkammer 1 eines Brenners ist als kegel­ stumpfförmiger Konus ausgebildet. Das Ende der Mischkammer 1 mit grösserem Querschnitt bildet dabei eine in den Feuerungsraum einer Ver­ brennungsanlage mündende Austrittsöffnung 2, während das hierzu ent­ gegengesetzte Ende der Mischkammer als Brennstoffeinlaß 3 dient. In dem dazwischenliegenden Mantel der konusförmigen Mischkammer 1 sind Zufuhröffnungen für Verbrennungsluft in Form von in den Wandbereich 4 der Mischkammer 1 eingebrachten Löchern 5 und Schlitzen 6 vorgesehen.

Die Löcher 5 und Schlitze 6 sind sowohl in Brennstoffzufuhrrichtung II als auch senkrecht hierzu über den Umfang verteilt angeordnet, wobei die Lö­ cher 5 im Bereich des Brennstoffeinlasses 3 und die Schlitze 6 im mittle­ ren Bereich und dem Bereich der Austrittsöffnung 2 vorgesehen sind. Länge und/oder Breite der Schlitze 6 können in Richtung auf die Aus­ trittsöffnung 2 auch zunehmen.

Durch die Ausgestaltung des Brenners kann stets mit Verbrennungs­ luftüberschuß gearbeitet werden. Dies verringert zwar grundsätzlich den Wirkungsgrad der Verbrennung, ist aber insbesondere bei Brennern für Trockungsanlagen kein Nachteil, da hier ohnehin eine große Luftmenge zugeführt werden muß. Mit dem Brenner wird also mindestens ein Teil der Trocknungsluft als Verbrennungsluft des Brenners der Trocknungsanlage zugeführt.

Wie man in Fig. 1 sieht, sind die Schlitze 6 quer zur Längsachse I der Mischkammer 1 angestellt ausgebildet, so daß die durch die Schlitze 6 durchtretende Verbrennungsluft tangential in die Mischkammer 1 einge­ führt wird. Hierdurch werden zum einen Turbulenzen erzeugt, die die Mi­ schung von Brennstoff und Verbrennungsluft fördern, und zum anderen ein Entlangströmen der kühleren Verbrennungsluft an der Innenseite des Wandbereichs 4 bewirkt, wodurch eine Kühlung des Wandmaterials er­ halten wird. Die Anforderungen an das für die Mischkammer 1 verwendete Material hinsichtlich der Hitzebeständigkeit ist dadurch entsprechend ge­ ringer. In Betracht kommt hierfür hochhitzebeständiger Stahl, der für eine Temperatur von ca. 700°C bis 800°C ausgelegt ist.

Der Brennstoffeinlaß 3 der Mischkammer 1 ist durch in einer Stirnwand 8 vorgesehene Löcher 10 gebildet, wobei die Wandung 8 zusätzlich eine zentrale Öffnung 9 aufweist. Die Löcher 10 dienen zusammen mit einer hier strichliert dargestellten Umlenkeinrichtung 11 der Zufuhr von Brenn­ stoff, insbesondere eines Gases. Das peripher zugeführte Gas wird dabei vor dem Durchtritt durch die Löcher 10 von der Umlenkeinrichtung 11 in Richtung auf die Austrittsöffnung 2 umgelenkt, so daß eine längs der Längsachse I der Mischkammer 1 gerichtete Brennstoffzufuhrrichtung II erhalten wird. Im Bereich oder an der als kegelstumpfförmiger Hohlkörper ausgebildeten Umlenkeinrichtung 11 ist die hier nicht dargestellte Zündeinrichtung für das Gas angeordnet.

Am brennstoffzufuhrseitigen Ende ist auf der Außenseite der Mischkam­ mer 1 eine quer zur Längsachse I angeordnete Trennwand 12 vorgesehen. Diese Trennwand 12 dient zur Befestigung des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Zwischenstückes 13 und trennt den Brennstoffzufuhrbereich vom Luftzufuhrbereich.

Das Zwischenstück 13 weist hierfür Gewindebohrungen 14 auf, in welche in der Trennwand 12 verankerbare Gewindestifte einführbar sind. Bei montiertem Brenner liegt die Trennwand 12 an der Stirnseite 16 des Zwi­ schenstücks 13 an. Desweiteren ist das Zwischenstück 13 mit einer zen­ tralen, längs der Längsachse I der Mischkammer 1 erstreckten Ausneh­ mung (Durchtrittsöffnung) 15 versehen, in welche mindestens ein radialer Gaszufuhrkanal 7 mündet.

Auf der entgegengesetzten Stirnseite 17 des Zwischenstücks 13 ist bei montiertem Brenner der in den Fig. 4 und 5 dargestellte Wartungs­ flansch 18 angeordnet, an dem der kegelstumpfförmige Umlenkkörper 11 befestigt ist. Bei montiertem Brenner durchgreift der Umlenkkörper 11 daher die Durchtrittsöffnung 15 und reicht mit seiner Spitze bis vor die zentrale Öffnung 9 in der Stirnwand 8 der Mischkammer 1. Der War­ tungsflansch 18 liegt dabei mit einer Stirnseite 19 an der Stirnseite 17 des Zwischenstückes 13 an.

Während auf dieser Stirnseite 19 des Wartungsflansches 18 der Umlenk­ kegel 11 vorgesehen ist, sind auf der entgegengesetzten Stirnseite 20 des Wartungsflansches 18 Überwachungseinrichtungen für den Brenner vor­ gesehen, wie mit Kreisen in Fig. 5 angedeutet ist. Die Überwachungsein­ richtungen können beispielsweise ein Sichtfenster 21 und eine elektroni­ sche Flammenüberwachung 22 sein. Außerdem ist hier am Wartungs­ flansch 18 eine Einrichtung 23 zur Erzeugung des Zündfunkens vorhan­ den. Der Wartungsflansch 18 ist über hier nicht dargestellte Gewindestif­ te, die in Gewindebohrungen 24 des Zwischenstücks 13 eingreifen, an diesem befestigbar.

Durch die Anordnung aller Wartungsteile, nämlich des Umlenkkörpers 11, der Überwachungseinrichtungen 21 und 22 sowie der Zündeinrichtung 23, am Wartungsflansch 18 können durch Demontage des Wartungsflansches 18 alle genannten Teile einfach und gemeinsam entfernt werden. Der Brenner ist dadurch schnell und einfach zu Wartungszwecken zugänglich. Außerdem können alle Kontrollüberprüfungen auf einer Seite des Bren­ ners erfolgen, wobei zudem durch den Umlenkkörper 11 und die zentrale Öffnung 9 in der Stirnwand 8 der Mischkammer 1 eine Flammenüberwa­ chung von der Rückseite der Flamme aus möglich ist. Im Flammenbereich sind keine störenden Elemente vorhanden.

Der dargestellte Brenner regelt sich weitgehend selbst. Über die Löcher 5 und Schlitze 6 wird dem Brenner eine passende Luftmenge zur Verfügung gestellt, so daß sich die Brennerflamme entsprechend der eingestellten Gasmenge stabil entwickeln kann. Auftretende Störungen, wie beispiels­ weise Schwankungen der Gaszufuhr oder der Verbrennungsluftzufuhr, wie sie etwa aufgrund von Gegendruckänderungen auch während des Pro­ zesses auftreten können, werden automatisch ausgeglichen. Die Brenner­ flamme bleibt stets stabil. Insbesondere auch dann, wenn sich die Flam­ me stark verkleinert, da sich die Flamme dann in einen durch die konus­ förmige Ausgestaltung der Mischkammer 1 gebildeten kleinen Raum zu­ rückziehen kann, wo der Verbrennungsvorgang konzentriert wird. Dar­ überhinaus bewirkt die konusförmige Ausgestaltung der Mischkammer 1 eine Ausrichtung des Druckes in Richtung auf die Austrittsöffnung 2, was ebenfalls zu einer stabilen Brennerflammenausbildung führt.

Durch die periphere Zuführung des Brennstoffes durch den Zufuhrkanal 7 im Zwischenstück 13 wird der axiale Bereich der Mischkammer 1 frei­ gehalten, so daß die rückwärtige Kontrolle der Brennerflamme erleichtert wird.

Claims (18)

1. Brenner zur Verbrennung eines Brennstoff-Luftgemisches, insbe­ sondere Gasgebläsebrenner, mit einer Mischkammer (1), die eine in den Feuerungsraum einer Verbrennungsanlage mündende Aus­ trittsöffnung (2), einen am hierzu entgegengesetzten Ende vorgese­ henen Brennstoffeinlaß (3), der an eine Brennstoffzuführung ange­ schlossen und mit peripheren Löchern (10) versehen ist, und einen dazwischen liegenden, die Mischkammer (1) nach außen begrenzen­ den Wandbereich (4) mit mehreren peripheren Zufuhröffnungen (5, 6) für die Verbrennungsluft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführung so ausgebildet ist, daß auf der Brenn­ stoffzufuhrseite der Mischkammer (1) eine in diese führende zentrale Öffnung (9) rückwärtig frei zugänglich ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Brennstoffeinlaß (3) der Mischkammer (1) eine demon­ tierbare Umlenkvorrichtung (11) für den Brennstoff angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkvorrichtung (11) als zur Austrittsöffnung (2) gerich­ teter kegelstumpfförmig verjüngter Hohlkörper ausgebildet ist.

4. Brenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkvorrichtung (11) an einem an der Mischkammer (1) befestigbaren Wartungsflansch (18) angeordnet ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wartungsflansch (18) als weitere Einrichtungen elektroni­ sche und/oder optische Überwachungseinrichtungen (21, 22) und/oder eine Zündeinrichtung (23) für die Brennerflamme trägt.

6. Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wartungsflansch (18) und Mischkammer (1) ein Zwi­ schenstück (13) vorgesehen ist, welches eine in die Mischkammer (1) mündende zentrale Ausnehmung (15) und einen radialen, in die Ausnehmung (15) mündenden Brennstoffzufuhrkanal (7) aufweist.

7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhröffnungen (5, 6) für die Verbrennungsluft über den Wandbereich (4) in Brennstoffzufuhrrichtung (II) sowie quer dazu verteilt angeordnet sind.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtöffnungsquerschnitt der Luftzufuhröffnungen (5, 6) in Richtung auf die Austrittsöffnung (2) zunimmt.

9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzufuhröffnungen (5, 6) als Löcher (5) und/oder Schlitze (6) ausgebildet sind.

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und/oder Breite im wesentlichen in Brennstoffzu­ fuhrrichtung (II) erstreckter Schlitze (6) in Richtung auf die Aus­ trittsöffnung (2) zunimmt.

11. Brenner nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (5) und/oder Schlitze (6) zur Erzeugung einer quer zur Brennstoffzufuhrrichtung (II) gerichteten Luftzufuhrströmung angestellt ausgebildet sind.

12. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Mischkammer (1) zur Austrittsöffnung (2) hin erweitert.

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist.

14. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) im Querschnitt kreisförmig ist.

15. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) aus hochhitzefestem Stahl besteht.

16. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (1) einen Endbereich aufweist, der in den Feuerungsraum der Verbrennungsanlage hineinragbar ist.

17. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Brenner für eine Trocknungsanlage.

18. Brenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Trocknungsluft als Verbrennungsluft dem Brenner zuführbar ist.