Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen Brenn
raum von Industrieofenanlagen, entsprechend dem Oberbe
griff des Anspruches 1.
Brenner der vorausgesetzten Art kommen bevorzugt in
Wärmebehandlungsanlagen zur Anwendung, beispielsweise
in den Brennräumen eines Drehrohrofens, einer Calci
niereinrichtung oder dergleichen, wie sie etwa zur Her
stellung von Zementklinker aus mineralischen Rohstoffen
verwendet werden. Außerdem besteht auch die Möglich
keit, solche Brenner in Brennräumen von anderen ge
eigneten Industrieöfen bzw. Industrieofenanlagen zu
verwenden.
Diese Art Brenner sind in der Praxis vielfach als soge
nannte Mehrrohr- bzw. Mehrkanalbrenner ausgeführt und
können je nach Ausbildung für feste, flüssige und/oder
gasförmige Brennstoffe (in der Regel Kohlenstaub,
Heizöl und/oder Erdgas) verwendet werden. Dabei müssen
im allgemeinen die vom Brenner (am Brennermündungsende)
erzeugte Flammenform und die Wärmedarbietung (z. B.
Strahlungswärme) dem jeweiligen verfahrenstechnischen
Prozeß und der baulichen Gestaltung des jeweiligen
Brennraumes angepaßt werden. Betrachtet man dabei
beispielsweise eine Ofenanlage zur Herstellung von
Zementklinker, dann ist ferner zu berücksichtigen, daß
sich die verfahrenstechnischen Aufgaben eines solchen
Brenners durch verschiedene Faktoren ändern können, wie
z. B. durch veränderte Rohmaterialeigenschaften, durch
eine gewünschte Qualitätsänderung des zu brennenden
Produktes, durch die Wahl von Brennstoffarten mit zum
Teil unterschiedlichem Verbrennungsverhalten, durch
eine Leistungssteigerung der Ofenanlage usw. . Die
vorgeschriebenen Emissionswerte, insbesondere hinsicht
lich Kohlendioxyd (CO2) und Stickoxyd (NOx), der mit
einem solchen Brenner ausgestatteten Ofenanlage sind
zwingend einzuhalten. Diese bekannten Brenner sind da
her u. a. an ihrem Mündungsende mit einem Ausströmsystem
für Verbrennungsluft und Brennstoffe ausgestattet,
durch das angestrebt wird, den Brenner und damit auch
die Ofenanlage energetisch günstig zu betreiben, wobei
der ausströmende Brennstoff bzw. das ausströmende
Brennstoffgemisch zur Ausbildung der Flamme mit einem
bestimmten Anteil an Verbrennungsluft (z. B. etwa 6%)
versorgt wird und die Ausbildung der Flamme durch die
Intensität der Durchmischung von Brennstoff und Luft
beeinflußt werden kann. Einen wesentlichen Faktor bil
det hierbei auch die Zuführung von Verbrennungsluft in
Form von sogenannter Primärluft durch wenigstens einen
ringförmigen Primärluft-Zuführkanal des Brenners, ins
besondere im Ausströmbereich bzw. im Ausströmsystem des
in den Brennraum hineinragenden Brennermündungsendes.
Diese Verbrennungsluft kann dabei durch mehrere, über
einen Außenumfangsbereich verteilte und in den Brenn
raum ausmündende Verbrennungsluftdüsen ausströmen, die
mit ihren Durchströmkanälen relativ zur Brennerachse
eingestellt werden können, damit die Ausströmrichtung
der Primärluft verändert werden kann.
Es ist daher bereits für einen Drehrohrofen-Brenner
vorgeschlagen worden (DE-A-43 19 363), die am Brenner
mündungsende dem Primärluft-Zuführkanal zuzuordnenden
Primärluftdüsen in einer ringförmigen Düsenscheibe ein
stellbar und auswechselbar zu befestigen. Diese Primär
luftdüsen weisen einen zylindrischen Düsenkörper auf,
der eine äußere Umfangsringnut besitzt und durch einen
in die Ringnut eingreifenden Stift in einer Bohrung der
Düsenscheibe axial fixiert und dabei um seine
Längsachse verdrehbar ist, um die Düsenbohrung hin
sichtlich ihrer Divergenz von der Brennerlängsachse und
gegebenenfalls ihrer Drallströmungskomponente verändern
zu können. Die im wesentlichen zylindrische Düsenboh
rung durchsetzt den Düsenkörper unter einem Winkel zur
Längsachse der zylindrischen Düse. Bei dieser Ausbil
dung läßt sich der aus dieser Düsenbohrung ausströmende
Primärluftstrahl durch ein Verdrehen der Düse nur auf
einen gedachten Kreisring projizieren, wobei dieses
Verdrehen selbst nur dann geschehen kann, wenn der
Brenner außer Betrieb ist. Aufgrund der Gestaltung und
Anordnung dieser Primärluftdüsen und ihrer Düsenbohrun
gen läßt sich im allgemeinen kein gebündelter Primär
luftstrahl erzielen, und es muß mit relativ hohen
Druckverlusten und daher mit entsprechend hohen Ener
gieverlusten bei der Primärluftausströmung gerechnet
werden.
Aus der Praxis ist ferner ein Drehrohrofenbrenner be
kannt, bei dem innerhalb eines äußeren Primärluft-Zu
führkanales im Bereich des Brennermündungsendes eine
Anzahl von planetenartig angeordneten, flexiblen
Schläuchen vorgesehen ist, die an ihren Ausströmenden
als etwa rohrförmige, im wesentlichen zylindrische
Schlauchdüsen ausgebildet sind. Eine Dralleinstellung
der ausströmenden Primärluft kann durch eine Verstell
barkeit der Auslenkwinkel der Schlauchdüsen - auch wäh
rend des Betriebes - erzielt werden. Die Primärluft
kann hier zwar gewissermaßen noch innerhalb des Primär
luft-Zuführkanales, also innerhalb des Brenner
mündungsendes, in eine schräg in Umfangsrichtung ver
laufende Strahlungsrichtung umgelenkt werden; der Aus
tritt der Primärluft erfolgt jedoch noch in einem
Ringspalt. Wenn somit dieser Ringspalt relativ groß be
messen ist, dann können noch begrenzt Primärluftstrah
len ausströmen; ist dieser Ringspalt hingegen relativ
klein gehalten, dann werden die gewünschten Strahlen
ganz oder weitgehend vernichtet. Auch hier muß im übri
gen aufgrund der Formgebung der Schlauchdüsen mit ent
sprechend hohen Druck- und somit Energieverlusten bei
der Ausströmung gerechnet werden, ganz abgesehen davon,
daß eine Verstellbarkeit hinsichtlich Divergenz
und/oder Konvergenz der austretenden Primärluftstrahlen
auf diese Weise nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen
Brenner der im Oberbegriff des Anspruches 1 vorausge
setzten Art zu schaffen, der sich vor allem durch eine
relativ leichte und vielseitige Einstellbarkeit hin
sichtlich der Ausströmungsrichtung seiner in den Brenn
raum gerichteten Düsen auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn
zeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen
stand der Unteransprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jede Düse durch
ihren Düsenkörper in einer etwa kugelkalottenförmigen
Lageröffnung eines Düsenhalterungsringes aufgenommen
und kugelbeweglich einstellbar gelagert. Diese Düsen
können dadurch praktisch universell verstellt werden,
so daß die in ihrem Düsenkörper eingearbeiteten Durch
strömkanäle in jeder erforderlichen Weise relativ zur
Brennerachse bzw. in Umfangsrichtung des zugehörigen
Zuführkanales (für eine entsprechende Drallströmung)
eingestellt werden können.
Bei der erfindungsgemäßen Brennerausführung ist der Dü
senkörper jeder Düse wenigstens an seinem einen, ersten
Ende mit einer etwa kugelförmigen Außenkontur ausgebil
det, mit der er in der mit einer korrespondierenden,
etwa kugelkalottenförmigen Innenkontur versehenen La
gerbohrung des Düsenhalterungsringes drehbar und ein
stellbar gelagert ist. Dies bedeutet somit, daß jede
Verbrennungsluftdüse aufgrund der Formgebung ihres Dü
senkörpers kugelbeweglich im Bereich der Stirnseite des
Brennermündungsendes gehaltert ist, so daß durch die
gegebene Drehbarkeit des Düsenkörpers und somit auch
durch die sich dadurch ergebende Verschwenkbarkeit des
zugehörigen Durchströmkanales (Düsenkanales) die be
reits erwähnte, äußerst weitreichende und leicht durch
zuführende Einstellung der Düse hinsichtlich ihrer Aus
strömrichtung erzielt werden kann. Auf diese Weise kann
der erfindungsgemäß Düsen zumindest für Verbrennungs
luft ausgestattete Brenner bei entsprechenden Düsenein
stellungen optimal entsprechenden verfahrenstechnischen
Aufgaben, verschiedenen Brennstoffarten sowie anderen
Erfordernissen angepaßt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist ferner jeder im wesentlichen länglich ausgeführte
Düsenkörper an seinen beiden, einander entgegengesetz
ten Enden mit je einer kugelförmigen Außenkontur ausge
bildet, wobei der Düsenkörper zwischen diesen beiden
Enden ein etwa rohrförmiges Verbindungsstück aufweist
und wobei der Durchströmkanal diesen Düsenkörper in
Richtung seiner Längsachse zentral durchsetzt. Hierbei
ist ferner mit axialem Abstand und parallel zum Düsen
halterungsring eine quer zum zugehörigen Verbrennungs
luft-Zuführkanal verlaufende, ringförmige Querwand vor
gesehen, in der eine Anzahl von in Umfangsrichtung ver
teilt angeordneten, in Luftströmungsrichtung zur
Brennerachse konvergierenden Schrägbohrungen ausgebil
det ist, in denen jeweils das zweite Düsenkörperende
gleitbeweglich derart aufgenommen ist, daß durch eine
Relativverstellung zwischen dem Düsenhalterungsring und
der Querwand die Düsenkörper um den Mittelpunkt der
kugelförmigen Außenkontur am ersten Düsenkörperende
drehbar und damit die Strömungsrichtung des Durchström
kanales relativ zur Brennerachse einstellbar ist. Dies
sind besonders gute Voraussetzungen dafür, daß die
Relativverstellung zwischen Düsenhalterungsring und
Querwand von außerhalb des Brennraumes sowie während
des Betriebes, vorzugsweise durch Fernverstellung,
durchgeführt werden kann. Bei dieser Ausgestaltung kann
der Brenner weitgehend stufenlos sowie während jeder
Betriebsphase den jeweiligen Betriebsbedingungen rasch
angepaßt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird auch darin
gesehen, daß der Durchströmkanal in jedem Düsenkörper
dieser Düsen venturiartig ausgebildet ist. Hierdurch
kann die in den Brennraum einzuführende Ver
brennungsluft bzw. Primärluft, gegebenenfalls aber auch
Brenngas eines inneren Brenngas-Zuführkanales, durch
die Durchströmkanäle der einzelnen Düsen einerseits in
relativ gebündelten Luft- bzw. Gasstrahlen und anderer
seits mit relativ geringen Druckverlusten und somit mit
relativ geringem Energieverbrauch ausströmen.
Die Erfindung sei nachfolgend anhand der Zeichnung nä
her beschrieben. In dieser Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Teil-Längsschnittansicht durch das
Brennermündungsende eines ersten Ausfüh
rungsbeispieles des erfindungsgemäßen
Brenners;
Fig. 2 eine Teil-Stirnansicht (Viertel-Stirnan
sicht) des Brennermündungsendes, etwa
entsprechend Pfeil II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Detail-Schnittansicht etwa entspre
chend der Linie III-III in Fig. 1;
Fig. 4, 5 und 6 ähnliche Ansichten wie in den Fig. 1 bis
3, jedoch bei weiterer Vereinfachung zum
Veranschaulichen einer gegenüber den Fig.
1 bis 3 veränderten Einstellage der
Düsen;
Fig. 7 und 8 ähnliche Ansichten wie die Fig. 1 und
2 bzw. 4 und 5, zum Veranschaulichen ei
ner weiteren Einstellage der Düsen;
Fig. 9 eine Teil-Längsschnittansicht durch das
Brennermündungsende eines zweiten Ausfüh
rungsbeispieles;
Fig. 10 eine Teil-Stirnansicht des Brennermün
dungsendes, etwa entsprechend Pfeil X in
Fig. 9.
Von dem erfindungsgemäß ausgeführten Brenner ist in der
Zeichnung vor allem das im vorliegenden Zusammenhang
besonders interessierende Brennermündungsende 1 mit
seinen wesentlichen Bestandteilen veranschaulicht, wäh
rend der übrige Hauptteil dieses Brenners mit dem Zu
führende für Brennstoff/Brennstoffe und Verbrennungs
luft weitgehend in üblicher Weise ausgeführt sein kann,
er daher also nicht im einzelnen veranschaulicht zu
werden braucht.
Das in der Zeichnung veranschaulichte Brennermündungs
ende 1 ragt in einen entsprechenden Brennraum 2 in der
jeweils erforderlichen Weise hinein. Bei diesem Brenn
raum 2 kann es sich beispielsweise um einen an sich be
kannten Drehrohrofen, eine Calciniereinrichtung oder
dergleichen handeln, wie sie beispielsweise bei Brenn
ofenanlagen zur Herstellung von Zementklinker verwendet
werden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Brenners sei nachfolgend zunächst anhand der Fig. 1 bis
3 erläutert. Dieser Brenner enthält grundsätzlich in an
sich bekannter Weise mehrere zur zentralen Brennerachse
(Brennerlängsachse) 3 koaxial ineinander angeordnete
Rohrwände, die nachfolgend der Einfachheit halber als
Rohre bezeichnet werden. Bei diesem ersten Ausführungs
beispiel begrenzen ein äußeres Brennermantelrohr 4 und
ein mit radialem Abstand innerhalb dieses Mantelrohres
4 angeordnetes erstes Innenrohr 5 einen äußeren, ring
förmigen Verbrennungsluft-Zuführkanal, der für die Zu
führung sogenannter Primärluft dienen soll und somit
nachfolgend als Primärluft-Zuführkanal 6 bezeichnet
wird.
Wie in den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, sind bei diesem
ersten Ausführungsbeispiel radial weiter innen vom er
sten Innenrohr 5 noch weitere koaxiale Innenrohre
(innere Rohrwände), nämlich ein zweites Innenrohr 7 und
ein darin angeordnetes drittes Innenrohr 8 vorgesehen.
Hierbei kann zwischen dem ersten Innenrohr 5 und dem
dazu weiter innen liegenden zweiten Innenrohr 7 in an
sich bekannter Weise ein im Querschnitt etwa ringför
miger Zuführkanal 9 für Brennstoff, beispielsweise fe
sten Brennstoff wie Kohlenstaub, ausgebildet sein. In
nerhalb des Ringraumes 10 zwischen dem zweiten Innen
rohr 7 und dem zentralen dritten Innenrohr 8 kann we
nigstens ein Führungsrohr 11 für einen Zündbrenner
(nicht dargestellt) angeordnet sein, während das zen
trale dritte Innenrohr 8 als Führungsrohr zur Aufnahme
eines - ebenfalls nicht näher veranschaulichten, da an
sich bekannten - zentralen Öldüsenstockes ausgebildet
ist. Dieses zentrale dritte Innenrohr/Führungsrohr 8
sowie das Führungsrohr 11 können dabei mit ihren Mün
dungsenden in einem als Flammenstabilisator ausgebilde
ten üblichen Dralluftkörper (nicht dargestellt) oder in
einer zentralen Stauscheibe 12 angeordnet und festge
legt sein.
Bezüglich des äußeren Mantelrohres 4 sei noch erwähnt,
daß dieses in an sich bekannter Weise (und daher nicht
veranschaulicht) mit einer Feuerfestmasse ummantelt
sein kann.
Wie insbesondere in den Fig. 1 und 2 zu erkennen
ist, sind an der Stirnseite des Brennermündungsendes 1
mehrere, über einen Außenringbereich verteilte, in den
Brennraum 2 ausmündende Düsen 13 angeordnet, die wegen
ihrer Zuordnung zum äußeren Verbrennungsluft- bzw. Pri
märluft-Zuführkanal 6 nachfolgend als Primärluftdüsen
13 bezeichnet werden. Diese Primärluftdüsen 13 können -
wie im einzelnen noch näher erläutert wird - mit ihren
Durchströmkanälen (Düsenkanälen) 14 relativ zur Brenne
rachse 3 eingestellt werden, so daß dadurch auch die
Ausströmrichtungen der Primärluft aus diesen Düsen 13
verstellt bzw. eingestellt werden kann.
Von besonderer Bedeutung ist bei diesem erfindungsgemä
ßen Brenner die Gestaltung, Anordnung und Halterung der
Primärluftdüsen 13. Alle Primärluftdüsen 13 sind in der
gleichen Weise ausgebildet, gehaltert und verstellbar,
so daß es genügt, zunächst nur eine dieser Primärluft
düsen 13 näher zu erläutern.
Jede dieser Primärluftdüsen 13 weist einen Düsenkörper
15 auf, durch den sie in einer etwa kugelkalottenförmi
gen Lageröffnung 16 eines Düsenhalterungsringes 17 auf
genommen und kugelbeweglich einstellbar gelagert ist.
Zu diesem Zweck ist jeder Düsenkörper 15 zumindest an
seinem einen, ersten Ende 15a mit einer etwa kugelför
migen Außenkontur 15a' ausgebildet. Über diese Außen
kontur 15a' ist der Düsenkörper 15 in der mit einer
korrespondierenden, etwa kugelkalottenförmigen Innen
kontur 16' versehenen Lageröffnung 16 des Düsenhalte
rungsringes 17 drehbar und einstellbar gelagert. Be
reits bei dieser Gestaltung des Düsenkörpers 15 kann
die bzw. jede Primärluftdüse 13 mit ihrem Durch
strömkanal 14 relativ leicht und vielseitig hinsicht
lich der Primärluft-Ausströmrichtung (Pfeil 22) ausge
richtet werden.
Bei der in der Zeichnung veranschaulichten, besonders
bevorzugten Ausführungsform ist jeder Düsenkörper 15 in
einer im wesentlichen länglichen Form ausführt und da
bei an seinen beiden einander entgegengesetzten Enden
15a und 15b mit je einer entsprechenden kugelförmigen
Außenkontur 15a' bzw. 15b' ausgebildet. Zwischen diesen
beiden Enden 15a und 15b weist der Düsenkörper 15 ein
etwa rohrförmiges Verbindungsstück 15c auf. Der Durch
strömkanal 14 durchsetzt diesen Düsenkörper 15 in Rich
tung seiner Längsachse 15d geradlinig und zentral, d. h.
der Durchströmkanal 14 verläuft koaxial zur Längsachse
15d durch diesen Düsenkörper 15.
Zur Erzielung eines weitgehend gebündelten Luftstrahles
sowie zur Vermeidung von höheren Druckverlusten (gleich
Energieverluste) bei der Primärluft-Ausströmung wird es
als besonders günstig angesehen, wenn der Durchströmka
nal 14 im Düsenkörper 15 venturiartig ausgebildet ist,
wobei sich der Durchströmkanal 14 zum Düsenausströmende
hin - wie in der Zeichnung veranschaulicht - etwa dif
fusorartig erweitert.
Mit axialem Abstand und parallel zum Düsenhalterungs
ring 17 ist innerhalb des Brennermündungsendes 1 ferner
eine quer zum Primärluft-Zuführkanal 6 verlaufende,
ringförmige Querwand 18 vorgesehen. In dieser Querwand
ist eine Anzahl von in Umfangsrichtung verteilt
angeordneten, in Primärluft-Strömungsrichtung - ent
sprechend Pfeil 19 - zur Brennerachse 3 konvergierenden
Schrägbohrungen 20 ausgebildet, die als Durchgangsboh
rungen ausgeführt sind und eine Art schräger
Gleitführungsbohrungen für die zweiten Enden 15b des
Düsenkörpers 15 bilden. Die Anzahl und Verteilung die
ser Schrägbohrungen 20 in der Querwand 18 entspricht
der Anzahl und Verteilung der Lageröffnungen 16 im Dü
senhalterungsring 17. Dementsprechend ist in diesen
Schrägbohrungen 20 jeweils das zweite Düsenkörperende
15b gleitbeweglich derart aufgenommen, daß durch eine
Relativverstellung zwischen dem Düsenhalterungsring 17
und der Querwand 18 der jeweils zugehörige Düsenkörper
15 um den Mittelpunkt 21 der kugelförmigen Außenkontur
15a' am ersten Düsenkörperende 15a allseitig verdreht
und damit die Ausströmrichtung (Pfeil 22) des Durch
strömkanales 14 relativ zur Brennerachse 3 in gewünsch
ter Weise eingestellt werden kann.
Betrachtet man im Hinblick auf diese Einstellmöglich
keiten die Darstellung in Fig. 1 (und gegebenenfalls zu
sätzlich in Fig. 3), dann erkennt man dort, daß die ku
gelförmige Außenkontur 15b' des zweiten Düsenkörperen
des 15b und die bzw. jede Schrägbohrung 20 im Durchmes
ser genau aufeinander abgestimmt sind, wobei es - wie
veranschaulicht - vorgezogen wird, diese kugelförmige
Außenkontur 15b' des zweiten Düsenkörperendes 15b im
Durchmesser kleiner zu halten als die kugelförmige Au
ßenkontur 15a' des ersten Düsenkörperendes 15a. Eine
Relativverstellung zwischen dem Düsenhalterungsring 17
und der Querwand 18 kann nun dadurch geschehen, daß sie
einerseits in ihrem axialen Abstand A zueinander verän
dert, d. h. axial gegeneinander verschoben und/oder
andererseits in Umfangsrichtung um die Brennerachse 3
gegeneinander verstellt bzw. verdreht werden können. Es
leuchtet ein, daß bei diesen Relativverstellungen zwi
schen Düsenhalterungsring 17 und Querwand 18 das zweite
Düsenkörperende 15a jedes Düsenkörpers 15 in Richtung
der Bohrungsachse 20a verschoben bzw. verlagert und
durch dieses gleitbewegliche Längsverschieben sowie au
ßerdem durch die kugelförmige Außenkontur 15b' dieses
zweiten Düsenkörperendes 15b gleichzeitig eine entspre
chende Verdrehung des Düsenkörpers 15 um den Mittel
punkt 21 der kugelförmigen Außenkontur 15a' seines er
sten Düsenkörperendes 15a herbeigeführt wird.
Im Hinblick auf optimale Einstellmöglichkeiten zur An
passung des Brenners an sich ändernde Betriebsverhält
nisse sowie an sich eventuell ändernde, verfahrenstech
nische Aufgaben, die an den Brenner gestellt werden,
ist es gemäß einer sinnvollen Ausgestaltung dieses
Brenners vorgesehen, daß die genannte Relativverstel
lung zwischen Düsenhalterungsring 17 und Querwand 18
von außerhalb des Brennraumes 2 und während des Betrie
bes durchgeführt werden kann, wobei es ferner besonders
vorteilhaft sein und daher vielfach vorgezogen werden
kann, die Relativverstellungen durch Fernsteuerung vor
zunehmen.
Bei dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungs
beispiel ist zu diesem Zweck die Querwand 18 fest, d. h.
nicht verstellbar angeordnet, während der Düsenhalte
rungsring 17 - wie noch im einzelnen erläutert wird -
axial verschiebbar und um die Brennerachse 3 verdrehbar
ist. Das äußere Mantelrohr 4 ist - wie im allgemeinen
üblich - ortsfest gehaltert. Mit dessen Innenseite 4a
ist die ringförmige Querwand 18 fest verbunden, d. h.
entweder einstückig ausgebildet oder beispielsweise in
Form eines Ringflansches angeschweißt. Der Düsenhalte
rungsring 17 ist dagegen an der Außenseite
(Außenumfangsseite) 5a des ersten Innenrohres 5 fest
angebracht. Dieses erste Innenrohr 5 ist nun in ein
stellbarer Weise um die Brennerachse 3 verdrehbar
und/oder axial und parallel zu dieser Brennerachse 3
verschiebbar, vorzugsweise ist das erste Innenrohr 5
sowohl verdrehbar als auch axial verschiebbar. Hierbei
ist das erste Innenrohr 5 ferner mit seinem - in Fig. 1
veranschaulichten - vorderen Mündungsabschnitt in einer
passenden Innenbohrung 18a der ringförmigen Querwand 18
gleitbeweglich geführt. Wenn somit das den Brenner im
wesentlichen in seiner ganzen Längsrichtung durchset
zende erste Innenrohr 5 durch nicht näher veranschau
lichte Mittel von außerhalb des Brennraumes 2 einer
seits in Richtung der Brennerachse 3 in der einen oder
anderen Richtung verschoben und andererseits - gleich
zeitig oder gesondert - um die Brennerachse 3 verdreht
wird, dann wird gleichzeitig mit ihm der Dü
senhalterungsring 17 entsprechend verstellt (gedreht
und/oder verschoben), so daß es zu der weiter oben er
läuterten Drehung und Einstellung der Ausströmrichtung
(Pfeil 22) des Durchströmkanales 14 jedes Düsenkörpers
15 und damit jeder Düse 13 kommen kann.
Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 3)
ist ferner der Düsenhalterungsring 17 - in Primärluft-
Strömungsrichtung (Pfeil 19) betrachtet - hinter der
ringförmigen Querwand 18 an der in den Brennraum 2 wei
senden, äußeren Stirnseite des Brennermündungsendes 1
angeordnet. Der Düsenhalterungsring 17 kann dabei
gleitbeweglich an der Innenseite 4a des äußeren Mantel
rohres 4 geführt sein, während die mit Abstand dahin
terliegende Querwand 18 eine stirnseitige Begrenzungs
wand für den Primärluft-Zuführkanal 6 bildet. Für diese
Ausführung ist die Primärluftdüse 13 mit ihrem Düsen
körper 15 ferner so gestaltet, daß das erste Düsenkör
perende 15a - in bezug auf die Luftströmungsrichtung
(Pfeil 19) - als Ausströmende und das zweite Düsenkör
perende 15b als Zuströmende ausgeführt ist.
Es wird ferner für zweckmäßig gehalten, daß jeder Dü
senkörper 15 einzeln auswechselbar im Düsenhalterungs
ring 17 gehaltert ist. Zu diesem Zweck ist der Düsen
halterungsring 17 aus wenigstens zwei Ringteilen 17a
und 17b zusammengebaut, von denen der vorzugsweise ein
stückige erste Ringteil 17a auf der Außenseite 5a des
ersten Innenrohres 5 bewegungsfest angeordnet ist, wäh
rend der zweite Ringteil 17b insgesamt flächig und lös
bar am ersten Ringteil 17a beispielsweise durch ange
deutete Schrauben 23 befestigt ist. Die Gestaltung der
beiden Ringteile 17a und 17b ist dabei grundsätzlich
derart, daß die kugelkalottenförmige Innenkontur 16'
jeder Lagerbohrung 16 - wie in den Fig. 1 und 3 zu
erkennen ist - teilweise im ersten Ringteil 17a und
teilweise im zweiten Ringteil 17b ausgebildet ist, und
zwar in der Weise, daß der zugehörige Düsenkörper 15 -
nach Lösen bzw. Abschrauben des zweiten Ringteiles 17b
vom ersten Ringteil 17a, d. h. bei demontiertem zweiten
Ringteil 17b - frei in den Düsenhalterungsring 17 ein
gesetzt und herausgenommen bzw. ausgewechselt werden
kann.
Damit nun jede Düse 13 bzw. jeder Düsenkörper 15 im Be
darfsfalle einzeln ausgewechselt werden kann, ist vor
gesehen, daß sich der zweite Ringteil 17b des
Düsenhalterungsringes 17 aus einer Vielzahl von vor
zugsweise gleich großen bzw. gleichartigen Ringsegmen
ten 17b' zusammensetzt, wie es im einzelnen in Fig. 2
veranschaulicht ist. Diese einzelnen Ringsegmente 17b'
sind durch die Schrauben 23 lösbar mit dem ersten Ring
teil 17a verbunden. Dabei ist es ferner von Vorteil,
wenn jedem Düsenkörper 15 ein solches Ringsegment 17b'
zugeordnet ist und alle Ringsegmente 17b' in Primär
luft-Strömungsrichtung (Pfeil 19) frei nach vorn ein
zeln demontiert werden können.
Alle besonders beanspruchten Teile dieses erfindungsge
mäßen Brenners sind aus geeigneten, hochwertigen, tem
peraturbeständigen und hochverschleißfesten Werkstoffen
hergestellt. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der
Erfindung können dabei wenigstens die Düsenkörper 15
aus einem hochverschleißfesten, technischen Keramikma
terial hergestellt sein. Aus einem solchen Keramikmate
rial kann im Bedarfsfalle aber auch der unmittelbar in
den Brennraum 2 weisende Düsenhalterungsring 17, d. h.
zumindest sein zweiter Ringteil 17b, und außerdem im
Bedarfsfalle auch die ringförmige Querwand 18 herge
stellt sein. Zumindest die Düsenkörper 15 können aber
auch aus einer geeigneten Verbundkonstruktion herge
stellt sein, insbesondere aus einem Keramik-Stahl-
Verbundmaterial.
Aus den bisherigen Erläuterungen dürfte bereits weitge
hend verständlich sein, daß sich die erfindungsgemäß
mit besonders gestalteten und gehalterten Düsenkörpern
15 ausgebildeten Düsen 13 besonders vielseitig einstel
len lassen und dadurch dieser erfindungsgemäße Brenner
für ein besonders weitreichendes Einsatzgebiet konstru
iert ist. Anhand der Figurengruppen mit den Fig. 1
bis 3, den Fig. 4 bis 6 und den Fig. 7 und 8
seien nachfolgend einige typische Einstellmöglichkeiten
der Düsen 13 bzw. ihrer Düsenkörper 15 erläutert, wobei
alle Fig. 1-8 dem oben erläuterten ersten Ausfüh
rungsbeispiel untergeordnet und daher alle Brennerteile
mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Bei den Fig. 1 bis 3 sei angenommen, daß sich die Düsen
13 und damit die Düsenkörper 15 gewissermaßen in einer
Art Grundeinstellung befinden, in der die Düsenkörper
15 mit ihren Längsachsen 15d im wesentlichen parallel
zu der Brennerachse 3 ausgerichtet sind, so daß dement
sprechend auch die koaxial zu den Düsenkörper-Längsach
sen 15d ausgeführten Durchströmkanäle 14 eine im we
sentlichen parallel zur Brennerachse 3 verlaufende Aus
richtung mit dementsprechender Ausströmrichtung - ent
sprechend Pfeil 22 - für die Primärluft aufweisen. Bei
dieser Düseneinstellung wird die Primärluft somit im
wesentlichen axial durch gebündelte Primärluftstrahlen
in den Brennraum 2 eingeblasen.
Bei der Darstellung der Gruppe der Fig. 4 bis 6 sei an
genommen, daß der Düsenhalterungsring 17 über eine von
außen her vorgenommene Verdrehung des ersten Innen
rohres 5 in Richtung des Pfeiles 24 (Fig. 5 und 6) um
die Brennerachse 3 und damit relativ zur ringförmigen
Querwand 18 um ein Maß y (Fig. 6) verdreht worden ist.
Diese Drehverstellung aus der zuvor anhand der Figuren
gruppe 1 bis 3 geschilderten Grundeinstellung bewirkt,
daß die Düsen 13 bzw. Düsenkörper 15 an ihren Ausströ
menden 15a um den Mittelpunkt 21 so geschwenkt werden,
daß die Ausströmrichtung entsprechend Pfeil 22 der
Durchströmkanäle 14 im wesentlichen nur für eine schräg
in Umfangsrichtung verlaufende Drallströmung der zuzu
führenden Primärluft eingestellt wird.
Wenn zu dieser anhand der Figurengruppe 4 bis 6 zuvor
geschilderten Einstellung der Düsen 13 noch eine axiale
Verschiebung des Düsenhalterungsringes 17 in der einen
oder anderen Richtung gemäß Doppelpfeil 25 (Fig. 4) hin
zukommt, dann kann zu der zuvor erwähnten Drallströmung
zusätzlich noch eine zur Brennerachse 3 hin konvergie
rende oder von dieser Brennerachse 3 divergierende Aus
strömrichtung hinzukommen, d. h. die Primärluft wird ei
nerseits schräg in Umfangsrichtung und andererseits
gleichzeitig (gewissermaßen kombiniert) - in bezug auf
die zentrale Brennerachse 3 - divergierend nach außen
oder konvergierend nach innen gerichtet.
Bei der Darstellung in der Gruppe der Fig. 7 und 8
sei angenommen, daß die Düsen 13 bzw. Düsenkörper 15 -
ausgehend von der Grundeinstellung gemäß der Figuren
gruppe 1 bis 3 - nur durch eine axiale Verschiebung des
Düsenhalterungsringes 17 nach vorn, d. h. in Richtung
des Pfeiles 25' verstellt worden sind, so daß dadurch
die Durchströmkanäle 14 der Düsenkörper 15 nur schräg
nach außen, d. h. in bezug auf ihre Ausströmrichtung
(Pfeil 22) divergierend zur Brennerachse 3 eingestellt
sind. Eine entgegengesetzt zur axialen Verschieberich
tung des Pfeiles 25' gerichtete Verschiebung des Düsen
halterungsringes 17, d. h. eine Verringerung des Abstan
des A zwischen Führungsring 17 und Querwand 18 würde
dazu führen, daß die Ausströmrichtung (Pfeil 22) des
Durchströmkanales 14 konvergierend zur Brennerachse 3
verläuft.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung des Brenners und sei
ner Düsen 13 erlaubt somit beliebige Düsenverstellungen
mit beliebigen Kombinationen untereinander, wobei die
Projektion der aus den Durchströmkanälen 14 austreten
den Primärluftstrahlen jeweils etwa ein Kreisschei
bensegment abdeckt und dementsprechend durch die Ge
samtverstellmöglichkeiten die Primärluftstrahlen insge
samt jeweils eine Kreisfläche abdecken können. In bezug
auf diese Düsenverstellmöglichkeiten sei noch darauf
hingewiesen, daß die kugelbewegliche Halterung der Dü
senkörper 15 im Düsenhalterungsring 17 grundsätzlich
auch die Möglichkeit bietet, jede Düse 13 einzeln und
unabhängig von anderen einzustellen, was beispielsweise
durch entsprechende Einzelgestänge oder dergleichen ge
schehen kann, die wenigstens teilweise etwa im zugehö
rigen Verbrennungsluft-Zuführkanal verlaufen bzw. ge
führt sein können.
Anhand der Fig. 9 und 10 sei noch ein zweites Aus
führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners erläu
tert. Da hierin die meisten Brennerteile gleichartig
wie beim oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
ausgeführt sein können, werden gleichartige Brenner
teile mit denselben Bezugszeichen und zum Teil unter
Hinzufügung eines Striches bezeichnet, so daß deren
nochmalige detaillierte Erläuterung weitgehend unter
bleiben kann.
Diese zweite Ausführungsform ist ein Beispiel dafür,
daß bei dem erfindungsgemäßen Brenner nicht nur ein äu
ßerer Verbrennungsluft- bzw. Primärluft-Zuführkanal 6,
sondern innerhalb des Brennstoff-Zuführkanals 9 wenig
stens noch ein weiterer, radial weiter innen liegender
Verbrennungsluft- bzw. Primärluft-Zuführkanal oder
statt dessen eventuell auch ein Brenngas-Zuführkanal
als dritter Zuführkanal 26 vorgesehen werden kann, und
zwar bei gleichartiger Gestaltung, Halterung und
Einstellbarkeit von Düsen 13' am Ausströmende dieses
dritten Zuführkanals 26 wie es anhand der Fig. 1-8
(erstes Ausführungsbeispiel) in bezug auf die Düsen 13
des ersten Zuführkanales 6 im einzelnen beschrieben
worden ist.
Wie vor allem in Fig. 9 zu erkennen ist, ist auch bei
diesem zweiten Ausführungsbeispiel am Brennermündungs
ende 1' ein ortsfestes äußeres Brennermantelrohr 4'
vorgesehen, das mit einem ersten, axial und in Umfangs
richtung verstellbaren Innenrohr 5' einen äußeren er
sten Verbrennungsluft- bzw. Primärluft-Zuführkanal 6
begrenzt. Auch hier ist an der in den Brennraum 2 wei
senden (hineinragenden) Stirnseite des Primärluft-Zu
führkanales 6 eine Anzahl von ringförmig verteilten
Primärluftdüsen 13 mit Düsenkörper 15 kugelverstellbar
in einem ersten, äußeren Düsenhalterungsring 17 gela
gert, und zwar mit dem ersten Düsenkörperende
(Ausströmende) 15a. Mit axialem Abstand hinter dem Dü
senhalterungsring 17 befindet sich wiederum die erste
Querwand 18 mit ihren Schrägbohrungen 20 zur gleitbe
weglichen Halterung und Führung der zweiten Düsenkörpe
renden (Zuströmenden) 15b. Dieser äußere Ringabschnitt
entspricht somit genau dem des ersten Ausführungsbei
spieles, wobei noch hinzugefügt sei, daß das erste In
nenrohr 5, und ein radial nach innen benachbartes zwei
tes Innenrohr 7' einen im Querschnitt ringförmigen
Brennstoff-Zuführkanal 9 begrenzen.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel begrenzen nun
ferner das zweite Innenrohr 7' und ein radial noch wei
ter innen liegendes drittes Innenrohr 8' den im Quer
schnitt ringförmigen dritten Zuführkanal 26 für die Zu
führung von Verbrennungsluft bzw. Primärluft oder even
tuell Brenngas. Dieser dritte Zuführkanal 26 verläuft
somit koaxial zur Brennerachse 3 und damit auch koaxial
zum äußeren Primärluft-Zuführkanal 6, und er liegt da
mit auch unmittelbar angrenzend innerhalb des Brenn
stoff-Zuführkanales 9. Der Einfachheit halber sei in
der nachfolgenden Erläuterung dieses Beispieles ange
nommen, daß es sich beim dritten Zuführkanal 26 um
einen weiteren - zweiten, inneren - Verbrennungsluft-
bzw. Primärluft-Zuführkanal handeln möge.
An der in den Brennraum 2 hineinragenden Stirnseite
dieses dritten Zuführkanales 26 ist eine zweite Gruppe
von ringförmig verteilten Düsen 13' angeordnet, die ge
nau gleichartig wie die Primärluftdüsen 13 der an der
Stirnseite des äußeren ersten Primärluft-Zuführkanales
6 angeordneten ersten Gruppe ausgebildet und dabei im
wesentlichen gleichartig auch in kugelkalottenförmigen
Lageröffnungen 16 eines inneren zweiten Düsenhalte
rungsringes 17' kugelbeweglich einstellbar gelagert
sind. Dabei ist mit axialem Abstand zum zweiten Düsen
halterungsring 17' eine den dritten Zuführkanal 26 im
Bereich seines Mündungsendes axial begrenzende, ring
förmige zweite Querwand 18' mit entsprechenden Schräg
bohrungen 20 zur gleitbeweglichen Aufnahme der zweiten
Düsenkörperenden (Zuströmenden) 15'b des Düsenkörpers
15' vorgesehen. Damit die Strömungsrichtung der Durch
strömkanäle 14' auch dieser zweiten Gruppe von Düsen
13' gleichartig wie bei der ersten Düsengruppe gesche
hen kann, sind auch der zweite Düsenhalterungsring 17'
und die zweite Querwand 18' in gleichartiger Weise wie
die Zusammenordnung von erstem Düsenhalterungsring 17
und erster Querwand 18 relativ zueinander einstellbar.
Zweckmäßig sind jedoch die Düsen 13' der zweiten Düsen
gruppe für diesen dritten Zuführkanal 26 unabhängig von
den Düsen 13 der ersten Düsengruppe im ersten Zuführka
nal 6 einstellbar.
Für diese Einstellbarkeit ist beim zweiten Ausführungs
beispiel (Fig. 9 und 10) vorgesehen, daß der zweite
Düsenhalterungsring 17' fest an der Außenseite des
dritten Innenrohres 8' und die zweite Querwand 18' fest
an der Innenseite des zweiten Innenrohres 7' angebracht
ist. Hierbei ist wenigstens eines dieser beiden Innen
rohre, vorzugsweise das dritte Innenrohr 8' um die
Brennerachse 3 verdrehbar und/oder axial zu dieser
Brennerachse 3 verschiebbar. Ferner ist in diesem Zu
sammenhang vorgesehen, daß das zweite Innenrohr 7' auf
der Außenseite des zweiten Düsenhalterungsringes 17'
und das dritte Innenrohr 8' in einer Innenbohrung 18'a
der zweiten Querwand 18' gleitbeweglich geführt sind.