DE1965688A1

DE1965688A1 - Brenner fuer gasfoermige und fluessige Brennstoffe

Info

Publication number: DE1965688A1
Application number: DE19691965688
Authority: DE
Inventors: Ouwerkerk Johannes Henr Willem
Original assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL; Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken NV
Current assignee: KONINKLIJKE HOOGOVENS EN STAAL; Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken NV
Priority date: 1969-01-03
Filing date: 1969-12-31
Publication date: 1970-07-16
Also published as: NL6900095A; FR2027721A1; GB1258950A; NL164384B; BE743776A; NL164384C

Description

DIPIi. ING. C. STOEPBL · DIPL. ING. W. GOLtWITZEB · DIPL. 1 MG. JMOLL·

674 LANDAU/PFALZ · AM 8CHÜTZHNHOF POSTSCHECK! 07 LUD WiaSHAr K !C Mt (β* · BlKKl DKTTTBCHB BAWK βΤ4

30, Dezember 19b9

Koninklij ke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken N. V.,

Ijnruiden (Niederlande)

"Brenner für gasförmige und flüssige Brennstoffe"

Die Erfindung betrifft einen Brenner für gasförmige und flüssige Treibstoffe vom sogenannten selbstluftansaugenden Typ.

Brenner für industrielle Anwendungen, die sowohl mit gasförmigen als auch mit flüssigen Brennstoffen arbeiten, sind in vielen schiedenen Ausführungen bekannt. An einen Idealbrenner sollte^ de Anforderungen gestellt werden:

Der Brenner soll sowohl für flüssige als auch für ga Kraftstoffe geeignet sein; er sollte gasförmige und flüssige verarbeiten von jeweils sehr stark abweichenden Beschaffenheiten Er sollte sehr genau und innerhalb sehr weiter Grenzen in Bez«^ ctu-p die gelieferten Brennstoffmenge steuerbar sein. Vorzugsweise er in Bezug auf die Verbrennungsluft selbstansaugend sein. OAs tet, daß der .Brennstoff in der Lage ist, eine zureichende Mitnehmer wirkung auf die Verbrennungsluft auszuüben, so daß hauptsächli ch ausreichend Luft für den Verbrennungsvorgang angesaugt wird. S. lich sollte der Brenner in seiner Form so einfach wie möglich sein.

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ORIGINAL INSPECTH)

Bis jetzt erfüllt kein bekannter Brenner alle diese Forderungen. Mit und durch die vorliegende Erfindung hat es sich jedoch als realisierbar erwiesen, einen Brenner vom selbstluftansaugenden Typ zu schaffen, der sowohl einfach in der Form als auch geeignet ist, im wesentlichen alle vorkommenden gasförmigen und flüssigen Brennstoffe zu verarbeiten.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß bei Hochkapazität sbrennern die größten Schwierigkeiten durch gasförmige Brennstoffe verursacht werden, die sehr langsam brennen, wie z.B. Erdgas. Wenn dieser Typ von Gasen verbrannt wird, hat die Flamme die Tendenz, vom Brenner durch den Brennstoff und/oder durch die Verbrennungsluft

es abgerissen zu werden. Dementsprechend ist/ein weiterer Zweck der Erfindung, einen Brenner zu schaffen, der auch bei hoher thermischer Belastung eine stabile Flamme auch dann ergibt, wenn Brennstoffe mit geringem Verbrennungspotential verbrannt werden.

Die Erfindung besteht darin, daß der Brenner eine Zuführungsleitung für den Brennstoff aufweist, die in einer Injektions- oder Spritzdüse endet, die die Flamme veranlaßt, in einem im wesentlichen zylindrischen Metallflammenführungskörper zu erscheinen, wobei die genannte Düse radial innerhalb und in der Nähe des Lufteinlaßendes des genannten Flammenführungskörpers gelagert ist, so daß das genannte Ende des Lufteinlasses eine ringförmige Form um die Injektions- oder Spritzdüse hat, und daß um den genannten Flammenführungskörper ein im wesentlichen zylindrischer Körper größeren Durchmessers angeordnet ist, der über eine im wesentlichen geschlossene Endplatte mit dem Zuführungsrohr in einiger Entfernung vom Ende des Flammenführungskörpers so angeordnet ist, daß ein ringförmiger Zuführungskanal für die Verbrennungsluft gebildet wird, der für Luftdurchtritt mit dem ringförmigen Einflußende verbunden ist, wobei der genannte ringförmige Versorgungskanal sich im wesentlichen über.die gesamte Länge des Flammenführungskörpers erstreckt.

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ÖRIÖiNÄL INSPECTED

Auf Grund dieser Form des Brenners und auch deshalb, weil der Flammenführungskörper aus Metall besteht, wird die vom Brenner angeheizte Verbrennungsluft von der Flamme vorgeheizt. Auf der einen Seite hat dies den Vorteil, daß das Gas-Luftgemisch wärmer ist,jauch bei gasförmigen Brennstoffen mit geringer Zündgeschwindigkeit,^wasj^ eine stabile Flamme sicherstellt, wobei auf der anderen Seite vermieden wird, daß die Flamme den Flammenführungskörper überheizt, insbesondere wegen dieser Gegebenheiten ist es nicht notwendig, diesen Körper aus feuerfestem Keramikmaterial herzustellen, denn er wird von der kalten Verbrennungsluft gekühlt, die an seiner äußeren entlangstreicht. All dies vereinfacht die Struktur des Brenners \λί\ά dementsprechend trägt es dazu bei, die Kosten zu senken. I ist es auch wichtig, daß der Brenner sehr gut arbeitet und sich in einem sehr weitem Brennstoff-Mengenbereich selbst steuert.

Durch das Vorheizen der Verbrennungsluft wird die Temper.fur um 200 bis 300° C gesteigert, so daß die Zündfähigkeit des Gas-Luft gemisches sehr beträchtlich erhöht wird.

Es sind zwar mehrfach Brennertypen mit Luftvorheizung bekannt geworden. So sind beispielsweise Gasbrenner bekannt, bei welchen eine flache Mehrfachflamme gebildet wird, indem man eine Mischung von Gas und Luft eine Anzahl von Öffnungen an der Peripherie einer Mischkammer austreten läßt, wobei in dieser Mischungskammer der Brennstoff durch eine Einspritzdüse durch einen zylindrischen Rohrteil geblasen wird, der von einem System von weiteren Rohrlängen umgeben ist, die bewirken, daß die Luft axial vor- und zurückfließt, bevor sie in die Mischkammer vom Brennstoff in der Nähe der Einspritzöffnung angesaugt wird. Bei einer Vorrichtung dieser Art wird die Luft etwas durch die ziemlich dicke Wand der äußeren Rohrlänge vorgeheizt, die durch Wärmeleitung längs einer ziemlich langen Strecke von der Strahlungszone der Flamme aufgeheizt wird.

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Darüberhinaus sind Brenner vom nicht selbstluftansaugenden Typ bekannt, bei denen die Flammen oder Brenngase entlangstreichen, und zwar im Kontakt mit Metallwänden eines Vorheizers, in dem die Verbrennungsluft, und auch die Brenngase einen Weg einhalten, der in Hitzeaustauschkontakt zwischen den genannten Wänden hin- und hergeht.

Eine weitere Verbesserung der Struktur nach der Erfindung wird erhalten, indem mit einem Ende des Flammenführungskörpers eine sich nach außen erstreckende Platte verbunden wird, mit der ein Körper verbunden ist, der im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und sich in der Richtung des Speisungsrohres erstreckt, aber in einem Abstand um den ersten genannten zylindrischen Körper größeren Durchmessers.

Ein erster Vorteil, der dadurch erhalten wird, besteht darin, daß die Verbrennungsluft nicht von den direkten Umgebungen der Flamme abgesaugt werden muß, und dementsprechend nicht in schädlicher Weise die Form der Flamme beeinträchtigen kann. Ein zweiter Vorteil besteht in der Tatsache, daß die angesaugte Verbrennungsluft von einer kühleren Region angesaugt wird, und so auch im Stande ist, eine bessere Kühlwirkung auf den Flammenführungskörper auszuüben.

Der Widerstand,, den die Verbrennungsluft in dem Raum zwischen ihnen erfahren wird, kann praktisch vernachlässigt werden, wenn man die verschiedenen zylindrischen. Körper in einer ausreichend großen Entfernung voneinander anordnet.

Abgesehen davon, daß der erfindungsgemäße Brenner für die

Verbrennung von gasförmigem Brennstoff geeignet ist, läßt er sich^eicht/

auch sehr so abändern, daß er für flüssige Brennstoffe brauchbar wird.

Brenner für flüssige Brennstoffe können in zwei Kategorien eingeteilt werden, nämlich in solche, in die die Flüssigkeit unter Druck eingespritzt wird und solche, in denen die Flüssigkeit von eineiflweiteren Jt zerstäubt wird. Die Erfindung ist besonders geeignet für

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ORIGINAL INSPECTED

Brenner des letztgenannten Typs. Bei solchen Brennern wird eine Zuführungsleitung für Zerstäubungsluft, bevor sie sich in die Zuführungsröhre für den Brennstoff öffnet, so angeordnet, daß sie eine schraubenförmig gewundene Form innerhalb des Flammenführungskörpers hat. Die Zerstäubungsluft wird so auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt, wodurch es möglich ist, auch dann zu zerstäuben, wenn Flüssigbrennstoffe mit sehr hohen Viskositäten vorhanden sind, und zwar so tiefgreifend, daß eine stabile Flamme selbst in kalter Umgebung erreicht wird.

Im allgemeinen hat es sich gezeigt, daß Brenner der oben beschriebenen Bauart eine gleichmäßigere Verbrennung liefern als bekannte Brenner und dementsprechend die richtige Menge Luft in einer selbst steuernden Weise in einem Bereich von Brennstoffmengen ansaugen, cue eingespritzt werden, der größer ist als dies bei bekannten Brennern rk-r Fall ist. Gleichwohl hat sich trotzdem gezeigt, daß durch ein besonr! -es Dimensionieren des Flammenführungskörpers diese Selbststeuerwirkuag des Brenners auf praktisch den gesamten Steuerungsbereich bis zur Maximalbelastung des Brenners ausgedehnt werden kann. Ein richtiges stöchiometrisches Verhältnis von Verbrennungsluft und Brennstoff wird dementsprechend bei jeder Gasquantität zwischen der Maximalbelastung und einer Belastung praktisch gleich null erreicht.

Diese Dimensionierung des Brenners nach der Erfindung besteht darin, daß die Länge und der Durchmesser des Flammenführungskörpers den folgenden Beziehungen gerecht werden:
L = Cl.S.d)

D = C2.L+d)

d ist dabei der Mindestdurchmesser der Einspritzöffnung für das Pas.-ueren der maximal erforderlichen Brennstoffmenge oder Mischung von Brennstoff und Zerstäubungsluft, S das stö.chiometrische Verhältnis Luft-Brennstoff und Cl ein Wert zwischen 2. 5 und 4, vorzugsweise zwischen 2. 9 und 3. 5. C2 hat einen Wert zwischen 0,16 und o. 34 und vorzugsweise von ca, 0.

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BAD ORIGINAL

Der konstante Koeffizient Cl sollte höher gewählt werden, wenn die spezifische Masse des antreibenden Trägergases unproportional größer ist. Der Wert dieses konstanten Koeffizienten muß aber geringer gewählt werden, wenn die spezifische Masse der Brennstoff/Ivuftmischung außer Proportion hoch ist.

Bei einem größeren Teil der bekannten Brennstoffe könnte der Wert des konstanten Koeffizienten Cl zwischen den obengenannten bevorzugten Grenzen gewählt werden.

Die Erfindung wird nunmehr näher erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die in zwei Figuren Ausführungsformen vor. ' -ennern wiedergibt, die geeignet sind einmal zum Verbrennen von gasförmigem Brennstoff und zum anderen zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff.

Beide Figuren geben diese Brenner schematisch wieder. In beiden Figuren haben gleiche Teile gleiche Bezugs zeichen.

In Fig. 1 ist 1 eine Versorgungsleitung für gasförmigen Brennstoff, die in der Einspritz öffnung 2 endet. Von einer Stelle in der Nähe dieser Einspritzöffnung 2 ist die Rohrlänge 3, die als Flair.msnführungskörper wirkt, koaxial vor und um die Versorgungsleitung angeordnet. Die in der Zeichnung mit d, D und L angegebenen Ma3-beziehungen geben den Durchmesser der Bohrung in der Einspritz öffnung an, den inneren Durchmesser der Rohrlänge 3 und die Länge desselben. Diese Abmessungen genügen den oben angegebenen Beziehungen.

Es wird bemerkt, daß die Elemente 1, 2 und 3 in der Fachsprache auch als Brennrohr, Brennerspitze und Verbrennungsraum be?.* ^ ret werden.

Außerhalb des Rohres 3 befinden sich zwei weitere Rohrabschnitte 4 und 5, die mit der Versorgungsleitung 1 und mit der

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BAD ORfGiNAt

Rohrlänge 3 mit zwei ringförmigen Platten 6 und 7 verbunden sind. Wechselseitige Verbindungen zwischen den Rohrabschnitten 4 und 5 können in verschiedenen Weisen hergestellt werden. In der Zeichnung ist angenommen, daß diese Verbindung erhalten wird mittels einer kreisförmigen Serie von Distanzteilen 8. Mit Pfeilen wurde angegeben, wie die Strömungsrichtung des Gases durch das Versorgungsrohr 1 verläuft und welche Richtung die Verbrennungsluft durch diesen Raum zwischen den Rohrabschnitten 3, 4 und 5 hat.

Wie klar aus der Zeichnung hervorgeht, wird die kühle Verbrennungsluft entlang der Außenseite des Rohrabschnittes 3 geführt, wobei diese Luft aufgeheizt wird, und wobei der genannte Rohrabschnitt gekühlt wird. Es hat sich gezeigt, daß es durch die hohen Temperaturen der Verbrennungsluft möglich ist, eine sehr stabile Verbrennung von selbst langsam zündendem Gas, wie z. B. Erdgas, bei hohen Gasgeschwindigkeiten zu erzielen. So können zusätzliche Vorkehrungen zur Verhinderung einer Flammenlöschung entfallen.

In Fig. 2 wird eine Variante des Brenners gezeigt, die besonders geeignet zur Verbrennung von zähflüssigem Brennstoff ist.

Eine Zuführungsleitung 9 zur Lufteinblasung führt in einen schraubenförmig gewundenen Führungsteil 10 und dann in eine Führung 11, die sich in die Versorgungsleitung erstreckt. Der schraubenförmige Teil dieser Führung paßt in den Vorderteil des Rohrabschnittes 3, so daß sie von der Flamme aufgeheizt wird, die sich dort entlang und damit in Verbindung bewegt. Die Zerstäubungsluft wird dadurch soweit aufgeheizt, daß die Viskosität des flüssigen Brennstoffes beträchtlich gesenkt wird und die Temperatur des zerstäubten B rennst offgemis ehe s wird so stark angehoben, daß eine stabile Verbrennung innerhalb der Rohrstrecke gakrantiert ist.

Ee wurde nicht im Detail angegeben, in welcher Weise die Führung

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BAD ORiGJNAL

sich innerhalb der Versorgungsleitung 1 erstreckt. Das Prinzip der Zerstäubung flüssigen Brennstoffes mit Lufthilfe ist jedoch zureichend bekannt, so daß eine detailliertere Beschreibung dieses Vorrichtungsteils weggelassen werden kann. '

Es hat sich herausgestellt, daß bei Brennern, die nach den oben angegebenen Prinzipien gebaut werden, Ergebnisse erzielt werden können, die besser sind als die Ergebnisse mit bisher bekannten Brennern, und das* bei beträchtlich leichterer und weniger teuerer Gestaltung. Insbesondere ist bemerkenswert, die gute Steuerbarkeit über einen großen Bereich, ebenso wie die automatische Anpassung der Menge der angesaugten Verbrennungsluft an beträchtlich abweichende Mengen von Brennstoff, der durch die Versorgungsleitung geführt wird.

Obwohl die Vorrichtung unter Bezugnahme auf echematischen Darstellungen beschrieben wurde, ist es jedem Fachmann möglich, die wesentlichen Dimensionen für jede beliebige gewünschte Anwendung zu berechnen. Dabei gibt es zureichende Daten für die Berechnung des Durchmessers d in verschiedenen Fachbüchern und die Werte L und D können leicht mit Hilfe der oben angegebenen Formeln berechnet werden. Leichtere strukturelle Abweichungen von den oben gezeigten Strukturen in den Zeichnungen sind möglich, ohne den Betrieb des Brenners wesentlich zu beeinträchtigen. Solche Abweichungen sind ebenfalls als in den Rahmen der Erfindung gehörig zu betrachten.

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¹¹BAD OBIGJNAL

Claims

Patentansprüche:

Jl.))

Jl.)) Brenner vom sogenannten selbstluftansaugenden gasförmigen oder flüssigen Brennstoff, dadurch gekennfeichneij laß er ein Vers or gungs rohr für den Brennstoff aufweist, das Einspritz- oder Sprühdüse endet, die veranlaßt, daß eine in einem im.wesentlichen zylindrischen metallischen FlammenfüJ||rj|)(Efskörper erscheint, dadurch, daß die genannte Öffnung radial inner und in der Nähe des Lufteinlaßendes des genannten Flam körpers so angeordnet ist, daß diese Lufteinlaßendöffnung £in£ t jaf—~ förmige Form um die Einspritz- oder Sprühdüse hat, und dadurch, daß um den genannten Flammenführungskörper ein im wesentlicher, zylindrischer Körper größeren Durchmessers angeordnet ist, der durch eine im wesentlichen geschlossene Endplatte mit der Versorgungsleitung verbunden ist, und zwar in einigem Abstand vom Ende des Flammenführungskörpers, so daß ein ringförmiger Versorgungskanal für die Verbrennungsluft gebildet wird, der für Luftdurchlaß mit dem ringförmigen Lufteinflußende verbunden ist, wobei der genannte ringförmige Versorgungskanal sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Flammenführungskörpers erstreckt.
2.) Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dem anderen Ende des Flammenführungskörpers ein sich nach au£(n erstreckender Plattenteil verbunden ist, mit dem ein Körper verbeten ist, der im wesentlichen zylindrische Form hat und sich in der Richtung des Versorgungsrohre erstreckt, jedoch mit Abstand um den genannten ersten zylindrischen Körper größeren Durchmessers.

rt
3.) Brenner nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere für ß

Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuführungsleitung! f(jf~ Zeretäubungsluft, bevor sie sich in die Zuführungeröhre für den

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ORIGINAL

Brennstoff öffnet, so angeordnet ist, daß sie eine schraubenwindungsförmige Form innerhalb des Flammenführungskörpers hat.
4.) Brenner nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und der Durchmesser des Flammenführungskörpers folgenden Beziehungen genügen:

L = Cl.S.d)

)
D = G2. L+d),

wobei d der Minmaldurchmesser der Einspritzöffnung für das Durchlassen der maximal erforderlichen Brennstoffmenge oder Brennstoff zerstäubungsluftgemischmenge ist, S das stöchiometrische Verhältnis Luft/Brennstoff und Cl ein Wert zwischen 2. 5 und 4 und vorzugsweise zwischen 2. 9 und 3.
5, C2 ein Wert von 0,16 bis 0, 34 und vorzugsweise von ungefähr 0.27.

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