DE19920112A1 - Brenner - Google Patents

Abstract

Der Brenner weist ein Gehäuse (1) auf, in welchem ein Brennerkopf (5) angeordnet ist. Das Gehäuse bildet stromab des Brennerkopfes eine Brennkammer (6) und stromauf des Brennerkopfes einen Luftkanal (7), der an eine Luftleitung (12) angeschlossen ist. Dem Brennerkopf (5) ist eine Brennstoffdüse (8) zugeordnet, die über ein Brennstoffrohr (10) in eine Brennstoffleitung (9) angeschlossen ist. Eine Brennstofflanze (16) ist verschieblich durch das Brennstoffrohr (10) und die Brennstoffdüse (8) hindurchgeführt. In ihrer zurückgezogenen Stellung liegt ihr Auslaß auf der Höhe der Brennstoffdüse. Der Brenner arbeitet dabei als Mündungsmischer. In der vorgeschobenen Stellung liegt der Auslaß der Brennstofflanze auf der Höhe des Brennkammerauslasses (15). Dabei verschließt ein auf der Brennstofflanze (16) angeordnetes Dichtelement (18) mindestens teilweise den Zugang zur Brennstoffdüse (9), während die Brennstofflanze (16) über eine radiale Öffnung (19) mit dem Brennstoffrohr (10) in Verbindung tritt. Der Hauptstrom des Brennstoffs wird also aus der Brennstoffleitung (9) direkt zum Brennkammerauslaß (15) geleitet. Dort kommt es zu einer flammenlosen Verbrennungsreaktion.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für einen fluidför­ migen oder fluidisierbaren Brennstoff, insbesondere für Brenngas, mit

• - einem Gehäuse
• - einem in dem Gehäuse angeordneten Brennerkopf, wobei das Gehäuse stromauf des Brennerkopfes einen Luftkanal bil­ det, der an eine Luftleitung angeschlossen ist, und
• - einer dem Brennerkopf zugeordneten Brennstoffdüse, die über ein Brennstoffrohr an eine Brennstoffleitung ange­ schlossen ist.

Der Brennstoff, der flüssig oder pulverförmig sein kann, insbesondere allerdings ein Brenngas, vorzugsweise Erdgas ist, wird der Brennstoffdüse zugeführt und hier auf der Höhe des Brennerkopfes ausgeblasen. Letzterer wird mit der Ver­ brennungsluft beaufschlagt und wirkt als Flammenhalter. Die Verbrennung findet am Brennerkopf statt, und die in der Brennkammer erzeugten Verbrennungsgase werden in den Ofen­ raum abgegeben.

Ein solcher Brenner arbeitet bisher als Mündungsmischer und ist auf diese Betriebsweise beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbe­ reich des Brenners zu erweitern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Brenner erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine durch das Brennstoffrohr und die Brennstoffdüse verschieblich hin­ durchgeführte Brennstofflanze, wobei Mittel vorgesehen sind, die die Brennstofflanze an die Brennstoffleitung anschließen und bei vorgeschobener Brennstofflanze die Verbindung zwi­ schen der Brennstoffdüse und der Brennstoffleitung minde­ stens drosseln.

Nach wie vor ist der Brenner in der Lage, als Mündungs­ mischer zu arbeiten. Die Brennstofflanze nimmt hierbei ihre zurückgezogene Position ein, wobei sie auf der Höhe der Brennstoffdüse mündet. Sie kann in dieser Stellung an die Brennstoffleitung angeschlossen sein, was allerdings nicht unbedingt erforderlich ist. Auch kann sie in dieser Stellung einen Teil des Brennstoffs an den Brennerkopf liefern.

In der vorgeschobenen Position mündet die Brennstofflan­ ze mit Abstand vom Brennerkopf, vorzugsweise auf der Höhe des Auslasses einer Brennkammer, die das Gehäuse stromab des Brennerkopfes bildet. In dieser Stellung ist die Brennstoff­ düse von der Brennstoffleitung mindestens im wesentlichen getrennt. Mindestens der größte Teil des Brennstoffs wird über die Brennstofflanze direkt in den Ofenraum abgegeben. Es kommt dort also zu einer nicht sichtbaren Verbrennungsre­ aktion. Die Verbrennungsluft mischt sich am Brennkammeraus­ tritt mit dem Brennstoff, wobei es bei entsprechend hoher Ofentemperatur (aufgeheizt durch Mündungsmischer-Betrieb) zu einem flammenlosen Ausreagieren des Brennstoffs kommt.

In der vorgeschobenen Position der Brennstofflanze be­ steht außerdem die Möglichkeit, die Luftzufuhr abzustellen. Der Brennstoff bedient sich dann zu seiner flammenlosen Aus­ reaktion des im Ofenraum enthaltenen Sauerstoffs. Dies setzt voraus, daß zum einen genügend Sauerstoff im Ofenraum vor­ handen ist und daß zum anderen die Ofenraumtemperatur ober­ halb eines Grenzwertes von vorzugsweise ca. 800°C liegt. Es wurde gefunden, daß kontaminierte Abgase häufig einen Restsauerstoffgehalt haben, der ihre Nachverbrennung bei alleiniger Brennstoffzufuhr ermöglicht. Um den Ofenraum auf die erforderliche Temperatur zu bringen, betreibt man den Brenner anfänglich als Mündungsmischer und fährt sodann die Brennstofflanze aus. Dabei wird die Brennstoffzufuhr weitge­ hend oder völlig auf die Brennstofflanze umgeschaltet, und es wird außerdem die Luftzufuhr abgestellt.

Die Tatsache, daß die Brennstofflanze bei Mündungsmi­ scher-Fahrweise zurückgezogen ist, schützt die Brenn­ stofflanze vor starker thermischer Belastung. Außerdem redu­ ziert die Brennstofflanze nicht die Querschnittsfläche der Brennermündung, was andernfalls zu erhöhten Austrittsge­ schwindigkeiten der erzeugten Heißgase führen würde. Letzte­ res wäre deshalb unerwünscht, weil sonst unterschiedliche Fahrweisen bei gleichen Anschlußdrücken des Brennstoffs zu unterschiedlichen Leistungen führen würden.

Die Verstellung der Brennstofflanze kann manuell erfol­ gen. Vorteilhafter ist es unter Umständen, eine hydrauli­ sche, pneumatische oder elektrische Verstellung vorzusehen. Es besteht durchaus die Möglichkeit, die Brennstoffzu­ fuhr zur Brennstofflanze unabhängig von der Brennstoffzufuhr zur Brennstoffdüse zu steuern. Wesentlich vorteilhafter hin­ gegen ist es, eine gemeinsame Steuerung vorzusehen, da hier­ bei lediglich ein einziges Sicherheitsventil erforderlich ist.

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit hierfür ist da­ durch gekennzeichnet, daß im Brennstoffrohr ein Dichtsitz vorgesehen ist und daß die Brennstofflanze ein Dichtelement trägt, welches bei vorgeschobener Brennstofflanze am Dicht­ sitz zur Anlage kommt, wobei die Brennstofflanze an das Brennstoffrohr angeschlossen ist. Wird die Brennstofflanze vorgeschoben, so kommt ihr Dichtelement am Dichtsitz zur Anlage. Ein Zustrom von Brennstoff über das Brennstoffrohr zur Brennstoffdüse ist also nicht mehr oder nur noch gedros­ selt möglich. Gleichzeitig tritt die Brennstofflanze mit dem Brennstoffrohr in Verbindung und transportiert den Brenn­ stoff zur Brennkammermündung. Die Brennstofflanze bedient sich also derjenigen Steuerung, die bei Mündungsmischer-Be­ trieb die Brennstoffdüse versorgt. Das Dichtelement kann, wie erwähnt auch lediglich eine möglichst definierte Drosse­ lung der Brennstoffzufuhr zur Brennstoffdüse bewirken.

Es ist besonders vorteilhaft, daß die Brennstofflanze stromauf des Dichtelementes mindestens eine radiale Öffnung aufweist, die bei vorgeschobener Brennstofflanze die Verbin­ dung zum Brennstoffrohr herstellt.

In der Regel wird man die Brennstofflanze beim Mündungs­ mischer-Betrieb abschalten oder zumindest die Brennstoffzu­ fuhr zur Brennstofflanze möglichst definiert drosseln. Hier­ zu wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß im Brennstoffrohr oder - in Fortsetzung des Brennstoffrohres - im Gehäuse ein stromauf liegender zweiter Dichtsitz für das Dichtelement der Brennstofflanze vorgesehen ist, wobei das Brennstoffrohr an die Brennstoffleitung über einen vorzugs­ weise radialen Kanal angeschlossen ist, der zwischen den beiden Dichtsitzen mündet. Bei zurückgezogener Brenn­ stofflanze liegt deren Dichtelement am zweiten Dichtsitz an. Der Zustrom von Brennstoff zum ersten Dichtsitz und damit zur Brennstoffdüse wird also nicht behindert. Da sich die radiale Öffnung der Brennstofflanze stromauf von deren Dichtelement befindet, verhindert oder drosselt also das am zweiten Dichtsitz anliegende Dichtelement den Zustrom von Brennstoff zur radialen Öffnung und damit den Eintritt von Brennstoff in die Brennstofflanze.

Eine konstruktiv besonders einfache Lösung besteht darin, daß die Brennstoffdüse in das Brennstoffrohr einge­ steckt ist und den ersten Dichtsitz für das Dichtelement der Brennstofflanze bildet, wobei ferner das Brennstoffrohr im Gehäuse stromauf des den Anschluß an die Brennstoffleitung bildenden Kanals endet.

Die Brennstofflanze ist vorteilhafterweise durch eine Axialdichtung hindurch aus dem Gehäuse herausgeführt. Die Axialdichtung verhindert den Brennstoffaustritt aus dem Gehäuse.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß das Gehäuse einen Anschlußflansch, einen Mit­ telteil und ein Brennkammerrohr aufweist, wobei der den Luftkanal bildende Mittelteil an die Luftleitung angeschlos­ sen ist, und zwar vorzugsweise ebenfalls über einen radialen Anschluß. Insgesamt besitzt der Brenner einen im wesentli­ chen rotationssymmetrischen Aufbau, wobei die Brennstofflan­ ze, das Brennstoffrohr, die Brennstoffdüse und der Brenner­ kopf koaxial auf der Mittelachse liegen. Die Brennstoffdüse durchsetzt mit ihrem geschlossenen Ende zentral den An­ schlußflansch, wobei letzterer den radialen Kanal für den Brennstoffanschluß enthält, welcher parallel zum Luftan­ schluß ausgerichtet sein kann. Das Brennkammerrohr verjüngt sich zum Brennkammeraustritt hin und bildet dort eine düsen­ förmige Einschnürung. Es kann auch zylindrisch ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner in einer ersten Betriebsstellung;

Fig. 2 den Brenner nach Fig. 1 in einer zweiten Betriebsstellung.

Der Brenner weist ein Gehäuse 1 auf, bestehend aus einem Anschlußflansch 2, einem daran anschließenden Mittelteil 3 und einem daran anschließenden Brennkammerrohr 4. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Brennerkopf 5 angeordnet, wobei das Brennkammerrohr 4 stromab des Brennerkopfes 5 eine Brennkam­ mer 6 bildet, während der Mittelteil 3 stromauf des Brenner­ kopfes 5 einen Luftkanal 7 definiert.

Dem Brennerkopf 5 ist eine Brennstoffdüse 8 zugeordnet. Diese ist an eine Brennstoffleitung 9 angeschlossen, und zwar über ein Brennstoffrohr 10, das dem Anschlußflansch 2 verbunden ist, sowie über einen radial durch den Anschluß­ flansch 2 hindurchführenden Kanal 11.

Der Brennerkopf 5, der als Flammenhalter wirkt, ist an eine Luftleitung 12 angeschlossen, und zwar über den Luftka­ nal 7 sowie einen radialen Anschluß 13.

In dieser Betriebsstellung arbeitet der Brenner als Mün­ dungsmischer. Der Brennstoff tritt aus Düsenöffnungen 14 der Brennstoffdüse 8 aus, während der Brennerkopf 5 mit Verbren­ nungsluft versorgt wird. Die sich bildenden Flammen werden vom Brennerkopf 5 gehalten, wobei die Heißgase die Brennkam­ mer 6 durch deren Mündung 15 verlassen.

Fig. 1 zeigt ferner, daß der Brenner eine Brenn­ stofflanze 16 enthält, die sich koaxial durch die Brenn­ stoffdüse 8, den Düsenhalter 5, das Brennstoffrohr 10 und den Anschlußflansch 2 hindurcherstreckt. In Fig. 1 nimmt die Brennstofflanze ihre zurückgezogene Position ein, wobei ihre Mündung auf der Höhe der Brennstoffdüse 8 liegt.

Fig. 1 zeigt ferner, daß die Brennstoffdüse 8 in das Brennstoffrohr 10 eingesteckt ist und auf diese Weise eine Stufe bildet, nämlich einen Dichtsitz 17 für ein Dichtele­ ment 18, welches auf der Brennstofflanze 16 befestigt ist.

Fig. 2 zeigt die vorgeschobene Position der Brenn­ stofflanze 16. Ihr Dichtelement 18 ist am Dichtsitz 17 zur Anlage gekommen, wobei die Mündung der Brennstofflanze 16 mit dem Brennkammerauslaß 15 fluchtet. Das Dichtelement 18 verschließt die Brennstoffdüse 8, so daß deren Düsenöffnun­ gen 14 nicht mit Brennstoff versorgt werden können. Dafür kann Brennstoff in die Brennstofflanze 16 eintreten, und zwar über eine radiale Öffnung 19, die den Innenraum der rückwärtig geschlossenen Brennstofflanze mit dem Innenraum des Brennstoffrohres 10 in Verbindung setzt. Der Brennstoff gelangt direkt in den an die Brennkammer 6 anschließenden Ofenraum, wo es zu einer Umsetzung ohne sichtbare Verbren­ nungsreaktionen kommt. Voraussetzung ist, daß die Ofenraum­ temperatur über 800°C beträgt. Sofern der Ofenraum ausrei­ chend Restsauerstoff enthält, kann die Luftzufuhr über die Luftleitung 12 abgeschaltet werden.

Bei der Betriebsweise nach Fig. 2 bedient sich die Brennstoffzufuhr derjenigen Steuerung, die auch bei der Betriebsweise nach Fig. 1 zum Einsatz kommt. Änderungen sind diesbezüglich also nicht erforderlich.

Aus einem Vergleich von Fig. 1 und 2 wird deutlich, daß bei der mündungsmischenden Fahrweise die Brennstofflanze 16 thermisch abgeschirmt ist und auch keine Störung der Strö­ mung im Ausgleichsbereich der Brennkammer 6 hervorrufen kann. Ferner wird die Austrittsfläche der Mündung 15 der Brennkammer 6 nicht reduziert.

Fig. 2 zeigt ferner, daß die Durchführung der Brenn­ stofflanze 16 durch den Anschlußflansch 2 eine Axialdichtung 20 aufweist, die einen rückwärtigen Brennstoffaustritt ver­ hindert.

Wie am deutlichsten aus Fig. 2 ersichtlich, bildet der Anschlußflansch 2 einen zweiten Dichtsitz 21 für das Dicht­ element 18 der Brennstofflanze, sobald diese ihre zurückge­ zogene Position einnimmt. Fig. 1 zeigt, daß dabei die radiale Öffnung 19 der Brennstofflanze 16 gegen den Zustrom von Brennstoff abgeschirmt ist. Es kann also kein zusätzli­ cher Brennstoff aus der Brennstofflanze austreten.

Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß die Dichtsitze 17 und 21 im Zusammenwirken mit dem Dichtelement 18 nicht vollständig abdichten - was aus fertigungstechni­ schen Gründen ohnehin problematisch ist - sondern einen definierten Volumenstrom durchlassen. Nur die Hauptströme gehen dann durch die Brennstoffdüse bzw. durch die Brenn­ stofflanze.

Die beiden Dichtsitze 17 und 21 erfüllen nicht nur ihre Dichtfunktion, sondern wirken gleichzeitig als Anschläge, die die beiden Endstellungen der Brennstofflanze 16 definie­ ren.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. So kann die Brennstofflanze eine Mehr­ zahl von radialen Öffnungen aufweisen. Ferner kann u. U. auf das Brennkammerrohr verzichtet werden. Auch kann das Brenn­ kammerrohr eine andere Form erhalten. Weitere konstruktive Abwandlungen sind denkbar, obwohl sich die gezeigte Kon­ struktion als äußerst vorteilhaft erwiesen hat.

Claims (9)

1. Brenner für einen fluidförmigen oder fluidisierbaren Brennstoff, insbesondere für Brenngas, mit

• - einem Gehäuse (1),
• - einem in dem Gehäuse angeordneten Brennerkopf (5), wobei das Gehäuse stromauf des Brennerkopfes einen Luftkanal (7) bildet, der an eine Luftleitung (12) angeschlossen ist, und
• - einer dem Brennerkopf (5) zugeordneten Brennstoffdüse (8), die über ein Brennstoffrohr (10) an eine Brennstoffleitung (9) angeschlossen ist, gekennzeichnet durch
• - eine durch das Brennstoffrohr (10) und die Brennstoffdüse (8) verschieblich hindurchgeführte Brennstofflanze (16), wobei Mittel vorgesehen sind, die die Brennstofflanze an die Brennstoffleitung (9) anschließen und die bei vorgeschobener Brennstofflanze (16) die Verbindung zwischen der Brennstoffdüse (8) und der Brennstoffleitung (9) mindestens drosseln.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) stromab des Brennerkopfes (5) eine Brennkammer (6) bildet und daß die Brennstofflanze (16) in ihrer vorgeschobenen Stellung auf der Höhe des Brennkammerauslasses (15) mündet.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennstoffrohr (10) ein Dichtsitz (17) vorgesehen ist und daß die Brennstofflanze (16) ein Dichtelement (18) trägt, welches bei vorgeschobener Brennstofflanze (16) am Dichtsitz (17) zur Anlage kommt, wobei die Brennstofflanze (16) an das Brennstoffrohr (10) angeschlossen ist.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanze (16) stromauf des Dichtelements (18) mindestens eine radiale Öffnung (19) aufweist.

5. Brenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennstoffrohr (10) oder - in Fortsetzung des Brennstoffrohres - im Gehäuse (1) ein stromauf liegender zweiter Dichtsitz (21) für das Dichtelement (18) der Brennstofflanze (16) vorgesehen ist, wobei das Brennstoffrohr (10) an die Brennstoffleitung (9) über einen vorzugsweise radialen Kanal (11) angeschlossen ist, der zwischen den beiden Dichtsitzen (17, 21) mündet.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (8) in das Brennstoffrohr (10) eingesteckt ist und den ersten Dichtsitz (17) für das Dichtelement (18) der Brennstofflanze (16) bildet.

7. Brenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffrohr (10) im Gehäuse (1) stromab des den Anschluß an die Brennstoffleitung (9) bildenden Kanals (11) endet.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstofflanze (16) durch eine Axialdichtung (20) hindurch aus dem Gehäuse (1) herausgeführt ist.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen Anschlußflansch (2), einen Mittelteil (3) und ein Brennkammerrohr (4) aufweist, wobei der den Luftkanal bildende Mittelteil (3) an die Luftleitung (12) angeschlossen ist.