DE2054642A1

DE2054642A1 - Immersion burner tube

Info

Publication number: DE2054642A1
Application number: DE19702054642
Authority: DE
Inventors: Helmut 4132 Kamp Lintfort MP Vietz
Original assignee: Deutsche Texaco AG
Current assignee: Wintershall Dea Deutschland AG
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1970-11-06
Publication date: 1972-05-25
Also published as: GB1362805A; CA948945A; US3794015A; DE2054642C3; JPS567722B1; DE2054642B2

Description

Die Erfindung betrifft ein fauchbrennerrohr für eine mit einem Brennstoff/Luft-Gemisch beheizte Tauchbrenneranlage zum Eindampfen von Salz- oder insbesondere Säurelösungen.The invention relates to a burner tube for a with a Fuel / air mixture heated immersion burner system for evaporating salt or especially acid solutions.

Es ist bekannt, verdünnte wässerige Lösungen von Salzen oder Säuren in Tauchbrenneranlagen einzudampfen und zu konzentrieren. Diese Anlagen bestehen im Prinzip aus einem Ofenraum, der mit einem Abzug oder Kamin für die Rauchgase verbunden und teilweise mit der einzudampfenden Flüssigkeit gefüllt ist. In diese Flüssigkeit taucht zumindest ein Brennerrohr ein, so daß die heißen Brenngase der Brennerrohrmündung in die Flüssigkeit gelangen, dort ihre Wärme abgeben und schließlich in den Abzug oder Kamin entweichen.It is known to evaporate and concentrate dilute aqueous solutions of salts or acids in immersion burner systems. These systems consist in principle of a furnace chamber, which is connected to a hood or chimney for the flue gases and is partially filled with the liquid to be evaporated. At least one burner tube is immersed in this liquid, so that the hot combustion gases from the burner tube mouth get into the liquid, give off their heat there and finally into the Flue or chimney escape.

Bekannte Tauchbrennerrohre bestehen aus einem oberen Teil, der wenigstens teilweise aus dem Ofenraum der Anlage herausragt und dem der gasförmige oder flüssige Brennstoff, z.B. Erd-, Leucht- oder Kokereigas oder Heizöl und dgl. und Luft zugeführt werden. Je nach Bauart des Brenners können in den oberen oder ZuIeitungsteil des Brennerrohres Brennstoffluft getrennt eingeleitet und dort vermischt oder als brennbares Gemisch zu-Known immersion burner tubes consist of an upper part that at least partially protrudes from the furnace of the system and to which the gaseous or liquid fuel, e.g. Luminous or coke oven gas or heating oil and the like. And air are supplied. Depending on the design of the burner, the upper or supply part of the burner pipe fuel air separated introduced and mixed there or added as a combustible mixture

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geführt werden. An diesen Zuleitungsteil des Brennerrohres schließt sich nach unten hin ein Brennkammer-Teil an, der meist erweiterten Querschnitt besitzt. Hier wird das durch den Zuleitungsteil herangeführte Brennstoff/Luft-Gemisch entzündet und verbrannt mit freier Flamme. Bs ist bekanntlich zweckmäßig, die Brennkammer so lang auszubilden, daß nicht mehr die Flamme selbst, sondern nur die heißen Brenngase auf den Spiegel der einzudampfenden Flüssigkeit auftreffen, da andernfalls Tröpfchen der Flüssigkeit in stärkerem Maße von den Brenngasen mitgerissen werden und als Aerosol in den Kamin gelangen.be guided. This feed line part of the burner tube is followed by a combustion chamber part at the bottom, which mostly has an enlarged cross-section. This is where the fuel / air mixture brought in through the feed line is ignited and burned with a free flame. As is known, it is advisable to make the combustion chamber so long that it does not more the flame itself, but only the hot combustion gases hit the level of the liquid to be evaporated, otherwise droplets of the liquid will be entrained to a greater extent by the combustion gases and as an aerosol in the chimney reach.

Bei Tauchbrenneranlagen der vorstehend geeschilderten Bauart stellen Verkrustung und Korrosion des unteren, in die Flüssigkeit tauchenden Brennerteils ein schwer zu lösendes Problem dar. Salzlösungen bilden insbesondere an den heißen Brennkammerwandungen Krusten, die den für die Rauchgase verfügbaren freien Querschnitt der Brennkammer einengen und dann zum Stillsetzen des Brenners zwingen. Das Konzentrieren verdünnter SMurelösungen, etwa Phosphor- oder Schwefelsäure, macht zusätzlich einen wirksamen Korrosionsschutz des Brennerrohres notwendig. Es ist daher bekannt, alle T ile des Brennerrohres oder wnigstens die am stärksten beanspruchten aus Werkstoffen herzustellen, die genügend temperatur- und säurebeständig sind, etwa aus Graphit, Ferrosilicium und dgl. Da diese Werkstoffe teuer sind, ist es ferner bekannt, die Innenwand der Brennkammer aus einem preiswerteren Werkstoff, z.B. Grauguß, der lediglich temperaturbeständig ist, amifertigen und diesen inneren Teil mit einem Schutzrohr zu umgeben, das korrosionsfester, Jedoch thermisch und mechanisch weniger belastbar ist, beispielsweise Ferrosiliciuin. 5s ist auch schon bekannt, zwischen dem inneren T_il und dem Schutzrohr ein WMrmeisoliermaterial anzuordnen.With immersion burner systems of the type described above encrustation and corrosion of the lower part of the burner, which is immersed in the liquid, are a problem that is difficult to solve Salt solutions form crusts, especially on the hot combustion chamber walls, which are those available for the flue gases Narrow the free cross-section of the combustion chamber and then force the burner to stop. Concentrating dilute S-Mure solutions, phosphoric or sulfuric acid, for example, also requires effective protection against corrosion for the burner tube. It is therefore known that all parts of the burner tube or at least to manufacture the most heavily used materials that are sufficiently temperature and acid resistant, such as graphite, ferrosilicon and the like. Since these materials are expensive, it is also known to the inner wall of the combustion chamber from a cheaper material, e.g. gray cast iron, which is only temperature-resistant, and make them to surround the inner part with a protective tube, which is more corrosion-resistant, but thermally and mechanically less resilient, for example ferrosilicon. 5s is already known to have a thermal insulation material between the inner T_il and the protective tube to arrange.

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Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 519 685 ist ein Tauchbrennerrohr bekannt, geworden, bei dem das Schutz- oder Mantelrohr in radialem Abstand zum inneren Brennkammerrohr pngeordnet ist und in dem" Raum zwischen Brennkammer- und Mantelrohr ein inertes Schutzgas eingedrückt wird, dessen Druck so hoch gewählt ist, daß keine Säurelösung in diesen JJtschenraum eindringen kann. Bei dieser bekannten Anordnung wird das korrosionsbeständigere Schutz- oder Mantelrohr durch den mit Inertgas gefüllten Ringspalt thermisch entlastet. Jedoch ist auch bei dieser Bauart nicht zu vermeiden, daß sowohl dap Brennkammer- wie auch des Mantelrohr r.ach relativ kurzer Betriebszeit korrodieren und erneuert od^r zumindest ausge- J bessert werden müssen.From the German Offenlegungsschrift 1 519 685 is a Immersion burner tube has become known, in which the protective or Jacket tube is arranged at a radial distance from the inner combustion chamber tube and in the "space between the combustion chamber and jacket tube an inert protective gas is injected, the pressure of which is selected so high that no acid solution in this JJtschenraum can penetrate. In this known arrangement, the more corrosion-resistant protective or jacket tube is through the with inert gas filled annular gap thermally relieved. However, even with this type of construction, it cannot be avoided that both The combustion chamber and the jacket tube are relatively shorter to the right Corrode and renew or at least wear out the operating time need to be improved.

Ziel der Erfindung ist nun, ein Tauchbrennerrohr zu schaffen, das erheblich längere Betriebsdauer verträgt.The aim of the invention is now to create a submerged burner tube that can withstand a considerably longer service life.

Gegenstand der E findung ist nun ein Tauchbrennerrohr für eine mit einem Brennstoff/Luft-Gemisch beheizte Tauchbrenneranlage zum Eindampfen von Salz- oder insbesondere Säurelösungen, im weÄsentlichen bestehend aus wenigstens einem Zuleitungsrohr für das Brennstoff- und/oder Luftgemisch, einer Zündeinrichtung für das Brenngas, einer sich in Strömungsrichtung an das Zuleitungsrohr anschließenden Brennkammer mit erweitertem Querschnitt, deren offenes Ende unterhalb d*»c M Spiegels der in der Anlage einzudampfenden Flüsigkeit mündet, sovrie ggf. einem Schutz- oder Mantelrohr, da^e ggf. In radialem Abstand zur Brennkammer und zum Zuleitungsteil des Tauchbrennerrohres angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Brennkammer (iy) mit einer ständig erneuerten, verhältnismäßig dünnen, zusammenhängenden Schicht 12 der einzudampfenden Flüssigkeit umgeben ist.The subject of the invention is an immersion burner tube for an immersion burner system heated with a fuel / air mixture for the evaporation of salt or especially acid solutions, essentially consisting of at least one feed pipe for the fuel and / or air mixture, an ignition device for the fuel gas, a combustion chamber with an enlarged cross-section, the open end of which opens below d * »c M level of the liquid to be evaporated in the system, and possibly a protective or jacket tube, since ^{e is at a} radial distance from the combustion chamber and is arranged to the feed part of the immersion burner tube, characterized in that at least the combustion chamber (iy) is surrounded by a constantly renewed, relatively thin, coherent layer 12 of the liquid to be evaporated.

Bei einer ersten Bauform des Tauchbrennerrohres nach der Erfindung ist dieses im Bereich des Brennkammerteils völlig und im Bereich des Zuleitungsteilp großteils in an sich bekannter Weise mit einem radial im Abstand angeordneten Schutz- oder Mantelrohr umgeben und durch den Ringraum »fischen den Rohr-In a first design of the immersion burner tube according to the invention this is completely known in the area of the combustion chamber part and largely known per se in the area of the supply line part Surrounded by a radially spaced protective or jacket pipe and through the annulus »fish the pipe

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körpern wird die einzudampfende Flüssigkeit ständig umgewälzt, so daß sie die inneren Teile des Tauchbrennerrohreρ als verhältnismäßig dünne Flüssigkeitsschicht ständig umgibt. Ds*der Ringraum nach unten hin offen ist, gelangt die umgewSlzte Flüssigkeit sdiießlich in den Sumpfteil des Ofens und vereinigt sich mit dem dort vorhandenen Flüssigkeitsvorrat. B_ei dieser ersten Bauform ist es zweckmäßig, die inneren Teile des Tauchbrennerrohres zumindest im Bereich der Brennkammer auf ihrer Außenfläche mit Rippen und dgl. zu versehen, die vorzugsweise im wesentlichen waagerecht oder wendelförmig verlaufen. Mit dieser Verrippung wird ein besserer Wärmeübergang von den Wandungen der Brennkammer in die Flüssigkeitsschicht erreicht. Zugleich kann mm durch zweckmäßige Ausbildung der Rippen die Verweilzeit der Flüsigkeit im Ringraum, ihre Temperatur und ihren Fließweg bestimmen und vorgeben. Zu diesem Zwecke wird es bevorzugt, in den Ringraum Dichtungrchnüre und dgl. einzulegen, die im Abstand voneinander wendelförmig verlaufen, so daß der umgewälzten Flüssigkeit ein Zwangsweg vorgegeben wird.bodies, the liquid to be evaporated is constantly circulated so that it constantly surrounds the inner parts of the immersion burner tubes as a relatively thin layer of liquid. Since the annular space is open at the bottom, the circulated liquid finally reaches the sump part of the furnace and combines with the liquid supply there. B _e i of this first design, it is expedient, the inner parts of the immersion burner tube to provide at least in the region of the combustion chamber on its outer surface with ribs and the like., Which preferably extend substantially horizontally or spirally. With this ribbing, a better heat transfer from the walls of the combustion chamber into the liquid layer is achieved. At the same time, mm can determine and specify the residence time of the liquid in the annular space, its temperature and its flow path by means of an appropriate design of the ribs. For this purpose, it is preferred to insert sealing cords and the like into the annular space, which run in a helical manner at a distance from one another, so that a forced path is predetermined for the circulated liquid.

Bei einer zweiten Bauform des Anmeldungsgegenstandes ist die Anordnung so getroffen, daß die im Ringraum zwischen Schutzrohr und Zuleitungsteil umgewälzte Flüssigkeit schließlich als verhältnismäßig dünne, zusammenhängende und ständig erneuerte Schicht die Innenwandung der Brennkammer bedeckt. Diese filmartige Verteilung der einzudampfenden Flüssigkeit läßt sich auf verschiedene Weise erreichen. Sine besonders einfache Maßnahme besteht darin, im Ringraum oberhalb der Brennkammer Leitschaufeln anzuordnen, die der Flüssigkeit einen Drall erteilen, der sie nach dem Austritt aus dem Ringraum auf der freien Innenfläche der Brennkammer als Film verteilt. In a second design of the subject of the application, the arrangement is made so that the in the annular space between the protective tube and feed part circulated liquid finally as a relatively thin, coherent and constantly renewed Layer covers the inner wall of the combustion chamber. This film-like distribution of the liquid to be evaporated can be achieved in a number of ways. His particularly simple measure consists in the annular space above the Combustion chamber guide vanes to arrange the liquid give a twist that distributes it as a film on the free inner surface of the combustion chamber after exiting the annular space.

Solange dieser Fltissigkeitsfilm noch Wasser enthält, ist gewährleistet, daß die Temperatur der FlUssigkeitsschicht unabhängig von der Temperatur der Brenngase nicht wesentlich über etwa 10O⁰C hinausgeht. Die Wandung der Brennkammer wird demnacjh durch FlUssigkeits- und Verdampfungskühlung auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten, bei der die KorrosionAs long as this Fltissigkeitsfilm still contains water, it is ensured that the temperature does not exceed the FlUssigkeitsschicht independent of the temperature of the combustion gases substantially above about 10O ⁰ C. The wall of the combustion chamber is then kept at a relatively low temperature by liquid and evaporative cooling, at which corrosion can occur

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noch keine wesentliche Rolle spielt und auch die Verkrustungsgefahr gering ist. Infolge dieser intensiven Kühlung der Brennkammerwandung kann sogar darauf verzichtet werden, das Tauchbrennerrohr im Bereich der Brennkammer doppelwandig auszubilden. Das kann im einfachsten Falle geschehen, indem man die bisher notwendige Brennkammer entfallen läßt und sich zur Führung der Brenngase mit dem Schutzrohr begnügt. Έίη weiterer Vorteil dieser Bauform des Anmeldungsgegenstandes besteht darin, daß man das Schutzrohr, das die Brenngase führt, aus preiswerten Werkstoffen, etwa Kunststoffe oder auch Kieselglas, herstellen kann.does not yet play an essential role and the risk of incrustation is also low. As a result of this intensive cooling of the combustion chamber wall, it is even possible to dispense with designing the immersion burner tube as double-walled in the area of the combustion chamber. In the simplest case, this can be done by eliminating the previously necessary combustion chamber and using the protective tube to guide the combustion gases. Έίη further advantage of this design of the subject of the application is that one can make the protective tube, which leads the combustion gases, from inexpensive materials, such as plastics or silica glass.

Weitere Merkmale und Vorteile des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in der Fig. 1 und 2 Jeweils Längsschnitte durch zwei beispielhafte Ausführungsformen des Tauchbrennerrohres sind.Further features and advantages of the subject of the application emerge from the following description and the drawing, 1 and 2 are each longitudinal sections through two exemplary embodiments of the immersion burner tube.

In Fig. 1 ist mit 10 der Ofenbehälter angedeutet, der als einzudampfende Flüssigkeit 11 einen Vorrat verdünnter Schwefelsäure enthält und an dem das Tauchbrennerrohr befestigt ist. In dieser ersten Bauform besteht es aus einem Zuleitungsteil 13 und einem inneren Brennkammerteil 14. Am Zuleitungsteil ist ein Mischteil 15 für das Brennstoff/Luft-Gemisch befestigt, an den sich nach unten hin die Brenngasleitung 16 anschließt. Am linde der Brenngasleitung 16 wird das Brennstoff/Luft-Gemisch durch eine (nicht dargestellte) Zündeinrichtung in Brand gesetzt und brennt im inneren Brennkammerteil Ϊ»· ab. Zuleitungsteil 13 und inneres Brennkammerteil 14 sind von einem Schutzrohr 17 umgeben. Der innere Brennkammerteil 14 besitzt auf der Außenfläche wendelförmig verlaufende Rippen 18. Zwischen dem Zuleitungsteil 13 und dem inneren Brennkammerteil 14 bzw. seinen Rippen 18 einerseits und dem Schutzrohr 17 befindet sich ein Ringraum 19, in den über eine im Kopf 20 des Zuleitungsteils angeordnete Leitung 21 die Schwefelsäurelösung ständig in den Ringraum 19 eingeleitet wird, aus dem sie unten in den Flüssigkeitsvorrat 11 abfließt.In Fig. 1, 10 indicates the furnace container, which is to be evaporated Liquid 11 contains a supply of dilute sulfuric acid and to which the immersion burner tube is attached. In this first design it consists of a supply line part 13 and an inner combustion chamber part 14. On the supply line part a mixing part 15 for the fuel / air mixture is attached, to which the fuel gas line 16 is connected at the bottom. On the linde of the fuel gas line 16, the fuel / air mixture set on fire by an ignition device (not shown) and burns down in the inner part of the combustion chamber Ϊ »·. Supply part 13 and the inner combustion chamber part 14 are surrounded by a protective tube 17. The inner combustion chamber part 14 has on the Outer surface helically extending ribs 18 between the supply line part 13 and the inner combustion chamber part 14 or its Ribs 18 on the one hand and the protective tube 17 is an annular space 19, in which via a head 20 of the supply line part arranged line 21 the sulfuric acid solution is constantly introduced into the annular space 19, from which it is below in the liquid supply 11 drains.

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Es ist zweckmäßig, zwischen Rippen 18 und Schutzrohr 17 Mch-It is advisable to place machinings between the ribs 18 and the protective tube 17.

schnur
tung??*22 einzulegen, so daß die im Ringraum 19 herablauferde Flüssigkeit 12 gezwungen wird, dem Laufe der gewendelt verlegten Dichtungsschnur 22 zu folgen und für eine bestimmte Verweilzeit im Ringraum 19 zu verbleiben.line
device ?? * 22 so that the liquid 12 that runs down in the annular space 19 is forced to follow the course of the coiled sealing cord 22 and to remain in the annular space 19 for a certain dwell time.

Man kann die in den RDypnraT 9 eingeleitete Flüssigkeit 1? entweder einem Vorratsbehälter für die verditnnte Schwefelsäure entnehmen oder bzw. und die in e'er Tauchbrenneranlage vorliegende Flüssigkeit 11 durch Leitung 21 und Ringraum 19 umwälzen, bis sie die erforderliche Konzentration erreicht hat.The liquid introduced into the RDypnraT 9 can be 1? either take it from a storage container for the diluted sulfuric acid or / and circulate the liquid 11 present in the immersion burner system through line 21 and annular space 19 until it has reached the required concentration.

Bei der Bauform nach Fig. 2 ist am Ofenbehälter 10, der einen Vorrat 11 einzudampfender Schwefelsäurelösung enthält, ein Tauchbrennerrohr befestigt, das aus einem ZuIeitungsteil 36 für das Brenngas bepteht, das aus einem Mischteil 15 zuströmt. Der Zuleitungsteil 16 wird von einem radial im Abstand dazu angeordneten Schutzrohr 37 umgeben, das sich vom ISnde des Zuleitungsteils 36 an erweitert und unter dem Spiegel des Flüsslgkeitsvorrates 11 mündet. Zwischen dem Schutzrohr 37 und dem Zuleitungsteil 36 verbleibt ein Ringraum 39, der die über Leitung 31 eingeleitete umgewälzte Flüssigkeit 12 aufnimmt. Im Bereich des unteren Endes von Zuleitungsteil 36 ist im Ringraum 39 ein wendelförraiger Einbaukörper 38 angeordnet, der der durch den Ringraum 39 herabströmendei Flüssigkeit 12 einen Drall erteilt. Infolge dieses Dralls verteilt die Flüssigkeit 12 sich nach dem Austritt aus dem Ringraum 39 (Ende des Zuleitungsteils 36) als filmartige FlUssigkeitsschicht 12a auf der Innenwandung des erweiterten Schutzrohrteils 37, in dem die Flamme des Brennstoff/Luft-Gemisches brennt.In the design of Fig. 2 is on the furnace container 10, the one Contains supply 11 to be evaporated sulfuric acid solution, an immersion burner tube attached, which consists of a supply part 36 for the fuel gas that flows in from a mixing part 15. The lead part 16 is radially spaced from one another arranged protective tube 37, which extends from the end of the supply line part 36 on expanded and below the level of the liquid supply 11 opens. Between the protective tube 37 and the supply line part 36 remains an annular space 39, which is the line 31 introduced circulated liquid 12 absorbs. in the In the region of the lower end of the supply line part 36, a helical installation body 38 is arranged in the annular space 39, which is the liquid 12 flowing down through the annular space 39 Twist granted. As a result of this swirl, the liquid 12 distributes itself after exiting the annular space 39 (end of the feed line part 36) as a film-like liquid layer 12a on the inner wall of the expanded protective tube part 37, in which the The flame of the fuel / air mixture is burning.

Es hat sich gezeigt, daß als Einbaukörper 38 bereits einfache Leitschaufeln in der Lage sind, die Flüssigkeit als dünne Schicht oder Film auf der Innenfläche des Schutzrohrs im Flammenbereich zu verteilen, wenn man den Steigungswinkel der Leitschaufeln auf die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 12 im Ringraum 39 abstimmt, überraschenderweise erhält man bei richtiger Abstimmung selJjst d$ft>? AX§^si^en Flüssigkeitsfilm, wennIt has been shown that even simple guide vanes as built-in bodies 38 are able to distribute the liquid as a thin layer or film on the inner surface of the protective tube in the flame area if the pitch angle of the guide vanes is matched to the flow velocity of the liquid 12 in the annular space 39 , surprisingly, with the right coordination, you get selJjst d $ ft>? AX § ^s i ^en liquid film, if

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

man das Schutzrohr 37 aus einem Werkstoff, z.B. Kunststoff, anfertigt, der von der Flüssigkeit schlecht benetzt wird. to the protective tube 37 made of a material, such as plastic, customizing which is poorly wetted by the liquid.

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Claims

p .. )) Immersion burner tube for an immersion burner system heated with a fuel / air mixture for the evaporation of salt or especially acid solutions, essentially consisting of at least one feed pipe for the fuel and / or air mixture, an ignition device for the fuel gas, one in the direction of flow Combustion chamber adjoining the supply pipe with an enlarged cross-section, the open end of which opens below the level of the liquid to be evaporated in the system, and possibly a protective or jacket pipe, which may be arranged radially away from the combustion chamber and the supply part of the immersion burner pipe that at least the combustion chamber-zj i) with an ever renewed, relatively, continuous layer ₍₂ ^ thin ⁰⁾ ^de r liquid to be inside or outside is surrounded.

2.) immersion burner tube according to claim 1, characterized in that a substantial part of the supply line part (* g) and the entire combustion chamber part (14) of the immersion burner tube is surrounded by the liquid layer (12).

3.) immersion burner tube according to claim 1, characterized in that that the liquid layer (12) in the annular space (19) between the supply line part (13) or combustion chamber part (14) and the protection or Jacket tube (17) is arranged.

4.) Immersion burner tube according to one of claims 1 to 3 _f, characterized in that the liquid layer (12) is arranged between the supply part (? 6) and protective or jacket tube (37) and on the inner wall of the combustion chamber (37).

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5.) immersion burner tube according to claim 1-3, characterized net gekennzeich that the outer surfaces of the Zuleituncste n-r (13) and sondere the combustion chamber part (la) with insber.or.dere or who de lfö * RMI gen ribs (18) provided is.

6.) immersion burner tube according to claim f>, characterized in that between the protective or jacket tube (17) and at least the combustion chamber part (IA, 1 «) sealing cords (??) and d ^ l. are inserted, which dictate a compulsory path for the liquid (12).

7.) immersion burner tube according to claim A, characterized in that that in the annular space between the jacket tube (37) and the supply line part (36) in the circulated liquid a swirl-generating guide vanes (38) are arranged.

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