DE2134749A1 - Brenner - Google Patents

Description

betreffend Brenner

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tunnelbrenner zur Yerwendung bei Heizvorrichtungen, der mit einem Stabilisator aus einem porösen Werkstoff versehen ist.

Brenner mit Stabilisatoren aus porösen Werkstoffen können auf den verschiedensten Anwendungsgebieten verwendet werden, z.B. bei der Wärmebehandlung, beim Trocknen und anderen Behandlungsverfahren, auf dem Gebiet der Keramik, bei Heiz- und Kochvorrichtungen für Haushaltszwecke, zum Erhitzen von Materialien für Straßendecken, bei chemischen Prozessen, auf den Gebieten der Textilerzeugnisse, der Farben, der Nahrungsmittel, der Papierherstellung, der Eisen- und Nichteisenmetalle, der Glaserzeugung, dem Gebiet der feuerfesten Werkstoffe, beim Herstellen von Zement, bei der Verarbeitung von Kalk und dergleichen.

Bei Verbrennungsvorrichtungen mit Bauteilen aus porösen Werkstoffen wird ein unverbranntes Gemisch aus einem gasförmigen Brennstoff und einem Oxidationsmittel der der Strömung zugewandten Seite eines festen Körpers aus einem porösen Werkstoff zugeführt, und die Verbrennung oder Reaktion spielt sich in der Nähe der in die Strömungsrichtung weisenden Fläche

109884/0213

dieses Körpers ab. Es stehen die verschiedensten Arten von Porengefügen und porösen festen Werkstoffen zur Verfügung, bei denen die Reaktionszonen jeweils eine andere Lage einnehmen; mit anderen Worten, die Verbrennung der gasförmigen Phase kann sich oberhalb des porösen Werkstoffs abspielen oder in den Poren des Werkstoffs oder auf der Porenfläche innerhalb eines porösen Mediums, und das poröse Medium kann gegebenenfalls eine Katalysatorwirkung hervorrufen.

Auf dem Gebiet des Härtens von Werkstoffen wird mit ständig höher werdenden Erhitzungsgeschwindigkeiten gearbeitet, und gleichzeitig ist es erforderlich, die Wärme auf genauer " regelbare Weise zur Wirkung zu bringen; diesen Erfordernissen kann dadurch Rechnung getragen werden, daß man sich die Vorteile zunutze macht, welche sich aus den hohen Werten des Wärmedurchsatzes ergeben, die sich mit Hilfe von sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Gasströmen von hoher Temperatur erzielen lassen.

Auf den genannten Arbeitsgebieten lassen sich Verbrennungsvorrichtungen mit Bauteilen aus porösem Werkstoff deshalb besonders vorteilhaft verwenden, weil sie die Erzielung hoher Wärmedurchsatzwerte ermöglichen, da sie geräuschlos arbeiten, und da eine saubere Verbrennung innerhalb eines bestimmten Bereichs des Verhältnisses zwischen dem gasförmigen " Brennstoff und dem Oxidationsmittel möglich ist.

Gemäß der Erfindung hat es sich als möglich erwiesen, einen Stabilisator aus einem porösen Werkstoff zu schaffen, der während des Betriebs einer Verbrennungsvorrichtung hohen Beanspruchungen standhält und hohe Anforderungen bezüglich der Temperaturverteilung und ihrer Regelbarkeit erfüllt, wobei ein solcher Stabilisator insbesondere geeignet ist, bei einem mit hoher Verbrennungsintensität arbeitenden Tunnelbrenner verwendet zu werden.

Genauer gesagt, schlägt die Erfindung einen Tunnelbrenner mit einem Bauteil aus einem porösen Werkstoff vor, der

109884/0213

ein geschlossenes äußeres Gehäuse aus einem undurchlässigen Werkstoff sowie in Verbindung mit diesem Gehäuse einen hohlen inneren Kern aus einem porösen Werkstoff umfaßt, der an einem Ende offen ist, so daß zwischen dem Gehäuse und dem Kern ein GasVerteilungsraum vorhanden ist, der in Verbindung mit einem in dem Gehäuse ausgebildeten Einlaß für ein brennbares Gasgemisch steht, wobei die Anordnung derart ist, daß das Gasgemisch den Kern von dem Verteilerraum aus in Richtung auf den Hohlraum im Inneren des Kerns durchdringen kann.

Ein Hauptvorteil eines solchen erfindungsgemäßen Brenners besteht darin, daß der Brenner während des Betriebs mit einer Selbstkühlungswirkung arbeitet, da die Wärme, die bestrebt ist, den porösen Kern von innen nach außen zu durchdringen, auf den eintretenden kalten Gasstrom trifft, der hierbei vorgewärmt wird. Infolgedessen bildet das Gehäuse eine kalte Wand des Brenners, und es ist nicht erforderlich, den Brenner von außen her zu kühlen.

Ferner bildet der poröse Kern eine Einlaß- oder Zuführungslläche, die gleichmäßig im wesentlichen über die ganze Begrenzung des Hohlraums des Kerns verteilt ist, welcher den Verbrennungsraum bildet. Das Vorhandensein dieser großen Austritts- oder Brennstoffabgabefläche führt zu einem geringen Druckabfall sowie dazu, daß das Gas aus den Poren laminar austritt, wodurch eine Stabilisierungswirkung hervorgerufen wird; außerdem wird eine hohe Intensität der Verbrennung je

Volumeneinheit des Verbrennungsraums erzielt. Infolgedessen wird bei gegebener Leistung im Vergleich zu den bis jetzt bekannten Brennern von hoher Intensität ein niedrigerer Drucü: des Gasgemisches benötigt, und man kommt im Vergleich, zu den bekannten Brennern mit einem kleineren Verbrennungsraum aus.

« Weiterhin arbeitet ein erfindungsgemäßer Brenner mit einem relativ niedrigen Geräuschpegel, und da sich die Verbrennung stabil abspielt, treten keine unerwünschten Schwingungen auf.

109884/0213

213Λ749

Bei einer bestimmten Ausfuhrungsform eines Brenners mit einem Bauteil aus porösem Werkstoff haben das Gehäuse und der hohle Kern jeweils eine zylindrische Jj'orm, die beiden Bauteile sind gleichachsig angeordnet, der Kern ist nahe seinem offenen Ende mit dem Gehäuse verbunden, und ein zentraler, auf der Achse des Brenners liegender Einlaß ist an dem Gehäuse an demjenigen Ende vorgesehen, welches dem geschlossenen Ende des nohlen Kerns benachbart ist.

Ein solcher sehr wenig Raum beanspruchender Brenner itann leicht in Öfen oder ähnliche Verbrennungsvorrichtungen eingebaut werden, und hierbei gewährleistet die Tatsache, daß das Gasgemisch über einen zentral angeordneten Einlaß zugeführt wird, eine gleichmäßige Verteilung über alle Teile des symmetrischen ringförmigen GaGverteilungsraums.

Zwar kann man einen solchen Brenner aus jedem Werkstoff herstellen, der eine hinreichend geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, doch bietet die Verwendung eines hitze- bzw. feuerbeständigen Werkstoffs besondere Vorteile. Gemäß der Erfindung können das Gehäuse und der Kern aus Materialgemischen bestehen, die einen hohen Gehalt an Tonerde oder stabilisierter Zirkonerde aufweisen und sich bezüglich ihrer Korngröße unterscheiden. Hierbei ist es möglich, den Kern durch einen Sintervorgang mit dem Gehäuse zu verbinden. Das Gehäuse und der Kern können aus der gleichen Materialmasse oder mindestens aus miteinander verträglichen Materialmassen bstehen.

Die Tonerde ist stoßfest und hält hohen Temperaturen stand, sie ist erosionsbeständig, und sie weist eine solche mechanische Festigkeit auf, daß auch bei einer hohen Beanspruchung während des Betriebs keine Beschädigung von Teilen des Brenners zu befürchten ist. Ein Verfahren zum Herstellen solcher Bauteile aus keramischen Werkstoffen von unterschiedlicher Porosität ist in dem Patent (Patentanmeldung P 20 31 526 vom 25. Juni 1970)beschrieben.

109884/0213

-S-

Derartige Brenner, die einen Kern von relativ hoher Durchlässigkeit umfassen, welcher auf seiner Außenseite von einem Gehäuse umgeben ist, das im wesentlichen undurchlässig ist und aus dem gleichen Werkstoff besteht, wobei die Korngrößenabstufung des Werkstoffs bei dem Gehäuse jedoch eine andere ist als bei dem Kern, bieten den Vorteil, daß praktisch kein Gas über seitliche Undichtigkeiten entweichen kann, und daß sie thermischen Beanspruchungen standhalten. Außerdem werden die Schwierigkeiten, die sich bei Gehäusen aus Metall ergeben und bei den bis jetzt bekannten Heizvorrichtungen zu Betriebsstörungen Anlaß geben, vermieden. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich der Ablauf der Verbrennung vollständig vorherbestimmen bzw. beherrschen läßt, wenn man bei den verwendeten Werkstoffen die Korngrößenabstufungen in der richtigen Weise wählt.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispxelen näher erläutert.

I¹Xg. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Brenner im Längsschnitt.

2 und 5 zeigen jeweils in einem Schnitt längs der Linie I-I in 5¹Xg. 1 eine Ausführungsform mit einem rechteckigen Querschnitt bzw. eine Ausführungsform mit einem kreisrunden Querschnitt.

In den Zeichnungen erkennt man ein Brennergehäuse 1 aus einem undurchlässigen feuerfesten Werkstoff, das mit einem Kern 2 versehen ist, der aus einem porösen feuerfesten Werkstoff hergestellt ist. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kern 2 erstreckt sich ein Gasverteilungsraum 3 im wesentlichen über die ganze Außenfläche des Kerns 2, der als Hohlkörper mit einem zentral angeordneten Verbrennungsraum 4 ausgebildet ist. Der Kern 2 ist an einem Ende mit Hilfe einer Abdeckung 5 dicht verschlossen. Der Gasverteilerraum 3 steht in Verbindung mit

109884/0213

einem Einlaß 6 zum Zuführen eines brennbaren Gemisches. An seinem von der Abdeckung 5 abgewandten Ende ist der Verbrennungsraum 4 offen, und er steht an diesem Ende in Verbindung mit einem Auslaß 7, der in einem Düsenteil 8 ausgebildet ist.

In Fig. 2 ist eine langgestreckte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners dargestellt, bei dem das Gehäuse 1 auf beiden Seiten durch Wände 9 abgedeckt ist.

Fig. 3 zeigt eine zylindrische Brennerkonstruktion, bei welcher der Gasverteilerraum durch einen Ringspalt 3 zwischen einem äußeren Zylinder 1 und einem inneren Zylinder 2 gebil- ψ det wird.

Beim Betrieb jedes der beschriebenen Brenner tritt ein Gemisch aus Brennstoff (Erdgas oder aus Erdöl gewonnenes Gas) und Luft oder einem anderen Oxidationsmittel über das Einlaßrohr 6 am hinteren Ende des Brenners ein und strömt weiter längs des Spaltes zwischen dem äußeren und dem inneren Bauteil, d.U. zwischen dem Gehäuse 1 und dem Kern 2, woraufhin das Gasgemisch den Werkstoff des porösen inneren Bauteils durchdringt. Die Verbrennung spielt sich nahe der Innenfläche des Bauteils aus porösem Werkstoff ab, und die Verbrennungsgase entweichen über den Auslaß 7 des Düsenteils 8.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann

das Gehäuse alternativ auch einteilig ausgebildet sein, statt sich aus dem Bauteil 1 und den stirnseitigen Abdeckungen 9 zusammenzusetzen. Ferner könnte man mehrere Einlaßrohre 6 vorsehen, die über die ganze Länge des Brenners verteilt sind.

Bei beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht eine weitere Abänderungsmöglichkeit darin, das nicht unbedingt erforderliche gesonderte Düsenteil 8, das z.B. aus Zirkonerde besteht, fortzulassen und dieses Bauteil durch einen Bestandteil des Gehäuses 1 zu ersetzen oder aber den Kern 2 bis zum äußeren Austrittsende des Brenners zu verlängern. Der Auslaß 7 kann ferner die gleiche Breite bzw. den gleichen Durchmesser

109884/0213

-γ-

haben wie der Verbrennungsraum 4, und beide Hohlräume können entweder kreisrund sein oder einen rechteckigen Querschnitt naben. Statt das eine Ende des Kerns 2 mit Hilfe einer Abdekkung Ό dicht zu verschließen, ist es ferner möglich, den Kern einstückig auszubilden; in diesem Fall Kann die Außenwand des Kerns an seinem geschlossenen Ende stromlinienförmig ausgebildet sein und eine etwas größere Wandstärke erhalten als der verbleibende Teil des Kerns. Die Wandstärke des Kerns, die sich nach der jeweiligen Konstruktion und der Leistung des Brenners richtet, liegt gewöhnlich zwischen etwa 6 mm und etwa 50 mm.

Jeder erfindungsgemäße Brenner kann sowohl mit stöcüio— metrischen Gemischen als auch mit nichtstöchiometrischen Gemischen betrieben werden, so daß es möglich ist, durch eine nur teilweise Verbrennung ein reduzierendes Gas zu erzeugen, bzw. daß die MöglichKeit besteht, mit einem Überschuß des Oxidationsmittels zu arbeiten, so daß der Brenner eine oxidierende Atmosphäre erzeugt.

Die Brenner nach der Erfindung eignen sich insbesondere zur Benutzung als Tunnelbrenner, und sie erfüllen die Anforderungen, die auf dem Gebiet des schnellen Erhitzens von Metallen an mit hoher ^Strömungsgeschwindigkeit und hohem Massendurchsatz arbeitende Brenner gestellt werden, da ein solcher Brenner z.B. stündlich 100 kg Brennstoff verarbeiten kann. Jedoch können erfindungsgemäße Brenner auch als mit hoher Intensität arbeitende Brenner von beliebiger anderer Form und/ oder Größe ausgebildet werden.

Patentansprüche t

109884/0213

Claims (6)

1A-39 679 PATENTANSPRÜCHE

.) Unter Verwendung eines porösen Werkstoffs hergestellter Brenner, gekennzeichnet durch ein geschlossenes äußeres Gehäuse (1) aus einem undurchlässigen Werkstoff und einen mit dem Gehäuse verbundenen inneren hohlen Kern (2) aus einem porösen Werkstoff, der an einem Ende offen ist, sowie durch einen sich zwischen dem Gehäuse und dem Kern erstreckenden Gasverteilerraum (3), der mit einem Einlaß (6) des Gehäuses für ein brennbares Gasgemisch in Verbindung steht, wobei die Anordnung derart ist, daß das Gemisch den porösen Kern von dem Gasverteilerraum aus in Richtung auf den inneren Hohlraum (4) des Kerns durchdringen kann.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) und der hohle Kern (2) eine zylindrische Form haben und gleichachsig angeordnet sind, daß der Kern mit dem Gehäuse an seinem offenen Ende oder in seiner Nähe verbunden ist, und daß das Gehäuse an seinem dem geschlossenen Ende (5) des hohlen Kerns zugewandten Ende mit einem zentralen axialen Einlaß (6) versehen ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) und der Kern (2) aus feuerfesten Werkstoffen bestehen, bei denen es sich um den gleichen Werkstoff oder mindestens um miteinander verträgliche Werkstoffe handelt, und daß das Gehäuse aus einem feuerfesten Werkstoff besteht, dessen Korngrößenabstufung so gewählt ist, daß das Gehäuse für Gase undurchlässig ist.

4. Brenner nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet , daß sich die feuerfesten Werkstoffe des Gehäuse (1) und des Kerns (2) dadurch unterscheiden, daß sie

109884/0213

unterschiedliche Korngrößenabstufungen aufweisen und einen hohen Gehalt an Tonerde oder Zirkonerde besitzen.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 Ms 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (1) und der Kern (2) durch einen Sintervorgang miteinander verbunden worden sind.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet , daß die Wandstärke des hohlen Kerns (2) etwa 6 mm bis etwa 50 mm beträgt.

109884/0213