DE2141575B2 - Brenner, insbesondere fuer gasfoermigen brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere für gasförmigen Brennstoff, mit getrennten Zufuhreinrichtungen für Verbrennungsluft und Brennstoff, über die die Brennmittel zur Drallerzeugung im Axialbereich des Brenners tangential zuführbar sind.

Ein derartiger Brenner ist aus der DT-Patentanmeldung M 8431/24C, 10 (bek. 4.2.54) bekannt. Die darin beschriebene Ausbildung des Brenners soll durch eine möglichst starke Drallerzeugung eine gute Mischung der Brennmittel bewirken.

Die Erzeugung einer guten Mischung und die Beibehaltung des einmal eingestellten Gemisches der Brennmittel unabhängig von wechselnden Brennbedingungen ist Gegenstand der DT-PS 5 47 184. Hier wird ein gerader axialer Luftstrom dazu benutzt, Verbrennungsluft und Brennstoff in einem Mischkegel zu mischen, bevor der im wesentlichen unverwirbelte Hauptluftstrom zugeführt wird.

Es hat sich gezeigt, daß bei den bekannten Brennern unstabile Verbrennungen erfolgen, wobei dies offenbar auf die Entstehung eines Rückstromes am Brennermund zurückführbar ist, der zu einer Nachverbrennung entgegen der Strömungsrichtung führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Brenner der eingangs genannten Art so auszubilden, daß durch Stabilisierung der Verbrennung eine Verbesserung dieser erfolgt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein keramisches Bauteil mit einem axialen Brennmittel-Mischraum, der am Brennermund in eine stufenförmige Erweiterung übergeht, und eine axiale Düse am flammenabgewandten Brennerende zur Erzeugung eines mengenmäßig steuerbaren geradlinigen Stromes von Verbrennungsluft.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Brenner,

F i g. 2 Teilquerschnitte entsprechend den Linien X-X undy-yinFig. 1,

F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt gemäß V- V undZ-ZinFig. 1,

F i g. 4 eine Einzelheit aus F i g. 1 und

F i g. 5 und 6 die Geschwindigkeitsverteilung der Brennmitiel im Brenner vergleichsweise beim Stand der Technik und der Erfindung.

Der Brenner 111 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Im Brennerinneren befinden sich zwei Unterteilungsplatten 113 und 114. Die Platte 113 weist eine geradlinige Lufteinführungsöffnung 112 auf. Im Teil Λ'des Brenners 111 fließt das Gas geradlinig, im Teil B' mit einem Drall und gelangt dann in den Teil C.

Mit 116 ist die Steuerdüse bezeichnet und ein Antrieb 117 dient dazu, die Steuerdüse 116 in Umdrehung zu versetzen. Im Teil B' ist ein Wirbelflügel 119 vorgesehen, der die Luft in Umdrehung versetzt. Im Brennmittel-Mischraum 121 erfolgt ein Vermischen von Luft und Brennstoff. Das keramische Bauteil 123 weist eine stufenförmige Erweiterung 122 auf. Die öffnungen a und b sind, siehe die Fig.4, in der Düse 115 und der Steuerdüse 116 angeordnet, so daß, wenn die Steuerdüse 116 in der durch den Pfeil C gezeigten Weise gedreht wird, die Größe der öffnungen verändert werden kann. Der ausgezogen gezeichnete Pfeil in der F i g. 1 gibt die Bewegungsrichtung der Verbrennungsluft wieder, und der gestrichelt gezeigte Pfeil zeigt die Bewegungsrichtung des Brennstoffgases.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Brenners erläutert.

Es wird Luft unter einem vorherbestimmten Druck in das Teil B', ausgehend von dem Lufteinlaßrohr 118, eingeführt und der größte Teil der Luft wird durch den Wirbelflügel 119 in Umdrehung versetzt und sodann in den Mischraum 121 eingeblasen. Während ein Teil der von dem Lufteinlaßrohr 118 eintretenden Luft in den Teil A' durch die Einlaßöffnung 112 der ersten Unterteilungsplatte 113 eintritt und vom Inneren der Luftdüse 115 in den Mischraum 121 durch die öffnung a der Luftdüse 115 eintritt, erfolgt ein weiterer Eintritt durch die Öffnung b der Steuerdüse 116. Andererseits wird das Brennstoffgas dadurch in Umdrehung versetzt, daß es durch die Brennstoffgasdüse 124 von dem Brennstoffeinlaßrohr 120 geführt und sodann in den Mischraum 121 eingeblasen wird. Die beständige Verbrennung am Brennermund, d. h. der Erweiterung 122, wird dadurch erzielt, daß der Betrag der geradlinig strömenden Luft gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt durch den Antrieb 117, also durch Verdrehen der öffnungen a und b zueinander. Wird die geradlinig strömende Luft vollständig abgeschaltet und die mit einem Drall strömende Luft mit erheblicher Umdrehung in den Mischraum 121 eingeführt, so ergibt sich ein sehr erheblicher Wirbel, und die tangentiale Geschwindigkeit desselben nimmt in Richtung auf die axiale Mitte hin zu. Es ergibt sich somit, nach den Bernoullischen Theorien, eine Abnahme der axialen Fließgeschwindigkeit, wenn die tangentiale Fließgeschwindigkeit der Luft zunimmt. Es ergeben sich Geschwindigkeitsverteilungen, wie in der F i g. 5 gezeigt. Wenn die Verbrennung unter derartigen Fließbedingungen zur Ausführung kommt, ist es möglich, daß die Flamme wieder zu dem axialen mittleren Teil zurückkehrt und sich die Gefahr eines Flammenrückschlages ergibt, da die axiale Fließgeschwindigkeit zur axialen Mitte verzögert erfolgt. Weiterhin ergibt sich aufgrund des Druckanstieges in dem Brenner, bedingt durch das Zurückschlagen der Flamme, ein geringfügiger Fluß des Brennstoffgases und die Verbrennung wird diskontinuierlich und somit unstabil. Wenn der Betrag der geradlinig strömenden Luft erhöht wird, d. h, wenn die axiale Fließgeschwindigkeit groß ist, und wenn die Verbrennung unter einem geringeren Drall der Luft erfolgt, dann tritt die Flamme schnell aus der stufenförmigen Erweiterung 122 aus und es erfolgt ein Ausblasen der Flamme. Bei richtiger Einstellung der Verhältnisse erhält man die in Fig.6 gezeigte Geschwindigkeitsverteilung. Es erfolgt eine stabile Verbrennung unter Halten der Zündfläche an der Stelle der stufenförmigen Erweiterung 122. Bezüglich dieses Ausführungsbeispiels beläuft sich die gesteuerte

Menge der geradlinig strömenden Luft zweckmäßigerweise auf einen Wert von 0 — 30% der Menge der in das Lufteinlaßrohr 118 einfließenden Luft. Indem die Menge der geradlinig fließenden Luft in diesem Bereich gesteuert wird, kann die Zündfläche an einer Stelle an der stufenförmigen Erweiterung 122 gehalten werden unter Erzielen einer stabilen Verbrennung, und zwar dann, wenn die Brennkapazität in einem Bereich von 100 — 20% verändert wird.

Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Menge der geradlinig fließenden Luft erhöht wird, nimmt die Menge der wirbeiförmig geführten Luft ab, und die Menge der wirbeiförmig geführten Luft nimmt zu, wenn die Menge der geradlinig geführten Luft abnimmt, so daß die absolute Menge der eingeführten Luft stets konstant bleibt. Dies bedeutet, daß eine stabile Verbrennung mit einem konstanten Mischverhältnis von Luft und Brennstoff aufrechterhalten werden kann und die Verbrennungskapazität ohne Verändern der Temperatur des brennenden Gases vermittels eines Ventils verändert werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Brenner, insbesondere für gasförmigen Brennstoff, mit getrennten Zufuhreinrichtungen für Verbrennungsluft und Brennstoff, über die die Brennmittel zur Drallerzeugung im Axialbereich des Brenners tangential zuführbar sind, gekennzeichnet durch ein keramisches Bauteil (123) mit einem axialen Brennmittel-Mischraum (121), der am Brennermund in eine stufenförmige Erweiterung (122) übergeht, und eine axiale Düse (115) am flammenabgewandten Brennerende zur Erzeugung eines mengenmäßig steuerbaren geradlinigen Stromes von Verbrennungsluft.