DE2207293A1 - Brenner - Google Patents

Description

Brenner

Die Erfindung bezieht sich auf für industrielle Zwecke bestimmte Brenner, die mit gasförmigen Brennstoffen der verschiedensten Art und innerhalb eines großen Bereichs der Wärmeerzeugungsleistung betrieben werden können·

In der Industrie werden in großem Umfang mit einer Ansaugwirkung arbeitende Brenner benutzt. Bei einem Brenner dieser Bauart wird der unter Druck stehende gasförmige Brennstoff über einen Ixohrstutzen in den engsten Seil eines Venturirohrs eingeleitet. Hierbei saugt das Gas Luft an und vermischt sich mit der Luft, um ein brennbares Gemisch zu bilden, das in eine Feuerung eingeleitet wird, um verbrannt zu werden. Kin Nachteil dieser Brenner besteht darin, daß es zur Verwendung verschiedenartiger Gase und für den Betrieb mit unterschiedlichen Wärmeerzeugungsleistungen des Brenners erforderlich ist, den BrennstoffZuführungsstutzen oder dergleichen abzuändern bzw. auszuwechseln. Ein weiterer Nachteil dieser Brennerbauart besteht darin, daß es nicht möglich ist, reinen Wasserstoff oder ein Gas mit hohem Wasserstoffgehalt als Brennstoff zu verwenden, da bei Wasserstoff die hohe Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme ein Zurückschlagen der Flamme in den Brenner bewirkt, so daß sich die Verbrennung in dem Brenner abspielt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen, bei dem die vorstehend genannten Nachteile vermieden sind· Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ferner ein Brenner geschaffen worden, der sich innerhalb eines großen Bereichs auf einen kleineren Brennstoffdurchsatz einstellen läßt.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Brenner geschaffen worden ist, zu dem ein zylindrisches Bohr gehört, das in eine Wand einer Feuerung so eingebaut ist, daß ein Ende des Rohrs im wesentlichen der Basis einer becherförmigen Vertiefung benachbart ist, die in der Wand der Feuerung auf ihrer Innenseite ausgebildet ist· Der gasförmige Brennstoff wird an einem Punkt nahe der Basis der becherförmigen Vertiefung innerhalb des Rohrs in tangentialer Richtung zugeführt. Hierbei wird Luft über das Rohr angesaugt, so daß sich die Luft mit dem Gas mischt und sich die Verbrennung längs der Wand der becherförmigen Vertiefung abspielt. Da das Vermischen des Gases und der Luft erst stattfindet, wenn die beiden Stoffe tatsächlich in die becherförmige Vertiefung einströmen, in der die Verbrennung ablaufen soll, kann ohne Rücksicht auf die Art des verwendeten Brennstoffs kein Zurückschlagen der Flamme auftreten. Die für die Verbrennung benötigte Luft wird über das Rohr zugeführt, und der Luftstrom wird durch einen dem äußeren Ende des Rohrs benachbarten Verschluß sowie durch den Zug der Feuerung geregelt.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist durch die Erfindung ein Brenner für industrielle Zwecke geschaffen worden, zu dem ein Brennerklotz gehört, der in eine Wand einer Feuerung eingebaut werden kann und an einer Stirnseite mit einer becherförmigen Vertiefung versehen ist, von deren Basis aus sich eine öffnung zur entgegengesetzten Stirnfläche des Klotzes erstreckt; ferner gehören zu diesem Brenner ein zylindrisches Bauteil, das von der Öffnung so aufgenommen ist, daß ein Ende des Bauteils der Basis der becherförmigen Ver-

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tiefung im wesentlichen benachbart ist, während sich das andere Ende von dem Klotz weg nach außen erstreckt, eine Anordnung, die auf der Innenseite des zylindrischen Bauteils nahe seinem zuerst genannten Ende einen ringförmigen Ansatz bildet, sowie eine zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff dienende Einrichtung mit zwei Kohren, deren Austrittsenden an einander im wesentlichen diametral gegenüber liegenden Punkten an der Innenfläche des zylindrischen Bauteils zwischen dem Ansatz und dem zuerst genannten Ende angeordnet sind, wobei die Austrittsenden der Eohre den gasförmigen Brennstoff in der gleichen ümfangsrichtung tangentila zur Innenfläche des zylindrischen Bauteils und im wesentlichen im rechten Winkel zur Achse dieses Bauteils abgeben.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Brenner in einem Schnitt längs der Linie 1-1 in Fig. 2;

Fig. 2 die linke Stirnseite des Brenners nach iig. 1;

Fig. 3 die rechte bzw. hintere Stirnseite des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform eines Brenners in einem Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 5»

Fig. 5 die linke bzw. vordere Stirnseite des Brenners nach Fig. 4; und

Fig. 6 einen vergrößerten '!'eilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 5·

In Fig. 1 erkennt man einen Teil einer Feuerungswand 1, die auf bekannte Weise aus feuerfestem Werkstoff hergestellt und mit einer Stützplatte 2 aus Metall versehen ist. In die Feuerungswand ist ein Brennerklotz 3 eingebaut, der eine

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becherförmige Vertiefung 4 aufweist, die dem Inneren der Feuerung zugewandt ist und an ihrer Basis mit einer Aussparung 5 versehen ist„ Von der Basis der Aussparung 5 aus erstreckt sich eine axiale öffnung 6 durch den Brennerklotz und den feuerfesten Werkstoff des Ofens sowie die Stützplatte 2 zur Außenseite der Feuerungswand. Zu dem Brenner gehört ein zylindrisches Rohr 7» das teilweise von der Öffnung 6 aufgenommen ist. Gemäß Figo 1 ist das linke Ende des Rohrs 7 der Basis der Aussparung 5 "benachbart, und das Rohr ist durch Schrauben in seiner Lage gehalten, die in einen Flansch am hinteren Ende des Rohrs eingeschraubt sind. Zwischen dem Flansch und der Stützplatte 2 aus Metall ist eine Dichtung angeordnet, um das Eintreten von Luft längs der Außenfläche des Hohrs zu verhindern,. Gemäß Fig. 1 ist das Rohr auf seiner Innenseite nahe seinem linken bzw. vorderen Ende zu einem noch zu erläuternden Zweck mit einem ringförmigen Ansatz 8 versehen.

An der Außenseite der Feuerungswand ist ein Tragstück als Unterstützung für ein Gaszuführungsrohr mit Hilfe von Abstandhaltern 11 in einem Abstand von der Feuerungswand und dem Flansch des Rohrs 7 befestigt. Dieses Tragstück hat eine zentrale öffnung, die gleichachsig mit dem Rohr 7 angeordnet ist, und in diese Öffnung ist ein Gaszuführungsrohr 12 eingeschraubt, das sich längs der Achse des Rohrs 7 nach vorn erstreckt. Auf der anderen Seite des Tragstücks ist mit dem Tragstück eine weitere nicht dargestellte Gaszuführungsleitung verbunden. Am vorderen Ende des Gaszuführungsrohrs 12 ist ein Gasverteilungsstück 13 befestigt, das mit zwei gekrümmten rohrförmigen Armen 14 und 15 versehen ist, welche nahe der Innenfläche des Rohrs 7 vor dem Ansatz 8 münden und so angeordnet sind, daß sich die Austrittsenden der Rohre in tangentialer Richtung und im wesentlichen im rechten Winkel zur Achse des Rohrs 7 erstrecken. Das zugeführte Gas wird an den Brenner über das Rohr 12 und die Arme 14 und 15 abgegeben. Zu uiesem Zweck sind die freien Enden der Arme 14 und 15 als Düsen ausgebildet oder gegebenenfalls mit kleinen Ein-

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sätzen versehen, wie sie auf ähnliche Weise bei mit einer Ansaugwirkung arbeitenden Brennern vorgesehen sind.

Die für die Verbrennung benötigte Luft wird der Feuerung zum Mischen mit dem gasförmigen Brennstoff über den mittleren Teil des Rohrs 7 zugeführt. Der Luftdurchsatz wird durch einen Verschluß geregelt, der sich aus zwei halbrunden Bauteilen 16 und 17 zusammensetzt, welche am Umfang der Abstandhalter 11 und des Gaszuführungsrohrs 12 mit Ausschnitten versehen sind. Diese beiden den Verschluß bildenden Bauteile werden durch Flügelschrauben 18 und 19 zusammengehalten, die gemäß Fig. 3 durch Ansätze der beiden Bauteile ragen. Wenn sich der Verschluß in seiner Einbaulage befindet, kann er gegenüber der Rückseite der Feuerungswand nach vorn und hinten verschoben werden, um die Größe der öffnung einzustellen, die von Luft durchströmt werden kann. Die beiden Teile des Verschlusses bestehen aus Metall und sind mit einem Fasermaterial 21, z.B. einem mattenförmigen Material aus Glasfasern, ausgekleidet. Beim Betrieb des Brenners bewirkt diese Auskleidung gleichzeitig eine Schalldämpfung.

Beim Betrieb des Brenners wird das unter Druck stehende Gas über das Rohr 12 zugeführt. Der Druck des Gases richtet sich nach der Wärmeerzeugungsleistung, mit der der Brenner betrieben werden solle Aus den rohrförmigen Armen 14· und 15 treten mit hoher Geschwindigkeit wirbeiförmige Gasströme aus, die in der Mitte des Brenners eine Zone erzeugen, in der ein niedriger Druck herrscht, so daß Luft über das Rohr 7 angesaugt wird. Das eine Drehbewegung ausführende Gas mischt sich mit der Luft, das Gemisch entzündet sich, und es wird durch Fliehkräfte gegen die Innenfläche der becherförmigen Vertiefung 4 geschleudert, so daß es sich längs der Wand des Bechers und nach außen zur Wand der Feuerung bewegt, wodurch die Innenfläche des Bechers und die benachbarten Teile der Wand zum Glühen gebracht werden. Der Ansatz 8 auf der Innenseite des Rohrs 7 gewährleistet, daß sich die eine Wirbelbewegung ausführenden Gasströme nur in Richtung auf den Becher und den Innenraum der Feuerung bewegen.

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Die Aussparung 5 an der Basis des Bechers trägt dazu bei, die flamme in ihrer Lage zu halten und die Durchmischung von Gas und Luft dadurch zu verbessern, daß er eine örtliche Turbulenz erzeugt. Beim Betrieb mit normaler Leistung wird nur ein geringer Feuerungszug benötigt, um die Wirbelbewegung der Gase zu verstärken, damit genügend Luft für eine vollständige Verbrennung zugeführt wird. Da sich der benötigte Zug in Abhängigkeit von der Brennerleistung ändert, ist es bei jeder bestimmten Leistung gegebenenfalls erforderlich, den Verschluß 16-17 etwas zu verstellen, damit ein Luftüberschuß erzielt wird, wenn dies erwünscht ist. Der Brenner arbeitet einwandfrei mit jedem gasförmigem Brennstoff, z.B. reinem Wasserstoff sowie mit Gemischen bis zu reinem Erdgas· Da Erdgas im Vergleich zu Wasserstoff etwa die vierfache Luftmenge benötigt, um stöchiometrisch zu verbrennen, ist es erforderlich, einen um so stärkeren Feuerungszug vorzusehen, je höher der prozentuale Anteil des Erdgases an dem gasförmigen Brennstoff ist. Die Leistung des Brenners kann variiert werden, indem man den Druck des zugeführten Gases innerhalb eines relativ großen Bereichs variiert, ohne daß es erforderlich ist, die Abmessungen der Rohre 14 und 15 zu ändern·

Fig. 4 bis 6 zeigen eine Ausführungsform eines Brenners, bei der der Klotz 3, abgesehen von seiner zentralen öffnung, ebenso ausgebildet ist wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3. Im vorliegenden Fall ist der Klotz 3 in seiner zentralen Öffnung nicht mit einem gesonderten Rohr 7 versehen, sondern er weist als Ersatz dafür einen zylindrischen Abschnitt 23 von kleinerem Durchmesser auf, der sich von der Rückseite aus in Richtung auf die Aussparung 5 erstreckt· Dieser Abschnitt von kleinerem Durchmesser ist mit zwei Aussparungen 24 versehen, die an ihren Vorderkanten einander diametral gegenüber liegen. Jede Aussparung 24 ist durch eine Nut 25 mit dem hinteren Ende des Klotzes verbunden· Die Vorderkante des engeren Abschnitts 23 ist durch eine Schulter gebildet, die dem Ansatz 8 entspricht und sich längs einer Schraubenlinie von geringer Ganghöhe von jeder der Aussparungen

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24 aus erstreckt, so da£ gemäß Fig. 6 die eine Seite jeder Aussparung höher ist als die andere Seite.

Der gasförmige Brennstoff wird dem Brenner ebenso wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform in tangentialer Kichtung zugeführt. Im vorliegenden Pail sind jedoch Einsätze 27 vorgesehen, die sich von Ansatzstücken 28 aus erstrecken, welche von den Aussparungen 24 aufgenommen sind. Jedes der Ansatzstücke 28 wird über ein Gaszufuhrungsrohr 29 gespeist. Die Rohre 29 ragen durch die Hüten oder Schlitze

25 nach hinten, sie erstrecken sich über die Außenseite der Feuerungswand hinaus, und sie werden durch Klemmstücke 51 in ihrer Lage gehalten, die an der aus Ivletall bestehenden Stützplatla 2 der Feuerungswand befestigt sind. Die Rohre 29 sind an ein Brennstoffzufuhrungsrohr 32 angeschlossen, in das ein Brennstoffventil 33 eingeschaltet ist„ Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Verschluß vorgesehen, der dem beschriebenen Verschluß ähnelt, abgesehen davon, daß er keine zentrale Öffnung aufweist, da in diesem Fall kein zentrales Brennstoffzufuhrungsrohr vorhanden ist.

Der Brenner nach Fig. 4 bis 6 arbeitet in der gleichen Weise wie derjenige nach Fig. 1 bis 3. Der unter Druck stehende gasförmige Brennstoff wird von den Einsätzen 27 in tangentialer Richtung abgegebene ^er Brennstoff wird axial nach vorn durch die Ränder 26 des engeren Abschnitts 23 geführt und bildet eine verwirbelte Strömung» Der in radialer Richtung über die Innenfläche des Beschers 4 strömende Brennstoff erzeugt eine Zone, in der ein niedrigerer Druck herrscht, so daß Luft über die zentrale öffnung des Klotzes angesaugt wird, um sich in der beschriebenen 'weise mit dem Brennstoff zu mischen.

Bei beiden Ausführungsformeη wird der Brennstoff in einer zentralen Öffnung in tangentialer Richtung und im wesentlichen im rechten Winkel zur Brennerachse zugeführt. Die Luft wird durch die gleiche Öffnung angesaugt, um sich mit dem gasförmigen Brennstoff zu mischen, während sich das Ge-

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misch längs der Innenfläche des Bechers 4 und der Feuerungswand in dichtung auf die Feuerungskammer bewegt» Es ist ein Ansatz bzw. eine Schulter vorgesehen, um zu gewährleisten, daß sich der Brennstoff nach vorn zu dem Becher des Brenners bewegt, damit er sich gleichmäßig innerhalb des Bechers ausbreitet und der Becher beim Betrieb des Brenners zum Glühen gebracht wird. Der Brenner setzt sich aus relativ wenigen einfachen Bauteilen zusammen, die leicht herstellbar sind. Nach dem Zusammenbau des Brenners sind keinerlei Störungsquellen vorhanden.

■ ^v Patentansprüche

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Claims (7)

1. P A ϊ ϋ Ε TAHSPRu CHE

   Brenner für industrielle Feuerungen mit einem in eine i'euerungswand einfügbaren Brennerklotz, der an einer Stirnseite eine becherförmige Vertiefung aufweist und mit einer Öffnung versehen ist, die sich von der Basis der Vertiefung aus zur entgegengesetzten Stirnfläche des Brennerklotzes erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß in der öffnung (6) des Brennerklotzes (3) ein zylindrisches Bauteil (7) so angeordnet ist, daß sein eines Ende im wesentlichen der Basis der becherförmigen Vertiefung (4) benachbart ist, während sich das andere Ende nach außen erstreckt, daß das zylindrische Bauteil auf seiner Innenseite nahe seinem zuerst genannten Ende mit einem ringförmigen Ansatz (8) versehen ist, daß eine Einrichtung zum Zuführen gasförmigen Brennstoffs mit zwei Rohren (14, 15) vorhanden ist, daß die Austrittsöffnungen dieser Eohre an der Innenfläche des zylindrischen Bauteils zwischen dem Ansatz und dem zuerst genannten Ende des Bauteils an einander im wesentlichen diametral gegenüber liegenden Punkten münden, und daß die Austrittsöffnungen der Rohre den gasförmigen Brennstoff in der gleichen Richtung tangential zur Innenfläche des zylindrischen Bauteils und im wesentlichen im rechten Winkel zu seiner Achse abgeben»
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die becherförmige Vertiefung (4) an ihrer Basis mit einer ringförmigen Aussparung (5) versehen ist.
3. 3· Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zuführen gasförmigen Brennstoffs ein Zuführungsrohr (12) umfaßt, das sich längs der Achse des zylindrischen Bauteils (7) erstreckt, und daß die beiden Rohre (14, 15) auf diesem Zuführungsrohr

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   - 10 angeordnet sind und durch dieses Rohr gespeist werden.
4. 4» Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet , daß das zylindrische Bauteil (7) von dem Brennerklotz (3) getrennt und an der Wand (1) der ieuerung, welcher der Brenner zugeordnet ist, befestigt ist»
5. 5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufgabe des zylindrischen Bauteils durch einen Abschnitt (23) von kleinerem Durchmesser in der Öffnung des Brennerklotzes (3) erfüllt wird, daß axial verlaufende Wüten (25) an einander diametral gegenüber liegenden Teilen des Abschnitts von kleinerem Durchmesser vorgesehen sind, daß die Einrichtung zum Zuführen gasförmigen Brennstoffs Rohre (29) umfaßt, die von den Nuten aufgenommen sind, daß Einrichtungen (27) vorgesehen sind, die Austrittsöffnungen an den freien Enden der Rohre bilden, und daß das der becherförmigen Vertiefung (4) benachbarte Ende des Abschnitts von kleinerem Durchmesser den erwähnten Ansatz (26) bildet.
6. 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch einen Verschluß (16-17)» der einen größeren Durchmesser hat als die öffnung der becherförmigen Vertiefung (4), sowie durch Unterstützungen (11), die den Verschluß gleichachsig mit dem von der Aussparung (5) abgewandten Ende der Öffnung des Brennerklotzes (3) so unterstützen, daß er auf die öffnung zu und von ihr weg bewegbar ist«
7. 7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (16-17) mxt einem schalldämpfenden Material (21) ausgekleidet ist.

   Der Patentanwalt:

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