DE2207293C3 - Strahlungsbrenner für industrielle Feuerungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Strahlungsbrenner für industrielle Feuerungen mit in der Begrenzungswand des Feuerraumes eingelassener schulenförmiger Vertiefung und einer gleichachsigen öffnung für den Brennerkörper, der aus einer in die öffnung eingesetzten zylindrischen Büchse besteht und der Zuleitung von Verbrennungsluft zum Brenner dient, sowie mit die öffnung axial durchsetzender Brenngaszuführung.

Durch die US-PS 32 62 484 ist ein Strahlungsbrenner dieser Art bekannt, bei dem die Austrittsöffnungen der Brenngaszuführung im Bereich des feuerseitigen Endes der Büchse radial und unter einem solchen Winkel zur Längsachse der Büchse angeordnet sind, daß das Brenngas in Form von radialen Strahlen im wesentlichen parallel zum Boden der schalenförmigen Vertiefung austritt. Bei diesem bekannten Strahlungsbrenner sind aber die Austrittsöffnungen für das Brenngas in einem Verteilerkopf angeordnet, der im feuerseitigen Ende der Büchse zur Zuleitung der Verbrennungsluft unter Druck von mehreren Luftkanälen umgeben ist, deren Auslaßöffnungen auf der Außenseite der Austrittsöffnungen für das Brenngas angeordnet sind und die durch in schraubenförmigen Windungen verlaufende Rippen am äußeren Umfang des Verteilerkopfes gebildet sind. Die Verbrennungsluft wird dabei dem feuerseitigen Ende der Büchse und damit den Luftkanälen durch eine besondere Luftzuleitung unter Druck zugeführt, die auf der ganzen Länge des Brennerkörpers, diesen mit ebenfalls schraubenförmigen Windungen umgebend angeordnet i>t. Ein Ansaugen von Verbrennungsluft findet bei diesem bekannten Strahlungsbrenner nicht statt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die VerbrennungsluH, wie an sich bekannt, durch das unter Druck zugeführte strömende Brenngas selbst angesaugt wird, daß dabei ermöglicht ist, den Brenner mit Brenngasen verschiedener Art und mit unterschiedlichen Wärmeleistungen zu betreiben, ohne die Brenngaszuführung und/oder andere Teile des Brenners zu ändern. Dabei soll auch ermöglicht sein, als Brenngas reinen Wasserstoff oder ein Gas mit hohem Wasserstoffgehalt zu verwenden, dessen Verbrennung mit guter Leistung in dem Brenner stattfindet, ohne daß die Flamme, wie dies beim Verbrennen von Wasserstoff infolge der hohen Fortpflanzungsgeschwindigkeit leicht vorkommen kann, in den Brenner zurückschlägt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Büchse im Bereich des feuerseitigen Endes einen inneren ringförmigen Vorsprung aufweist, in dessen Strömungsschatten die Austrittsöffnungen der Brenngaszuführung so angeordnet sind, daß das Brenngas tangential und wirbeiförmig austritt.

Bei einem diese Merkmale aufweisenden Brenner können, wenn die Brenngaszuführunj aus einem in der Längsmittelachse der zylindrischen Büchse verlaufenden Zuführungsrohr besteht, die Austrittsöffnungen in an sich bekannter Weise vom vorderen Ende des Zuführungsrohres in zueinander entgegengesetzten Richtungen rechtwinklig abzweigen, wobei sie, damit das Brenngas tangential austritt, mit in Umfangsrichtung gleichgerichteten tangentialen Enden versehen sein können.

Weiterhin kann bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Ausbildung derart sein, daß der ringförmige Vorsprung durch den vorderen Stirnrand der zylindrischen Büchse gebildet ist, die in axialer Richtung hinter dem ringförmigen Vorsprung und an ihrer inneren Umfangsfläche diametral einander gegenüberliegende, axial verlaufende Nuten zur Aufnahme je eines Zuführungsrohres der Brenngaszuführung enthält, deren jeweilige Austrittsöffnut ^ an einem radialen Absatz am vorderen Stirnrand des .ingförmigen Vorsprungs in der tangentialen Auslaßrichtung mündet.

In jedem Fall wird bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Strahlungsbrenner durch das im Bodenbereich der schalenförmigen Vertiefung tangential und wirbeiförmig austretende Brenngas und infolge der hierdurch am inneren Umfang des feuerseitigen Endes

der zylindrischen Büchse erzeugten Drehbewegung des Gases im mittleren Bereich der Büchse eine Zone niedrigen Druckes gebildet, durch welche die zum Verbrennen des Brenngases notwendige Luft in ausreichender Menge über die hinten offene zylindrische Büchse angesaugt wird. Die angesaugte Luft wird im Austrittsbereich des Brenngases mit diesem innig gemischt. Das Gemisch entzündet sich und wird durch Fliehkraftwirkung, am Wandungsbereich der schalenförmigen Vertiefung entlang spiralförmig nach vorn bewegt Hierdurch werden die Innenfläche der Vertiefung und die benachbarten Teile der Begrenzungswand unter vollkommener Verbrennung des Brenngases zum Glühen gebracht. Da das Brenngas und die angesaugte Luft erst beim Einströmen in den Bodenbereich der schalenförmigen Vertiefung im Strömungsschatten des ringförmigen Vorsprunges der Büchse gemischt werden, ist gewährleistet, daß die Verbrennung, wie bereits erwähnt, spiralförmig nach vorne entlang dei Wandung der schalenförmigen Verliefung stattfindet, wobei ein etwaiges Zurückschlagen der Flamme wegen der Anordnung des ringförmigen Vorsprunges und des innerhalb desselben erzeugten starken Luftzuges der angesaugten Luft ohne Rücksicht auf die Art des verwendeten Brennstoffes verhindert wird. Der Strahlungsbrenner besteht aus verhältnismäßig wenigen einfachen Teilen, die leicht zusammensetzbar sind und dabei eine einfache gedrungene Bauform ergeben, bei der für das Brenngas und die angesaugte Verbrennungsluft eine gemeinsame öffnung angeordnet ist und keinerlei Slorungsquellen bestehen.

Wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung am hinteren Ende der zylindrischen Büchse ein mit diesem gleichachsiger Verschlußkörper angeordnet ist, der einen größeren Durchmesser als die die Büchse aufnehmende öffnung des Brennerkörpers hat und zur Regelung der Ansaugmenge der Verbrennungsluft auf das hintere Ende der Büchse hin und von diesen wegbewegbar ist, so kann hierdurch zusammen mit dem Zug der Feuerung die Menge der in der Büchse von hinten einströmenden Ansaug- bzw. Verbrennungsluft in einfacher Weise geregelt werden.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt in schematischer Darstellung

F i g. 1 eine erste Ausführungsform des Sl.-ahlungsbrenners im Axialschnitt längs der Linie 1-1 in F i g. 2,

F i g. 2 eine Teilansicht des feuerseitigen Stirnendes des Strahlungsbrenners nach F i g. 1 von vorn,

F i g. 3 das hintere Stirnende des Strahlungsbrenners nach F i g. 1 ebenfalls in Ansicht,

F i g. 4 eine abgeänderte Ausführungsform des Strahlungsbrenners im Axialschnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 5.

F i g. 5 das feuerseitige vordere Stirnende des Strahlungsbrenners nach F i g. 4, und

F i g. 6 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5.

Gemäß F i g. 1 ist in der auf bekannte Weise aus feuerfestem Werkstoff hergestellten und mit einer hinteren Stützplatte 2 aus Metall versehenen Begrenzungswand I des Feuerraumes einer industriellen Feuerung eine durchgehende öffnung 6 für den Brennerkörper 3 und gleichachsig mit dieser an der Feuerseite der Begrenzungswand eine schalcnförmige Vertiefung 4 <>5 angeordnet. Diese ist am Boden in einer zur Langsinittelachse des Brennerkörpers rechtwinkligen kreisförmigen Aussparung 5 versehen, von der sich die axiale öffnung 6 mit dem in diese eingesetzten Brennerkörper 3 durch den feuerfesten Werkstoff der Begrenzungswand 1 und die Stützplatte 2 nach hinten bis etwas hinter die Außenseite der Begrenzungswand erstreckt. Der Brennerkörper besteht aus einer vorn und hinten im wesentlichen offenen zylindrischen Büchse 7 und dient unter anderem der Zuleitung von Verbrennungsluft zum Brenner. Gemäß F i g. 1 endet die Büchse 7 feuerseitig am Boden der Aussparung 5. An der Außenseite der Begrenzungswand 1 steht die Büchse 7 etwas vor und ist mit einem äußeren Befestigungsflansch versehen, in dem Schrauben zur Halterung der Büchse 7 eingeschraubt sind. Zwischen dem Flansch und der Stützplatte 2 aus Metall ist eine Dichtung 22 angeordnet, um das Eintreten von Luft zwischen die Außenfläche der Büchse 7 und den sie umgebenden Teil der Begrenzungswand zu verhindern. Gemäß der Erfindung ist die zylindrische Büchse 7 im Bereich des feuerseitigen bzw. vorderen Endes mit einem inneren ringförmigen Vorsprung 8 versehen

An der Außenseite der Begrenzungswand 1 ist ein Tragstück 9 für ein in der Längsmittelachse der Büchse 7 verlaufendes Brenngaszuführungsrohr 12 mit Hilfe von Abstandhaltern 11 in einigem Abstand von der Wand und dem Flansch der Büchse 7 befestigt. Dieses Tragstück hat eine zentrale öffnung, die gleichachsig mit der Büchse 7 angeordnet ist und in die das äußere Ende des Brenngaszuführungsrohres 12 auf der Innenseite des Tragstückes eingeschraubt ist. Das in dieser Weise axial angeordnete Brenngaszuführungsrohr erstreckt sich nach vorn bis in den Bereich des inneren Vorsprunges 8. Auf der Außenseite ist das Tragstück 9 mit einem Gewindestutzen zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Brenngasversorgungsleitung versehen. Am feuerseitigen bzw. vorderen Ende des Brenngaszuführungsrohrs 12 ist ein Brenngasauslaßstück 13 befestigt, das mit zwei entgegengesetzt gerichteten gekrümmten rohrförmigen Armen versehen ist, die mit den Austrittsöffnungen 14 und 15 für das Brenngas enden. Diese Austrittsöffnungen liegen vor dem ringförmigen Vorsprung 8, d. h. im Strömungsschatten desselben, und sind so angeordnet, daß das Brenngas in tangentialer Richtung und im wesentlichen. Ί:η rechten Winkel zur Achse der Büchse 7 austritt. Die Austrittsöffnungen 14 und 15 können als Düsen ausgebildet oder gegebenenfalls mit kleinen Einsätzen versehen sein, wie sie bei mit Ansaugwirkung arbeitenden Brennern an sich bekannt sind.

Die für die Verbrennung benötigte Luft strömt zum Mischen mit dem Brenngas über den mittleren Teil der Büchse 7 ein. Der Luftdurchsatz ist durch einen Verschlußkörper 16, 17 regelbar, der aus zwei halbrunden Bauteilen 16, 17 zusammengesetzt ist. Diese sind an ihrer diametralen Verbindungslinie mit sich zu Durchlässen für die Abstandhalter 11 und das Brenngaszuführungsrohr 12 ergänzenden Ausschnitten versehen und werden durch Flügelschrauben 18 und 19 zusammengehalten, die gemäß F i g. 3 durch Ansätze der beiden Hälften des Verschlußkörpers hindurchragen. Der Verschlußkörper 16, 17 kann auf das hintere Ende der Büchse 7 bzw. auf die Rückseite der Begrenzungswand hin nach vorn und von dieser weg nach hinten verschoben werden, um die Größe der öffnung einzustellen, die von Luft durchströmt werden kann. Die beiden Hälften des Verschlußkörpers bestehen aus Metall und sind auf der dem hinteren Ende der Büchse 7 zugewendeten Seite mit schalldämpfendem Material 21, z. B. einem mattenförmigen Material aus Glasfasern, ausge-

kleidet. Beim Betrieb des Strahlungsbrenners bewirkt diese Auskleidung eine Schalldämpfung.

Zum Betrieb wird dem Strahlungsbrenner unter Druck stehendes Brenngas über das Zuführungsrohr 12 zugeführt. Der Druck des Gases richtet sich nach der Wärmeerzeugungsleistung, mit der der Brenner betrieben werden soll. Das Brenngas tritt aus den Austrittsöffnungen 14 und 15 mit hoher Geschwindigkeit unter Bildung von tangentialen und wirbeiförmigen Brenngasströmen aus, die im mittleren Bereich der Büchse 7 eine Zone niedrigen Druckes erzeugen, so daß Luft über das hintere Ende der Büchse 7 angesaugt wird. Das aus den Austrittsöffnungen 14, 15 austretende Brenngas bildet eine Drehbewegung innerhalb der schalenförmigen Vertiefung 4 mit der Luft ein inniges Gemisch, das sich entzündet und, durch Fliehkräfte an der die Innenfläche der Vertiefung 4 halten, sich spiralförmig an der Wandung der Vertiefung entlang zur Innenfläche der Begrenzungswand hin bewegt. Hierdurch werden die Innenfläche der schalenförmigen Vertiefung und die benachbarten Teile der Begrenzungswand 1 zum Glühen gebracht. Der ringförmige Vorsprung 8 auf der Innenseite der Büchse 7 gewährleistet, daß sich die die spiralförmige Wirbelbewegung ausführenden Brenngasströme nur in Richtung auf den Innenraum der Feuerung hin bewegen und die Flamme nicht zurückschlagen kann.

Die Aussparung 5 am Boden der schalenförmigen Vertiefung 4 trägt dazu bei, die Flamme in ihrer Lage zu halten und die Durchmischung von Brenngas und Luft dadurch zu verbessern, daß sie eine örtliche Turbulenz erzeugt. Beim Betrieb mit normaler Leistung wird nur ein geringer Feuerungszug benötigt, um die Wirbelbewegung der Gase zu verstärken und damit genügend Luft für eine vollständige Verbrennung zuzuführen. Da sich der benötigte Zug in Abhängigkeit von der Brennerleistung ändert, ist es bei jeder bestimmten Leistung gegebenenfalls erforderlich, den Verschlußkörper 16, 17 etwas zu verstellen, damit ein Luftiiberschuß erzielt wird, wenn dies erwünscht ist. Der Strahlungsbrenner 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 Brenngases innerhalb eines relativ großen Bereichs ändert. Dabei ist es nicht erforderlich, die Abmessungen der Austrittsöffnungen 14 und 15 zu ändern.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 bis 6 ist der Brennerkörper 3 ähnlich ausgebildet wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 3. Dabei ist aber die hier mit 23 bezeichnete zylindrische Büchse unter Freilassung eines feuerteitigen Teiles der Wandung der mit dem Brennerkörper gleichachsigen mittleren öffnung in dieser angeordnet. An dem längs einer Schraubenlinie von geringer Ganghöhe verlaufenden vorderen Stirnrand ist der hier mit 26 bezeichnete innere Vorsprung angeordnet. Der Vorsprung 26 ist mit zwei Aussparungen 24 versehen, die mit ihren Vorderkanten einander diametral gegenüber liegen. An jede der beiden Aussparungen 24 schließt nach hinten je eine an der Wandung der Büchse 23 axial verlaufende Nut 25 an, die bis zum hinleren Ende der Büchse reicht. Die Nuten 25 dienen zur Aufnahme je eines Zuführungsrohres 29 der BrenngaszufUhrung, die mit ihrem feuerseitigen Ende jeweils in ein in der jeweiligen Aussparung 24 angeordnetes Auslaßstück 28 münden. In diesen sind die Austrittsöffnungen 27 für das Brenngas so angeordnet, daß das Brenngas wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform tangential und wirbeiförmig austritt. Die Zuführungsrohre 29 der Brenngaszuführung erstrecken sich nach hinten über die Außenseite der Begrenzungswand hinaus und werden durch Klemmstücke 31 in ihrer Lage gehalten, die an der aus Metall bestehenden Stützplatte 2 der Begrenzungswand befestigt sind. Hinter der Begrenzungswand sind die Zuführungsrohre 29 an eine Brenngasversorgungsleitung 32 angeschlossen, in der ein Prenngasventil 33 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist ein Verschlußkörper 16, 17 vorgesehen, der dem Verschlußkörper nach F i g. 1 entspricht, abgesehen davon, daß er keine zentrale öffnung aufweist.

Der Strahlungsbrenner nach F i g. 4 bis 6 arbeitet in der gleichen Weise wie derjenige nach F i g. 1 bis 3. Das unter Druck stehende Brenngas wird von den Einsätzen 27 in tangentialer Richtung abgegeben, wobei es durch den Rand 26 der Büchse 23 axial nach vorn geführt wird und eine verwirbelte Strömung bildet. Das hierbei spiralförmig an der Innenfläche der schalenförmigen Vertiefung 4 entlang strömende Brenngas erzeugt im Mittelteil des Brenners wiederum eine Zone niedrigen Druckes, so daß Luft über die zentrale Öffnung des Brennerkörpers angesaugt wird, die in der beschriebenen Weise mit dem Brenngas gemischt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Strahlungsbrenner für industrielle Feuerungen mit in der Begrenzungswand des Feuerraumes eingelassener schalenförmiger Vertiefung und einer gleichachsigen öffnung für den Brennerkörper, der aus einer in die öffnung eingesetzten zylindrischen Büchse besteht und der Zuleitung von Verbrennungsluft zum Brenner dient, sowie mit die öffnung axial durchsetzender Brenngaszuführung, d a durch gekennzeichnet, daß die Büchse (7, 23) im Bereich des feuerseitigen Endes einen inneren ringförmigen Vorsprung (8,26) aufweist, in dessen Strömungsschatten die Austrittsöffnungen (14, 15, 27) der Brenngaszuführung so angeordnet sind, daß das Brenngas tangential und wirbeiförmig austritt

2. Strahlungsbrenner, bei dem die Brenngaszuführung aus einem in der Längsmittelachse der zylindrischen Büchse verlaufenden Zuführungsrohr besteht, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom vorderen Ende des Zuführungsrohres (12) die Austrittsöffnungen (14, 15) in an sich bekannter Weise in zueinander entgegengesetzten Richtungen rechtwinklig abzweigen.

3. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Vorsprung (26) durch den vorderen Stirnrancl der zylindrischen Büchse (23) gebildet ist, die in axialer Richtung hinter dem ringförmigen Vorsprung und an ihrer inneren Umfangsfläche diametral einander gegenüberliegende, axial verlaufende Nuten (25) zur Aufnahme je eines Zuführungsrohres (29) der Brenngaszuführung enthält, deren jeweilige Austrittsöffnung (27) an einem radialen Absatz am vorderen Stirnrand des ringförmigen Vorsprungs in der tangentialen Auslaßrichtung mündet.

4. Strahlungsbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende der zylindrischen Büchse (7, 23) ein mit diesem gleichachsiger Verschlußkörper (16, 17) angeordnet ist, der einen größeren Durchmesser als die die Büchse aufnehmende öffnung (6) des Brennerkörpers (3) hat und zur Regelung der Ansaugmenge der Verbrennungsluft auf das hintere Ende der Büchse hin und von diesem wegbewegbar ist.

5. Strahlungsbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (16, 17) auf der dem hinteren Ende der Büchse (7, 23) zugewendeten Seite mit schalldämpfendem Material ausgekleidet ist.