DE2322181A1

DE2322181A1 - Heizbrenner fuer gasfoermige brennstoffe

Info

Publication number: DE2322181A1
Application number: DE2322181A
Authority: DE
Inventors: Louis Lepage
Original assignee: Antargaz Distribution de Gaz SA
Current assignee: Antargaz Distribution de Gaz SA
Priority date: 1972-05-08
Filing date: 1973-05-03
Publication date: 1973-11-22
Also published as: BE798525A; US3847536A; CH567690A5; GB1421814A; FR2232735A1; SE393853B; FR2232735B1; NL7306410A; CA984734A; HU166055B; ES414487A1

Description

Heizbrenner für gasförmige Brennstoffe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizbrenner, mit dem ein Gemisch gasförmiger Brennstoffe verbrannt werden kann, dessen Grundbrennstoff ein Gas oder ein flüssiges, zerstäubtes Produkt sein kann. Insbesondere handelt es sich bei der Erfindung um einen Brenner, mit dem hohe Temperaturen, insbesondere Temperaturen über 1200⁰C, erreicht werden können.

Die an sich bekannten Heizbrenner zeigen eine Reihe von Unzulänglichkeiten, welche in ihrer Bauform und ihrem Funktionsprinzip begründet sind. Man weiß, daß Brenner der obengenannten Gattung

a) hygienisch einsetzbar sein müssen, d.h. eine möglichst vollständige Verbrennung der Gase erlauben und einen Heizwertverlust durch Dämpfe maximal vermeiden;

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ORIGINAL INSPECTED

b) einen optimalen Heizwert "bei einem möglichst hohen AbStrahlungsfaktor erzielen müssen;

c) möglichst hohe Temperaturen ohne die Gefahr eines Rückschiagens der Flammen erreichen müssen.

Bei den an sich bekannten Brennern, die in vier große Gruppen eingeteilt werden können, sind nicht alle diese Eigenschaften zu verzeichnen.

1) Die Brenner der ersten Gruppe, bestehend aus Heiz.-rohren, in denen sich die Verbrennung vollzieht, ermöglichen keine gleichmäßige Verteilung der Temperatur und sind nicht umfassend zu verwenden, da ihre Verwendungsmöglichkeit begrenzt ist. Unter der Verwendungsmöglichkeit versteht man die Möglichkeit, die Brenner unter optimalen Bedingungen und in Abhängigkeit von einer gegebenen Temperaturskala einzusetzen. So kann bei diesem Brennertyp der optimale Einsatz nur innerhalb einer engen Temperaturskala erreicht werden.

2) Bei der zweiten Gruppe von Brennern handelt es sich um Aufschlagbrenner, bei denen die Flamme eine feuerfeste Fläche beaufschlagt, welche die Wärme abstrahlt. Diese Brenner haben dieselben Fachteile wie die der ersten Gruppe.

3) Die Brenner der dritten Gruppe sind solche, bei denen sich an den Austrittsöffnungen einer Keramikplatte ein Flammenkranz bildet; über der Platte kann ein Metallgitter angebracht sein. Diese Brenner, welche eine bessere Einsatzflexibilität aufweisen als die vorgenannten, überschreiten jedoch Temperaturen zwischen 980 und 1000⁰C nicht.

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4) Die Brenner der vierten Gruppe haben ein Gasautrittsorgan aus Metall, welches unter einem Metallgitter liegt. Mit diesem Brennertyp könnten Temperaturen über 1000⁰G erreicht werden, aber ihre Einsatzflexibilität ist relativ gering.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einen Hochtemperaturbrenner zu verwirklichen, der eine große Einsatzflexibilität aufweist und mit dem bei einem guten Heizfaktor (etwa 40$ der zugeführten Leistung) Temperaturen von über 120O⁰C erreicht werden können.

Dieser Brennertyp gestattet die Verwendung von verschiedenen Gasen und ist leicht in ündustrieanlagen, Öfen, Trockenmaschinen usw. einzusetzen.

Der erfindungsgemäße Brenner umfaßt in bekannter Art ein Gestell mit Mischkammer, welche von,einer feuerfesten Gasaustrittsplatte mit Kanälen begrenzt ist, die von dem brennbaren Gemisch durchströmt werden und an deren Oberfläche das besagte Geraisch entzündet wird. Dieser Brenner ist dadurch gekennzeichnet, daß über der Gasaustrittsplatte mit einem Zwischenraum ein zusätzliches Organ für den Gasaustritt angebracht ist, über dem seinerseits ebenfalls mit einem'Zwischenraum eine Abschirmung liegt.

Es konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß mit diesem Brennertyp Temperaturen über 1200⁰C erreicht werden können, wobei eine beachtliche Einsatzflexibilität und ein ungewöhnlicher thermischer Wirkungsgrad erzielt werden.

Man glaubt, dieses Ergebnis durch die Tatsache erklären zu können, daß das zusätzliche Organ für den Gasaustritt zwischen zwei übereinander liegenden Kammern angebracht ist, in denen sich konstante thermische Wechselbeziehungen ergeben zwischen :

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-A-

- dem zusätzlichen Organ für den Gasaustritt und der Gasaustrittsplatte einerseits und

- dem zusätzlichen Organ für den Gasaustritt und der frontalen Abschirmung andererseits,

wobei letztere wie ein Konvektionshemmer wirkt und die Wärmeverluste durch Konvektion jenseits der Abschirmung auf ein Minimum reduziert.

Da das zusätzliche Organ für den Gasaustritt keinen direkten Kontakt mit der umgebenden Luft hat, haben seine beiden Seiten praktisch die gleiche Temperatur und daher verglichen mit dem Wärmeverlust der Gasaustrittsplatte nur einen ganz geringen Wärmeverlust.

Dadurch, daß die Gasaustrittsplatte und das zusätzliche Organ für den Gasaustritt sich im thermischen Gleichgewicht befinden, kann man davon ausgehen, daß die gesamte abstrahlende Fläche des Brenners gegenüber klassischen Brennern beträchtlich vergrößert ist.

Bei der Erfindung besteht das zusätzliche Organ für den Gasaustritt am besten aus einer Platte aus feuerfestem Material, welche Durchgänge aufweist, über die der Raum zwischen der Gasaustrittsplatte und dem zusätzlichen Organ für den Gasaustritt mit dem Raum zwischen letzterem und der Abschirmung in Verbindung steht, wodurch eine Beseitigung der Verbrennungsrückstände möglich wird. Als feuerfestes Material kann ein geeignetes Metall verwendet werden. Ebenso kann die Abschirmung aus einem Gitter, zum Beispiel aus feuerfestem Metalldrahtgeflecht, bestehen, während die Gasaustrittsplatte eine mit Kanälen durchzogene Keramikplatte sein kann, in der .die Gase von der Mischkammer bis zur Außenfläche der Gasaustrittsplatte strömen können.

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Abweichend davon kann die Keramikplatte mit Kanälen auch die bekannte äußere Fläche mit Rillen, welche in geeigneter Weise zur Erhöhung der Abstrahlung angebracht sind, haben.

Nachfolgend wird als Beispiel, welches die Verwendungsmöglichkeiten des Brenners nicht erschöpft, eine Anwendung der Erfindung beschrieben, wobei auf die angefügten Zeichnungen verwie- -sen wird, in denen :

Fig. 1 die perspektivische Darstellung, teilweise im Schnitt, des Brenners ist,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II - II der Figur 1 darstellt, Fig. 5 ein Schnitt nach Linie III - III der Figur 1 ist und Fig. 4-6 Diagramme von Versuchsergebnissen darstellen.

Der Brenner besteht aus einen hohlen Kasten 1, welcher die Mischkammer 2 und Brennstoffberuhigungskammer darstellt. Dieser Kasten 1 hat an seinem Boden eine fest eingebaute Verbindungsmuffe 3, welche die Zuführung des Brennstoffgemisches gestattet und an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Versorgungseinrichtung angeschlossen ist.

Die Verbindungsmuffe 3 besitzt außerdem einen Flansch 4 für die Befestigung des Brenners auf einer nicht dargestellten Halterung. Der trichterförmige Kasten 1 hat an seiner breitesten Stelle einen Falz, welcher eine Ummantelung 5 darstellt, an der ein erster Rahmen 6 befestigt werden kann, welcher die Gasaustrittsplatte 7 trägt, die in unserem Beispiel durch von Kanälen 8 durchzogene Keramikplättchen gebildet wird, von denen nur einige dargestellt sind.

Der Rahmen 6 hat einen oberen Rand 9, welcher auf dem Umfang der Platte 7 ruht, und auf den sich eine Lasche 10 eines zweiten

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perimetrischen Rahmens 11 stützt, auf welchem ein Gitter 12 aufliegt, welches in unserem Beispiel aus einem feuerfesten Metalldrahtgeflecht besteht. Die seitlichen Enden der Drähte dieses Gitters sind umgebogen 13, um die Bewegung des Gitters, auf dem Rahmen einzuschränken.

' Ein letzter Rahmen 14, welcher am ersten Rahmen 6 sowie an der Ummantelung 5 des Kastens 1. befestigt ist, bedeckt das Gänse.

Die perimetrischen Rahmen 6, 11 und 14 sind von der Konstruktion her dicht und verhindern den Zutritt von Zusatzluft.

Außerdem liegt zwischen dem Gitter 12 und der Gasaustrittsplatte 7 ein zusätzliches Organ 15, das aus einer mit zahlreichen Löchern 16 durchbohrten Platte aus feuerfestem Metall besteht. Diese Platte ist so gelagert, daß sie sich innerhalb des Rahmens 11 auf den Laschen 17 und 18, welche mit dem Rahmen 11 fest verbunden sind, frei bewegen kann. Zwischen der Platte 15 und dein Gasaustritt 7 befindet sich ein freier Raum 19, wie auch zwischen der Platte 15 und dem Gitter 12,ein freier Raum 20 vorgesehen ist.

Um die mechanische Festigkeit der Platte 15 und des Gitters 12 zu erhöhen, können diese mit Diamantspitze ausgehöhlt werden, wobei die konvexe Seite dieser Teile beim Einbau nach außen kommt.

Die Kanäle in der Keramikplatte 7 sollten einen Durchmesser zwischen 0,40 und 0,70 mm haben und können eventuell außen auf der Platte 7 in die Rillen 8¹ -siehe Pig. 2- von 1,5 -· 2,5 mm Breite und 1 - 3 mm Tiefe münden.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, Jeden Flammenrückschlag in die Brennkammer zu verhindern und die Flammen in die Rillen 8' zu lokalisieren, und dies in einem breiten Funktionsbereicli des Brenners.

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Außerdem wird der Wärmeübergang sswischen der Flamme und dem Keramikkörper erhöht, ebenso wie die Strahlungskraft des letzteren, welche auf Grund des Verhältnisses Länge zu Durchmesser Jeder öffnung zur Schaffung eines künstlichen schwarzen Körpers tendiert.

Die Löcher 16 der Platte 15 gestatten den Durchgang der Verbrennungsprodukte, und die Beziehung zwischen den gefüllten und leeren Teilen ist solcherart, daß die Platte im Vergleich zur Gasaustrittsplatte 7 nur einen sehr schwachen Wärmeverlust hat.

Das Gitter 12 und die Platte 15 sind frei beweglich eingebaut, damit sie sich ausdehnen können. Der Rahmen 11 sollte aus feuerfestem Metall gefertigt sein und von der Platte 7 durch ein nicht dargestelltes Band aus Isoliermaterial isoliert werden.

Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist leicht zu verstehen. ,Die Verbrennung findet auf der Oberfläche der Gasaustrittsplatte 7 statt, welche Wärme abstrahlt. Diese Abstrahlung sowie die durch die Flammen abgegebenen Dämpfe heizen die Platte 15, die so durch das Zusammenwirken von Abstrahlung und Dämpfen auf eine hohe Temperatur gebracht wird. Da außerdem das konvektionsverhindernde Gitter 12 den Wärmeverlust der Platte 15 durch Konvektion nach außen verhindert, kann das Temperaturgleichgewicht dieser letzteren erhöht werden, da ihre beiden Seiten so eine Gleichgewichtstemperatur erreichen, die der der Keramikplatte 7 sehr nahe ist.

Die sehr geringe thermische Trägheit des Geräts, die das Erreichen der normalen Betriebstemperatur in wenigen Minuten gestattet, und die Einsatzflexibilität, welche durch die Verbindung von Platte 7, Platte 15 und Gitter 12 ermöglicht wird, erlaubt die Anpassung dieses Brennertyps an industrielle Verfahren, die eine veränderliche oder kontinuierliche Abgabe von thermischer Energie erfordern.

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Ohne den_ Schutzumfang einzuschränken, werden nachfolgend einige Daten zur Konstruktion des "beschriebenen und dargestellten Brenners gemacht.

Bei Verwendung einer Gasaustrittsplatte 7 von etwa 200 mm Länge und 135 mm Breite kann das zusätzliche Organ für den Gasaustritt 15 Abmessungen von 190 mm mal 125 mm und eine Dicke von 4 mm haben; die Löcher in der Platte 15 sollten 6 mm Durchmesser haben und regelmäßig verteilt sein, so daß die Beziehung voll/leer etwa 2 beträgt. Ferner ist die Distanz zwischen Platte 15 und Gasaustrittsplatte 7 etwa 13 mm am Rand der Platte 15 und etwa 20 mm in der Mitte, während die Entfernung zwischen Gitter 12 und Platte 15 etwa 8 mm beträgt. Natürlich können diese Abmessungen zweckentsprechend abgeändert werden. So können beispielsweise die Entfernungen zwischen der Platte 15 und dem Gitter um'- 10% variieren.

Mit erfindungsgemäßen Brennern durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß die Temperaturen der Gasaustrittsplatte und des zusätzlichen Organs für den Gasaustritt sowie der thermische Wirkungsgrad des Brenners in Abhängigkeit der Beziehung voll/ leer des zusätzlichen Organs für den Gasaustritt variierten, wenn alle anderen Beziehungen und Abmessungen die gleichen blieben.

Es wurden vier "Versuche mit gleicher Strahlungsabgabe durchgeführt, bei denen nur das genannte zusätzliche Organ verändert wurde, das jeweils die angegebenen Charakteristiken hatte :

1. Versuch: Platte perforiert mit Löchern von 5 mm Durchmesser

Verhältnis voll/leer =3,31

2. Versuch: Platte perforiert mit Löchern von 6 mm Durchmesser

Verhältnis voll/leer =1,98

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3. Versuch: Platte perforiert mit Löchern von 7 mm Durchmesser Verhältnis voll/leer = 1,20

^. Versuch: Platte perforiert mit Löchern von 8 mm Durchmesser Verhältnis voll/leer = 0,73

Die Ergebnisse der Versuche sind in den drei Diagrammen Fig. 4, 5 und 6 wiedergegeben.

Das Diagramm in Figur 4 zeigt die Temperatur der Gasaustrittsplatte in Abhängigkeit vom Verhältnis voll/leer des zusätzlichen Organs für den Gasaustritt. Figur 5 zeigt die Temperatur des genannten Organs in Abhängigkeit vom Verhältnis voll/leer dieses Organs.

Auf diesen Darstellungen ist auf der Abszisse die Leistung des Brenners in mth/h (Millithermie/Std.) und auf der Ordinate die Temperatur in ° C wiedergegeben.

Die Kurven haben folgende Bedeutung:

Pig. H Fig. 5 Verhältnis voll/leer

A A' 3,31

B B· 1,98

C C 1,20

D D¹ 0,75

Man kann sofort feststellen, daß die Kurven B und B¹ in den beiden Graphiken die Optimalwerte liefern.

Das gleiche gilt übrigens für die Darstellung in Fig. 6, in der die Linien A¹¹, B", C¹¹ und D¹¹ jeweils den Wirkungsgrad in Prozent ausgedrüclen (auf der Ordinate abgetragen) in Abhängigkeit von der Leistung/ des Brenners in mth/h (auf der Abszisse abgetragen) bei einem Brenner mit Zusatzgasaustritt, dessen Verhältnis voll/leer die nachfolgenden Werte hat, darstellen:

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für	A¹ '	3,31
für	B"	1,98
für	C"	1,20
für	D¹ ·	0,75

Man kann daher annehmen, daß man eine optimale Leistung des Brenners mit einem zusätzlichen Organ für Gasaustritt erhält, dessen Verhältnis voll/leer bei etwa 2 liegt.

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Claims

Patentanspruch e

Herzbrenner für Gemisch aus gasförmigen Brennstoffen mit einem Gestell, in dem eine Mischkammer untergebracht ist, ' die durch eine vom Brennstoffgemisch durchströmte Gasaustrittsplatte begrenzt ist, auf deren Außenseite das genannte Gemisch entzündet wird_? wobei über der Gasaustrittsplatte eine im Abstand von dieser angeordnete konvektionsverhindernde Abschirmung-vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gasaustrittsplatte (7) und der Abschirmung (12) ein zusätzliches Organ (15) für Gasaustritt angebracht ist, das sich sowohl von der Platte (7) als auch von der Abschirmung (12) im Abstand befindet, wobei das zusätzliche Organ (15) aus einer Platte aus feuerfestem Material besteht, sich weitgehend über die gesamte Oberfläche des Brenners erstreckt und eine Vielzahl von Ausnehmungen (16) aufweist, durch welche der Raum zwischen der Gasaustrittsplatte (7) und der Platte (15) mit dem Raum zwischen dieser Platte (15) und der Abschirmung (12) in Verbindung steht.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Organ (15) für Gasaustritt aus feuerfestem Metall besteht.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis voll/leer beim zusätzlichen Organ (15) für Gasaustritt etwa 2 beträgt.

*J. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Gasaustrittsplatte (7) und dem zusätzlichen Organ (15) für Gasaustritt etwa das doppelte des Abstands zwischen letzterem und der oberen Abschirmung (12) beträgt.

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5. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zwischen der Gasaustrittsplatte und dem zusätzlichen Organ (15) für Gasaustritt und zwischen letzterem und der Abschirmung (12) durch umlaufende Trägerrahmen gebildet werden, welche den Zutritt von Zusatzluft verhindern.

6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Abschirmung durch einen festen, umlaufenden Rahmen (11) getragen und im Abstand von der Gasaustrittsplatte (7) gehalten ist, wobei dieser Rahmen im Inneren einen Sitz bildet, auf welchem das zusätzliche Organ (15) für Gasaustritt aufnehmbar ist und eine relative Bewegung des letzteren, welche hauptsächlich durch seine Dehnung hervorgerufen ist, zuläßt.

7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (12) durch ein Gitter aus feuerfestem Metallgeflecht oder aus perforiertem oder durchbrochenem Metall besteht.

8. Brenner gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Gasaustrittsplatte (7) aus einer mit Kanälen (8) durchzogenen Keramikplatte besteht.

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