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Brenner für gasförmige Brennstoffe Die Erfindung bezieht sich auf
einen Brenner für gasförmige Brennstoffe der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten
Art.
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Bei den bekannten Brennern dieser Art wird das radial ausströwende
Gas durch die Luftströmung zur Längsachse hin abgelenkt.
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Die Anteile des Brennstoffes in der Verbrennungsluft sind deshalb
zur Randzone in der Buftzuleitung hin nicht ausreichend, so daß hier nur noch ein
unzulässig mageres Gas-Luftgemisch zustande kommt und die Flamme instabil werden
kann.
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Bei einer bekannten Ausführung eines derartigen Brenners (DT-OS 2.160.045)
ist eine Gasdüse als Gaswirbeldüse vit Drallschaufeln und eine Luftverwirbelungseinrichtung
mit Leitschaufeln stromauf des Gasaustrittes vorgesehen. TZ Bereich des Gasaustrittes
wird durch die Verwirbelung des radial ausstromenden
Gases und des
Buftstromes eine gute Vorvermischung erzielt.
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Allerdings gelangt infolge des durch die Drallschaufeln verursachten
Abfalls der Geschwindigkeit des ausströmenden Gases noch weniger Gas in die Randzone
der Luftzuleitung. Die Flamme, die an der Randkrempe der Stauscheibe gehalten wird,
ist infolge des mageren Gemisches in diesem Bereich instabil. Eine für die Stabilität
der Flamme erforderliche, dem Verbrennungsluftstron äquivalente Gasanfangsverteilung
ist nicht erreicht.
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Bei der Verwendung von Brenngasen mit hoher Zündgeschwindigkeit oder
bei einem größeren Regelverhältnis sind infolge des Abfalls der Strömungsgeschwindigkeit
zusätzliche Einrichtungen notwendig, um ein Rückschlagen der Flanme zu verhindern.
Der Aufwand und die Störanfälligkeit derartiger Einrichtungen sind aber erheblich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln bereits
am Beginn der Mischzone eine der tuftströi;iungsverteilung äquivalente Gasverteilung
über den Ringquerschnitt der Buftzuleitung zu erreichen und dadurch eine Verbesserung
der Nischkennzahl und als deren Folge eine stabile Flamme zu erzielen.
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Es sind damit die Grundvoraussetzungen für den Einsatz besonders
an Wärmeerzeugern mit äußerst hohen Brennkamner-und Heizflächenbelastungen sowie
ungünstigen geometrischen Anordnungen erfüllt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 enthaltene Merkmal gelöst.
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Durch dieses Merkmal ist erreicht, daß die Anfangsverteilung des
gasförmigen Brennstoffes ab Beginn der Mischzone und vor der -Stauscheibe verbessert
ist. Im Bereich des Gemischdurchströmquerschnittes S1 ist eine höhere Mischkennzahl
erreicht, da - mehr Gasanteile quer zur Luftströmung in die Randzone der Luftzuleitung
gelangen. Es wird hierdurch die angestrebte Erhöhung der Löschgeschwindigkeit (Flammenstabilität)
erreicht. Besonders
vorteilhaft wirkt sicher erfindungsgemäße Vorschlag
bei Brennern aus, deren Stauscheibe als Ringscheibe ausgebildet ist, welche zwischen
ihrem inneren Ringrand und dem Stirnende der Gaszuleitung bzw. eines davor angeordneten
Gasregelgliedes einen inneren Ringspalt zum Hindurchtreten des Brennstoff-Luftgemisches
freiläßt. Bei derartigen Brennern wird durch den erfindungsgemäßen Vorschlag eine
den Gemischdurchtrittsquerschnitten äquivalente Gasverteilung bereits am Beginn
der Mischzone erreicht.
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Eine bevorzugte Ausbildung des Gasverteilungseinsatzes ergibt sich
durch die Merkmale der Ansprüche 3 bis 7. Entlang den Flächen zwischen den radialen
Ausschnitten der Ringscheibe gelangt aufgrund des Wandstrahleffektes ein größerer
Anteil-des an der Gasaustrittsöffnung ausströmenden Gases in die Randzone der Buftzuleitung
und vermischt sich hier mit der Verbrennungsluft zu einem homogenen Gas-Tuftgemisch
mit höherer Mischkennziffer. Es ist eine gleichmäßige Vorvermischung des Brennstoffes
mit der Verbrennungsluft in dem Mischraum vor der Stauscheibe erreicht und an den
Durchtrittsquerschnitten SI und S2 sowie an Drallschlitzen der Stauscheibe tritt
ein Gemisch gleicher Mischkennzahl aus. Die stromab gerichteten Krempen an den Ausschnitten
der Gasverteilerscheibe verhindern ein im Luftdurchströmungsbereich unerwünschtes
Abreißen des sich verteilenden Gases. Außerdem ist durch die Krempen erreicht, daß
der Gebläsedruck kaum noch störend auf den Gasaustritt einwirkt.
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Das Merkmal des Anspruches 9 bietet eine bevorzugte Anordnung der
Gasverteilerscheibe. -Jeitere Möglichkeiten--der-Anordnung sind durch die Merkmale
der Ansprüche 9 und 10 gegeben.
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Der Einsatz eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gebläse-Gasbrenners
an kritischen Wärmeerzeugern ist problemlos, da die einwandfreie Wirkungsweise des
Brenners von der Art des Kessels
unabhängig ist. Die erzielte bessere
Mischkennzahl ermöglicht einen Betrieb bei geringeren Buftmischdrücken, weshalb
der Brenner gebläseseitig geräuschärmer und weniger aufwendig ist.
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Das Flammenfrequenzniveau gelangt in einen Bereich, der eine Resonanz
mit der Kesselfrequenz im wesentlichen vermeidet. Es ergibt sich eine über ihre
Gesamtlänge etwa gleich temperierte kürzer ausbrennende Flamme, die zu einer gleichmäßigen
Belastung des Kesselraumes führt und damit den Kesselwirkungsgrad verbessert. Eine
Verbesserung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades ist durch eine praktisch stöchiometrische
Verbrennung erreicht, die einen CO-freien Betrieb ohne Luftüberschuß gewährleistet
und zusätzlich den Stickstoffoxyd-Anteil in den Abgasen auf ein ausgesprochen umweltfreundliches
Maß senkt. Die Senkung des auf den Gasaustritt wirkenden Gebläseluftdruckes um etwa
vier Fünftel ermöglicht Kosten-Einsparungen durch kleinere Armaturenquerschnitte.
Im Zentrum der Stauscheibe bleibt dennoch der volle Luftmischdruck erhalten, weshalb
die Mischeinrichtung auch für kombinierte Ol- und Gasbrenner verwendbar ist.
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Die erfindungsgemäße Ausführung des Brenners gewährleistet die Stabilität
der Brennerflamme, da auch im unteren sowie im oberen Leistungsbereich eine günstige
Gasverteilung und damit eine gute Vorvermischung stattfindet. Es wird eine in diesem
Gesamtbereich rezirkulierende und dadurch stabile Brennerflamme erzielt. Es lassen
sich mit dem Brenner verschiedenartige technische Brenngase über einen großen Leistungsbereich
einwandfrei und mit annähernd optimalen, konstanten hygienischen Verbrennungswerten
verbrennern. Zum-Rückbrennen neigende Gase werden nicht in den Vormischraum zurückbrennen,
da infolge der druckseitigen Gemischeinstellung die Gemischstömungsgeschwindigkeit
größer als die Gemischzündgeschwindigkeit gehalten werden kann.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung schematisch dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 im Schnitt einen Teil eines Gebläsebrenners für
gasförmige Brennstoffe; Fig. 2 eine Seitenansicht der Gasverteilerscheibe des Brenners
nach Fig. 1, und Fig. 3 eine Stirnansicht der Gasverteilerscheibe nach Fig. 2.
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In einem Brennerrohr 10 als Buftzuleitwng für die von einem nicht
dargestellten Gebläse zugeführte Verbrennungsluft ist konzentrisch eine rohrförmige
Gaszuleitung 11 angeordnet, welche über einen ebenfalls nicht dargestellten Anschlußstutzen
an die Gaszufuhr angeschlossen ist. Das Brennerrohr 10 ist mit einem Mundstück 12
versehen, an welchem ein Flammkopf 13 gehaltert ist. Der Mündung 14 der Gaszuleitung
11 ist ein Gasregelglied 15 zugeordnet, welches mittels einer Führungsstange 16
von Hand axial verstellbar ist. Die Führungsstange 16 ist dazu aus dem Brennergehäuse
herausgeführt und beispielsweise mit einer von Hand zu betätigenden Rändelmutter
versehen. Das Gasregelglied 15 ist als einseitig abgeschlossener Hohlzylinder ausgebildet,
dessen Boden 17 eine radiale Aussenfläche 18 aufweist, welche mit der Mündung 14
der Gaszuleitung 11 zusammenwirkt und den austretenden Gasstrom radial ablenkt.
Das Gasregelglied 15 hat noch eine Zündgasaustrittsöffnung 19.
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Auf der Feuerraumseite ist zum Regeln des Gemischaustrittes eine Stauscheibe
20 vorgesehen, welche durch Streben 21 mit einem Schlitten 22 als Führungsorgan
verbunden ist. Der Schlitten 22 ist auf der Gaszuleitung 11 längsverschiebbar gelagert
und kann zum Regeln des Gemischaustrittes mittels einer Betätigungsstange 23 längsverschoben
werden. Die Stauscheibe 20
hat eine Zentralöffnung 24, deren Innendurchmesser
dem Aussendurchmesser des hohlzylindrischen Gasregelgliedes 15 entspricht, und Radialschlitze
25, welche teilweise durch Vorsprünge 26 abgedeckt sind. Der äussere Rand der Stauscheibe
20 bildet eine feuerraumseitige Krempe 27 zum Halten der Flamme. Der Rand der Stauscheibe
20 wirkt mit dem Mundstück 12 des Brennerrohres 10 zum Regeln des Gemischaustrittes
zusammen,welche den Gemischdurchtrittsquerschnitt S1 bilden. Mit Hilfe der Betätigungsstange
23 kann die Stauscheibe 20 verstellt und in ihrer Schliesstellung am Mundstück 12
zum Anliegen gebracht werden.
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Das Gasregelglied 15 der Gaszuleitung 11 lenkt als Regelorgan einerseits
den Gasstrom radial ab und wirkt andererseits mit der Zentralöffnung 24 der feuerraumseitigen
Stauscheibe 20 als Regelorgan für den Gemischdurchtritt derart zusammen, dass bei
der Leistungseinstellung durch axiales Verstellen des Gasregelgliedes 15 und der
Stauscheibe 20 ;jeweils ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Gemischdurchtrittsquerschnitten
S1 und S2 einstellbar ist. Bei jeder Einstellung der Leistung wird der äussere und
der innere Ringspalt S1 und S2 für den Gemischdurchtritt im gleichen Sinne verändert.
Dies gewährleistet eine grössere Stabilität der Brennerflamme. Die Anordnung kann
so getroffen sein, dass bei Grundlasteinstellung sowohl der äussere Ringspalt SI
als auch der innere Ringspalt S2 annähernd veschlossen sind.
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Außerden ist noch eine Elektrode 28 vorgesehen, welche einerseits
an einen Zündspannungsschalter angeschlossen ist und andererse-its- im Brenner-eine
Funkenstreckebildet, an welcher bei der Inbetriebnahme ein Zündfunke überschlägt
und das Gas-Luftgemisch zündet. Die Elektrode 28 ist gemeinsam mit der Stauscheibe
20 längsbeweglich, durch welche die Elektrode 28 in die Feuerraumseite isoliert
hindurchragt und im Windschatten der Stauscheibe 20 mit ihrem freien Ende 31 eine
gegenüber der
Gemischströmung.abgeschirmte Funkenstrecke bildet,
an welche mittels einer an der Stauscheibe 20 befestigten Zündgasleitschiene 29
Zündgas herangeführt- ist. Die Elektrode 28 ist in einem seitlichen Ausleger 30
des auf der Gaszuleitung 11 längsverschiebbar gelagerten Führungsschlitten 22 der
Stauscheibe 20 axial verstellbar gehaltert. Die Elektrode 28 ist durch ein entsprechendes
Loch in der Stauscheibe 20 isoliert hindurchgesteckt und feuerraumseitig ist ihr
freies Ende 31 zum Bilden einer Funkenstrecke mit der Zündgasleitschiene 29 als
Gegenelektrode 32 umgebogen.
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Die Zündgasleitschiene 29 ist am Innenrand der Zentralöffnung 24 der
Stauscheibe 20 befestigt und ragt in den Mischraum bis in die Höhe einer Zündgasaustrittsöffnung
19 des Gasregelgliedes 15 hinein. Die Zündgasleitschiene 29 ist dabei an der Stauscheibe
20 derart angebracht, dass das hohlzylindrische Gasregelglied 15 beim Verschliessen
der Zentralöffnung 24 in dieselbe einschiebbar ist. Das feuerraumseitige Ende der
Zündgasleitschiene 29 ist dabei als Gegenelektrode 32 zur Elektrode 31 hin abgebogen.
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Als Teilmischeinrichtung ist erfindungsgemäß eine allgemein mit 34
bezeichnete radiale Gasverteilerscheibe vorgesehen, die in Fig. 2 in einer Seitenansicht
und in Fig. 3 in einer Stirnansicht vergrößert herausgezeichnet ist. Die Gasverteilerscheibe
34 ist eine Ringscheibe mit Durchtrittsöffnungen, die als radiale, nach dem -äußeren
Ringrand hin offene Ausschnitte 35 ausgebildet sind.
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Der Außendurchmesser der Gasverteilerscheibe 34 ist etwa gleich dem
mittßleren Durchmesser des die Luftzuleitung 10 bildenden -Ringraumes. -Die Gasverteilerscheibe
34 ist mit einem als Ring- -schulter 36 abgewinkelten inneren Ringrand auf die Gaszuleitung
11 aufgesetzt. Die Gasverteilerscheibe 34 ist mit sechs paarweise diametral gegenüberliegenden
Ausschnitten 35 versehen.
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Das Verhältnis der Ausschnitte 35 zu den sie trennenden Flächen 37
der
Ringscheibe ist etwa eins zu zwei. Der Rand der Ausschnitte 35 ist mit einer stromab
abgewinkelten Krempe 38 ausgebildet.
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Die Gasverteilerscheibe 34 ist wie dargestellt unmittelbar an der
Mündung 14 der Gaszuleitung 11 stromauf des Gasaustrittes S3 angeordnet. Die Gasregelscheibe
34 kann aber auch am Gasregelglied 15 mit dessen Außenfläche 18 fluchtend angeordnet
sein. Außerdem können auch zwei zueinander parallele Gasverteilerscheiben 34 beidseitig
des Gasaustrittes S3 vorgesehen sein, deren Ausschnitte 35 fluchten.
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Die Wirkungsweise des Brenners ist folgende: Das Gasregelglied 15
der Gaszuleitung 11 und die Stauscheibe 20 werden in eine der gewünschten Leistung
entsprechende Offenstellung innerhalb des Regelbereiches gebracht. Diese Einstellung
erfolgt stufenlos von Hand durch Betätigen der Führungsatange 16 des Gasregelgliedes
15 und der Betätigungsstange 23 der Stauscheibe 20 von ausserhalb des Brennergehäuses.
Bei jeder Leistungseinstellung wird durch das Gasregelglied 15 nicht nur der Gasaustrittsquerschnitt
S3 bestimmt, sondern in Zusammenwirkung mit der gleichzeitig eingestellten Stauscheibe
20 ein Gemischdurchtrittsquerschnitt S2 mit dem Rand der Zentralöffnung 24 der Stauscheibe
20 derart gebilaet, dass sich für jede Leistungseinstellung jeweils ein bestimmtes
Verhältnis zwischen den Gemischdurchtrittsquerschnitten S1 und S2 ergibt. Dieses
sich der jeweiligen Leistungseinstellung anpassende Verhältnis der Querschnitte
S1 und S2 trägt zu Stabilität der Flamme bei.
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Die Kleinbrandstellung des Brenners entspricht einer Grundlast, für
welche die Stauscheibe 20 in ihre Schließstellung am Brennermundstück 12 gebracht
ist. In dieser Stellung verschliesst das hohlzylindrische Gasregelglied 15 annähernd
die Zentralöffnung 24 der Stauscheibe 20. Dadurch bildet sich eine auch im Kleinbis
Mittellastbereich
rezirkulierende und dadurch stabil brennende Flamme.
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Zur Inbetriebnahme wird ein Steuerautomat eingeschaltet, welcher
die Steuerung des Ablaufes der vorprogrammierten Inbetriebnahme übernimmt. Zuerst
wird nur das Gebläse für die Dauer einer bestimmten Vorbelüftung des Brenners eingeschaltet.
Nach der erforderlichen Vorlüftung erfolgt eine gewisse Freigabe der Gaszufuhr durch
ein Magnetventil und die Zündung durch Einschalten der Elektrode 28. Erst nach dem
Zustandekommen eines Überschlages an der Funkenstrecke von dem freien Ende 31 der
Elektrode 28 zur Gegenelektrode 32 wird die Gaszufuhr durch das vorgeschaltete Magnetventil
für den eingestellten Vollastbetrieb freigegeben.
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Das Gas gelangt über die Gaszuleitung 11 zum Gasregelglied 15.
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fieber den Gasaustrittsquerschnitt S3 zwischen dem Gasregelglied
15 und der Mündung 14 der Gaszuleitung 11 gelangt das Gas in die Luftzuleitung 10.
Der Gasstrom wird durch die radiale Aussenfläche 18 des Bodens 17 des Gasregelgliedes
15 radial nach aussen abgelenkt und trifft im rechten Winkel auf die vom Gebläse
zugeführte Verbrennungsluft.
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Die Vorvermischung des Gas-Luftgemisches in dem Mischraum vor der
Stauscheibe 20 ist durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verteilereinrichtung verbessert.
Von dem am Gasaustritt S3 ausströmenden Gas gelangt aufgrund des Wandstrahleffektes
ein Teil' desselben an die Fußränder der Ausschnitte 35 und vermischt sich mit der
durch die Ausschnitte 35 hindurchtretenden Gebläseluft, wogegen der andere Teil
des Gases entlang der Flächen --37 der Gasverteilerscheibe 34 an den äußeren Rand
derselben und darüberhinaus in die Randzone der Luftzuleitung 10 gelangt, wo es
sich mit Gebläseluft in dieser Randzone vermischt. Die Gasanteile werden gleichmäßig
über den Querschnitt der Mischkammer verteilt, und es ist eine homogene Vermischung
des Gas-Luftgemisches und eine Erhöhung der Mischkennzahl insbesondere am Gemischdurchtrittsquerschnitt
51 erreicht. Dadurch
ist die durch die Krempe 27 der Stauscheibe
20 gehaltene Flamme stabil und die CO-freie Verbrennung konstant hygienisch, wobei
die Abgase stickstoffoxydarm sind. Das Gas-Luftgemisch gelangt, wie- durch Pfeile
angedeutet, aus dem Mischraum auf der Rückseite der Stauscheibe 20 über die Gemischdurchtrittsquerschnitte
SX und S2 sowie über die Radialschlitze 25 der Stauscheibe 20 auf die Feuerraumseite
der Stauscheibe 20.
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In der Kleinbrandstellung des Brenners tritt das Gemisch für die Kleinbrandflamme
im wesentlichen über die Radialschlitze 25 der Stauscheibe 20 aus, da die Stauscheibe
20 am Brennermundstück 12 anliegt und die Zentralöffnung 24 durch das in sie eingedrungene
hohlzylindrische Gasregelglied 15 annähernd verschlossen ist.
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Der Brenner wird einfach durch Abschalten der Steuerautomatik außer
Betrieb gesetzt, welche das Gebläse und das Magnetventil abschaltet, wobei durch
letzteres die Gaszufuhr abgesperrt wird.
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Der Einsatz des Brenners in Kessel unterschiedlicher Bauart ist aufgrund
seiner Eigenschaften problemlos. Der Brenner kann ohne besonderen Aufwand auch zum
kombinierten Öl-Gasbrenner gemacht werden.
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Für Brenner, deren innenliegende Gemischdurchtrittsquerschnitte verhältnismässig
klein gegenüber dem äußeren Ringspalt S1 sind, bzw. die überhaupt keinen inneren
Ringspalt S2 haben, kann der Einsatz in der Luftzuleitung auch eine geschlossene
Scheibe zum Heranführen des Gases in die äußere Randzone der Luftströmung sein.