DE2413633C2 - Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Luftkasten, der über eine öffnung mit einer Brennkammer verbunden ist und durch den mindestens ein Kanal <to für gasförmigen Brennstoff geführt ist, dessen Austrittsende innerhalb der öffnung vorgesehen ist und mindestens eine Austrittsöffnung aufweist, aus der der Brennstoff auf einem gegenüber der Mittelachse des Kanals divergierenden Weg austritt, und der verstellbar ist.

Ein derartiger Brenner ist aus der US-PS 30 76 496 bekannt. Bei diesem Brenner mit nur im abgeschalteten Zustand in eine vorgegebene Betriebsstellung bringbaren Gaskanälen ist das Problem, Brennkammer- und Umfassungswandschwingungen zu vermeiden, die durch Zündinstabilität des Brenners entstehen können, nicht befriedigend gelöst. Dieses Problem ist besonders bei größeren Blöcken akut, die aufgrund ihrer Größe fast 4000 m² flacher Kesselschalung haben, welche für verhältnismäßig niedrige statische Drücke ausgelegt ist und eventuellen harmonischen Schwingungen mit dem Verbrennungsverfahren unterliegt. Solche Schwingungen können von der Züncünstabilität eines einzigen Gaskanales an einem Brenner ausgehen, dann andere zu Schwingungen verleiten und schließlich eine harmonische und zerstörerische Schwingung der Brennkammerwand erzeugen. Um der Schwingungstendenz entgegenzuwirken, müssen die Gaskanäle mit stabiler Zündung in einem weiten Bereich von Brennstoffmengen und Brennmittelgeschwindigkeiten arbeiten können.

Aus der US-PS 26 72 191 ist ein Gas-Öl-Brenner mit Gaskanälen bekannt, die in einem Luftkasten angeordnet sind und in schräg abgeschnittenen Luftdüsen münden; letztere sind über einen Verstellmechanismus drehbar und im Luftdurchsatz veränderbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zündstabilität an einem Brenner der eingangs genannten Art weiter zu verbessern und damit Brennkammerschwingungen weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Kanal mit seinem Eintrittsende abgedichtet durch eine mit einem Gasverteiler verbundene Gaskanalkappe hindurch geführt und während des Betriebes des Brenners axial und radial verstellbar ist und daß das Eintrittsende jedes Kanals mindestens eine öffnung in dem innerhalb der Gaskanalkappe liegenden Teil der Kanalwand für den Eintritt des Brennstoffes aufweist.

Bei der Erfindung kann durch die Art der Verstellung der Gaskanäle und die Art ihrer Einsetzung in dem Gaszuführungssystem der Einfluß der Verstellung des Brenners auf die Feuerraumschwingungen und auf die Stabilität der Flamme von der Brennerbühne aus beobachtet werden, während die Verstellung vorgenommen wird. Ein Abschalten des Brenners oder des Kessels und ein erneutes Anfahren, um das Ergebnis einer jeden Verstellung zu überprüfen, ist nicht mehr erforderlich.

Eine der Vorteile liegt in der Möglichkeit, eine stabile Zündung an jedem Kanal dadurch zu erreichen und aufrechtzuerhalten, daß die axiale und/oder radiale Lage der Austrittsöffnungen geändert wird. Aus einer stabilen Zündung an den einzelnen Kanälen ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad aufgrund einer vollständigeren Verbrennung, eine Vermeidung der durch die Verbrennung induzierten Schwingungen sowie eine niedrigere Spitzenflammentemperatur innerhalb des gesamten Betriebsbereichs, mit der Nebenwirkung, daß die Bildung von Stickoxyden vermindert wird. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, einen Ungleichförmigkeitsgrad zwischen den Brennstoffaustrittswegen verschiedener Kanäle einzuführen, wodurch der Aufbau harmonischer Schwingungen auf ein Geringstmaß herabgesetzt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Aufriß eines Brenners gemäß Schnitt 1-1 in F i g. 2,

Fig.2 eine rückwärtige Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 3 ein Schema, das eine gewählte vordere Endlage der Gaskanäle zeigt,

Fig.4 ein Detail und eine teilweise Seitenansicht eines der Gaskanäle, der in seiner hintersten Lage fixiert ist,

F i g. 5 eine Detailansicht des Eintrittsendes eines der Gaskanäle in der vordersten Stellung fixiert und

Fig.6 eine Detail-Stirnansicht eines der Gaskanäle.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist der Brenner als ein kombinierter Gas- und Flüssigbrennstoffbrenner an einer Brennkammer dargestellt, die eine mit einer Brennerkehle ausgebildete Schamottewand hat. Die Erfindung kann in gleicher Weise auch bei Feuerungen angewandt werden, die nur einen reinen Gasbrenner haben.

In F i g. 1 zeigt die Bezugsziffer 10 einen Brenner, der angeordnet ist, um durch eine kreisförmige öffnung 12

zu feuern, die in einer mit Schamotte ausgekleideten Vorderwand 14 einer nicht dargestellten Brennkammer ausgebildet ist Eine Brennerwand 16, die eine axiale öffnung 18 hat, ist auf Abstand von der Brennkammervorderwand 14 angeordnet Der Raum zwischen der Brenner- und der Vorderwand bildet einen Luftkasten SO, /ü dem Verbrennungsluft von einer geeignet regulierten nicht dargestellten Quelle geliefert wird. Die kreisförmige öffnung 12 ist mit einer Kehle 22 ausgekleidet, die aus einem kurzen zylindrischen Stück 24 gebildet ist, welches an seiner Austrittskante mit einem trichterförmigen Stück 26 und an seiner Eintrittskante mit dem im Durchmesser kleineren Ende eines kegelstumpfförmigen Stücks 28 verbunden ist Die Stücke der Brennerkehle 22 sind aus geeignetem Schamottematerial ausgebildet

Der Brenner 10 schließt ein zylindrisches Geschränk 30 ein, das innerhalb des Luftkastens 20 liegt, in geeigneter Weise von demselben getragen wird und eingerichtet ist, um die Verbrennungsluft aufzunehmen und durch die Brennerkehle 22 zu leiten.

Das Geschränk 30 schließt eine ringförmige Vorderplatte 32 und eine kreisförmige rückwärtige Platte 34 ein. Die vordere und die rückwärtige Platte sind voneinander auf Abstand angeordnet, um eine Anzahl am Umfang angeordneter Schaufeln 36 aufzunehmen, die zwischen denselben angelenkt sind, um um ihre jeweilige Achse herum drehbar zu sein, wobei jede dieser Achsen im wesentlichen parallel zur zentralen Achse der öffnung 12 liegt. Obwohl keine Geschränkbetätigungsvorrichtungen in der Zeichnung dargestellt sind, wird man sich darüber im klaren sein, daß es bekannte Vorrichtungen gibt, die von außerhalb des Luftkastens 20 betätigt werden können, um gleichzeitig die Geschränkschaufeln 36 um ihre jeweilige Achse herum zu schwenken.

Der Gasbrenner 38 schließt einen ringförmigen Gasverteiler 40 ein der innerhalb des Luftkastens 20 in einer Ebene angeordnet ist, die im wesentlichen parallel zur Brenneröffnung 12 und auf Abstand davon liegt, jedoch in Nachbarschaft der Deckplatte 42, die an der Brennerwand 16 verschraubt ist und als Verschluß für die Zugangsöffnung 18 dient, Der Gasverteiler 40 ist mit einem Zuführungsrohr 43 verbunden und erhält daraus eine geregelte Menge gasförmigen Brennstoffs unter Druck. Um den Umfang des Gasverteilers 40 herum ist eine Anzahl von Nippeln 44 angeordnet, die je ein Ende haben, welches strömungstechnisch mit dem Gasverteiler 40 verbunden ist, während das andere Ende durch einen Tragkörper 46 tritt. Das letztgenannte Ende eines so jeden der Nippel 44 ist lösbar strömungstechnisch mit einer entsprechenden Gaskanalkappe 48 verbunden, die ihrerseits mit dem Eintrittsende eines Gaskanals 50 verschraubt ist. Eine Kontermutter 52 wird auf des Eintrittsende des Kanals 50 geschraubt, um den letztgenannten in einer gewählten radialen und axialen Lage zu fixieren. Eine Anzahl Führungsrohre 54 ist im gleicher. Abstand um den Gasverteile 40 herum sowie konzentrisch um eine Längsachse des Brenners 10 herum angeordnet, wobei jedes Führungsrohr 54 durch den Tragkörper 46 und durch auf Abstand angeordnete öffnungen 56 der Deckplatte 42 tritt und nach innen durch den Luftkasten und das Geschränk zur Brenneröffnung 12 verläuft. Das fern gelegene Ende eines jeden Fiihrungsrohrs 54 hat einen angeschlossenen Flammenhalter 58. Jeder Gaskanal 50 ist gleitbar innerhalb des jeweiligen Führungsrohrs 54 angeordnet, wobei das Austrittsende ein kurzes Stück über das offene Ende des Flammenhalters 58 hinausragt

Bei der dargestellten Ausführungsrorm wird ein Flüssigbrennstoffbrenner 60 in Kombination mit dem Gasbrenner 38 als Teil der Feuerungseinrichtung 10 verwendet Der Flüssigbrennstoffbrenner 60 umfaßt ein Führungsrohr 62, das entlang der Mittelachse der Feuerungseinrichtung 10 verläuft und in einer Hülse 64 getragen wird, die durch die öffnung in der Deckplatte 42 verläuft Das Führungsrohr 62 hat ein tnde, das mit einem Joch 66 verschraubt ist, welches mit den nicht dargestellten Flüssigbrennstoff- und Zerstäuberdampfleitungen verbunden ist Das austrittsseitige Ende des Jochs 66 ist mit einem Zerstäuber 68 verbunden zwecks Durchlauf des Brennstoffs und Zerstäuberdampfes. Eine leckdichte Passung zwischen dem Joch 66 und dem Zerstäuber 68 erreicht man dadurch, daß man eine nicht dargestellte Dichtung zwischen den sich entsprechenden Flächen einführt und mit einer Sperrvorrichtung 70 Druck ausübt. Ein Trommelrohr 72 ist an seinem Eintrittsende mit dem Zerstäuber 68 verbunden und an seinem Austrittsende mit einer nicht dargestellten Düsenplatte; das Trommelrohr 72 verläuft durch das Distanzstück und tritt aus dem fern gelegenen Ende desselben heraus. Das fern gelegene Ende des Führungsrohres 62 schließt einen Tragring 74 und einen daran befestigten Impeller 76 ein, Der Impeller 76 hat die Form eines stumpfen Kegels und ist konzentrisch um die Längsachse der Brennerkehle 12 angeordnet; er schließt eine mittlere öffnung ein, durch die das Düsenplattenende des Trommelrohres 72 tritt.

Die F i g. 2 und 3 zeigen die Rückansicht der Feuerungseinrichtung 10, mit der kreisförmigen Deckplatte 42 einschließlich einer Beobachtungsöffnung 78 sowie eine schematische Ansicht des Austrittsendes der Gaskanäle 50 in einer gewählten Stellung. Gemäß der Darstellung ist der Zerstäuber 68 des Flüssigbrennstoffbrenners von acht Gaskanälen 50 umgeben, deren Eintrittsenden gegenüber der Deckplatte 42 vorstehen und je durch entsprechende Kappen 48 verlaufen; die Kanäle sind in gleichen Abständen von dem Flüssigbrennstoffbrenner und voneinander abgeordnet; ihre Stirnfläche ist geätzt, um die Lage der Austrittsöffnungen 80 an dem fernen Ende des Gaskanals 50 anzuzeigen, wie in F i g. 3 dargestellt.

Die hierin gezeigte Lage der Austrittsöffnungen 80 ist nur eine von vielen Gasaustrittsmöglichkeiten die mit der vorliegenden Erfindung zu erreichen sind. Wie in den weiter folgenden Detailabbildungen zu erkennen ist, ist jeder Gaskanal 50 sowohl in radialer als auch in axialer Richtung verstellbar, um das geeignete Flammenbild für eine gegebene Betriebsart zu ergeben.

In Fig.4 ist im Detail als Seitenschnitt einer der Gaskanäle 50 zu erkennen, der in seiner hintersten Stellung fixiert ist und vom Führungsrohr 54 umschlossen ist, dessen Austrittsende an dem Flammenhalter 58 angeschlossen ist und dessen Eintrittsende an der Gaskanalkappe 48 anliegt. Der Flammenhalter 58 hat die Form eines mit einem offenen Ende versehenen Zylinders, der einen ringförmigen Boden 82 hat, dessen Innenumfang auf das fern gelegene Ende des Führungsrohres 54 paßt und daran geschraubt oder geschweißt ist. Das Seitenstück 84 überragt ein wenig das fern gelegene Ende des Rohres 54 und ist radial auf Abstand von dem Gaskanl 50 sowie konzentrisch zu demselben angeordnet. Der Flammenhalter 58 wirkt als ein Schirm, der die Gaszündungszone gegen unterschiedliche Strömung von Verbrennungsluft schützt, während er genügend Luft zuläßt, um den Verbrennungsprozeß

aufrechtzuerhalten. Die Luft wird in den Flammenhalter 58 durch eine Anzahl öffnungen 86 und 88 eingeführt, die im Boden bzw. den Seiten 82 und 84 ausgebildet sind. Die öffnungen 86 (vier in der Ausführungsform) verlaufen in paralleler Richtung zur Längsachse des Flammenhalters 58, während die öffnungen 88 (acht in der Ausführungsform) radial dazu verlaufen. Die Anzahl und die Größe der öffnungen kann unterschiedlich sein und hängt von den Erfordernissen der jeweiligen Anlage ab. Das Eintrittsende des Führungsrohrs 54 liegt ι ο an Kappe 48 an, indem es sich in ein ausgespartes Teil 91 der Kappe erstreckt, die mit einer ringförmigen Dichtung 90 ausgestattet ist, welche mit dem Ende des Führungsrohrs zusammenwirkt, um dazwischen eine gasdichte Absperrung zu bilden. Das Führungsrohr 54 verläuft durch Tragkörper 46 und ist daran angeschweißt. Die Gaskanalkappe 48 ist mit einem inneren Durchgang 92 ausgestattet, der drei öffnungen 94, 96 und 98 hat, von denen die beiden ersten koaxial ausgerichtet sind. Die öffnungen 94 schließt das ausgesparte Teil 91 ein, welches die Dichtung 90 aufnimmt, und eine Umfangsrinne 100, welche einen O-Ring 102 aufnimmt. Die öffnung 96 schließt einen Gewindeteil 106 ein und eine Umfangsrinne 108, welche einen O-Ring 110 aufnimmt. Die öffnung 98 schließt ein ausgespartes Teil 112 ein, das mit einer ringförmigen Dichtung 114 ausgestattet ist, die mit dem Ende des Nippels 44 zusammenarbeitet, der daran anliegt, um dazwischen eine gasdichte Absperrung zu bilden. Der Nippel 44 verläuft durch den Tragkörper 46 und ist daran geschweißt.

Der Gasbrennerkanal 50 ist aus einem länglichen Rohrstück gebildet, das ein Austrittsende hat, welches zwei aufeinander zulaufende winkelförmige Stirnflächen 83 hat. Die dargestellte Ausführungsform hat drei mit einem großen Durchmesser ausgeführte öffnungen 80. von denen eine auf einer der winkelförmigen Stirnflächen 83 liegt, während die beiden anderen an diametral gegenüberliegenden Stellen des Kanalteils liegen, der sich zwischen den winkelförmigen Stirnflächen befindet. Acht Öffnungen kleineren Durchmessers 81 sind im gleichen Abstand um den Umfang des Kanals angeordnet, und zwar in Gasströmungsrichtung unmittelbar vor den winkelförmigen Stirnflächen. Die winkelförmige Ausbildung des Kanalaustrittsendes *5 sowie die relative Größe und Anzahl der öffnungen hängen von dem jeweiligen Erfordernis der betreffenden Anlage ab. Der längliche Kanal 50 hat ein mit einer Kappe versehenes Eintrittsende einschließlich eines Kopfes 116, der zwei gegenüberliegende bogenförmige Seiten hat, die konzentrisch zur Mittelachse des Kanals 50 liegen, und zwei gegenüberligende flache Seiten, die entlang entsprechender Ebenen liegen, welche parallel zu den Leitkanten sind, die durch die winkelförmigen Stirnflächen 83 gebildet werden. Ein Gewindeteil 118 ist auf dem Außenumfang des Kanals 50 ausgebildet und erstreckt sich entlang eines Kanalsstücks an der Eintrittsfläche. Gasförmiger Brennstoff wird in den Kanai 50 durch eine Anzahl öffnungen 120 aufgegeben, die durch die Wand des Kanaleintrittsendes verlaufen sowie zwischen dem Gewindestück 118 und dem Austrittsende des Kanals. Die bevorzugte Ausführungsform schließt vier öffnungen gleicher Größe und gleicher Bogenform ein, die auf Abstand um den Umfang des Kanals 50 herum angeordnet sind. Die öffnungen 120 sind in Paaren angeordnet, welche senkrecht zueinander stehen und in einem Abstand von einem Öffnungsradius voneinander entlang der Mittelachse des Kanals angeordnet sind. Die Anzahl und die Größe der Eintrittsöffnungen hängen von den Erfordernissen der jeweiligen Anlage ab. Das Eintrittsende des Kanals 50 arbeitet mit den O-Ringen 102 und 110 zusammen, um eine gasdichte Absperrung an den öffnungen 94 bzw. 96 zu bilden. Die Kontermutter 52 ist auf Teil 118 geschraubt, um den Kanal 50 in der gewählten axialen und radialen Lage zu sichern.

Die F i g. 5 und 6 zeigen einen detaillierten Schnitt des Eintrittsendes eines der Gaskanäle 50, das in seiner vordersten Lage fixiert ist, und die detaillierte Stirnansicht desselben, einschließlich des Führungsrohrs 54, das an der Gaskanalkappe 48 anliegt, welche an den Tragkörper 46 durch ein Paar Arretierschrauben 125 angeschraubt ist.

Der innere Durchgang 92 durch die Kappe 48 hindurch schließt das Gewindestück 106 ein, welches mit einem gleichen Gewindestück 118 des Kanals 50 zusammenarbeitet, um eine radiale und axiale Verstellung des Kanals 50 innerhalb vorgeschriebener Grenzen zu erlauben. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Kopf 116 des Kanals 50 an seiner Stirnfläche mit Führungszeichen 124 geätzt, die den jeweiligen radialen Lagen der Gasaustrittsöffnungen 80 entsprechen. Die Verstellung des Kanals 50 wird dadurch bewirkt, daß man einen nicht dargestellten Schlüssel an dem Kopf 116 ansetzt und ihn im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzten Uhrzeigersinn dreht, während man die Führungszeichen 124 als eine Anzeige der radialen Lage der Austrittsöffnungen 80 benutzt und den Gewindeteil 118 als eine Anzeige der axialen Lage der öffnungen 80 in bezug auf den Flammenhalter 58 und die Öffnung 12. Wenn der Kanal 50 in die gewünschte axiale und radiale Lage gebracht worden ist, dann wird ein Schlüssel an der Kontermutter 52 angese'zt, um den Kanal 50 gegen die Kappe 48 zu fixieren. N.an wird erkennen, daß es bekannte Vorrichtungen gib um mechanisch den Kanal 50 in die gewünschte Stellung zu bringen und ihn dort zu fixieren.

Der zulässige Bereich der axialen Verstellung wird durch die Länge des Gewindeteils 118 geregelt; diese hängt ihrerseits von der Tiefe des Durchgangs 92 in bezug auf die Größe und die Anzahl der Eintrittsöffnungen 120 ab. Bei der bevorzugten Ausführungsform z. P. entspricht die maximale axiale Vorwärtsverstellung für den Kanal 50 dem Abstand — entlang der zentralen Achse — zwischen der Umfangsleitkante der vordersten Eintrittsöffnung und der Innenfläche der Vorderwand 122 der Kappe 48 an dem Umfang der öffnung ?4. Die maximale rückwärtige axiale Verstellung entspricht dem Abstand — entlang der zentralen Achse des Kanals — zwischen der Umfangs-Hinterkanie der hinierilen Eintrittsöffnung und der Innenfläche der Rückwand 123 von Kappe 48 an dem Umfang der Öffnung 96. Ein vorderer Anschlag wird dadurch gebildet, daß eine axiale Länge für den Gewindeteil 118 festgelegt wird, dessen Hinterkante bündig mit der Hinterkante der Kontermutter 52 abschließt, wenn der Kanal 50 sich in seiner vordersten oder maximal eingefahrenen Lage befindet Ein rückwärtiger Anschlag wird durch die Schultern 126 und 128 gebildet, die an den jeweiligen Umfangs-Vorderkanten der öffnungen 94 und 96 anliegen, wenn sich der Kanal 50 in seiner hintersten oder maximal ausgefahrenen Lage befindet.

Im Betrieb wird Brenngas unter Druck zu dem Brenner über ein Zuführungsrohr 43 zum Verteiler 40 geleitet, von wo aus es gleichmäßig über acht Nippel 44 verteilt wird, von denen jeder strömungstechnisch mit

einer entsprechenden Kappe verbunden ist, die ihrerseits mit einem Kanal 50 sich verbindet, um Brenngas durch denselben zu leiten zwecks Austritts durch die öffnung 12 entlang eines nach außen auseinandergehenden Wegs in Gegenwart von Verbrennungsluft. Jeder Kanal kann einzeln während des

Brennerbetriebs von der Bedienungsbühne aus verstellt werden, um die radiale und axiale Lage der Austrittsöffnungen 80 und 81 in bezug auf die Brennerkehle 22 und den entsprechenden Flammenhalter 58 zu ändern, wodurch eine Änderung in der Lage des Gaswegs verursacht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brenner mit einem Luftkasten, der über eine öffnung mit einer Brennkammer verbunden ist und durch den mindestens ein Kanal für gasförmigen Brennstoff geführt ist, dessen Austrittsende innerhalb der Öffnung vorgesehen ist und mindestens eine Austrittsöffnung aufweist, aus der der Brennstoff auf einem gegenüber der Mittelachse des Kanals divergierenden Weg austritt, und der verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (50) mit seinem Eintrittsende abgedichtet durch eine mit einem Gasverteiler (40) verbundene Gaskanalkappe (48) hindurchgeführt und während des Betriebes des Brenners axial und radial verstellbar ist und daß das Eintrittsende jedes Kanals (50) mindestens eine öffnung (120) in dem innerhalb der Gaskanalkappe (48) liegenden Teil der Kanalwand für den Eintritt des Brennstoffes aufweist

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Teil des Außenumfanges des Eintrittsendes jedes Kanals (50) ein Gewinde (118) vorgesehen ist, daß die Gaskanalkappe (48) ein hülsenartiges mit einem Innengewinde (106) versehenes Segment aufweist und daß dieses hülsenartige Segment und das Eintrittsende jedes Kanals (50) miteinander verschraubt sind.

3. Brenner nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwischenstück jedes Kanals (50) beweglich in ein gasdicht mit der Gaskanalkappe (48) verbundenes Führungsrohr (54) eingesetzt ist, an dem in der Nähe des Austrittsendes jedes Kanals (50) ein Flammenhalter (58) befestigt ist.

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