DE2524036C2

DE2524036C2 - Brenner für fließfähige Brennstoffe

Info

Publication number: DE2524036C2
Application number: DE2524036A
Authority: DE
Inventors: German 8047 Karlsfeld Kurz; Joachim von Dipl.-Ing. Dr. 8035 Gräfelfing Linde; Robert Von Dipl.-Ing. Linde
Original assignee: CALORIC GESELLSCHAFT fur APPARATEBAU MBH 8032 GRAEFELFING DE
Current assignee: CALORIC GESELLSCHAFT fur APPARATEBAU MBH 8032 GRAEFELFING DE
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1983-05-11
Also published as: DE2524036A1; US4113425A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für fließfähige Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Brenner dieser Art (DE-OS 01 754) erstreckt sich der Ringraum von dem Bereich so der Brennkammer mit dem größten Durchmesser bis zu dem der Brennstoffzufuhr zugewandten Ende der Brennkammer. Die Brennluftzufuhr zu dem Ringraum erfolgt im Bereich des größten Durchmessers der Brennkammer und die gesamte Brennluft strömt durch den Ringraum zu dem die Brennstoffzufuhr aufnehmenden Ende des Brennergehäuses. Dadurch soll eine Kühlung der Brennkammerwand erreicht werden, damit auf besondere hitzebeständige Werkstoffe für die Brennkammerwand verzichtet werden kann. Da jedoch der abgasseitige Kegelstumpf der Brennkammer nicht gekühlt wird, wird dieser von einem feuerfesten Werkstoff gebildet oder mit einem solchen ausgekleidet. Derartige Auskleidungen verteuern den Brenner und haben auf manchen Anwendungsgebieten, beispielsweise bei der Abfallverbrennung, den Nachteil, daß sie durch die bei der Verbrennung entstehenden Salze (Natrium-Verbindungen, Vanadium-Verbindungen) angegriffen werden. Aber auch die Kühlung der Außenfläche der Brennkammer durch die Brennluft ist bei Hochleistungsbrennern mit Leistungen von beispielsweise 100 Mio KcaI/m^J h nicht ausreichend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Brenner der angegebenen Art eine auch für sehr hohe Leistungen ausreichende Kühlung der Brennkammer ohne keramische Werkstoffe mit ihren vorstehend angegebenen Nachteilen zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Ringraum sich über die Gesamtlänge der Brennkammer erstreckt und daß die Wand der Brennkammer mit Durchtrittsöffnungen versehen ist

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird eine Kühlung der Brennkammer sowohl an ihrer Außen- als auch an ihrer Innenfläche erreicht Durch die Durchtrittsöffnungen in der Wand der Brennkammer entsteht eine Senkenströmung, die ein Anlegen kalter Brennluft an der Außenfläche der Brennkammer zur Folge hat Andererseits bildet sich an der Innenwand der Brennkammer ein Luftschleier aus, der einen wirksamen Schutz der Wand der Brennkammer vor den heißen Brenngasen bildet Da die Brennluft aufgrund der tangentialen Einführung in den Ringraum einerseits entlang der Außenfläche und andererseits entlang der Innenfläche der Brennkammer rotierend in Richtung auf das geschlossene Ende des Brennergehäuses strömt wird eine wirkungsvolle Kühlung sichergestellt Durch die Rotation der Luft im Inneren der Brennkammer wird außerdem erreicht, daß die kalte und daher schwerere Luft stets außen, also an der Innenwand der Brennkammer ist Wenn die Luft durch die Erwärmung leichter wird, wird sie durch die nachströmende kalte Luft nach innen gedrückt, so daß an der Innenwand der Brennkammer stets kalte Luft entlangströmt Dadurch wird der Kühleffekt aufrechterhalten. Aufgrund der guten Kühlung der Wand der Brennkammer kann diese verhältnismäßig dünnwandig und aus niedriglegierten Stählen hergestellt werden.

Aus der DE-AS 10 39 785 ist zwar eine Brennkammer bekannt, deren Wand mit Durchtrittsöffnungen zum Einführen von Brennluft in das Innere der Brennkammer versehen ist Aufgrund der zylindrischen Ausbildung der Brennkammer und der radialen Einführung der Brennluft in den die Brennkammer umgebenden Ringspalt hat die Brennluft keine Veranlassung, an der Innen- und der Außenfläche der Brennkammer entlangzuströmen, um die durch den erfindungsgemäßen Vorschlag bewirkte gute Kühlung der Wand der Brennkammer zu erreichen.

Es ist zweckmäßig, wenn die Brennluftzufuhr möglichst nahe des brennraumseitigen Endes des Ringraumes in diesen mündet, so daß die Brennkammer über ihrer ganzen Länge von kühlender Brennluft bestrichen wird. Dabei sind nahe diesem Ende der Brennkammer in deren Wand über den Umfang verteilte Lufteintrittsöffnungen vorzusehen, durch welche die Luft in Richtung auf das offene Ende des Brennergehäuses strömt, womit erreicht wird, daß dieser thermisch besonders hoch beanspruchte Bereich der Brennkammer intensiv gekühlt wird.

Zur Beeinflussung der Rotation der Brennluft in dem Ringraum kann in diesem mindestens ein sich im wesentlichen axial erstreckendes Leitblech vorgesehen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die einen Längsschnitt eines

ölbrenners zeigt.

Der dargestellte Brenner weist ein Brennergehäuse 1 mit einer im wesentlichen zylindrischem Umfangswand 2 auf, das an einem Ende durch eine Stirnwand 3 geschlossen ist und dessen anderes Ende 4 offen ist und mit einer anschließenden, nicht dargestellten Abgasleitung in Verbindung steht. In der Stirnwand 3 ist im Ausführungsbejspiel eine Brennstoffdüse 5 in der Längsmittelachse 6 des Brer.nergehäuses t angeordnet In die Innenfläche 7 der Umfangswand 2 mündet tangential ein Einlaßkanal 8 für die Verbrennungsluft. Im Inneren des Brennergehäuses 1 ist koaxial zur Längsmittelachse 5 eine rohrförmige Brennkammer 9 angeordnet, die mit der Innenfläche 7 der Umfangswand 2 einen Ringraum 10 bildet, der zum offenen Ende 4 des Brennergehäuses t hin durch eine ringförmige Platte 11 abgeschlossen ist

Die Brennkammer 9 hat die Form eines Doppelkegelstumpfes, dessen größter Durchmesser 12 zwischen seinen Enden 13 und 14 liegt Zwischen dem der Brennstoffdüse 5 zugewandten Ende 13 der Brennkammer S und der Umfangswand 2 des Brennergehäuses 1 ist eine Trennwand 15 vorgesehen, die mit Purchtrittsöffnungen 16 versehen ist Die Wand der Brennkammer

9 weist Reihen von Durchtrittsöffnungen 17a, 17Z>, 17c und 17c/ auf, die gleichmäßig über den Umfang der Brennkammer 9 verteilt sind. In die durch die Trennwand 15 gebildete Vorkammer 18 ragt eine Zündelektrode 19 hinein.

Die von einem nicht dargestellten Gebläse geförder- jo te, durch den Einlaßkanal 8 tangential in den Ringraum

10 eintretende Verbrennungsluft strömt schraubenlinienförmig an der Außenfläche der Brennkammer 9 entlang in Richtung auf die Vorkammer 18 und tritt zum einen Teil durch die öffnungen 16 in der Trennwand 15 in die Vorkammer 18 und zum anderen Teil durch die öffnungen 17a, 176, 17c und YJd in das Innere der Brennkammer 9 ein. Die Rotationsbewegung der durch die öffnungen 17a, YJb, 17c und YJd eintretenden Luft bleibt auch im Inneren der Brennkammer 9 teilweise erhalten, so daß sich ein Luftschleier entlang der Innenfläche der Brennkammer 9 bildet Die Größe der Öffnungen 16 und 17 ist so bemessen, daß die durch die öffnungen 16 in die Vorkammer 18 eintretende Luft mit dem durch die Düse 5 zugeführten Brennstoff ein überfettes Brennstoff-Luftgemisch bildet, das sich durch hohe Zünüwilligkeit auszeichnet und daher mittels der Zündelektrode 19 leicht entzündet werden kann. Die Flamme, die sich aufgrund der Rotationsbewegung der durch die öffnungen 16 in die Vorkammer 18 5η eintretenden Luft ebenfalls rotationsförmig in der Brennkammer 9 ausbreitet ermöglicht zunächst noch keine vollständige Verbrennung, da sie mit Luftmangel brennt Es findet jedoch eine Vergasung der noch vorhandenen Brennstofftröpfchen statt und die gewünschte vollständige Verbrennung wird nun im Inneren der Brennkammer 9 mit Hilfe der durch die öffnungen 17a, 17t, 17c und YId zugeführten Luft erreicht. Die Wand der Brennkammer 9 wird vor den heißen Brenngasen durch den vorher erwähnten eo Luftschleier geschützt, der von der durch die öffnungen 17a, YIb, 17c und YJd einströmenden Luft laufend ergänzt wird.

Wie erwähnt, bildet sich durch die rotierende Luftströmung in der Vorkammer 18 eine rotierende μ Wolke eines fetten Brennstoff-Luftgemisches im vorderen Teil, d. h. in dem in der Zeichnung oberen Teil der Brennkammer 9, die /jnächst nicht vollständig verbrennt. Ist diese Rotationsbewegung zu stark, so kann es eintreten, daß Brennstofftröpfchen aufgrund der Zentrifugalwirkung gegen die Wand der Brennkammer 9 geschleudert werden, wodurch die Verbrennung ungünstig beeinflußt wird. Andererseits ist ein Umströmen der Brennkammer 9 mit relativ hoher Geschwindigkeit erwünscht, um eine gute Kühlwirkung zu erreichen. Um die Strömung der Luft in der Vorkammer 18 in Umfangsrichtung zu verringern, kann in dem Ringraum 10 ein axial und radial sich erstreckendes Leitblech 21 vorgesehen werden, das von der Trennwand 15 ausgeht Durch dieses Leitblech 21 wird die Strömung der Luft in Umfangsrichtung gebremst so daß die Rotationsgeschwindigkeit der Gemischwolke verringert wird. Andererseits wird die Umströmung der Wand der Brennkammer 9 durch das Leitblech 21 zumindest in den Bereichen, in denen der größte Wärmeeinfall auftritt nur unwesentlich beeinflußt

Der Lufteintrittskanal 8 ist, wie ersichtlich, nahe dem von der Brennstoffdüse 5 abgewandten Ende des Ringraumes 10 angeordnet, um zu erreichen, daß die Brennkammer 9 über ihre ganze Läwe innen und außen von Luft bestrichen wird. Die letzte Reihe von Durchtrittsöffnungen YId ist ebenfalls nahe diesem Ende des Ringraumes 9 angeordnet um diesen thermisch besonders hoch belasteten Bereich der Wand der Brennkammer 9 ausreichend von innen zu kühlen. Eine verstärkte Zuführung von Luft zu dieser letzten Lochreihe YId kann dadurch erreicht werden, daß im Bereich dieser Löcher YJd ein weiteres radiales Leitblech 22 vorgesehen ist welches sich in axialer Richtung von der Abschlußwand 11 erstreckt. Das Leitblech 22 liegt dem Lufteinlaßkanal 8 und dem ersten Leitblech 21 etwa diametral gegenüber.

Durch die intensive Kühlung der Wand der Brennkammer 9 mittels einer Luftströmung, die sowohl an der Innenfläche als auch an der Außenfläche verläuft braucht die Wand nur eine geringe Dicke zu haben und sie kann aus niedrig legierten Stählen hergestellt werden.

Der die Brennkammer 9 bildende Doppelkegelstumpf ist im Ausführungsbeispiel unsymmetrisch ausgebildet, wobei sein größter Durchmesser 12 näher am brennraumseitigen Ende 14 als am düsensr.itigen Ende 13 liegt. Dadurch wird eine verhältnismäßig plötzliche Einschnürung der Flamme beim Austritt aus dem brennraumseitigen Ende 14 in der Brennkammer 9 erreicht was zu hohen Ausströmgeschwindigkeiten führt, wie sie bei Hochgeschwindigkeits- oder Impulsbrennern erwünscht sind. Gleichzeitig ergibt sich eine kurze Verweilzeit in der Brennkammer 9, wodurch die Bildung von Stickoxyden verringert wird.

Die Anzahl, Größe und Anordnung der Durchtrittsöffnung^ 16 und 17 hängt von der Größe des Brenners, von dem verwendeten Brennstoff und gegebenenfalls auch vom Anwendungsbereich des Brennens ab.

Zur Veränderung der Lufteintrittsgescliwindigkeit kann in dem Lufteinlaßkanal 8 ein in der Zeichnung schematisch angedeuteter Einsatz 24 angeordnef werden, der ei".e entsprechend der gewünschten Luftgeschwindigkeit ausgelegte Durchtrittsöffnung 25 aufweist. Dadurch läßt sich ein und derselbe Brenner verschiedenen Anwendungs- und Leistdngsbereichen anpassen.

Die Abschlußplatte 11 kann aus Keramik bestehen oder von einem gekühlten metallischen Körper gebildet werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausfüh-

rungsbeispiel beschränkt Insbesondere läßt sich die Erfindung auch auf einen Brenner für gasförmige Brennstoffe anwenden, wobei anstelle der Zerstäuberdüse 3 eine bei Gasbrennern übliche gelochte Verteilerplatte verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

PatentansprOcbe;

1. Brenner für fließfähige Brennstoffe mit einem im wesentlichen zylindrischen Brennergehäuse, das ein offenes und geschlossenes Ende aufweist und mit seinem offenen Ende an eine Abgasleitung anschließbar ist, wobei in dem geschlossenen Ende eine in der Längsmittelachse des Brennergehäuses angeordnete Brennstoffzufuhr und in der Umfangswand eine Brennluftzufuhr vorgesehen ist und das Brennergehäuse eine koaxial angeordnete Brennkammer, die die Form eines Doppelkegelstumpfes hat, dessen größter Durchmesser zwischen seinen Enden liegt, enthält, die mit der Innenfläche der μ Umfangswand des Brennergehäuses einen zum offenen Ende des Brennergehäuses hin geschlossenen Ringraum bildet, wobei zwischen dem der Brennstoffzufuhr zugewandten Ende der Brennkammer und der Umfangswand des Brennergehäuses eine mit Durchtrittsöffnungen versehene Trennwand vorgesehen ist und die Brennluftzufuhr etwa tangential in den Ringraum zwischen der Brennkammer und der Umfangswand des Brennergehäuses mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der 2s Ringraum (10) sich über die Gesamtlänge der Brennkammer (9) erstreckt und daß die Wand der Brennkammer (9) mit Durchtrittsöffnungen (17a, 176,17c; Md) versehen ist

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennluftzufuhr (8) nahe dem brennraumseitigen Ende des Ringraumes (10) in diesen mündet und daß :>ahe diesem Ende der Brennkammer (9) taer den Umfang verteilte Lufteintrittsöffnungen (\7d)ir. deren Wand vorgesehen sind.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum (10) mindestens ein sich im wesentlichen axial erstreckendes Leitblech (21,22) vorgesehen ist.