DE2541991B2

DE2541991B2 - Brenner

Info

Publication number: DE2541991B2
Application number: DE19752541991
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1975-09-20
Filing date: 1975-09-20
Publication date: 1978-02-09
Also published as: CA1069692A; NL7610337A; JPS5239837A; DE2541991A1; DE2541991C3; SE7610032L; SE424364B; FR2324989A1; ES451095A1; BE846372A; IT1073415B; GB1564434A; FR2324989B1; ZA765631B; US4086052A

Description

Die Erfindung betrifft Brenner, insbesondere keramische Brenner für den Brennschacht von Winderhitzern, mit zur Brennerachse konzentrischen Zufuhrräumen für die Verbrennungsmedien Luft und Brenngas und mit einer wenigstens in einer Etage vorgesehenen Verbindung zwischen den Zufuhrräumen in deren Mündungsbereich.

Ein derartiger Brenner für Winderhitzer ist beispielsweise aus dem Aufsatz »Ceramic burners for blast furnace stoves« der Zeitschrift »Iron and Steel Engineer« März 1974, Seiten 41 bis 44 bekannt.

hi Besonders bei großen Abmessungen und entsprechend großvolumiger Beaufschlagung des Brenners durch die Verbrennungsmedien ist der Mischvorgang von Brennluft und Brenngas schwierig zu beherrschen, zumal Schwankungen in der Brennerbelastung, hervorgerufen durch im Heizwert unterschiedliche Brenngasangebote, kaum zu vermeiden sind. Eine mangelhafte Vermischung als Vorstufe für die Verbrennung führt wiederum zu einem ungleichmäßigen Verbrennungsablauf. Es entsteht eine unruhig brennende Flamme, die vornehmlich den Brennschacht über das übliche Maß hinaus belastet. Bei völlig ungenügender Vermischung geht die Verbrennung unter sich stetig wiederholenden explosionsartigen Zündungen mit deutlichen Druckamplituden und Schwingungszeiten vonstatten. Der Brenner pulsiert merklich. Solche Pulsationen pflanzen sich auf Teile, beispielsweise auf Rohrleitungssysteme der Winderhitzeranlage fort und können erhebliche Beschädigungen hervorrufen.

In der DT-OS 15 51 828 ist ein Winderhitzerbrenner

jo enthalten, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsrichtungen von Luft und Brenngas so regelbar beherrscht werden sollen, daß eine weitgehende Mischwirkung gewährleistet ist. Die Regelung erfolgt mit Hilfe eines in Höhenrichtung verstellbaren

J5 Innenkonus, der den Strom des zentrischen Brennerraumes ringförmig aufweitet und in den ebenfalls ringförmigen Strom des äußeren Brennerraumes einleitet. Zumindest eine Vermischung und Verteilung von Luft und Brenngas über den gesamten Querschnitt des Brennschachtes an der Mündung von großräumigen Winderhitzerbrennern zwecks ausgewogener Flammenbildung ergibt sich dabei nicht.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, an einem Brenner der eingangs genannten Art den Mischeffekt, insbesondere an großräumigen Brennern, unter normalen betriebsbedingten Belastungsschwankungen und Brenngasänderungen zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Zentrum des Brenners ein

^r>o scheibenartiger, einen Kranz von Durchlässen aufweisender Mischkörper in Strömungsrichtung hinter einer Verbindung der Zufuhrräume vorgesehen ist. Eine derartige Ausbildung und Anordnung des Mischkörpers bewirkt hinter dem Körper ein Gebiet vergleichmäßigter Strömungsgeschwindigkeiten und eine intensive Vermischung von Luft und Brenngas, so daß ein ruhiger Verbrennungsablauf gesichert ist und störende Pulsationen vermieden werden.

Bei Brennern, die in zwei Etagen angeordnete

bo Verbindungen der Zufuhrräume aufweisen, ist der Mischkörper in Höhe der zweiten Verbindung vorgesehen. Dort wird er maximal wirksam.

Vorteilhaft deckt der Mischkörper 0,25 bis 0,4 der Querschnittsfläche des zentrischen Zufuhrraumes ab,

ii5 während die Gesamtquerschnittsfläche der Durchlässe des Mischkörpers 0,1 bis 0,3 seiner Projektionsfläche beträgt. Diese Flächenverhältnisse ergeben auch bei unterschiedlicher Brennerbelastung ausgezeichnete

Vermischungswerte vorzugsweise in Verbindung mit den weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen, nach denen die Durchlässe auf einem Lochkreis mit in Strömungsrichtung räumlich auseinanderlaufenden, gleichartig in Umfangsrichtung bis 20' geneigten > Mittelachsen angeordnet sind, die Höhe der Durchlässe 2,5 bis 4 ihres Durchlaßdurchmessers und der Durchmesser des Lochkreises 0,5 bis 0,7 des Außendurchmessers des Mischkörpers beträgt.

Was die nähere Ausbildung des Mischkörpers ι υ anbetrifft, so weist dieser erfindungsgemäß eine konvexe obere und eine ebene untere Fläche auf. Hierbei bewirkt die ebene Fläche einen Stau der aufsteigenden Medien und damit eine Durchströmung der Mischkörperdurchlässe mit gleichen Mengenantei- ίο len, indessen die konvexe Fläche den Aufbau gleicher Strömungsgeschwindigkeiten begünstigt.

Bezüglich der Anordnung des Mischkörpers, der vorzugsweise aus keramischem Material und einer metallischen Grundplatte besteht, wird gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung bei Anwendung in Winderhitzern vorgeschlagen, daß der Körper von mehreren von der Wand des zentrischen Zufuhrraumes zur Mittelachse des Brenners gerichteten Mauerwerkskon solen mittel- oder unmittelbar eingebunden getragen ist. Vorzugsweise sind drei Mauerwerkskonsolen vorgesehen, die den zentrischen Zufuhrraum in drei gleichartige Längsräume mit kreisausschnittsförmigem Querschnitt unterteilen, was den zusätzlichen Vorteil einer Vergleichmäßigung des Mediumstromes bringt. jo

In manchen Fällen, hauptsächlich bei nachträglichem Einbau des Mischkörpers in einen bereits vorhandenen Winderhitzerbrenner ist es günstig, den Mischkörper auf einer Stahlsäule anzuordnen, die in der Längsmittelachse des Brenners mittels Quer- und Bodenankern y. gehalten ist. Dadurch wird in einfacher Weise die Montage des Mischkörpers auch bei nur verhältnismäßig kurzzeitiger Außerbetriebnahme des Winderhitzers möglich.

Bei der Anordnung des Mischkörpers av.f einer Stahlsäule schlägt die Erfindung vor, den Mischkörper mit einer Düsenplatte und die Stahlsäule mit Zuführungsrohren für die Verbrennungsmedien eines Anfahrbzw. Pilotbrenners zu versehen, dessen Gestaltung somit entscheidend erleichtert wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand von aus der Zeichnung ersichtlichen Ausführungsbeispielen erläutert.

F i g. 1 zeigt einen im Brennschachtfuß eines Winderhitzers angeordneten mit einem Mischkörper ausgerü- steten neuen keramischen Brenner im Längsschnitt,

Fig.2 die Draufsicht auf den zentrischen Teil der Fig. 1,

Fig. 3 den Mischkörper des Brenners nach Fig. 1 und 2 im Längsschnitt und größeren Maßstab und

F i g, 4 die Draufsicht zu F i g. 3,

Fig.5 und 6 sowie 7 veranschaulichen weitere Brennerausführungen in ähnlicher Darstellungsweise wie in F i g. 1 und 2,

F i g. 8 die Mischkörperanordnung des Brenners nach w> F i g. 7 in geschnittener, vergrößerter Darstellung, während

Fig.9 das Detail A nach Fig.8 in noch größerem Maßstab wiedergibt.

In F i g. 1 und 2 ist mit 1 der Brennschacht eines tr> Winderhitzers bezeichnet, der von einem feuerfesten Mauerwerk 2 und einem dieses umgebenden Blechman tel 3 gebildet wird. Im Fuß des Brennschachtes 1 ist ein Brenner aus feuerfestem Material angeordnet mit einem zur Brennschachlachse zentrischen Zufuhrraum 4 und einem durch eine Ringwand 5 vom Raum 4 getrennten, ringförmigen Zufuhrraum 6, der außen vom Mauerwerk 2 des Brennschachtes 1 begrenzt ist. Beide Räume 4 und 6 haben je einen quer zu ihrer Längsachse gerichteten Zuleitungskanal 7 und 8 für die Verbrennungsmedien. Der Zuleitungskanal 7 des zentrischen Zufuhrraumes 4 ist am Boden des Brennschachtes 1 verlegt, während der zum ringförmigen Zufuhrraum fi gehörende Zuleitungskanal 8 oberhalb des Zuleitungskanals 7 liegt. Jeder Zufuhrraum 4 und 6 weist eine .Staublende 9 und 10 in Form von Mauerwerksvorsprüngen auf. Hiervon ist die Blende 9 des zemrischen Zufuhrraumes 4 als erste Verbindung 11 zwischen dem Raum 6 und dem Raum 4 ausgebildet. Oberhalb der Staubiende 10 des Raumes 6 befindet sich eine zweite Verbindung 12, der sich die bis zur Wand des Brennschachtes 1 erweiterte Brennermündung 13 anschließt.

Im Höhenbereich der Verbindung 12 ist in der Längsmittelachse des Brenners ein Mischkörper 15 auf dem Säulenstumpf 16 angeordnet, der seinerseits von Mauerwerkskonsolen 17 getragen wird, die von der Wand des zentrischen Zufuhrraumes 4 weg bis zur Längsmittelachse des Brenners führen. Es sind drei sternförmig eingebaute Mauerwerkskonsolen 17 vorgesehen, die den Zufuhrraum 4 in drei gleichartige Führungsabteile 4' unterteilen.

Wie insbesondere aus F i g. 3 und 4 ersichtlich, hat der Mischkörper 15 die Form einer runden Scheibe mit konvexer Dachfläche 18 und einer ebenen Grundfläche 19. Er besteht aus einer metallischen Grundplatte 20 und einem feuerfesten Aufbau 21 und ist mit acht auf einem Lochkreis 23 angeordneten Durchlässen 22 ausgerüstet, die konisch auseinanderstrebend und nach einer Lochkreisrichtung hin geneigt angeordnet sind, wobei Konizität zur Längsmittelachse und der Lochkreis-Neigungswinkel zwischen zehn und zwrrzig Winkelgrade betragen.

Der Brenner funktioniert folgendermaßen:

Das Brenngas stiömt über den Zuleitungskanal 7 dem zentrischen Zufuhrraum 4 und die Brennluft über den Zuleitungskanal 8 dem ringförmigen Zufuhrraum 6 zu. Beim Aufsteigen im zentrischen Zufuhrraum 4 wird das Brenngas an den Mauerwerkskonsolen 17 strömungstechnisch gleichgerichtet und an der Staublende 9 in gleichmäßiger Dichte auf den Strömungsquerschnitt verteilt. Desgleichen erfährt der Luftstrom im ringförmigen Zufuhrraum 6 an der Staublende 10 eine gleichmäßige Verteilung und Verdichtung auf den Strömungsquerschnitt, so daß die erste Verbindung 11 von Luft und Brenngas mit einer Teilmenge Luft, die aus dem Zufuhrraum 6 durch die Verbindung 11 überströmt, mit gleichmäßiger Beaufschlagung erfolgt.

Das an der ersten Verbindung 11 erzeugte Gemisch passiert beim Aufwärtsströmen den Stauwirkung ausübenden Mischkörper 15, und zwar strömt eine Teilmenge umfangsseitig vorbei, die restliche Teilmenge durch die Durchlässe 22. Hierbei \vird dem umfangsseitigen Ringstrom des Mischkörpers 15 der aus der Staublende 10 kommende Verbrennungsluftrest über die zweite Verbindung 12 zugemischt, wogegen die rest!^;che Mischgasmenge in den Durchlässen 22 als auseinanderstrebender Ringstrahlfächer aufgebaut wird, der sich infolge seiner Drallkomponeni? innig mit dem zwischen dem Mischkörper 15 und der Verbindung 12 erzeugten Gemisch zu einem homogenen, über den Querschnitt der Brennermündurig gleichmäßig verteil-

ten Gemischstrom vermengt.

In Fig.5 und 6 ist eine Brennerausführung gezeigt, bei der in Abänderung zum Brenner nach F i g. 1 und 2 der Mischkörper 25 direkt in die Mauerwerkskonsolen 26 eingebunden ist, wobei zwischen den Konsolen je zwei Durchlässe 27 im Mischkörper 25 vorgesehen sind.

Bei der dritten Brennerausführung nach Fig. 7 wird der Mischkörper 30 von einer in der Längsmittelachse des Brenners angeordneten Stahlsäule 31 getragen. Zum Festhalten der Säule 31, die durch den Boden des Brennschachtes 1 nach außen geführt ist, sind Queranker 32 bis 34 verwendet, ferner ist im Bodenbereich des Brennschachtes ein Bodenanker 35 und außerhalb des Brennschachtes am Blechmantel 3 eine Flanschverbindung 36 vorgesehen. Der obere Queranker 32 ist durch die Verbindung 11 hindurchgeführt und hat sein Widerlager an der Brennschachtwand 2, während sich die Anker 33 und 34 an der Wand des zentrischen Zufuhrraumes 4 abstützen.

Gemäß F i g. 8 und 9 sind der Mischkörper 37 und die Stahlsäule 38 als Pilot- bzw. Anfahrbrenner ausgebildet. Hierzu dient als Säule 38 ein Doppelrohr, durch dessen inneres Rohr 39 der Brennstoff und durch dessen Ringraum 40 innerhalb des äußeren Rohres 41 die Brennluft zugeführt wird. Beide Rohre 39 und 41 haben Staublenden 42 und 43 und münden in eine zentrisch im Mischkörper 37 vorgesehene Mischkammer 44, die zum Brennschacht hin von einer der oberen Fläche des Mischkörpers 37 angepaßten Düsenplatte 45 verschlossen wird. Die Platte 45 ist in den Mischkörper 37 eingelassen und mittels Dübelschrauben 46 befestigt (F ig. 9).

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner, insbesondere keramischer Bienner für den Brennschacht von Winderhitzern, mit zur Brennerachse konzentrischen Zufuhrräumen für die Verbrennungsmedien Luft und Brenngas und mit einer wenigstens in einer Etage vorgesehenen Verbindung zwischen den Zufuhrräumen in deren Mündungsbereich, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des Brenners ein scheibenartiger, einen Kranz von Durchlässen (22,27) aufweisender Mischkörper (15, 25, 30) in Strömungsrichtung hinter einer Verbindung (11) der Zufuhrräume (4, 6) vorgesehen ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei in zwei Etagen angeordneten Verbindungen (11 und 12) der Zufuhrräume (4,6) der Mischkörper (15, 25, 30) in Höhe der zweiten Verbindung (12) vorgesehen ist.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (15,25,30) 0,25 bis 0,4 der Querschnittsfläche des zentrischen Zufuhrraumes (4) abdeckt und die Gesamtquerschnittsfläche der Durchlässe (22, 27) des Mischkörpers 0,1 bis 0,3 seiner Projektionsfläche beträgt.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe (22,27) auf einem Lochkreis (23) mit in Strömungsrichtung räumlich auseinanderlaufenden, gleichartig in Umfangsrichtung bis 20° geneigten Mittelachsen angeordnet sind.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Durchlässe (22,27) 2,5 bis 4 ihres Durchlaßdurchmessers und der Durchmesser des Lochkreises (23) 0,5 bis 0,7 des Außendurchmessers des Mischkörpers (15,25,30) beträgt.

6. Brenner nach der Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (15, 25, 30) eine konvexe obere Fläche (18) und eine ebene untere Fläche (19) aufweist.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (15, 25, 30) aus keramischem Material und einer metallischen Grundplatte (20) besteht.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausbildung als keramischer Brenner für den Brennschacht von Winderhitzern der Mischkörper (15,25) von mehreren, vorzugsweise drei von der Wand des zentrischen Zufuhrraumes (4) zur Mittelachse des Brenners gerichteten Mauerwerkskonsolen (17, 26) mittel- oder unmittelbar eingebunden getragen ist.

9. Kemeramischer Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausbildung als keramischer Brenner für den Brennschacht von Winderhitzern der Mischkörper (30) auf einer Stahlsäule (31) angeordnet ist, die in der Längsmittelachse des Brenners mittels Ankern (32 bis 35) gehalten ist.

10. Brenner nach Anspruchs), dadurch gekennzeichnet, daß der Mischkörper (37) eine Düsenplatte (45) und die Stahlsäule (38) Zuführungsrohre (39,40) für die Verbrennungsmedien eines Pilotbrenners aufweist.