DE2724937C3

DE2724937C3 - Burner head for exhaust air containing flammable substances

Info

Publication number: DE2724937C3
Application number: DE19772724937
Authority: DE
Inventors: Hilmar 5672 Leichlingen Vits
Original assignee: Vits Maschinenbau GmbH
Current assignee: Vits Maschinenbau GmbH
Priority date: 1977-06-02
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2724937B2; DE2724937A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf für brennbare Stoffe enthaltende Abluft, bestehend aus einem trichterförmigen Gehäuse, in dessen unterem Bereich sich Gasauslässe und in dessen daran anschließenden Begrenzungswänden in aufeinanderfolgenden Ebenen sich symmetrisch zueinander angeordnete Durchtrittsöffnungen für Abluft befinden.The invention relates to a burner head for exhaust air containing combustible substances, consisting of a funnel-shaped housing, in the lower area of which there are gas outlets and in its adjoining Boundary walls in successive planes are symmetrically arranged through openings for exhaust air.

Bei einem bekannten derartigen Brennerkopf mit getrennten Zuführungen für Gas und Luft (FR-PS 78 661) bilden die Begrenzungswände mit dem Boden des Brenners einen Kegelstumpf. Im Boden des Brenners sind die als ringförmige Schlitze ausgebildeten Gaseinlässe koaxial zueinander angeordnet, während in der daran anschließenden kegeligen Begrenzungswand in verschiedenen Ebenen jeweils kranzförmig verteilt angeordnete Durchtrittsöffnungen für die Luft vorgesehen sind. Die Anzahl der Durchtrittsöffnungen in jeder Ebene ist gleich. Auch ist in jeder Ebene der Austrittsquerschnitt der Durchtrittsöffnungen gleich.In a known such burner head with separate inlets for gas and air (FR-PS 78 661) the boundary walls form a truncated cone with the bottom of the burner. In the bottom of the Burner, the gas inlets formed as annular slots are arranged coaxially to one another, while in the adjoining conical boundary wall distributed in a ring in different levels arranged passage openings are provided for the air. The number of passage openings in each Level is the same. The exit cross-section of the passage openings is also the same in every plane.

Aufgrund dieser Anordnung der Durchtrittsöffnungen in der Begrenzungswand kreuzen sich die Austrittsrichtungen sämtlicher Durchtrittsoffniingen für die Luft auf der zentralen Gehäuseachse. Der Bereich um die Gehäuseachse ist vom Volumen her so begrenzt, daß er die mit wachsendem Abstand von der kegeligen Gehäusespitze zuströmenden Luftstrahlen immer weniger aufnehmen kann, so daß sie nach außen abgedrängt werden. Wegen dieser unvollkommenen Vermischung ist ein solcher Brenner nicht zum Einsatz von brennbare Stoffe enthaltender Abluft geeignet (FR-PS 12 78 661).Due to this arrangement of the passage openings in the boundary wall, the intersect Exit directions of all passage openings for the air on the central housing axis. The area around the housing axis is limited in terms of volume so that that he less and less the air jets flowing in from the conical housing tip with increasing distance can accommodate so that they are pushed to the outside. Because of this imperfect intermingling such a burner is not suitable for the use of exhaust air containing flammable substances (FR-PS 12 78 661).

Bei der thermischen Nachverbrennung kommt es aber nicht nur darauf an, daß durch intensive Mischung der Verbrennungfgase mit der zu verbrennenden Abluft die Abluft auf Reaktionstemperatur erhitzt wird, sondern es muß auch gewährleistet sein, daß die den Brennraum verlassende Abluft eine für nachgeschaltete Wärmetauscher unbedenkliche Temperatur (z. B. max. 800⁰C) hat Diese Forderung ist dann schwierig zu erfüllen, wenn die Exotherme der zugeführten Abluft besonders hoch istIn the case of thermal post-combustion, it is not only important that the exhaust air is heated to the reaction temperature through intensive mixing of the combustion gases with the exhaust air to be burned, but it must also be ensured that the exhaust air leaving the combustion chamber is at a safe temperature for downstream heat exchangers ( e.g. max. 800 ^° C.) This requirement is difficult to meet if the exotherm of the exhaust air supplied is particularly high

Ferner ist ein Brennerkopf bekannt (FR-PS 23 17 593), der an seiner Stirnseite auf verschiedenen konzentrischen Kreisen Austrittsöffnungen für über konzentrische Kanäle zugeführten Brennstoff aufweist. In einem mittleren Kreis sind die Austrittsöffnungen in derart schräggestellten, sektorartigen Begrenzungswänden angeordnet, daß die austretenden Strahlen sich in der Achse des Brennerkopfes unter Bildung eines Drahllstrahles treffen.Furthermore, a burner head is known (FR-PS 23 17 593), which on its end face on different having concentric circles outlet openings for fuel supplied via concentric channels. In a central circle, the outlet openings are arranged in sector-like boundary walls that are inclined in such a way that the exiting jets spread out hit in the axis of the burner head with the formation of a Drahllstrahles.

Ferner ist ein trichterförmig sich öffnender Brennerkopf bekannt (GB-PS 13 04 794), in dessen trichterförmiger Wand Austrittsöffnungen verschiedener Größe sich befinden.Furthermore, a funnel-shaped opening burner head is known (GB-PS 13 04 794), in its funnel-shaped Wall outlet openings of various sizes are located.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brennerkopf für die thermische Nachverbrennung von Abluft zu schaffen, der eine vollständige Verbrennung der in der Abluft enthaltenen Schadstoffe gewährleistet und bei dem die den Brennraum verlassende Abluft eine für nachgeschaltete Einrichtungen, wie Wärmetauscher,The invention is based on the object of a burner head for the thermal afterburning of To create exhaust air that ensures complete combustion of the pollutants contained in the exhaust air and in which the exhaust air leaving the combustion chamber is used for downstream devices such as heat exchangers,

' unbedenkliche Temperatur hat.'has a safe temperature.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Brennerkopf der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Durchtrittsöffnunger. für die Abluft in jeder Ebene einen Satz bilden, der mindestens zwei Paar Durchtrittsöffnungen umfaßt, wobei die Austrittsrichtungen der Durchtrittsöffnungen eines jeden Paares sich außerhalb der zentralen Gehäuseachse kreuzen und die Austrittsrichtung einer jeden Durchtrittsöffnung zwischen den Austrittsrichtungen der benachbarten Durch-¹' trittsöffnungen in der nächst tieferen und der nächst höheren Ebene liegt, und daß die Durchtrittsöffnungen eines jeden Satzes den gleichen Querschnitt und von Satz zu Satz mit zunehmender Nähe zur Spitze des trichterförmigen Gehäuses einen kleineren Querschnitt ^h" haben.This object is achieved according to the invention with a burner head of the type mentioned at the outset in that the passage openings. form a set for the exhaust air in each level comprising at least two pairs of through openings, the outlet directions of the openings of each pair intersect outside the central housing axis and the exit direction of each passage opening between the outlet directions of the adjacent transit ¹ 'through openings in the next lower and the next higher level, and that the passage openings of each set have the same cross-section and from set to set with increasing proximity to the tip of the funnel-shaped housing have a smaller cross-section ^h ".

Die erfindungsgemäße Anordnung der Durchtrittsöffnungen für die Abluft gewährleistet, daß sich die in Stufen zugeführte Abluft mit der bereits verbrannten Abluft innig mischt, denn die durch die aufeinandertreffenden Luftstrahlen in einer Ebene gebildeten im Querschnitt mondförmigen Wirbelzonen nehmen das Volumen der darunterliegenden entsprechenden Wirbelzonen auf. Da das Volumen der zugeführten AbluftThe inventive arrangement of the passage openings for the exhaust air ensures that the in Exhaust air supplied to the stages mixes intimately with the exhaust air that has already been burned, because that caused by the clashing Air jets in a plane formed in cross-section moon-shaped vortex zones take this Volume of the underlying corresponding vertebral zones. Because the volume of the exhaust air supplied

von Stufe zu Stufe vergrößert wird, wird trotz eines sehr sparsamen Einsatzes von Gas durch sofortige Ausnutzung der Exotherme der stufenweise zugeführten Abluft in jeder Stufe eine Reaktionstemperatur erreicht, in der trotz des stufenweisen Temperaturabfalles die Schadstoffe der Abluft vollständig verbrannt werden. Diese vollständige Verbrennung findet auch bei schwankender Zufuhr von Abluft statt, denn die Abluft teilt sich in den einzelnen Stufen selbsttätig auf. Trotz der Ausnutzung der Exotherme der Abluft fällt infolge der stufenweisen Beimischung der Abluft die Brennraumtemperatur bis auf einen Wert in der oberen Ebene ab, die für die vollständige Verbrennung noch ausreicht, für die nachgeschalteten Einrichtungen, wie Wärmetauscher, aber unkritisch 1stis increased from level to level, becomes very much in spite of one thing economical use of gas through immediate utilization of the exotherm of the gradually supplied exhaust air A reaction temperature is reached in each stage in which the pollutants are removed despite the gradual drop in temperature the exhaust air can be completely burned. This complete combustion takes place even with fluctuating Supply of exhaust air instead, because the exhaust air divides automatically in the individual stages. Despite the exploitation the exotherm of the exhaust air falls as a result of the gradual When the exhaust air is mixed in, the combustion chamber temperature is reduced to a value in the upper level that is necessary for the complete combustion is still sufficient for the downstream equipment, such as heat exchangers, but uncritical 1st

Vorzugsweise verkleinert sich der Querschnitt von Ebene zu Ebene um den Faktor 0,25 bis 0,75, insbesondere 0,5, wobei die Zahl der Paare der Durchtrittsöffnungen in allen Ebenen gleich ist Bei einer solchen Ausgestaltung ergibt sich eine optimale Durchmischung der Abluft mit den Verbrennungsgasen in den einzelnen Stufen.The cross-section is preferably reduced from level to level by a factor of 0.25 to 0.75, in particular 0.5, the number of pairs of passage openings being the same in all planes Bei Such a configuration results in an optimal mixing of the exhaust air with the combustion gases in the individual stages.

Die geometrische Zuordnung der einzelnen Paare von Durchtrittsöffnungen läßt sich auf einfache Weise dadurch verwirklichen, daß die Begrenzungswände, in denen die Durchtrittsöffnungen angeordnet sind, eine vierseitige Pyramide bilden.The geometric assignment of the individual pairs of passage openings can be done in a simple manner thereby realize that the boundary walls in which the passage openings are arranged, a Form a four-sided pyramid.

Um das Gehäuse im unteren Bereich, also an der Pyramidenspitze, wo die Gaszuführungen münden, vor Überhitzung zu schützen, können in den Begrenzungswänden, insbesondere auf den Seitenkanten ein^-r die die vierseitige Pyramide bildenden Begrenzungswände durchdringenden vierseitigen Pyramide Durchtrittsöffnungen vorgesehen sein, deren Austrittsrichtungen auf die Spitze des trichterförmigen Gehäuses gerichtet sind.Around the housing in the lower area, i.e. at the top of the pyramid, where the gas supply lines open out To protect overheating, can be in the boundary walls, especially on the side edges a ^ -r the the four-sided pyramid forming boundary walls penetrating four-sided pyramid through openings be provided, the exit directions of which are directed towards the tip of the funnel-shaped housing.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigtIn the following, the invention is explained in more detail with reference to a drawing showing an exemplary embodiment explained. In detail shows

F i g. 1 ein·: Vorrichtung zum Verbrennen von brennbare Stoffe enthaltender Abluft in Seitenansicht in schematischer Darstellung,F i g. 1 a ·: device for burning exhaust air containing combustible substances in a side view in a schematic representation,

F i g. 2 die Vorrichtung gemäß F i g. 1 in Aufsicht,F i g. 2 shows the device according to FIG. 1 under supervision,

F i g. 3 jeweils zwei Paare von Luftstrahlen in übereinander liegenden Ebenen undF i g. 3 two pairs of air jets each in superimposed planes and

F i g. 4 ein Schema der stufenweisen Zuführung von Abluft.F i g. 4 a scheme of the gradual supply of exhaust air.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung zum Verbrennen von Abluft hat ein Gehäuse 1 mit der Grundform eines Trichters. Die Begrenzungswände werden von zwei gleichen, um 45° zueinander verdrehten, sich gegenseitig durchdringenden vierseitigen Pyramiden gebildet.The in the F i g. 1 and 2 shown device for burning exhaust air has a housing 1 with the Basic shape of a funnel. The boundary walls are made of two equal, at 45 ° to each other twisted, interpenetrating quadrilateral pyramids formed.

In den Begrenzungswänden 2 bis 9 der einen Pyramide sind Durchtrittsöffnungen 10 bis 21 für die Abluft angeordnet, von denen aus Übersichtlichkeitsgründen nur ό ie der drei oberen Sätze beziffert sind. In the boundary walls 2 to 9 of one pyramid, passage openings 10 to 21 are arranged for the exhaust air, of which only ό ie the three sentences above are numbered for reasons of clarity.

Von den Durchtrittsöffnungen des oberen Satzes bilden die Durchtrittsöffnungen 10, 11 ein Paar und die Durchtrittsöffnungen 12, 13 ein anderes Paar. Diese Zuordnung ist aus Fig.2 an den aufeinander zu gerichteten Pfeilen für die Austrittsrichtungen zu erkennen. Damit wird angedeutet, daß die Luftstrahlen desselben Paares von Durchtrittsöffnungen sich kreuzen. Wie die Zeichnung ferner zeigt, sind die benachbarten Durchtrittsöffnungen mit parallelen Strahlrichtungen auf demselben radialen Strahl nahe den Seitenkanten der Pyramide angeordnet. Etwa auf halber Höhe der Seitenkanten der anderen, um 45° verdrehten Pyramide mit den Seiten 22 bis 29 befinden sich jeweils eine taschenförmige Durchtrittsöffnung 30 bis 33, deren Austrittsrichtung auf die Spitze des trichterförmigen Gehäuses 1 gerichtet istOf the passage openings of the upper set, the passage openings 10, 11 form a pair and the Passages 12, 13 a different pair. This assignment is from Fig.2 to each other directed arrows to recognize the exit directions. This indicates that the air jets of the same pair of passage openings cross each other. As the drawing also shows, the adjacent passage openings with parallel beam directions on the same radial beam close arranged on the side edges of the pyramid. About halfway up the side edges of the others, at 45 ° In the twisted pyramid with the sides 22 to 29 there is a pocket-shaped passage opening 30 in each case to 33, the exit direction of which is directed towards the tip of the funnel-shaped housing 1

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind im spitzen Bereich des trichterförmigen Gehäuses 1 Gasauslässe 33, 34 vorgesehen. Ferner sind im Bereich der zweiten Pyramide 22 bis 29 auf deren Seitenkanten im unteren Bereich weitere Gasauslässe 36 bis 39 vorgesehen. Die Gasauslässe 33 bis 39 werden über eine Kammer 40 gespeistAs shown in FIG. 1, there are gas outlets 33, 34 in the pointed region of the funnel-shaped housing 1 intended. Furthermore, in the area of the second pyramid 22 to 29 are on the side edges in the lower Further gas outlets 36 to 39 are provided in the area. The gas outlets 33 to 39 are connected via a chamber 40 fed

Das trichterförmige Gehäuse 1 ist im Strom der Abluft die einem nur strichpunktieit angedeuteten Gehäuse 41 zuführt wird, angeordnet, so daß sie, wie durch die Pfeile angedeutet, die Rückseite des Gehäuses 1 beaufschlagt und durch die Durchtrittsöffnungen 10 bis 21 in das den Brennraum bildende Gehäuseinnere eindringt.The funnel-shaped housing 1 is only indicated by dash-dotted lines in the flow of exhaust air Housing 41 is supplied, arranged so that, as indicated by the arrows, the rear of the housing 1 is applied and through the passage openings 10 to 21 into the interior of the housing forming the combustion chamber penetrates.

Entsprechend F i g. 3 treffen die aus den in der oberen Ebene angeordneten Durchtrittsöffnungen 10, 11 einerseits und 12, 13 andererseits austretenden Luftstrahlen aufeinander und verwirbeln sich dabei in den Räumen 42, 43, die um 90° versetzt zu den entsprechenden Räumen 44, 45 liegen, die von den Luftstrahlen der darunter liegenden Durchtrittsöffnungen 14 bis 17 gebildet werden. Damit jeweils die Strahlen eines Paares aufeinander treffen können, liegen ihre Strahlrichtungen zwischen den Strahlrichtungen der benachbarten Luftdüse der nächsthöheren und nächstniederen Ebene:According to FIG. 3 meet the passage openings 10, 11 arranged in the upper plane on the one hand and 12, 13 on the other hand exiting air jets on each other and swirl in the process Spaces 42, 43, which are offset by 90 ° to the corresponding spaces 44, 45, which are of the Air jets of the underlying passage openings 14 to 17 are formed. So that each Beams of a pair can meet, their beam directions lie between the beam directions the adjacent air nozzle of the next higher and next lower level:

In F i g. 4 ist schematisch die Wirkung dieser aus den Durchtrittsöffnungen 10 bis 17 austretenden Abluft dargestellt. In der unteren Stufe nahe der Gehäusespitze wird ein kleiner Bruchteil der Abluft mit Gas vermischt und verbrennt. In der nachfolgenden Stufe wird ein etwa gleich großer Bruchteil von Abluft mit den heißen Rauchgasen der unteren Stufe vermischt und unter Ausnutzung seiner Exotherme verbrannt. In der nachfolgenden Stufe wird jeweils soviel Abluft beigemischt, wie in den darunter liegenden Stufen insgesamt zugeführt wurde. Mit zunehmendem Abstand von der Gehäusespitze nimmt die Reaktionszeit des Rauchgases zu und die Brennraumtemperatur ab.In Fig. 4 is a schematic of the effect of this exhaust air emerging from the passage openings 10 to 17 shown. In the lower stage near the top of the housing, a small fraction of the exhaust air is mixed with gas and burns. In the following stage, an approximately equal fraction of the exhaust air is mixed with the hot Flue gases of the lower stage mixed and burned taking advantage of its exotherm. In the The same amount of exhaust air is added to the following stage as in total in the stages below was fed. The reaction time of the flue gas decreases with increasing distance from the housing tip and the combustion chamber temperature decreases.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Burner head for exhaust air containing combustible substances, consisting of a funnel-shaped housing, in the lower region of which there are gas outlets and in the adjacent boundary walls in successive levels there are symmetrically arranged passage openings for the exhaust air, characterized in that the passage openings of each level are a set ( 10-13, 14-17, 18-21) , which comprises at least two pairs of passage openings (10/11, 12/13; 14/15, 16/17; 18/19, 20/21) , the exit directions the passage openings (10-21) of each pair (10/11, 12/13; 14/15, 16/17; 18/19, 20/21) cross outside the central housing axis and the exit direction of each passage opening (10- 21) lies between the exit directions of the adjacent passage openings (10-21) in the next lower and the next higher level, and that the passage openings of each set (10-13, 14-17, 18-21) have the same cross-section n and from sentence to sentence with increasing proximity to the tip of the funnel-shaped housing (1) have a smaller cross-section.

2. Burner head according to claim 1, characterized in that the cross section of the passage openings (10-21) from sentence to sentence by a factor of 0.25 to 0.75, in particular 0.5, and that the number of pairs of Passage openings (10-21) is the same in all levels.

3. Burner head according to claim 1 or 2, characterized in that the boundary walls (2-9), in which the passage openings (10-21) are arranged for the exhaust air, are each formed by sectors, each of which is inclined to the central axis and they are inclined at the intersecting axis.

4. Burner head according to claim 3, characterized in that between two inclined, mutually facing adjacent boundary walls (2/3, 4/5, 6/7, 8/9) for the passage openings of the exhaust air in each case two correspondingly arranged, sector-like boundary walls ( 22/23, 24/25, 26/27, 28/29) are provided with at least one passage opening (30, 31, 32, 33) , the exit directions of which are directed towards the tip of the funnel-shaped housing (1).