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Brenner für flüssige und gasförmige Brennstoffe
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für flüssige und gasförmige
Brennstoffe mit mindestens einer Düse die konzentrisch in einem Luftführungsrohr
angeordnet ist, mit einem zwischen der Mündung des Luftführungsrohres und der Mündung
der Brennerdüse angeordnet topfartigen, zum Brennraum hin offenen Körper, dessen
mit Radialbohrungen versehener Mantel sich bis zur Mündung des Luftführungsrohres
erstreckt und diese abschließt, und dessen Boden als ein, eine Mittelöffnung und
von dieser ausgehende Drallschlitze aufweisender Drallschaufelring ausgebildet ist.
Stromauf des Drallschaufelrings ist ein weiterer topfartiger Körper angeordnet,
der den die Düse umfassenden Raum stromauf abschließt. Der Durchmesser des Topfes
ist kleiner als der durch die äußeren Enden der Drallschlitze festgelegte Durchmesser
und größer als der Durchmesser der Mittelöffnung des Drallschaufelrings. Der Rand
des Topfes bildet mit dem Drallschaufelring im Bereich der Drallschlitze Radialöffnungen.
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Ein Ölbrenner dieser Art ist zum Patent angemeldet P 2712564.0 Bei
dem erwähnten Brenner wird durch den Abschluß des die Zerstäuberdüse umschließenden
Raumes, und die durch den äußeren Bereich der Drallschlitze hindurchströmende Luft,
eine rotierende hohle Luftsäule erzeugt, in deren Innenraum stromab des Drallschaufelrings
ein verhältnismäßig großer Unterdruck entsteht.
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In dieses Unterdruckgebiet werden durch die, von den Drallschlitzen
zwischen dem Mantel des weiteren Topfes und dem Drallschaufelring gebildeten Radialöffnungen,
Luftstrahlen radial auf die Düsenmündung geblasen. Die durch die Radialbohrungen
des Luftführungsrohres eingeführte Verbrennungsluft durchströmt die heißen Verbrennungsprodukte
und wird mit diesen in Richtung auf die Zerstäuberdüse zurückbewegt. Damit wird
bei Ölverbrennung bei einer verhältnismäßig stabilen Flamme eine rußfreie Verbrennung
erzeugt.
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Wird dieser Ölbrennerkopf zur Verbrennung von Gas eingesetzt, dann
zeigt sich jedoch, daß an verschiedenen Feuerräumen das Anfahren sehr hart ist und
insbesondere bei höheren Geblsepressungen die Flamme instabil wird.
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Bei dem erwähnten Brenner vermischt sich bei der Verbrennung von Gas,
das aus der Düse austretende Gas sofort intensiv mit den Radialluftstrahlen, die
zwischen dem Mantel des weiteren topfes und dem Drallschaufelring auf die Düsenmündung
geblasen werden. Nenn dieses Gas-Luftgemisch anschließend auf Zündtemperatur gebracht
wird verlauft die Verbrennungsreaktion explosionsartig unter Schallabstrahlung.
Fallt nun eine Schallfrequenz mit einer Feuerraumresonanzfrequenz zusammen, treten
im Feuerraum derartige Druckschwingungen auf, die zum Erlöschen der Flamme führen
können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den erwähnten ölbrenner
so weiter zu entwickeln, daß er auch zur Verfeuerung gasförmiger Brennstoffe bei
ruhiger stabiler Flamme und guten Verbrennungswerten an allen Feuerräumen eingesetzt
werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ölzuführrohr
mit Öldüse gegen ein Gaszuführrohr mit oder ohne Gasdüse ersetzt wird und daß die
Verbindung des Mantels des stromauf an den Drallschaufelring anschließenden Topfes
mit dem Drallschaufelring derart ausgebildet wird, daß keine Radialluft entlang
des Drallschaufelrings auf die Düsenmündung einströmen kann.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß der gasförmige
Brennstoff nun in die rotierende hohle Luftsaule eingeblasen wird, ohne sich vorher
mit Verbrennungsluft zu vermischen, dort die heißen rückströmenden Verbrennungsprodukte
durchstößt und dadurch aufgeheizt wird. Die durch die Radialbohrungen des Luftführungsrohres
eingeführte Verbrennungsluft durchströmt radial die heißen rückströmenden Verbrennungsprodukte,
wird ebenfalls aufgeheizt und mit den Verbrennungsprodukten in Richtung auf die
Gasdüse zurückbewegt, wo sie auf
die erwärmten Gasstrahlen trifft,
Da beide Heaktionspartner, also Luft und gasförmiger Brennstoff vor ihrer Vermischung
auf Zündtemperatur gebracht worden sind, kann nun die Verbrennungsreaktion relativ
langsam entsprechend dem Mischungsvorgang ablaufen. Damit wird eine sehr stabile
ruhige Verbrennung aller gasförmiger Brennstoffe bei einem hohen C02-Gehalt und
sehr niedrigem CO-Gehalt auch an kritischen Kesseln erzielt.
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Auf das Anfahrverhalten und die Stabilität bei Verbrennung von flüssigen
Brennstoffen wirkt sich diese Maßnahme auch sehr positiv aus.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der mehrere Ausführungs beispiele
schematisch veranschaulichenden Zeichnungen erläutert.
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Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Brennerkopf, und zwar zeigt die obere Hälfte der Fig.1 die Ausbildung des Brennerkopfes
für die kleinste Brennerleistung, während die untere Hälfte den Brennerkopf mit
seiner größten Leistung zeigt. Im Halter (1) ist konzentrisch das Düsenrohr (2)
angebracht. Der Halter (1) trägt ein Luftführrohr (3) welches im Bereich seiner
Mündung auf einen kleineren Durchmesser eingezogen ist und dadurch dort einen Hohlzylinder
(4) bildet. Im Mantel dieses Hohlzylinders (4) sind mehrere Radialbohrungen(5) vorgesehen
und zwar in der Nähe der Mündung des Luftführungsrohres (3). Der Hohlzylinder (4).geht
stromauf in einen divergierenden Endkegel (6) über. An diesem Endkegel schließt
stromauf ein Hohlzylinder (7) an, der mit dem Drallschaufelring (8) einen topfartigen
Körper bildet. Der Drallschaufelring (8) weist außer einer Mittelöffnung (9) Drallschlitze
(10) auf, wie sie bei sogenannten Stauscheiben bekannt sind. Der Drallschaufelring
(8) bildet den Boden des vorerwähnten topfartigen Körpers. Boden und Mantel bestehen
hier aus einem Stück. An den Drallschaufelring (8) ist stromauf ein weiterer Topf
(11) angeschweißt.
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Der Durchmesser des Mantels des Topfes (11) ist kleiner als der durch
die äußeren Enden der Drallschlitze festgelegte Durchmesser und größer oder gleich
dem Durchmesser der durch die Mittelöffnung des Drallschaufelrings gegeben ist.
Der Mantel des Topfes (11) ist im Bereich der Drallschlitze (10) mit sägezahnartigen
Fortsätzen (12) versehen. Diese mit der Kontur der Drallschlitze (10) ausgebildeten
Fortsätze (12) sind derart in die Drallschlitze eingeführt, daß im Bereich -der
Drallschlitze keine Radialluft auf die Düsenmündung strömen kann. Stromauf wird
durch den Boden (13) des topfes (11) der die Gasdüse (14) umgebende Raum (15) abgeschlossen.
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Die Gasdüse (14) ist austauschbar um durch Änderung des Gasaustrittswinkels
die Flammenform an den jeweiligen Brennraum anpassen zu können. Die Zündelektroden
(16) sind derart angeordnet, daß der Zündfunken im Bereich eines austretenden Gasstrahls
gebildet wird. Die Fühlerelektrode (17) zur Flammenüberwachung ist durch die Mittelöffnung
des Drallschaufelrings hindurch in die Flamme geführt.
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Fig.2 zeigt ein Luftführungsrohr bei dem der mit Radialbohrungen (5)
versehene Hohlzylinder (4) stromauf nicht in einen divergierenden Endkegel übergeht.
In diesem Hohlzylinder (4 ) ist verschiebbar ein stromauf konvergierender Hohlkegel
(18) angeordnet, der der Verbrennungsluft-Regelung dient.
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Die obere Hälfte der Fig.2 zeigt die Stellung des Hohlkegels (18)
für die kleinste Brennerleistung, während die untere Bildhälfte die Stellung des
verschiebbaren Hohlkegels für die größte Brennerleistung zeigt. Der Hohlkegel (18)
bildet mit dem Drallschaufelring (19) und dem Topf (11) einen Raum (20) durch den
dem Drallschaufelring (19) die Verbrennungsluftzugeführt wird. Der Hohlkegel (18)
bildet an eeinem kleinsten Durchmesser mit dem Boden (13) des Topfes (11) einen
Ringspalt (21) der der Vordrossellung der dem Drallschaufelring zugeführten Verbrennungsluft
dient.
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Am Drallschaufelring (19) steht somit bei Kleinlast ein geringerer
Verbrennungsluftdruck an, als an den Radialbohrungen des Luftführungsrohres. Das
Anfahren wird dadurch an kritischen Kesseln noch weiter verbessert. Die Hutzen (22)
des Drallschaufelrings (19)
sind auf dem Durchmesser des stromauf
an den Drallschaufelring anschließenden Mantels des Topfes (11) derart eingeprägt,
daß die stromab gerichtete Stirnfläche des Topfes (11) an ihrem gesamten Unfang
am Drallschaufelring (19) anliegt. Es kann somit auch in diesem Ausführungsbeispiel
keine Radialluft entlang des Drallschaufelrings auf die Düsenmündung strömen.
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In diesem Beispiel wird zur Erzeugung einer längeren Flamme, keine
Gasdüse eingesetzt.
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Fig. 3 zeigt einen sogenannten Kombinationsbrenner mit dem Öl oder
Gas, oder beides gleichzeitig verbrannt werden kann.
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Die Hutzen (23) des Drallschaufelrings (24) sind an ihrem kleinsten
Durchmesser, stromauf derart abgekantet, daß sie am Mantel des stromauf an den Drallschaufelring
angeschweißten Topfes (25) anliegen. Es kann somit auch in diesem Beispiel keine
Radialluft zur Düsenmündung strömen. Der vom Durchmesser der Mittelöffnung des Drallschaufelrings
(24) stromauf divergierende Mantel des Topfes (25) geht in einen Hohlzylinder (26)
über. Im Hohlzylinder (26) sind mehrere verhältnismäßig kleine Bohrungen (27) angebracht
die dem, durch den Topf (25) gebildeten Raum (28) gerade soviel Luft zuführen, daß
dort eine Luftbewegung stromab erzielt wird, um zu verhindern, daß rückströmende
Ölverbrennungsprodukte in den Raum (28) gelangen und sich dort niederschlagen. Konzentrisch
in dem Gaszuführrohr (29) das an seiner Mündung mit mehreren Gasaustrittbohrungen
und einer größeren Mittenbohrung versehen ist, verläuft das Ölzuführrohr (30), dessen
Düse die Mittenbohrung des Gaszuführrohres abschließt.
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Fig. 4 zeigt einen Brenner, bei dem Luftführungsrohr und Drallschaufelring
denen der Fig.3 entsprechen. Der stromauf des Drallschaufelrings bei den Fig. 1
- 3 vorgesehene, die Düse umschließende Topf, wird bei diesem Ausführungsbeispiel
nur noch durch den stromab divergierenden Endkegel (31) des Gasführungsrohres (32)
angedeutet. Die stromauf an ihrem kleinsten Durchmesser abgekanteten Hutzen (23)
liegen am Rand des Endkegels (31) an,
Fig. 5 zeigt einen Brenner
bei dem das Luftführungsrohr (35) im Bereich seiner Mündung auf einen kleineren
Durchmesser eingezogen ist und dadurch einen Hohlzylinder (36) bildet.
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Im Mantel dieses Hohlzylinders ind mehrere Diagonalsohlitze (37) vorgesehen.
Der Hohlzylinder (36) ist von einem weiteren verschiebbaren Hohlzylinder (38) konzentrisch
umgeben, der der Verbrennungsluft-Regelung über die Diagonalschlitze (37) dient.
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Die Mittelöffnung des Drallschaufelrings (39) wird von dem Gaszuführrohr
(40) derart abgedeckt, daß durch den Drallschaufelring (39) nur Yangentialluft der
Verbrennung zugeführt wird.
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Fig. 6 zeigt ein Luftführrohr (41) , dessen Hohlzylinder (42) in einen
konvergierenden Endkegel (43) übergeht. Der Drallschaufelring (44) bildet mit dem
Endkegel (43), einen durch Verschieben des Drallschaufelrings (44) verstellbaren
Ringspalt (45).
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Die Hutzen des Drallschaufelrings sind auf dem Durchmesser des stromauf
am Drallschaufelring angeschweißten Hohlzylinders (46) eingesickt. Der Hohlzylinder
(46) bildet mit der stromauf an ihn angeschweißten Honde (47) einen abgeschlossenen
Raum (48), der die Düse (49) umfaßt. Der äußere Durchmesser der Ronde (47) bildet
mit dem Ringkörper (50) einen Ringspalt (51), der der Vordrosselung der Verbrennungsluft
dient und der durch Verschieben des mit Drallschaufelring (44) zusammengeschweißten
Hohlzylinders (46) und Ronde (47), in Pfeilrichtung vergrößert werden kann. Der
Ringspalt (45) zwischen Drallschaufelring (44) und Endkegel (43) kann bei Vordrosselung
der Verbrennungsluft im Ringspalt (51) bei gleicher Brennerleistung größer gewählt
werden als ohne diese Vordrosselung. Eine bestimmte Ausdehnung des Drallschaufelrings
(44) infolge Erwärmung, ergibt somit mit der Vordrosselung in Ringspalt (51), eine
kleinere prozentuale Verkleinerung des Ringspaltes (45) als ohne die Vordrosselung.
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Patentansprüche:
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