DE2811073A1

DE2811073A1 - Einsatz mit feuerfester keramischer auskleidung fuer einen brenner

Info

Publication number: DE2811073A1
Application number: DE19782811073
Authority: DE
Inventors: Hershel E Goodnight; Robert D Reed; Alan D Witwer
Original assignee: John Zink Co
Current assignee: Zinklahoma Inc
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1979-09-20
Also published as: FR2416423A1; FR2416423B1; US4105395A

Description

Licht, Schmidt, Hansmann & Herrmann

Licht. Schmidt. Hansmann, Herrmann ■ Postfach 701205 · 8000 München 70 Dipl.-I ng. Martin Licht Dr. Reinhold Schmidt Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Albert-Roßhaupter-Str. 8000 München 70

Telefon: (089)7603091 Telex: 5 212 284 pats d Telegramme: Lipatli München

197ü

ML/Hei

JOHN ZINK COMPANY 44D1 South Peoria Tulsa,. Oklahoma V.St.A.

Einsatz mit feuerfester keramischer Auskleidung für einen Brenner

909838/0282

Deutsche Bank München, Kto.-Nr. 82/08050 (BLZ 70070010)

Postscheck München Nr. 163397-802

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"'- Einsatz mit feuerfester keramischer Auskleidung für einen Brenner

;-.-""■".;- Beim Verbrennen aller flüssigen oder gasförmigen Brennstoffe kommt-es darauf, an,· daß die Verbrennung stetig mit der gewünschtenGeschwindigkeit erfolgt. Das gilt für Brennstoffe "aller Art.: Solange es derartige Brenner gibt, hat man diese Aufgabe stets zu lösen versucht. Für diese Lösung ist es wichtig, daß eine .möglichst hohe anfängliche VerbrennungstempEratur' erreicht wird. Einrichtungen, die dafür geeignet "sind, ermöglichen' das -Verbrennen von Abfallbrennstoffen, die man anderenfalls als Abfall verlieren würde und deren Verbrennung ; Wärmeenergie erspart.

Als ein Mittel, um die gewünschte sich selbst unterhaltende und schnalle Verbrennung solcher Brennstoffe zu ermöglichen, hat sich die Verwendung von Brennereinsätzen mit feuerfester keramischer Auskleidung als wirksames Mittel erwiesen. Ihre Wirkung beruht; darauf, daß sich hinter diesen Einsätzen eine hinreichend hohe Flammtemerätur für die wirksame Verbrennung des Brennstoffs ergibt". Diese höhen Flammtemperaturen werden bei der Verbrennung des Brennstoffs innerhalb der keramisch ausgekleideten Zone dadurch aufre&hterhalt,en, daß in dieser die Wärme zurückgehalten wird Un^die -heißen Verbrenhungsgase im Kreislauf durch diese Zone zurückgeleitet werden, vergleiche US-PS 3 711 243 der Änmeiderin. Bei der in dieser Patentschrift beschriebenen Erfindung wird! flüssiger- Brennstoff in eine zylindrische Verbrennungszone hineingesprüht, die von einem ringförmigen keramischen Körper umgeben■ist. Rechtwinklig zur Achse dieses ringförmigen keramischen Körpers erstreckt sich eine stromab gewandte'Vorderfläche eines zweiten keramischen Teils, der sich neben dem stromauf^ gelegenen Ende des ringförmigen Körpers befindet und eine mittlere Öffnung hat. Durch diese hindurch werden die Brennstoffstrahlen gerichtet und Luft in die Verbrennungszone hinein' angesaugt. Die. stromab gewandte Vorderfläche des

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zweiten keramischen Teils dient dem Zweck, im Kreislauf die heißen Flammgase zu dem eintretenden Luftstrom zurückzuleiten, um dadurch die Flammtemperatur zu erhöhen.

Mitunter muß man einen Luftstrom unmittelbar an der stromab gewandten Vorderflache des ringförmigen keramischen Körpers entlangrichten, um zu verhindern, daß sich dort Ruß niederschlägt. Hierzu ist es erforderlich, den Außen" durchmesser des zweiten keramischen Teiles etwas kleiner als die lichte Weite des Ringes zu bemessen, so daß ein ringförmiger Kanal für die Zuführung von Luft gebildet wird.

Zwar hat sich der beschriebene Brennereinsatz bewährt; doch ist es erwünscht, zur Kostenersparnis den Einsatz zu vereinfachen und eine noch höhere Verbrennungstemperatur zu erreichen, um dadurch den praktischen Wert des Einsatzes zu fördern.

Die Rückführung der heißen Gase im Kreislauf in das Gemisch von Brennstoff und Luft im rechten Winkel führt auch dazu, daß die zugeführte Verbrennungsluft verdünnt wird und die anfängliche Verbrennungsreaktion des Brennstoffes verzögert und die gewünschte Wirkung einer Zunahme der Verbrennungstemperatur beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Brennereinsatz mit feuerfester keramischer Auskleidung zu vereinfachen und zu verbilligen und eine wesentlich höhere Flammtemperatur im Vergleich mit dem bekannten Brennereinsatz zu erreichen. Gelöst ist diese Aufgabe durch einen Einsatz der folgenden Bauart:

Eine zylindrische metallische Buchse hat eine ringförmige keramische Auskleidung und einemetallische Querwand mit einem

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mittleren Loch/durch das die Brennstoffstrahlen gerichtet und die Luft in das Innere der Auskleidung eingeführt wird. Die ringförmige Auskleidung befindet sich in dem stromab gelegenen Teil· der metallischen Buchse und umgibt die Verbrennungszone. Tlit ihrem stromab gewandten Ende ragt die feuerfeste Auskleidung vorzugsweise über das Ende der B UC h s e hi η aus. Di eses Ende der Buchse hat vorzugsweise einen bogenförmig profilierten Querschnitt und greift über die Kants: der Buchse, um diese gegen hohe Temperaturen zu schützen. In der Buchse befindet sich eine metallische Querwand mit einem Mantel aus Zirkoniumoxyd. Diese Querwand liegt ah: der stromauf gewandten Stirnfläche der ringförmigen Auskleidung an und ist mit einem mittleren Loch versehen, dessen Kante stromabwärts umgebogen ist, damit sie den Luftstrom\ möglichst reibungsfrei in die Verbrennungszone hineinleitet.Dank der bogenförmig profilierten, in die Verbrennungszone hineinragenden Kante des Loches werden die im Kreislauf zurückfließenden heißen Verbrennungsgase stromabwärts Umgelenkt, statt, wie beim Stande der Technik, unmittelbar in den -Luftstrom hineingelenkt zu werden. Handelt es sich- um Brennstoffe, bei deren Verbrennung die stromauf gelegenen.Innenflächen der feuerfesten Auskleidung leicht verrufen, können in die Querwand, dicht an der Innenfläche der feuerfesten Auskleidung. Löcher hineingebohrt werden, durch die hindurch Luft angesaugt wird.

■; ?.In den Zeichnungen;, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, zeigen

^Vi - Fig.-1 einen Längsschnitt durch den in einen Ofen - -^:--. : ;V eingebauten Brennereinsatz mit der . "^:::;■";."--/_: - \ feuerfesten Auskleidung,

^:. Fig-. 2 die .Stirnansicht dieses Einsatzes betrachtet ■;-.." - in Richtung der Pfeile 2 der Fig. 1,

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Fig. 3 einen in größerem Maßstabe herausgezeichneten Teil der Fig. 1 und

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Einsatz nach der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3.

Der Einsatz 10 für einen Ofen zur Verbrennung irgendeines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs sitzt an einer Stirnwand 12, die ihrerseits irgendwie, zum Beispiel durch einen Kranz von Abstandsbolzen 13, an einer Wand 14 des nicht näher dargestellten Ofens befestigt ist. Dieser Einsatz 10 trägt eine feuerfeste Auskleidung 22, die in einer Öffnung 16 der Ofenwand zu dieser ausgerichtet gelegen ist.

Die Auskleidung 10 weist eine zylindrische Buchse 1B aus Metall auf, die in ihrem stromauf gelegenen Bereich mit einem Kranz von Umfangsmundungen 20 versehen ist, durch die die Verbrennungsluft von außen her hineinströmt. Die ring- : förmige feuerfeste Auskleidung 22 ist vorzugsweise kurzer bemessen als die Buchse 18 und befindet sich in dem stromabwärts gelegenen Bereich der Buchse. Die Auskleidung kann auf der Innenfläche der Buchse irgendwie befestigt sein. Mit ihrem stromab weisenden Ende ragt die feuerfeste zylindrische Auskleidung 22 über das stromab gewandte Ende der Buchse 18 hinaus und hat vorzugsweise ein bogenförmiges Querschnittsprofil, das so gestaltet ist, daß die Verkleidung mit einer hinreichend weit nach außen ragenden Lippe eine ringförmige Schulter bildet, die das Ende der Buchse überdeckt. Diese Lippe 23 schützt daher das Ende der Buchse 18 vor Überhitzung. Im Inneren der Buchse 18 befindet sich eine Querwand 24 aus Metall, die vorzugsweise an das stromauf gewandte Ende der feuerfesten Auskleidung 22 anstößt und mit einem mittleren

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Loch 25 versehen ist. Durch dieses Loch hindurch richtet eine durch die -Stirnwand 12 hindurchgehende Düse 26 Brennstoffstrahlen, die aus Löchern 27 austreten, welche in der Düse in der Nahe des Loches 25 vorgesehen sind. Auf diese Weise wird der Brennstoff in das Innere des zylindrischen Raumes eingespritzt oder eingeführt, der von der feuerfesten Auskleidung 22 umgeben ist. Vorzugsweise bilden die Brennstoffstrahlen ein etwa kegelförmiges Sprühmuster für den Brennstoff. Der hineingesprühte Brennstoff und die durch die Mündungen 20 zugeführte Verbrennungsluft gelangen also durch das Loch 25 in den Brennraum hinein. ■ . .

Um das Loch 25 herum ist das die Querwand 24 bildende Blech bogenförmig stromab umgebogen, wie bei 29 gezeigt. Auf diese Weise ergibt sich ein glatter profilierter Kanal für die in den Brennraum innerhalb der Auskleidung 22 angesaugte Luft. Die Querwand 24 ist vorzugsweise mit einem Schutzmantel aus Zirkoniumoxyd versehen, der wegen der hohen Temperaturen vorgesehen ist. Die Strecke x, um die der umgebogene Rand des Loches 25 von der Wand 24 aus vorspringt, soll nicht langer bemessen werden, als es für die Erhöhung der Brenntemperatur von Vorteil ist. Bewährt hat sich eine Strecke x, die etwa ein Zehntel des Durchmessers D der Querwand 24 beträgt, abzüglich der Dicke der Querwand.,-

Die umgebogene, sich stromab erstreckende Randzone des Loches 29 lenkt die Verbrennungsgase um, die im Kreislauf längs der Innenfläche der Auskleidung 22 zurückfließen und im rechten Winkel auf den Luftstrom treffen wurden, wenn der - umgebogene Rand 29 fehlen würde. Diese zurückfließenden heißen Verbrennungsgase werden durch den umgebogenen Rand stromabwärts umgelenkt. Dieser umgebogene Rand verzögert also das Vermischen der bei 25 angesaugten Verbrennungsluft mit

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den im Kreislauf zurückfließenden heißen Brenngasen. Auch hat das Querschnittsprofil des umgebogenen Randes des Loches 25 die Wirkung, daß durch den unmittelbar im Bereich des Loches konzentrierten Brennstoffstrom eine Niederdruckzone entsteht, die den verzögernden Einfluß der zurückfließenden heißen Brenngase auf die Reaktion des Brennstoffes mit der Luft auf ein Mindestmaß beschränkt.

Bei Verwendung mancher Brennstoffe wird es erforderlich, auf der stromauf gelegenen Innenfläche der feuerfesten Auskleidung einen Luftstrom entlangfließen zu lassen, der verhindert, daß sich Ruß niederschlägt. Zu diesem Zweck hat die Querwand 24 bzw. 28 einen Kranz von Löchern 3D, der das mittlere Loch 31 umgibt und nur einen kleinen Abstand vom inneren Umfang der feuerfesten Auskleidung 22 hat. Durch diese Löcher 3D wird Luft angesaugt, die zusätzlich zu dem durch das mittlere Loch 31 fließenden Luftstrom in die Brennkammer eintritt.

Dank der beschriebenen Ausgestaltung des Einsatzes ergibt sich eine höhere Verbrennungstemperatur und damit ein erhöhter Wirkungsgrad des Brenners.

Zwar ist die Erfindung im Vorstehenden nur mit Bezug auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben; jedoch kann dieses Beispiel in mannigfacher Richtung abgewandelt werden.

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Claims

Patentanspruchs

Γΐ). Einsatz mit feuerfester keramischer Auskleidung für einen Brenner, die einen zylindrischen Raum umgibt, der stromauf durch eine Querwand mit einem mittleren Loch begrenzt ist, durch das hindurch in den Raum hinein Brennstoffstrahlen gerichtet sind und Luft angesaugt wird, die stromauf von der Querwand" in die mit der feuerfesten Verkleidung versehene, zylindrische Buchse eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwand (24) am stromauf gelegenen Ende der feuerfesten Auskleidung (22) anliegt und rings um das mittlere Loch (25) herum sowohl eine stromabwärts umgebogene Kante (29) als auch einen Kranz von Löchern (3D) hat, die sich in geringem Abstand von der Innenwand der feuerfesten Auskleidung (22) befinden.
2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige feuerfeste Auskleidung (22) am stromab gelegenen Ende der zylindrischen Buchse (16) eine nach außen gerichtete und sich über den Umfang der zylindrischen Auskleidung erstreckende Schulter (23) bildet.
3. Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Auskleidung (22) an ihrem äußeren Ende ein bogenförmiges Querschnittsprofil hat.
4. Einsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse C180 und die Querwand (24) aus Metall bestehen und daß die Querwand einen Mantel aus Zirkoniumoxyd aufweist.
5. Einsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (18) mit einem Kranz von Lufteinlaßmündungen (20) versehen ist .'■-■-

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