DE2820702C2 - Brenneranordnung - Google Patents
BrenneranordnungInfo
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Description
I 3 4
'% Ordnung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeich- stoff/Lufteintrittsöffnungen 35, und die äußere geil
net, daß die Mehrzahl von auf dem Umfang verteilten krümmte Mischungsoberfläche 30 weist mehrere vertief
Bremistofföffnungen in der die äußere aufrechtstehende kai angeordnete Brennstoffgaseintrittsöffnungen 36 auf.
j§ konkave Mischfläche bildenden Wand vorgesehen ist Die Gaseintrittsöffnungen 36 stehen mit einem Gasein-H
Eine solche Ausführungsform ist insbesondere vorteil- 5 laß 38 über ein Rohr 40 und eine ringförmige Kammer
ff haf t, wenn gasförmiger Brennstoff verwendet wird. 42 zur Beförderung des gasförmigen Brennstoffs zu der
§ Eine weitere Ausführungsform einer Brenneranord- äußeren Mischungsoberfläche 30 des Mischungsnnges
ύ nung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, 28 zur Mischung mit der einströmenden Vsrbrennungs-
i$. daß die Mehrzahl von auf dem Umfang verteilten luft, die in einer noch zu beschreibenden Weise abläuft,
{&, Brennstofföffnungen im Bereich der schrägen, nach un- io in Verbindung.
ff ten geneigten Umfangsfläche des Brennerkonus vorge- Als eine Alternative zu gasförmigem Brennstoff sind
-': sehen ist Eine solche Ausführungsform ist insbesondere mehrere Heizöleinspritzdüsen 44 auf dem unteren
£ vorteilhaft, wenn flüssiger Brennstoff wie beispielsweise Brennerkonus 26 verteilt angebracht Jede der Düsen 44
I5 Heizöl verwendet wird. Wenn das Heizöl durch die ist mit einer Zufuhr von unter Druck stehendem Heizöl
'·; Brennstofföffnungen hindurch zugeführt wird, wird ein is durch eine Hauptleitung und Leitungen 46, die sich zwi-
fi Heizölnebel erzeugt, der von der Verbrennungsluft mit- sehen den Düsen 44 erstrecken, verbunden. Bei Betäti-
;;; genommen wird, die entlang der geneigten Umfangsflä- gung eines herkömmlichen Wahlschalters ist der Gas-
fl ehe des Brennerkonus strömt einlaß 38 geschlossen und die Einspritzdüsen 44 sind
'$ Eine weitere Ausführungsform einer Breuieranord- aktiviert, um einen Heizölnebel zu produzieren. Wie
nung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, 20 noch beschneben werden wird, wird dieser Sprühnebel
l'* daß die Mehrzahl von auf dem Umfang verteilten von der einströmenden Verbrennungsluft zu der äuße-
: i Brennstofföffnungen in der die äußere aufrechtstehende ren Mischungsoberfläche 30 entlang des unteren Bren-
I« konkave Mischfläche bildenden Wand und von auf dem nerkonus 26 mitgenommen. Auf diese Weise kann die
ρ Umfang verteilten Brennstofföffnungen im Bereich der Brenneranordnung so verwendet werden, daß sie effek-
5 schrägen, nach unten geneigten Umfangsfläche der 25 tiv mit entweder Ol oder gasförmigem Brennstoff be-
K Brennerkonus vorgesehen sind. Eine solche Ausfüh- trieben werden kann.
ti rungsform ist besonders vorteilhaft, wenn es gewünscht Um eine Zündflamme für die Brenneranordnung zu
wird, die Möglichkeit zu haben, die Brenneranordnung schaffen, wird eine Zündelektrode SO von der Zünddüse
wahlweise mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff 34 getragen und ist elektrisch mit einer (nicht gezeigten)
zu betreiben. Das Umschalten von einer Betriebsart zur 30 Stromquelle über Kabel verbunden. Die Zünddüse 34
anderen Betriebsart kann bequem durch eine einfache erhält ihre Versorgung mit Luft von einem Druckluftge-
Schalteinrichtung erfolgen, mittels welcher lediglich der blase über eine Druckluftleitung, einem Mischventil für
jeweils gewünschte Brennstoff den zugehörigen Brenn- Zündgas/Luft und einer Leitung. Die Brenneranord-
stofföffnungen zugeführt wird. nung ist vorzugsweise mit einem Zünd-Flammendetek-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeich- 35 tor 64 ausgestattet, der die Zünddüse 34 auf die Anwe-
nung beispielsweise erläutert senheit einer Flamme hin untersucht und in der bevor-
F i g. 1 ist eine senkrechte geschnittene Teilansicht ei- zugten Ausführung die herkömmlichen Druckluftventi-
ner Brenneranordnung gemäß der Erfindung einschließ- le betätigt, um den Fluß von Gas und/oder Heizöl in den
lieh eines Fließdiagrammes, durch welches die Mi- Brenner zu starten. Ein Ultraviolett-Flammenabtaster
schung und die Verbrennung wiedergegeben sind; 40 ist für diesen Zweck gut geeignet da er kein anderes
F i g. 2 ist eine Draufsicht einer anderen Ausführungs- dort herrschendes Licht außer ultraviolettem anzeigt
form der Brenneranordnung. und würde folglich die Durchflußventile nicht betätigen,
Die Brenneranordnung gemäß den F i g. 1 und 2 um- falls infrarotes Licht von einer äußeren Quelle abgege-
faßt einen im wesentlichen zylindrischen Brenner 10, der ben wird, oder von einer solchen, die erscheinen würde,
eine äußere Schale 12, die das Brennergehäuse bildet, 45 wenn ein Stück Metall innerhalb des Brenners übermä-
eine innere Schale 14 und eine Ummantelung 16 auf- Big heiß werden würde.
weist die zwischen der äußeren Schale 12 und der inne- Für die Zufuhr der Verbrennungsluft ist ein Druckren
Schale 14 angeordnet ist. Das obere Ende 18 der luftgebläse vorgesehen, das die Luftversorgung durch
äußeren Schale 12 ist einwärts gebogen, wodurch ein eine Luftführung 66 zu einem Raum 67 bewirkt, der von
ringförmiger Flansch 20 gebildet wird. Eine Diffusor- 50 der äußeren Schale 12, der Ummantelung 16 und dem
auslaßdüse 22 ist mit dem Flansch 20 und mit dem obe- unteren Brennerkonus 26 gebildet wird. Ein Luftfilter ist
ren Ende 24 der inneren Schale 14 verbunden. Die unte- mit dem oberen Ende des Gebläses verbunden, damit
ren Enden der inneren Schale 14 und der Ummantelung Fremdkörper aus der Verbrennungsluft entfernt wer-16
sind an einem unteren Brennerkonus 26 befestigt, den.
wodurch eine geneigte Oberfläche oder ein erhabener 55 F i g. 1 erläutert das Fließschema des Brennstoffs, der
innerer Boden des Brenners gebildet ist, und ein Mi- Luft und der Verbrennungsgase innerhalb der Brenner-
, schungsring 28 ist in der Mitte des Brennerkonus 26 in anordnung. Wie darin zu sehen ist, wird während des
i ■ axialer Gleichrichtung mit der Diffusordüse 22 montiert Betriebs der Brenner von einem Gebläse durch die Luft-
ς Der Mischungsring 28 ist ringförmig ausgebildet und führung 66 zum Raum 67 mit Verbrennungsluft ver-
f: bildet eine kreisförmige gekrümmte äußere konkave 60 sorgt. Ein Teil dieser Luft wird durch eine Druckluftlei-
\- Mischungsoberfläche 30 und eine geneigte innere Ober- tung zu der Zünddüse 34 abgeleitet Wenn die Verbren-
; fläche 32, die oberhalb und um die Gaszünddüse 34 nungsluft in den Raum 67 eintritt, wird sie zwischen der
herum angeordnet ist. Der Begriff »ringförmig ausgebil- äußeren Schale 12 und der Ummantelung 16 des Bren-
det«, wie hier verwendet, ist nicht auf eine kreisringför- ners 10 aufwärts über das obere Ende der Ummante-
mige Anordnung beschränkt und beinhaltet die langge- 65 lung 16 und abwärts zwischen der Ummantelung 16 und
streckte Konstruktion des Mischungsrings, wie in F i g. 2 der inneren Schale 14 geleitet. Die innere Schale 14 ist
dargestellt. Wie in F i g. 1 zu sehen ist, hat die innere mit mehreren Luftschlitzen 76 ausgestattet, die diesen
Oberfläche 32 des Mischungsrings 28 mehrere Brenn- Abwärtsstrom der Luft in die innere Kammer 78 des
Brenners entlang der inneren Schale 14 leiten. Die obersten Luftschlitze 80 in der inneren Schale 14, die entlang
der Diffusordüse 22 angeordnet sind, sind gegenüberstehend angebracht, so daß ein kleiner Teil der Luft
aufwärts entlang der Unterseite der Diffusordüse 22 und von hier mit den Verbrennungsgasen nach außen
geleitet wird.
Da die Verbrennungsluft in den Raum 67 gedruckt wird, aufwärts zwischen der äußeren Schale 12 und der
Ummantelung 16 und in die Brennerkammer entlang der inneren Schale 14, wird sie vorgewärmt, um die
Verbrennung zu verbessern. Falls gasförmiger Brennstoff in der Brenneranordnung verwendet wird und der
Gaseinlaß demzufolge offen ist, strömt das Gas durch die Hauptbrennereintrittsöffnungen 36 in der Unterseite
des Mischungsrings 28, wobei es gemischt wird oder in einer rollenden pulsierenden Bewegung mit der Verbrennungsluft
entlang des unteren Brennerkonus 26 streicht Dieser Mischungsvorgang wird an der gekrümmten
äußeren Mischungsoberfläche 30 des Mischungsrings 28 hervorgerufen und setzt sich in einer
pilzförmigen Wolke fort, da der Verbrennungsfluß innerhalb
der inneren Kammer 78 aufsteigt und von dem Brenner durch die divergierende Diffusordüse 22 in einer
axialen Richtung entweicht Aus dieser sehr turbulenten Mischung resultiert eine gleichmäßige und symmetrische
Hitzeabstrahlung durch die Brennerdüse. Der kreisförmige Mischungsring 28 vermischt deshalb nicht
nur den Brennstoff und die Verbrennungsluft, sondern dient auch als Hauptgasdüse, als Führungsverbindung
und als Schild zum Schutz der Gaszünddüse 34 vor der extremen Hitze der Verbrennung. Zusätzlich bildet der
Ort und die Anordnung des Mischungsrings 28 und des unteren Brennerkonus 26, welches die pulsierende Bewegung
und die resultierende pilzförmige Turbulenz der Verbrennungsgase erzeugt eine längliche Wegbahn,
woraus eine längere Verweilzeit des Verbrennungsgases innerhalb des Brenners resultiert zur Sicherstellung
der vollständig abgeschlossenen Verbrennung vor dem Ausströmen.
Falls die Brenneranordnung mit Heizöl betrieben wird, im Gegensatz zu gasförmigem Brennstoff, wird ein
Brennstoffwahlschalter betätigt um die Brennstoffleitung zu den Heizöleinspritzdüsen 44 zu öffnen, die in
dem unteren Brennerkonus 26 montiert sind, und um den Gaseinlaß 38, der zu den Hauptbrennergasöffnungen
36 in der Unterseite des Mischungsrings 28 führt zu schließen. Die Brenneranordnung arbeitet dann wie mit
dem gasförmigen Brennstoff mit der Ausnahme, daß ein Heizölsprühnebel von den Heizöleinspritzdüsen 44
durch die einströmende Verbrennungsluft entlang des unteren Brennerkonus 26 gegen die gekrümmte äußere
Mischungsoberfläche 30 des Mischungsrings 28 gerichtet wird. Das Mischen des versprühten Heizöls und der
Verbrennungsluft Findet auf die gleiche Weise wie mit
Verbrennungsluft und gasförmigem Brennstoff statt Wie obenerwähnt, heizt der Gegenfluß zwischen der
einströmenden Verbrennungsluft, die innen entlang der inneren Schale 14 streicht und den heißen Gasen, die in
der inneren Kammer 78 aufsteigen, die Luft vor, und der versprühte Brennstoff kann wie ein Gas verbrannt werden.
Der Ort und die Richtung der Heizöleinspritzdüsen 44 und des zentrisch angeordneten gekrümmt ausgeführten
Mischungsrings 28 bezüglich der Zünddüse 34 macht die Notwendigkeit für einen Brennstoffsammelbehälter
unnötig, da sich durch die Mischung kein unverbrauchter Brennstoff in dem Brenner sammelt Zusätzlich
wird kein Dampf oder Druckluft zur Zerstäubung des Heizöls benötigt. Die Heizöleinspritzdüsen 44
sind von herkömmlicher Ausführung, die in einem Bereich von 20 684,01 bis 48 262,69 mbar betrieben werden.
Der äußerst effiziente Mischungsvorgang, der im Brenner 10 erzielt wird, ist ein Ergebnis der Anordnung
von Mischungsring 28 und unterem Brennerkonus 26. Die Diffusordüse 22 ist vorgesehen, um den aerodynamischen
Fluß der Austragung der Verbrennungsprodukte zu fördern und die Verbrennungsprodukte von
kalter Sekundärluft zu schützen, die sonst frühzeitig in den Brenner gelangen und sich mit den Verbrennungsgasen mischen könnte, woraus Rekondensation von unverbranntem
Heizöl resultiert Die Düsenanordnung vergrößert dabei wirksam die Länge der Verbrennungskammer
und fördert tangentiales und stufenweises Mischen der Sekundärluft mit den Verbrennungsgasen.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Gehäuse der Brenneranordnung eine Höhe von etwa 60 cm und
einen Durchmesser von etwa 560 mm hat, hat der Mischungsring 28 einen Durchmesser von etwa 165 mm,
gemessen am oberen Ende von äußerer Ecke bzw. Kante zu äußerer Ecke bzw. Kante. Der Mischungsring 28
hat dann weiterhin eine geneigte bzw. kegelstumpfförmige Innenfläche 32, die mit der Vertikalen einen Winkel
von 30 Grad bildet. Die äußere Mischungsoberfläche 30 ist durch einen Radius von ca. 38 mm gebildet
Zwölf öffnungen 35 sind gleichmäßig in der Wand der Zünddüse 34 vorgesehen, um die konkave Mischfläche
30 mit der Innenfläche 32 der Zünddüse 34 in Berührung zu bringen. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, verläuft die untere
Fläche jeder öffnung 35 tangential zu der konkaven Mischfläche 30, wie dies in Fig. 1 bei 82 dargestellt ist.
Sechs Gaseintrittsöffnungen 36 sind ebenfalls gleichmäßig über den Mischungsring 28 verteilt. Der untere
Brennerkonus 26, der den Boden des Brenners bildet und mit der Kante des Mischungsringes 28 ausläuft, ist
ca. 50 Grad bezüglich der Vertikalen geneigt und hat eine Höhe von ca. 115 mm. Die Diffusordüse 22 bildet
einen unteren oder inneren Durchmesser von ca. 216 mm, einen äußeren Durchmesser von ca 375 mm
und ist ca. 30 Grad bezüglich der Vertikalen geneigt Es versteht sich von selbst daß Brenner, die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung konstruiert werden, in jeder gewünschten Größe ausgeführt werden
können und die obigen Abmessungen nur für ein Ausführungsbeispiel gelten und die relativen Größen
eines solchen Brenners angeben. Es sollte ebenfalls festgehalten werden, daß Brenner, die gemäß der Erfindung
konstruiert sind, in jeder gewünschten Winkelstellung betrieben werden können. Während die Zeichnungen
den Brenner in einer aufrechten Stellung zeigen, bei der dessen offenes Ende ebenfalls das obere Ende ist kann
der Brenner ebenso horizontal, abgewinkelt oder sogar
vertikal gekippt betrieben werden, so daß die Diffusordüse 22 sich an dem unteren Ende des Brenners befindet
Eine zweite Ausführungsform der Brenneranordnung ist in Fig.2 zu sehen. Diese Ausfühmngsform unterscheidet
sich von der vorhergehenden Ausführungsform lediglich in der länglichen Konstruktion des Brenners 90
und umfaßt jedes der Elemente der vorhergehenden Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist von
Bedeutung, da sie erlaubt daß die Brenneranordnung
als ein länglicher Typ eines ölbrenners verwendet werden
kann, was vorher nicht möglich war durch die Notwendigkeit in früher existierenden konventionellen
Brennern das öl und den Brennstoff in einer Umfangs-
bewegung zu mischen. Brenner des länglichen Typs, die jahrelang in Gasfeuerungsanlagen verwendet wurden,
haben den Vorteil der Verteilung der Hitze über eine lange, schmale Fläche, was für Wärmeprozesse wünschenswert
ist, wobei weite Querschnitte verwendet werden, wie bei Trocknern, Back- und Nachbehandlungsöfen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
10
15
to
25
ίο
15
40
45
SO
55
60
65
Claims (6)
1. Brenneranordnung mit einem Gehäuse (12), unten geneigte Fläche angeordnet sind, die einen Brenwelches
eine Auslaßöffnung (22) an ihrem oberen 5 nerkonus bildet und an ihrem unteren Ende in eine nach
Ende besitzt und in dessen unterem Bereich eine oben gekrümmte Umfangsfläche übergeht, so daß Ver-Brennstofföffnungen
(36, 44) aufweisende Einrich- brennungsluft in das Gehäuse derart eingeführt wird,
tung, eine Zünddüse (34) für eine Zündflamme und daß sie entlang der geneigten Umfangsfläche des Breneine
schräge, nach unten geneigte Fläche angeord- nerkonus in Abwärtsrichtung und entlang der angrennet
sind, die einen Brennerkonus (26) bildet und an io zenden nach oben gekrümmten Umfangsfläche strömt
ihrem unteren Ende in eine nach oben gekrümmte Bei einer bekannten Brenneranordnung dieser Art
Umfangsfläche (30) übergeht, so daß Verbrennungs- (GB-PS 825124, Fig. 4) ist durch die nach oben geluft
in das Gehäuse derart eingeführt wird, daß sie krümmte Umfangsfläche ein mittlerer Vorsprung gebilentlang
der geneigten Umfangsfläche des Brenner- det, in welchem der Brenner angeordnet ist, dem Luft
konus in Abwärtsrichtung und entlang der angren- 15 und Brennstoff durch getrennte Leitungen zugeführt
zenden nach oben gekrümmten Umfangsfläche werden. Auf einer Seite neben diesem mittleren Vorströmt,
gekennzeichnet durch folgende sprung ist eine Zünddüse angeordnet, während auf der
Merkmale: anderen Seite des mittleren Vorsprunges eine Betrachdie Zünddüse (34) ist in der Mitte des unteren Berei- tungseinrichtung vorgesehen ist Bei der bekannten
ches des Gehäuses (12) angeordnet und mit einer 20 Brenneranordnung besteht der Nachteil, daß zwischen
kegelstumpfförmigen Innenfläche (32) versehen, dem aus dem Brenner austretenden Brennstoff-Luftein
ringförmiger Mischungsring (28) ist symmetrisch Gemisch und der über die nach unten geneigte Fläche,
um die Zünddüse (34) hemm angeordnet und besitzt die den Brennerkonus bildet, zuströmende Luft keine
eine äußere aufrechtstehende konkave Mischfläche, sehr gute Mischung erfolgt Hierdurch ist der Verbrendie
von der gekrümmten Umfangsfläche (30) be- 25 nungswirkungsgrad und damit der Gesamtwirkungsstimmt
ist grad des Brenners vergleichsweise niedrig.
in dem Mischungsring (28) ist eine Mehrzahl von Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brenneranordnung
öffnungen (35) vorgesehen, um die konkave Misch- der einleitend genannten Art derart auszuführen, daß
fläche (30) mit der Innenfläche (32) der Zünddüse ein höherer Verbrennungswirkungsgrad erzielt wird.
(34) in Verbindung zu bringen, und 30 Gelöst wird diese Aufgabe nach Patentanspruch 1
die Brennstofföffnungen (36, 44) umfassen eine durch die folgenden Merkmale:
Mehrzahl von auf dem Umfang verteilten Öffnun- die Zünddüse ist in der Mitte des unteren Bereiches des
gen, die in dem unteren Bereich des Gehäuses (12) Gehäuses angeordnet und mit einer kegelstumpfförmi-
derart angeordnet sind, daß der Brennstoff zu der gen Innenfläche versehen,
aufrechtstehenden konkaven Mischfläche (30) ge- 35 ein ringförmiger Mischungsring ist symmetrisch um die
richtet ist Zünddüse herum angeordnet und besitzt eine äußerst
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- aufrechtstehende konkave Mischfläche, die von der gezeichnet,
daß die Mehrzahl von auf dem Umfang krümmten Umfangsfläche bestimmt ist
verteilten Brennstofföffnungen (36) in de·· die äußere in dem Mischungsring ist eine Mehrzahl von Öffnungen
aufrechtstehende konkave Mischfläche (30) bilden- 40 vorgesehen, um die konkave Mischfläche mit der Innen-
den Wand vorgesehen ist fläche der Zünddüse in Verbindung zu bringen, und
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- die Brennstofföffnungen umfassen eine Mehrzahl von
zeichnet daß die Mehrzahl von auf dem Umfang auf dem Umfang verteilten öffnungen, die in dem unteverteilten
Brennstofföffnungen (44) im Bereich der ren Bereich des Gehäuses derart angeordnet sind, daß
schrägen, nach unten geneigten Umfangsfläche des 45 der Brennstoff zu der aufrechtstehenden konkaven
Brennerkonus (26) vorgesehen ist. Mischfläche gerichtet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Bei einer Brenneranordnung gemäß der Erfindung
zeichnet, daß die Mehrzahl von auf dem Umfang wird der Brennstoff zu der nach oben gekrümmten Umverteilten
Brennstofföffnungen (36) in der die äußere fangsfläche gerichtet und hierbei mit der Verbrennungsaufrechtstehende
konkave Mischfläche (30) bilden- 50 luft gemischt, die entlang der geneigten Umfangsfläche
den Wand und von auf dem Umfang verteilten des Brennerkonus in Abwärtsrichtung und entlang der
Brennstofföffnungen (44) im Bereich der schrägen, angrenzenden nach oben gekrümmten Umfangsfläche
nach unten geneigten Umfangsfläche des Brenner- strömt. Es ist gefunden worden, daß mit einer solchen
konus (26) vorgesehen sind. Brenneranordnung das Mischen zwischen der Verbren-
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 55 nungsluft und dem Brennstoff viel gleichmäßiger und
dadurch gekennzeichnet, daß der Brennerkonus (26) damit viel besser erfolgt so daß die Verbrennung insge-
und der Mischungsring (28) von länglicher Ausfüh- samt verbessert d. h. vollkommener ist. Hierdurch errungsind.
höht sich selbstverständlich der Gesamtwirkungsgrad
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- des Brenners. Außerdem kann die Brenneranordnung
zeichnet daß die Brennstofföffnungen (36) über eine 60 auch mit vergleichsweise niedrigen Brennstoffdrücken
unter dem Mischungsring (28) gebildete ringförmige und Verbrennungsluftdrücken betrieben werden, so daß
Kammer (42) mit einer Zufuhreinrichtung (40,38) in für den Betrieb der Brenneranordnung eine geringere
Verbindung stehen. Leistung erforderlich ist, wodurch auch weniger Geräusch erzeugt wird. Weiterhin ist bei einer Brenneran-
65 Ordnung gemäß der Erfindung die Zünddüse so angeordnet daß sie den sehr hohen Temperaturen der
Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung mit ei- Hauptverbrennung nicht ausgesetzt ist.
nem Gehäuse, welches eine Auslaßöffnung an ihrem Eine bevorzugte Ausführungsform einer Brcnneran-
nem Gehäuse, welches eine Auslaßöffnung an ihrem Eine bevorzugte Ausführungsform einer Brcnneran-
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