DE2830228C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie er insbesondere in Verbindung mit metal­ lurgischen Öfen Verwendung findet.

Bei der Durchführung von metallurgischen Verfahren wie Schmelzen und Veredeln von Eisen und Stahl, Glühen oder anderen Wärmebehandlungen müssen einer Erzcharge oder einer Metall- bzw. Stahlschmelze große Wärmemengen bei relativ hohen Temperaturen zugeführt werden, wofür gasförmige Brennstoffe, gewöhnlich Erdgas oder Methan, oder flüssige Brennstoffe wie Erdöl verwendet werden. Außerdem muß zuweilen auch eine Schutzatmosphäre, beispielsweise eine reduzierende Atmosphäre, für das Verfahren geschaffen werden.

Bei Verwendung von Luft für den Brenner als Oxydationsmittel ist zu berücksichtigen, daß der zu ca. 80% in der Luft enthaltene Stick­ stoff inert ist und einen Ballast darstellt, welcher einen be­ trächtlichen Wärmeverlust im Hinblick auf die nutzbare Wärme in den Abgasen eines metallurgischen Verfahrens verursacht. Dieser Verlust kann zwar dadurch verringert werden, daß die verwendete atmosphä­ rische Luft durch Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft ersetzt wird, wobei jedoch die Flammentemperatur innerhalb des Brenners bis zu einem Punkt ansteigen kann, an welchem hitzebestän­ dige Werkstoffe im Bereich des Brenners geschädigt werden oder die Betriebslebensdauer des Brenners wesentlich verkürzt wird.

Aus der gattungsbildenden DE-OS 21 02 526 ist bereits ein Brenner für gasförmigen Brennstoff bekannt,

• a) mit einer im wesentlichen zylindrischen, hitzebeständig ausge­ kleideten Misch- und Brennkammer mit einem offenen Ende und mit wenigstens einer Brennstofföffnung,
• b) mit einem an die Misch- und Brennkammer angeschlossenen Zündein­ gang mit einer Zündeinrichtung und
• c) mit einer auf der Achse der Misch- und Brennkammer an dem Ende, das ihrem offenen Ende gegenüberliegt, vorgesehenen Brennerschei­ be mit einem Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der Misch- und Brennkammer ist,
• d) so daß ein ringförmiger Durchgang für ein gasförmiges Oxidations­ mittel zwischen der Brennerscheibe und der Wandung der Misch- und Brennkammer entsteht.

Bei diesem Brenner weist die Brennkammer keinen gleichmäßigen Querschnitt, sondern einen abgestuften Querschnitt auf, damit sich kleine Wirbelflammen bilden, die ein Abschrecken der Hauptflamme beim Inbetriebsetzen des Brenners verhindern und die zugleich bei allen Betriebszuständen des Brenners eine ausgezeichnete Flammen­ stabilität gewährleisten. Solche Wirbelflammen haben jedoch auch Nachteile, da sie zu einer ungleichmäßigen Verbrennung führen.

Weiterhin befindet sich bei dem Brenner der Gaseinlaß auf der Achse des Brenners, so daß Gas und Luft koaxial zur Brennzone zugeführt werden. Das Mischen erfolgt unter Ausnutzung einer großen Menge an überschüssiger Luft - es wird von einem Luftüberschuß von bis zu 3000% gesprochen -, um auf diese Weise ein Vakuum am Brennstoff- Einlaß zu induzieren.

Dabei beginnt die Flamme am Brennstoff-Einlaß und erstreckt sich über die Misch- und Brennkammer, wobei die Abgastemperatur zwischen etwa 120° C und mehr als 1400° C liegen kann. Bei sehr viel höheren Temperaturen würden sowohl die Brennerscheibe als auch die "wärme­ beständigen Stufen" der Misch- und Brennkammer rasch beschädigt und bald vollständig zerstört werden.

Die Abstufung in der Misch- und Brennkammer soll die Wirkung haben, die Flamme zu verkürzen. Dadurch wird jedoch die von der Flamme aus­ gehende Wärme in der Misch- und Brennkammer konzentriert. Dies führt wiederum dazu, daß mit einem extrem großen Luftüberschuß gearbeitet werden muß, um die Verbrennungsprodukte zu verdünnen und aus der Kammer abzutransportieren. Würde man statt dessen mit Luftunterschuß arbeiten, so daß der Abtransport von Wärme nicht mehr möglich ist, so würde die Misch- und Brennkammer wegen der entstehenden, konzen­ trierten Wärme sehr rasch beschädigt und bald vollständig zerstört werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner zu schaffen, bei dem eine einzige, Stabile lange Flamme mit einer Temperatur bis über 1700° C entsteht und der ohne Schädigung der Wände der Misch- und Brennkammer und der Brennerscheibe arbeitet.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben.

Der Brenner nach der Erfindung zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

• e) die Misch- und Brennkammer weist einen gleichmäßigen Querschnitt auf,
• f) die Brennerscheibe ist längs ihres Umfangs so abgeschrägt, daß der ringförmige Durchgang mit einer Querschnittsfläche ausgebil­ det ist, die zum offenen Ende der Misch- und Brennkammer hin zu­ nimmt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß der er­ findungsgemäße Brenner bis hinab zu etwa der Hälfte der stöchiometri­ schen Sauerstoff-Menge arbeiten und damit eine reduzierende und nicht entkohlende Atmosphäre innerhalb eines Ofens erzeugen kann, wie sie für viele Anwendungsfälle angestrebt wird. Dabei können hohe Tempe­ raturen in der Größenordnung von mehr als 1700° C mit der stabilen, langen Flamme erreicht werden, weil die Flamme in aller Regel nicht in direkten Kontakt mit der Brennerscheibe oder den Wänden der Misch- und Brennkammer kommt, also die entsprechende Beanspruchung dieser "Verschleißteile" relativ gering ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner, bei dem der gasförmige Brennstoff an der Abströmseite der Brennerscheibe in die Misch- und Brennkammer eingeführt wird, ergeben sich die höchsten Flammentemperaturen in einem mittleren Bereich der Misch- und Brennkammer in einem größt­ möglichen Abstand von den hitzebeständig ausgekleideten Wänden der­ selben, so daß eine Schädigung der Auskleidung und auch von Teilen des Brenners selbst vermieden ist.

Der erfindungsgemäße Brenner eignet sich insbesondere für die Ver­ wendung in Verbindung mit einem Kuppelofen bzw. in einem direkten Reduktionsverfahren, bei welchem die Aufrechterhaltung einer redu­ zierenden Atmosphäre erwünscht ist. Durch die Verwendung eines Ge­ mischs aus Brennstoff und Oxydationsmittel mit einem sehr fetten Brennstoff/Sauerstoffverhältnis läßt sich eine sehr wirksame Flamme von hoher Leuchtkraft und entsprechend hohem Strahlungsvermögen er­ zeugen und dabei gleichzeitig eine reduzierende und nicht entkohlen­ de Atmosphäre an der Abströmseite der Brennkammer des Brenners auf­ rechterhalten. Das große Brennstoff/Sauerstoffverhältnis ergibt eine hohe Konzentration von Wasserstoff und Kohlenmonoxid in den Verbrennungsprodukten und ermöglicht die Erzielung von Temperaturen über 1700° C. Dabei ist ein Verkoken des Brenners durch eine gleichmäßige Durchmischung der Reaktionsteilnehmer innerhalb der Brennkammer vermieden. Der erfindungsgemäße Brenner kann auch in anderen metallurgischen oder chemischen Verfahren verwendet werden, bei denen die Zufuhr von Wärme notwendig ist.

Der Brenner kann zur Erzeugung von Hitze und einer einen großen An­ teil an Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Atmosphäre für die Verwendung beim hammerschlagfreien Schmieden, zum Erhitzen von Brammen und Schmelzen von Eisen und Nich-Eisenmetallen verwendet werden. Werden die Abgase etwas gekühlt und durch einen Kohlenmon­ oxid- und Wasser-Austauschreaktor geleitet, so enthält die Atmo­ sphäre dann einen beträchtlichen Anteil an Wasserstoff und Kohlen­ dioxid und eine verringerte Wassermenge. Eine weitere Kühlung der Abgase und Abscheidung des Wassers und des Kohlendioxids führt zu einer Schutzatmosphäre, welche zum Hartlöten und Glühen geeignet ist. Der Brenner ist somit ungeachtet seines einfachen Aufbaus äußerst vielseitig verwendbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei Verwendung eines tangentialen Gaseinlasses gemäß Anspruch 2 ist eine zur Erzeugung der notwendigen hohen Temperaturen ausreichende Durchmischung gewährleistet, wobei jedoch die Temperaturen auf einen Wert begrenzt sind, bei welchem keine Schädigung der aus rostfreiem Stahl oder keramischem Werkstoff gefertigten Brennerscheibe eintritt.

Bei Verwendung von flüssigem Brennstoff, der gemäß Anspruch 4 in Axialrichtung durch die Brennerscheibe hindurch eingeführt wird, entsteht eine Flamme von stärkerer Leuchtkraft und größerem Strah­ lungsvermögen. In diesem Falle ist zusätzlich zu der durch den Durchtritt des Oxydationsmittels um die Brennerscheibe herum bewirk­ ten Kühlung eine weitere Kühlung der Brennerscheibe wünschenswert.

Ein solcher Brenner kann bei entsprechender Einstellung von dafür vorgesehenen Ventilen mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff allein oder wahlweise auch mit einem Gemisch solcher Brennstoffe betrieben werden.

Die US-PS 38 57 672 beschreibt bereits einen sogenannten "Drei­ brennstoffbrenner" mit einer axialen Brennkammer, welcher ein flüs­ siger Brennstoff und Luft stirnseitig zuströmen und im Abstand von der Stirnseite zunächst ein gasförmiger Brennstoff tangential zugeführt wird und in einer noch größeren Entfernung ein magerer gasförmiger Brennstoff tangential zugeführt wird.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisierte, senkrechte Schnittansicht eines Kuppelofens mit mehreren Brennern gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine in größerem Maßstab dargestellte Axialschnittansicht eines Brenners für gasförmigen Brennstoff nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Axialschnittansicht eines Brenners für gasförmigen und flüssigen Brennstoff und

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 4.

Ein in Fig. 1 dargestellter Kuppel-Schmelzofen setzt sich zusammen aus einem Herd 12, einem Ofenkörper 14 und einem Kuppelteil 16. Der Herd 12 weist eine Reihe von Brennern 18 auf.

Der Kuppelofen hat einen zylindrischen Stahlmantel 20 mit einer fest darin angeordneten Auskleidung 22 aus hitzebeständigem Werkstoff. Eine innerhalb der fest angebrachten Auskleidung 22 angeordnete innere Auskleidung 24 umgibt einen mit einer Charge beschickbaren Schacht 26. Der Herd 12 hat ebenfalls einen äußeren Stahlmantel 28, eine fest angebrachte Auskleidung 30 aus hitzebeständigem Material und eine innere Auskleidung 32, welche einen Vorschmelzbereich 34 und einen Herdbereich 36 umgibt. Am Mantel 28 des Herdes 12 ist eine Reihe von Brennerstutzen 38 angebracht. Diese haben jeweils einen äußeren zylindrischen Stahlmantel 40 mit einer rohrförmigen Ausklei­ dung 42 aus hitzebeständigem Material und am äußeren Ende einen Flansch 44 für den Anschluß des jeweiligen Brenners 18. Zwischen zwei Brennerstutzen 38 mündet eine mit hitzebeständigem Material 47 ausgekleidete Abstichrinne 46 ein kleines Stück oberhalb des Bodens in den Herd 12. Vom Boden des Herdes 12 geht eine ebenfalls hitzebe­ ständig ausgekleidete Ablaufrinne 48 aus, welche gewöhnlich mit einem Tonstopfen 49 verschlossen ist.

Nahe dem oberen Ende hat der Ofenkörper 14 einen Auslaß 50, über welchen die Ofengase entweichen können.

Das obere Teil 16 des Kuppelofens enthält eine abdichtende Be­ schickungseinrichtung, welche ein Entweichen der Ofengase verhindert und eine untere Glocke 52 und eine obere Glocke 54 umfaßt, welche unabhängig voneinander über eine Zugstange 56 bzw. über ein diese konzentrisch umgebendes Rohr 58 betätigbar sind. Die obere Glocke 54 dient als unterer Abschluß eines im wesentlichen zylindrischen oberen Beschickungsschachts 60 und als oberer Abschluß eines unteren Beschickungsschachts 62. Dieser hat ebenfalls eine im wesentlichen zylindrische Form und ist am unteren Ende durch die untere Glocke 52 abgeschlossen. Für die Beschickung des Kuppelofens ist ein Schräg­ förderer 64 vorgesehen.

Die Charge für den Kuppelofen ist beispielsweise ein Gemisch aus Eisen- und Stahlschrott und vorbehandeltem Erz für die Erzeugung einer Schmelze, welche einen Kohlenstoffgehalt von etwa 1% bis 3% und eine Temperatur zwischen etwa 1300° C und 1600° C aufweist. Der Brenner eignet sich insbesondere für die Verwendung an einem Kuppel­ ofen der in Fig. 1 gezeigten Art, um eine reduzierende und nicht entkohlende Atmosphäre innerhalb des Ofens aufrecht zu erhalten. Der in Fig. 2 dargestellte, für gasförmigen Brennstoff bestimmte Brenner hat einen Flansch 66 für den Anschluß am Flansch 44 eines der Brennerstutzen 38 (Fig. 1). Bei dem Flansch 66 handelt es sich um einen genormten Rohrflansch, an welchem ein kurzes Rohrstück 68 an­ geschweißt ist. An der Außenseite eines an der Innenseite des Rohr­ stücks 68 angeschweißten, kleineren Flanschs 70 ist ein zweites Rohrstück 72 kleineren Durchmessers angeschweißt. Am offenen Ende des Rohrstücks 72 ist ein Gewindeflansch 74 angeschweißt. Der aus den Flanschen 66, 70, 74 und den Rohrstücken 68, 72 zusammenge­ schweißte Körper hat eine Auskleidung 76 aus einem gießbaren, hitze­ beständigen Material. Die eine Endfläche der Auskleidung 76 ver­ läuft bündig mit der offenen Seite des Flanschs 66 und das mittlere Teil der Auskleidung 76 ist von einer mit der Gewindebohrung des Flanschs 74 konzentrischen Bohrung 77 durchsetzt. Der Innendurch­ messer des Flanschs 70 liegt zwischen dem Innendurchmesser des Rohrstücks 72 und dem Durchmesser der Gewindebohrung des Flanschs 74, wodurch die hitzebeständige Auskleidung 76 innerhalb des Brenners 18 festgehalten ist.

Eine auswärts am Gewindeflansch 74 hervorstehende Anschlußbuchse 78 trägt an ihrem freien Ende ein T-Stück 80. An beiden Enden hat die Anschlußbuchse 78 eine durch eine erweiterte Bohrung gebildete Stufe 82, 84. Nahe den Stufen 82, 84 in der Anschlußbuchse 78 be­ festigte kreisförmige Scheiben 86 haben jeweils in der Mitte eine Gewindebohrung 88 und eine Reihe von entlang dem Umfang angeordne­ ten Durchlässen 90. In die Gewindebohrungen 88 der Scheiben 86 ist ein Gewinderohr 92 eingeschraubt. Eine auf das äußere Ende des Ge­ winderohrs 92 geschraubte Kontermutter 93 befindet sich in Anlage an der einen Scheibe 86, um eine am anderen Ende des Gewinderohrs 92 angebrachte Brennerscheibe 94 in der jeweils gewünschten Stellung relativ zu im folgenden beschriebenen Brennstofföffnungen 98 festzustellen. Bei Verwendung der Kontermutter 93 braucht die Bohrung 88 der der Kontermutter 93 benachbarten Scheibe 86 kein Ge­ winde aufzuweisen. Die am anderen Ende des Gewinderohrs 92 sitzende Brennerscheibe 94 ist kreisförmig und entlang ihres Umfangs abge­ schrägt, so daß an der Seite, an welcher das Gewinderohr 92 befes­ tigt ist, ein schmaler Rand 96 vorhanden ist. Der Durchmesser der Brennerscheibe 94 ist kleiner als der Innendurchmesser der eine Misch- und Brennkammer darstellenden Bohrung 77 in der Auskleidung 76, so daß dazwischen ein durchgehender Ringdurchlaß 97 für den Durchtritt eines gasförmigen Oxydationsmittels gebildet ist.

Das Rohrstück 72 und die Auskleidung 76 sind von zwei tangential zur Bohrung 77 der Auskleidung 76 verlaufenden Brennstofföffnungen 98 durchsetzt (Fig. 3), die von einander gegenüberliegenden Seiten des Rohrstücks 72 ausgehen. Konzentrisch mit jeder Bohrung 98 ist jeweils eine Gewindemuffe 100 für den Anschluß einer Zuleitung für einen gasförmigen Brennstoff am Rohrstück 72 befestigt. Gegebenen­ falls können auch mehr als die dargestellten zwei Bohrungen 98 vor­ handen sein. Der Abstand zwischen der Mittellinie der Bohrungen 98 und der Oberfläche der Brennerscheibe 94 beträgt in Richtung auf den Anschlußflansch 66 ungefähr ein Viertel des Durchmessers der Bohrung 77.

An der Abströmseite der Bohrungen 98 und in geringem Abstand zu diesen sind weitere, in bezug auf das Rohrstück radial verlaufende Bohrungen 102 vorgesehen. Konzentrisch mit den Bohrungen 102 sind Gewindemuffen 104 am Rohrstück 72 befestigt. Eine solche Muffe kann ein Sichtfenster 106 enthalten, während die andere der Aufnahme eines Ultraviolett-Sensors 108 dient. Eine weitere, das Rohrstück 72 und die Auskleidung 76 nahe den Bohrungen 98 durchsetzende Boh­ rung 110 dient der Aufnahme einer Zündeinrichtung 112, welche in einer konzentrisch mit der Bohrung 110 am Rohrstück 72 angebrachten Gewindemuffe 114 befestigt ist.

Das vorstehend erwähnte T-Stück 80 ist mit einem Ende auf die An­ schlußbuchse 78 aufgeschraubt. Das gegenüberliegende Ende des T-Stücks 80 kann über eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung mit einer Druckluftquelle, der andere Schenkel über eine weitere Steuereinrichtung mit einer Sauerstoffzufuhreinrichtung verbunden sein. Durch entsprechende Bedienung der jeweiligen Steuereinrich­ tungen kann der Misch- und Brennkammer des Brenners über den Ring­ durchgang 97 Luft, mit Sauerstoff angereicherte Luft oder Sauer­ stoff allein in verschiedenen Strömungsmengen zugeführt werden. In gleicher Weise wird der Misch- und Brennkammer über die tangentia­ len Bohrungen 98 ein gasförmiger Brennstoff in steuerbaren Mengen zugeführt.

Innhalb der Brennkammer wird das brennbare Gemisch aus Brennstoff und Oxydationsmittel mittels der Zündeinrichtung 112 gezündet. Für die vollständige Verbrennung von in der Hauptsache Methan enthal­ tendem Erdgas sind zwei Mol Sauerstoff für ein Mol Methan notwendig, wobei dann Kohlendioxid und Wasser gemäß der folgenden Formel entstehen:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Für die Erzeugung einer reduzierenden und nicht entkohlenden At­ mosphäre kann die Sauerstoffzufuhr auf ein Mol für ein Mol Methan reduziert werden. In diesem Falle enthalten dann die Verbrennungs­ produkte Kohlenmonoxid und Wasserstoff, welche jeweiIs aktive Re­ duktionsmittel sind.

Der Verbrennungsvorgang kann über das Sichtfenster 106 und die Bohrung 102 optisch überwacht werden. Eine kontinuierliche Über­ wachung des Verbrennungsvorgangs kann auf elektronischem Wege mittels des an der Bohrung 102 angebrachten Ultraviolett-Sensors 108 durchgeführt werden, wobei dessen Ausgangssignal als Sicher­ heitssignal verwendet werden kann, um die an entfernter Stelle angeordneten Absperrventile für den Brennstoff und das Oxydations­ mittel zu betätigen. Die Durchmischung des Brennstoffs mit dem Oxy­ dationsmittel kann durch axiales Verstellen der Brennerscheibe 94 relativ zu den Brennstofföffnungen 98 beeinflußt werden.

Durch die Anordnung der ebenen, einen stromab abgeschrägten Rand aufweisenden Brennerscheibe an der Zuströmseite für einen gasförmi­ gen Brennstoff ist eine ausreichende Durchmischung der Reaktions­ teilnehmer erzielbar, um eine Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen, bei welcher die Flammentemperatur im Bereich der Mittelachse der Brennkammer an der Abströmseite der Brennerscheibe 94 Werte von mehr als 1700° C erreicht. Die gleichmäßige Durchmischung der Reaktionsteilnehmer und die hohen Temperaturen in der Brennzone verhindern ein Verkoken der Brennkammer und des Ofens. Das den Ringdurchgang 97 um die Brennerscheibe 94 herum durchströmende gas­ förmige Oxydationsmittel bewirkt eine kontinuierliche Kühlung der Brennerscheibe 94 und des angrenzenden Teils der Bohrung 77 der Aus­ kleidung 76. Dadurch werden die Brennerscheibe 94 sowie die Ausklei­ dung 76 ungeachtet der im mittleren Bereich der Brennkammer herr­ schenden hohen Temperaturen nicht geschädigt. Im Hinblick auf die Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation bei erhöhten Temperaturen ist die Brennerscheibe 94 aus rostfreiem Stahl oder gegen hohe Tempe­ raturen widerstandsfähigem keramischen Werkstoff gebildet. Der Brenner erzeugt eine relativ lange Flamme im Bereich seiner Mittel­ achse, so daß die Freisetzung sehr großer Wärmemengen nicht zu einem übermäßigen Temperaturanstieg in einzelnen örtlichen Bereichen führt.

Ein in einer anderen Ausführungsform in den Fig. 4 und 5 beschrie­ bener Brenner kann mit einem gasförmigen und einem flüssigen Brenn­ stoff und Luft, angereicherter Luft oder Sauerstoff als Oxydations­ mittel betrieben werden. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten ent­ sprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das vordere Ende des Rohrstücks 72 mit den Flanschen 66 und 70 und dem Rohrstück 68 ist in Fig. 4 nicht dargestellt. Am anderen Ende des Rohrstücks 72 ist der Gewindeflansch 74 angeschweißt und der aus den Flanschen 66, 70 und 74 und den Rohrstücken 68 und 72 gebildete Schweißkörper hat eine Auskleidung 76 aus einem gießbaren, hitzebe­ ständigen Material. Die Auskleidung 76 hat eine mit der Gewindeboh­ rung des Flanschs 74 konzentrische Mittelbohrung 77, welche die Misch- und Brennkammer darstellt.

Eine am Gewindeflansch 74 auswärts hervorstehende Anschlußbuchse 116 trägt an ihrem äußeren Ende ein T-Stück 118. Zwischen dem Ende der Anschlußbuchse 116 und dem Körper des T-Stücks 118 ist eine erste Tragscheibe 120 angeordnet, welche von einer Mittelöffnung 122 und entlang dem Umfang angeordneten Durchlässen 124 durchsetzt ist. Eine zweite, von einer Mittelöffnung 122 und entlang dem Umfang angeord­ neten Durchlässen 124 durchsetzte Tragscheibe 120 ist in das andere Ende des T-Stücks 118 eingesetzt und von einem hohlen Gewindestopfen 126 festgehalten. Ein Führungsrohr 128 ist durch den hohlen Stopfen 126 und die Mittelöffnungen 122 der beiden Tragscheiben 120 hindurchgeführt und mit einem Ende am hohlen Stopfen 126 befestigt. Das andere Ende des Führungsrohrs 128 ist mit einer Kupplungsmuffe 130 verschraubt, welche am anderen Ende mit einem Tragrohr 132 für die Brennerscheibe verschraubt ist. Die Kupplungsmuffe 130 hat an ihren Enden ein rechtsgängiges und ein linksgängiges Innengewinde, mit welchem sich entsprechende rechtsgängige bzw. linksgängige Außengewinde des Führungsrohres 128 bzw. des Tragrohrs 132 in Eingriff befinden. Am anderen Ende trägt das Tragrohr 132 eine hohle Brennerscheibe 134. Eine Verdrehung der Kupplungsmuffe 130 bewirkt eine Änderung der Axialstellung der Stirnfläche der Brennerscheibe 134 relativ zu den Bohrungen 98 und 102. Die jeweilige Einstellung ist abhängig vom gewünschten Brennstoff/Sauerstoffverhältnis, von der Art des Brennstoffs und des Oxydationsmittels und von der jewei­ ligen Brennerleistung.Vorzugsweise beträgt jedoch der Abstand zwischen der Stirnseite der Brennerscheibe 134 und der Ebene, in welcher die Bohrungen 98 und/oder die Zündeinrichtung 112 angeordnet sind, ungefähr ein Viertel des Innendurchmessers der Misch- und Brennkammer.

Die Brennerscheibe 134 hat eine konzentrische Bohrung 136 für die Aufnahme einer Zerstäuberdüse 138 für einen flüssigen Brennstoff. Eine in das Tragrohr 132 eingeschraubte Klemmschraube 140 greift mit einem Ende durch eine Öffnung 142 der Brennerscheibe 134 an der Außenseite der Zerstäuberdüse 138 an, um diese in der richtigen Stellung relativ zur Stirnseite der Brennerscheibe 134 zu halten. Die Brennerscheibe 134 hat eine mit einem rohrförmigen Teil 145 einstückige, ringförmige, ebene Stirnfläche 144 und einen rückwärts abgeschrägten Umfangsrand 146. Eine an der äußeren Kante des Randes 146 und am rohrförmigen Teil 145 angeschweißte Ringscheibe 148 bildet einen Abschluß für einen Kühlmittelraum 150 innerhalb der Brennerscheibe 134. Ein Paar Leitungen 152 münden mit jeweils einem Ende durch Öffnungen 154 in der Ringscheibe 148 hindurch im Kühl­ mittelraum 150 und sind am anderen Ende über die Wandung des Trag­ rohrs 132 durchsetzende Nippel 158 mit Kühlmittelleitungen 156 ver­ bunden. Zwischen den beiden Öffnungen 154 ist eine radiale Trennwand 160 in den Kühlmittelraum 150 eingesetzt, so daß ein durchgehender Strömungsweg über die Leitungen 156, die Nippel 158, die Leitungen 152, die Öffnungen 154 und den Kühlmittelraum 150 für ein Kühlmittel (z. B. ein Gas bzw. eine Flüssigkeit), gewöhnlich Wasser vorhanden ist.

Die Zerstäuberdüse 138 dient dazu, einen flüssigen Brennstoff in kleinen Tröpfchen in Axialrichtung der Misch- und Brennkammer auszu­ stoßen. Hierzu wird einer in der Mitte der Düse 138 angeordneten Mischkammer 164 Druckluft über eine Leitung 162 und ein flüssiger Brennstoff über eine Leitung 166 zugeführt. Durch die von der Druck­ luft ausgeübte Scherwirkung wird der Brennstoff zerrissen, so daß in der Mischkammer 164 ein Gemisch aus Luft und Brennstofftröpfchen entsteht. Das am vorderen Ende der Mischkammer austretende Gemisch aus Luft und Brennstofftröpfchen wird durch eine Prallscheibe 168 abgelenkt und verläßt die Düse in Form eines im wesentlichen koni­ schen Sprühstrahls durch einen Ringdurchlaß 170 zwischen der Prall­ scheibe 168 und einem divergierenden Auslaß 172 der Düse. Der Aus­ laß 172 der Zerstäuberdüse 138 kann in einem beliebigen Winkel di­ vergieren. Zur Erzeugung einer langen Flamme, deren Höchsttempera­ turbereiche möglichst weit von den hitzebeständig ausgekleideten Teilen des Brenners entfernt sind, ist jedoch ein Divergenzwinkel von 30° besonders geeignet.

In den freien Schenkel des T-Stücks 118 ist ein zweites T-Stück 174 eingeschraubt. Die einander gegenüberliegenden Enden 176, 178 des T-Stücks 174 sind über (nicht dargestellte) Leitungen und Steuerein­ richtungen mit einer Druckluftquelle und einer Zufuhreinrichtung für Sauerstoff verbunden, so daß dem T-Stück 118 ein Gemisch von Luft und Sauerstoff oder auch Luft bzw. Sauerstoff allein zugeführt werden kann. Das Oxydationsmittel strömt über die Durchlässe 124, die Anschlußbuchse 116 und den Ringdurchgang 97 in die Misch- und Brennkammer.

Das brennbare Gemisch aus Brennstoff und Oxydationsmittel wird mittels der durch die Bohrung 110 in die Brennkammer eingeführten Zündeinrichtung 112 gezündet. Wie in der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 bewirkt das die Brennerscheibe 134 umströmende Oxydationsmittel eine gewisse Kühlung derselben. Wird jedoch Öl als Brennstoff und Sauerstoff als Oxydationsmittel verwendet, so entsteht eine sehr viel hellere Flamme, welche eine starke Wärme­ strahlung in Richtung auf die Brennerscheibe 134 aufweist. Zur Ver­ meidung einer Schädigung der Brennerscheibe 134 ist daher eine zu­ sätzliche Kühlung derselben erforderlich. In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, das Öl vor seiner Zerstäubung mittels der Düse 138 vorzuwärmen. Hierzu kann die von der Brennerscheibe 134 wegführende Kühlmittelleitung 156 innerhalb und/oder außerhalb des Brenners in wärmetauschender Wirkbeziehung mit der Brennstoffleitung 166 geführt sein. Zusätzliche Wärme kann auch mittels einer besonderen Heiz­ quelle zugeführt werden. Durch die Vorwärmung des Öls wird dessen Viskosität verringert und dadurch seine Fließfähigkeit verbessert. Dies führt zu einer verbesserten Zerstäubung des Öls und einer besseren Durchmischung desselben mit dem Oxydationsmittel.

Wie in der Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 kann der Verbren­ nungsvorgang über das in der Muffe 104 und der Bohrung 102 befestigte Sichtfenster 106 beobachtet und mittels des in der ge­ genüberliegenden Muffe 104 und der Bohrung 102 angeordneten Ultra­ violett-Sensors 108 elektronisch überwacht werden.

Der in Fig. 4 und 5 dargestellte Brenner kann sowohl mit gasförmigem als auch mit flüssigem Brennstoff und einem Gemisch aus beiden be­ trieben werden.

Claims (7)

1. Brenner für gasförmigen Brennstoff

• a) mit einer im wesentlichen zylindrischen, hitzebeständig ausgekleideten Misch- und Brennkammer (77) mit einem offenen Ende und mit wenigstens einer Brennstofföffnung (98),
• b) mit einem an die Misch- und Brennkammer (77) angeschlossenen Zündeingang mit einer Zündeinrichtung (112) und
• c) mit einer auf der Achse der Misch- und Brennkammer (77) an dem Ende, das ihrem offenen Ende gegenüberliegt, vorgesehenen Brennerscheibe (94; 134) mit einem Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der Misch- und Brennkammer (77) ist,
• d) so daß ein ringförmiger Durchgang (97) für ein gasförmiges Oxidationsmittel zwischen der Brennerscheibe (94; 134) und der Wandung der Misch- und Brennkammer (77) entsteht,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• e) die Misch- und Brennkammer (77) weist einen gleichmäßigen Querschnitt auf,
• f) Die Brennerscheibe (94; 134) ist längs ihres Umfanges so abgeschrägt, daß der ringförmige Durchgang (97) mit einer Querschnittsfläche ausgebildet ist, die zum offenen Ende der Misch- und Brennkammer (77) hin zunimmt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• g) die Brennstofföffnung (98) in einer quer zur Achse der Misch- und Brennkammer (77) verlaufenden Ebene im wesentlichen tangential zur Innenfläche der Misch- und Brennkammer (77) angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• h) der Abstand zwischen der Stirnfläche der Brennerscheibe (94) und der Ebene der Brennstofföffnung (98) ungefähr ein Viertel des Innendurchmessers der Misch- und Brennkammer (77) beträgt.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich

• i) eine Zerstäuberdüse (138) für flüssigen Brennstoff auf der Achse der Misch- und Brennkammer (77) in der Brennerscheibe (134) angeordnet ist.

5. Brenner nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• j) die Lage der Stirnfläche der Brennerscheibe (94; 134) in axialer Richtung verstellbar ist.

6. Brenner nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• k) die Stirnfläche der Brennerscheibe (94; 134) in axialer Richtung einen Abstand von der Ebene der Zündeinrichtung (112) hat, der näherungsweise einem Viertel des Innendurchmessers der Misch- und Brennkammer (77) entspricht.