DE2836433A1 - Rekuperatorbrenner fuer industrieoefen - Google Patents

Description

Rekuperatorbrenner für Industrieöfen

Die Erfindung betrifft einen Rekuperatorbrenner für Industrieöfen gemäß demOberbegrif f des Patentanspruchs 1.

Rekuperatorbrenner dienen zur Beheizung von Industrieöfen, Strahlheizrohren oder sonstigen Aggregaten, bei denen die Abgase vor dem Verlassen des Systems einen Teil ihres Wärmeinhaltes an den zur Verbrennung des Brenngases erforderlichen Sauerstoffträger, der in den meisten Fällen als Luft zugeführt wird, abgeben- Durch die Vorwärmung der Verbrennungsluft wird ein Teil des Wärmeinhaltes der Abgase der Verbrennung wieder zugeführt. Damit ist eine Erhöhung des Wirkungsgrades verbunden, die zu: einer Brennstoffeinsparung führt. Gleichzeitig muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Vorwärmung der in der Regel aus Kohlenwasserstoffgemischen bestehenden Brenngase in Grenzen bleibt, da bei Überschreiten der zulässigen Temperatur die Gefahr besteht, daß sich die Kohlenwasserstoffe aufspalten und ungebundener Kohlenstoff in Form von Ruß im zentralen Brennstoffrohr oder in den Austrittsöffnungen der Brennstoffdüse ausfällt.

Aus der DE-AS 24 35 659 ist ein Rekuperatorbrenner zur Beheizung eines Strahlheizrohres mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt, bei dem die zugeführte Brennluft zunächst durch den Rekuperator geleitet wird, bevor sie längs des Brennstoffrohres zur Brennkammer gelangt. Das austrittsseitige Ende des Brennluftzuführungsrohres ist abgeschlossen und ebenso wie seine Außenwand im Bereich des umgelenkten Brennluftstromes mit Löchern versehen, durch die die Brennluft in die umgebende Brennkammer eintreten kann. Der für die Höhe des Wirkungsgrades maßgebende Wärmeaustausch zwischen Abgas und Brennluft findet somit vor dem Bereich statt, in dem die Brennluft das zentrale Brennstoffrohr umspült. Eine durch die letztere Maßnahme erwünschte Kühlwirkung am Brennstoffrohr wird somit infolge der rekuperativen Vorwärmung des Brennstoffs in Grenzen gehalten.

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aufgäbe der Erfindung ist es, bei einer=! :";,e>u;;:er at or brenner der genannten Art eine Brennstoffvorwärmung auf einfache Art und Weise weitgehend auszuschalten, so dai die vi'c^e des Wirkungsgrades ausschließlich von der technisch /..",/liehen Wärmeübertragung bestimmt wird. Die Brennstoffdüse kann dana aufgrund der geringen Brennstofferwärmung nach optimalen, verbrennungstechnischen Grundsätzen gestaltet werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemail? durch die in: Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Auf diese Weise werden die beiden rohrförmigen Trennwände durch die zugeführte Brennluft intensiv gekühlt und somit die Wärmestrahlung auf das Brennstoffrohr weitgehend ausgeschaltet. Unterstützt wird die Unterbrechung der Wärmestrahlung zusätzlich durch die Verwendung polierter, nicht oxidierender Werkstoffe, die den größten Teil der auftreffenden Wärmestrahlung reflektieren. Der Kühleffekt kann durch zusätzliches Anbringen von geeigneten Kühlflächen auf der Innenseite der rohrförmigen Trennwände weiter gesteigert werden. Eine direkte konvektive Wärmeübertragung der im Rekuperator sehr hoch erhitzten Brennluft auf das iirennstoffrohr ist vollkommen ausgeschaltet. Da sich die beiden rohrförmigen Trennwände über die gesamtwirksame Rekuperatorfläche erstrecken und durch ihre konstruktive Gestaltung einen direkten rechtwinkligen Aufprall der Brennluft auf die untere Stirnwand ermöglichen, wird auch dieser Teil, der durch die Rückstrahlung der Flamme, die in&er Mischkammer bzw. an der Austrittsöffnung durch die Mischung von Brennstoff und Brennluft entsteht und dadurch thermisch sehr hoch beansprucht wird, gekühlt. Diese Kühlung gestattet die 3rennstoffaus1rLttsdUse mit einer Vielzahl kleiner Brennstoffausströmungsöffnungen zu versehen, durch die der Brennstoff sowohl axial als auch radial im beliebigen Winkel in den Brennluftstrom einströmen kann. Die damit verbundene intensive Vermischung beider Ströme füllt zu einer vollkommenen Verbrennung ohne daß die Verbrennung mit Luftüberschuß, der den Wirkungsgrad herabsetzt, durchgeführt werden muß. Durch diese

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intensive Vermischung ist es weiterhin möglich, die Verbrennung in der Mischkammer bereits soweit durchzuführen, daß das brennende Gemisch mit sehr hoher Geschwindigkeit aus der Austrittsöffnung ausstömt? damit ist es in der Lage große Mengen von Abgasen anzusaugen und somit die Abgase intensiv in Bewegung zu setzen. Dieses führt vor allem bei Einbau des Rekuperatorbrenners in Strahlheizrohre zu einer sehr gleichmäßigen Wärmeverteilung über die gesamte Strahlheizrohrlänge.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen gekennzeichnet.

Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die ienen längsschnitt durch einen Rekuperatorbrenner gemäß der Efindung in schematischer Darstellung zeigt.

Der in der Zeichnung dargestellte Rekuperatorbrenner besteht aus einem zentralen Brennstoffrohr 10 und einem dazu konzentrisch angeordneten Brennluftzuführungsrohr 11, das zusammen mit einem äußeren Mantelrohr 12 den eigentlichen Rekuperator 13 bildet. In dem Brennluftzuführungsrohr 11, das über einen Eingangsstutzen 14 an eine nicht dargestellte Brennluftquelle angeschlossen ist, ist in einem vorbestimmten Abstand zum Brennstoffrohr lO eine erste rohrförmige Trennwand 15 angeordnet, die luftzufuhrseitig offen und an die Rohrwand 16 des Brennluftzuführungsrohres. 11 dicht angeschlossen ist. Auf der Austrittseite endet die rohrförmige Trennwand 15 in einem geringen Abstand zu einer Ringförmigen Stirnwand 17, die innen mit dem Brennstoffrohr 10 und außen mit einer zweiten rohrförmigen Trennwand 18 dicht abschließt, die die erste rohrförmige Trennwand 15 in einem vorbestimmten Abstand konzentrisch umgibt. Die ringförmige Stirnwand 17 braucht jedoch nicht in jedem Fall mit dem Brennstoffrohr 10 wie in der Abbildung dargestellt verbunden werden, sondern kann als Gasdüse mit axialen oder radialen im beliebigen Winkel zum Brennluftstrom angeordneten Brennstoffaustrittsöffnungen versehen sein, deren Anzahl einzig und allein von dem Brennstoffvolumen und der gewünschten Vermischung bestimmt wird. Die rohrförmige Trennwand

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18 bildet mit der Rohrwand 16 des Brennluftzufuhrungsrohres Il einen Ringkanal 19, der luftzufuhrseitig mit dem zwischen den beiden rohrförmigen Trennwänden 15, 18 gebildeten Ringkanal 2o in Verbindung steht und ausgangsseitig im wesentlichen auf gleicher Höhe mit dem Austritt des Brennstoff rohre s 10 in eine Mischkammer 21 mündet, die durch das überstehende und etwas eingezogene Rohrende des Brennluftzufuhrungsrohres Il gebildet wird. Die Austrittsöffnung 22 der Mischkammer 21 mündet in die nicht näher bezeichnete Brennkammer. Zwischen dem Mantelrohr 12 und dem Brennluftzuführungsrohr 11 verbleibt für die aus der Brennkammer abgeführten Abgase ein Ringkanal 23, der im wesentlichen in dem Bereich zusammen mit dem Brennluftzuführungsrohr 11 den Rekuperator 13 bildet, in dem innerhalb des Brennluftzufuhrungsrohres 11 der Ringkanal 19 ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise kann der Rekuperator 13 sowohl brennluf tseitig als auch abgasseitig mit Rippen (nicht dargestellt) zur Vergrößerung seiner Oberfläche versehen sein.

Im Betrieb kühlt die zugeführte Brennluft zunächst das Brennstoff rohr 10 sowie die erste rohrförmige Trennwand 15, ohne sich dabei übermäßig zu erwärmen. Mit dieser Temperatur gelangt sie an die untere Umlenkstelle, wo sie rechtwinklig auf die Stirnwand 17, die auch als Gasdüse ausgebildet sein kann,, aufprallt. Dadurch wird dieser Teil besonders intensiv gekühlt. Anschließend gelangt die Brennluft in den Ringspalt 20, wobei die an dieser Stelle vorhandene Temperatur auch noch eine ausreichende Kühlung der zweiten rohrförmigen Trennwand 18, insbesondere im unteren Bereich, der thermisch am höchsten belastet wird, gewährleistet. Die Erwärmung der Brannluft steigt danach weiter an und erreicht schließlich im Rekuperator 13 ihren Maximalwert, bevor sich die Brennluft mit dem gasförmigen Brennstoff vermischt. Messungen haben ergeben, daß selbst unter extremen thermischen Belastungen und minimaler Kühlung, durch Drosselung der Brennluftzufuhr, die Brennstofftemperatur in der Gasdüse 300°C nicht überschreitet. Unter gleichen Bedingungen ergaben sich bei Rekuperatorbrennern der üblichen Ausführungen Temperaturen an der gleichen Stelle von über 700°C.

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Claims (2)

1. PATENTANWÄLTE

   DIPL.-ING. ALEX STENGER

   D-4000 DÜSSELDORF 1 DIPL.-ING. WOLFRAM WATZKE

   Malkastenstraße 2 DIPL.-ING. HEINZ J. RING

   Unser Zeichen: 1'9 242 Datum: 17· ÄUgUSt l^l//Ö

   Ipsen Industries International Gesellschaft mit beschränkter Haftung, Plutstr. 52, 4190 Kleve 1

   Ansprüche:

   (lj Rekuperatorbrenner für Industrieöfen mit einem zentralen Brennstoffrohr, das den gasförmigen Brennstoff in eine Brennkammer leitet und das konzentrisch von einem Brennluftzuführungsrohr umgeben ist, dessen aui3enliegende Mantelfläche im Bereich des Rekuperators von den durch ein äui3eres Mantelrohr im Gegenstrom geführten abgase beaufschlagbar ist und in dem eine erste rohrförmige Trennwand angeordnet ist, die den Brennluftstrom auf dem V/eg zur Brennkammer zuerst längs des zentralen Brennstoffrohres bis zu dessen austrittsseitigen .iLndbereich leitet und dann in umgekehrter Richtung umlem-rt,
   α a d u r c h gekennzeichnet, dai3 die erste rohrförmige Trennwand (15) konzentrisch von einer zweiten rohrförmigen Trennwand (13) umgeben ist, die am austritt-seit igen linde mit der Außenwand des Brennst of frohres (10) einen luftdichten Abschluß bildet und den Brennluftstrom durch den mit der Rohrwand (1β) des Brennluftzuführungsrohres (11) geoildeten Ringkanal (20) über den Rekuperator (Ij5) sum AustcLttsende zurückführt .
2. 2. Rekuperatorbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Trennwände (15 und 18) sich über die gesamte wirksame Rekuperatorfläche (IJ) erstrecken und aus polierten, nicht oxydierenden Werkstoffen mit kleinem Emissionsverhältnis hergestellt sind, sowie auf der, der Einstrahlung abgekehrten Innenseite, mit zusätzlichen geeigneten Kühlflächen versehen sind.

   '3. Rekuperatorbrenner nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrwand (16) kurz vor der Stirnwand (17), die vorzugsweise als Gasdüse mit einer Vielzahl axialer oder radialer im beliebigen Winkel zum Brennluftstrom stellenden Brennst of faustr it tsöffnungen versehen ist, endet.

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