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FLACHENLAMMENGASBRENNER
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Die erfindung betrifft eine Apparatur zum Verbrennen von gasförmigen
Brennstoffen mit verschiedener Verbrennungswärme in Wärme aggregaten, und zwar Gasflachbrenner,
die in der Ausmauerung von Öfen mit feuerfestem toroidalen Tunnel installiert werden.
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Am vorteilhaftesten wird die Erfindung bei der Beheizung von Anwärmeöffen,
Glühöfen und Öfen für die Wärmedbehandlung von Erzen angewendet. Die Erfindung kann
in der Metallurgie im Maschinenbau in der chemischen Industrie und in anderen Zweigen
der Wirtschaft Verwendung finden.
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Zum Verbrennen von Betriebsgas in Wärmeaggregaten werden Gasbrenner
verwendet, die verschiedene Konfiguration der Flamme des brennenden Gases gewährleisten.
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Zur Intensivierung des Wärmeaustausches mit der Oberfläche
der
Ofenausmauerung, u. a. vom Ofengewölbe, und zur gleichmäigen Erwärmung des Materials
ist ein Brennen des Gases, das sich über die Oberfläche der feuerfesten Ofenausmauerung
ausbreitet, mit flacher Flamme erwünscht.
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Bekannt sind Konstruktionen von Gasbrennern mit flacher Flamme (siehe
z.B. Patent der USA Nr. 3.Q50.112, K1. 158-109, Englands Nr. 820505, Internat -K1.
F.23 f, der BRD Nr.1.108.840, Internat. K1. F 23 f).
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In diesen Brennern bekouinen das Gas oder die Luft oder beide Komponenten
durch verschiedene Methoden einen Drall und mit Hilfe spezieller Brennertunnel oder
Einsätze wird ein Brennen des Gases mit flacher Flamme erreicht.
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Bekannt ist auch die Konstruktion eines flachflammigen Brenners (siehe
z.B. Urheberschein der Ud,SSS Nr. 238068, K1.
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24C 10, Internat. Kl. F 23f), die ein zjrlindrisches Gehäuse mit einem
tangential gelegenen Stutzen für die Zuführung der Luft enthält.
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Auf der Achse des Gehäuses liegt ein Rohr für die Zuführung des Betriebsgases,
das am Ende einen Druckstutzen mit radialen Auslaßöffnungen hat. Der Brenner wird
in der Ausmauerung von Öfen mit feuerfestem toroidalen Tunnel installiert.
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Im Innern des Gehäuses befindet sich auf dem Rohr der Gaszuleitung
ein schraubenförmiger Einsatz mit abnehmendem Schneckengang und einem Anstiegswinkel
des AuSenrandes in den Grenzen von 1 bis 45°. In der Einmündungszone des Gehäuses
in den toroidalen Tunnel liegt ein Druckstutzen der von dessen Austrittsfläche 3,5-4,0
Durchmesser des Tunnelkraters entfernt ist.
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Eine Variante dieser Erfindung ist die Konstruktion eines Breimers,
an dessen Gehäuse an der trennlinie zwischen dem Genäuse und dem Tunnel ein kegelförmiger
Abschnitt mit einem Kegelwinkel bis 120° angebracht ist, wobei der Neigungswinkel
des schraubenförmigen einsatzes am Außenrand auf der gesamten Länge konstant oder
annähernd konstant ist.
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In diesem Flachflammenbrenner tritt die dem Brenner zugeführte Luft
durch einen zylindrischen Stutzen in das Gehäuse des Flachflammenbrenners und wird
mittels des schraubenförmigen Einsatzes in Drehbewegung versetzt. Der zur Drehung
gebrachte Luftstrom vermischt sich im unterer Gehäuseteil des Brenners mit den Gasströmen,
die aus den radialen Öffnungen in dem xtutzen der Gaszuleitung quer zur Bewegungsrichtung
des sich drehenden Luftstroms austreten. Hierbei vollzieht sich die Mischung des
gases mit der Luft, und der toroidale Tunnel gewährleistet ein oftenes Brennen des
Gases und der Luft und die Entstehung einer flachen Flamme.
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Der Nachteil dieser Konstruktion eines Flachflammenbrenners besteht
darin, das durch den schraubenförmigen einsatz die Konstruktion des Brenners wesentlich
komplizierter und teuer wird und das Austreten des Gases quer zum Luftstrom den
Strömungswiderstand auf dem Weg der Brennkomponenten erhöht, wodurch der druck sowohl
der uft als auch des Gases erhöht werden muß.
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Zur Beseitigung der Nachteile des Flachflammenbrenners mit einem
schraubenförmigen Einsatz ist ein flachflamiger Strah-
lungsbrenner (siehe z.B. Urneberschein der UDSSR Nr. 343111, F 23 d, 13/26) vorgeschlagen
worden, in dem zur Erzeugung einer
beständigen offenen flachen Flamme
im gesamten Regulierungsbereich der Stutzen für die Luftzuführung einen rechteckigen
@uerschnitt mit folgendem Verhältnis hat: a b = 0,6 + 0,9 D² wobei a und b die Länge
der Seiten des Rechtecks des Querschnitts des Stutzens sind und D - der Durchmesser
der Austrittsfläche des Brenners bedeutet.
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Dabei hat das Rohr der Gaszuleitung tangential angebrachte Düsen,
die in Bewegungsrichtung des Luftstroms angeordnet sind.
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In diesem Flachflammenbrenner gelangt d er Luftstrom vom Ventilator
durch einen tangential angebrachten Stutzen in ein zylindrisches Gehäuse Bei der
bewegung entlang der land des zylindrischen Gehäuses wird der strom zur Drehung
gebracht und gelangt in den kegelformigen steil, wo infolge der Verringerung des
ettektiven Drehradius' die auf den Strom einwirtende hzliehkraft wächst. Das Gas
wird durch da Ziileitungsrohr und zwei Reihen tangential angebrachte Düsen zugleietet,
und gelangt, nachdem es sich mit der LuPt vermischt naht, in den toroidalen Tunnel.
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Es werden bei der Bewegung des Luftstromes im zylindrischen reil
des toroidalen Tunnels die Gasströme intensiv mit der Luft vermischt. beim Austritt
aus dem zylindrischen Teil des Tunnels entzündet sich das Gas-Luft-Gemisch. Unter
Einwirkung der radial gerichteten Komponente der Geschwindigkeit wird die Flamme
um 90° von der
Achse des Brenners auf der Verbindungslinie des Tunnels
und der Maquerung abgelenkt und erhält eine flache, fächerartige Form.
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An der Mündung des Brenners bildet sich dabei ein intensiver Gegenwirbel,
der den rrennprozeß stabilisiert. Der reciteckige Stützen ermöglicht ein intensives
Drehen des Luftstromes wodurch eien flache Flamme am Austritt aus dem Brenner entsteht.
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Der Nachteil dieses als Prototyp genommenen Flachflammenbrenners
besteht darin, daß das Gas durch in der Seitenwand des Gaszuleitungsrohr gelegene
Düsen in den Luftstrom austritt und der Gasstrom mit dem sich drehenden Luftstrom
an der engsten Stelle des Auerschnitts zwischen dem Gehäuse des drennars und dem
Gaszuleitungsrohr gemischt wird, wobei das Gas in das Gehäuse des Brenners quer
zur Bewegungsrichtung des Luftstromes austritt. Dadurch vergrößern sich stark die
Druckverluste sowohl im Luft- als auch im Gaskanal. Außerdem führt das Mischen der
Ströme der Brennkomponenten nahe an der Austrittsöffnung des Brenners dazu, daß
der Brennprozeß im zylindrischen Teil des toroidalen Tunnels beginnt und eine Ausbreitung
der Flamme über die oberfläche der Mauerung verhindert wird, wodurch eine Überhitzung
und der Ausfall der Austrittsöffnung des Brenners und des inneren Teils der toroidalen
Tunnels hervorgerufen wird. Deshalb kann man in dieser Konstruktion eines Flachfla
menbrnners schwer den erfolderlichen Regulierungsbereich des Gas- und Luftverbrauchs
gewährleisten.
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Diese und die vorher beschriebenen Konstruktionen eines flachflammenbrenners
sind nicht zum Verheizen von Gazen mit notwendige niedriger Verbrennungswärme geeignet,
wo das Luftvolumen pro
Einheit Gasvolumen kleiner ist als bei Gasen
mit hoher Verbrennungswärme, z.B. Erdgas. Im letzten Fall hat die Richtung und kinetische
Energie des Gasstromes eine große Bedeutung für die Schaffung eines gerichteten,
flachflammigen Brennens.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der oben erwähnten Nachteile.
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Der srSindung liegt die Aufgabe zugrunde, solch eine Konstruktion
eines Flachflammenbrenners zu entwickeln, die ein Verbrennen von Gasen mit verschiedener
Verbrennungswärme mit flacher offener Flamme bei verhaltnismäßig geringen Drücken
der Luft und des Gases vor dem Breliner ermöglicht und die Möglichkeit schafft,
in einem weiten Regulierungsbereich des Gas durchsatzes zu arbeiten infolge der
Veränderung des Systems der Drehung des Gasstroms.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, darin einem in der Ofenausmauerung
mit einem feuerfesten toroidalen Tunnel installierten Flachfl ammengasbrenner ,
der ein Gehäuse mit einem tangentialen Luftzuleitungsstutzen und ein im Innern dieses
Gehäuses und koaxial zu ihm angebrachtes Gasrohr mit Kanälen enthält, gemäß der
nirfindung die Kanäle in der Stirnwand des Gasrohres unter einen Winkel zur Achse
des Gehäuses ausgebildet sind.
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Es ist zweckmäßig, daß die Kanäle unter einem Winkel von 30 bis 60°
zur Ebene, die rechtwinklig zur Achse des Gehäuses ist verlaufen.
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Bei solch einer Ausführung der anale überschneidet das aus den Kanälen
auströmende Gas nicht den Querschnitt zum Luftaustritt, sondern trägt, da es unter
einem Winkel in die gleiche Richtung mit dem sich drehenden Luftstrom gerichtet
ist, zur
Erhöhung der kinetischen Energie und zur Drehung des Gas-Luftgemisches
bei, das in dem feuerfesten toroidalen Tunnel zu brennen beginnt und weiter brennt
in offner, flacher Flamme, die sich über die Oberflache der Mauerung ausbreitet.
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Zur Stabilisierung des Brennprozesses kann man zwischen den Kanälen
im Mittenteil der Stirnwand einen zylindrischen Stabilisator anbringen.
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In folgenden wird die Erfindung all Rand von Ausführungsbeispielen
mit Hinweisen auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, und zwar zeiSt Fig. 1
einen dlachfl ammengasbrenner im Längschnitt; Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie
II-II in Fig. 1; Fig. 3 ein Element des Flachflammengasbrenners mit der Abbildung
der Kanäle in der stirnwand des Gasrohrs( den Schnitt gemaX der Linie III-IsI in
Fig. 1); Fig. 4 einen Längsschnitt des Gasrohrs durch die Stirnwand(den Scnnitt
gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3); Fig. 5 eine Ausführungsvariante des Flachflammengasbrenners
mit einem zylindrischen Stabilisator im Mitteneteil der Stirnwand des Gasronrs.
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Der erfindungsgemäße Blachflammengasbrenner enthält ein Metallgehause
1 (kig. 1) mit einem tangential angebrachten Stutzen 2 für die Luftzufuhr. Koaxial
zum Gehäuse 1 ist ein Gasrohr 3 für die Gaszufuhr montiert. In der Stirnwand 4 des
Gasrohrs 3 sind Kanal 5 für den Austritt des Gases ausgebildet.
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Die Kanäle 5 verlaufen unter einem Winkel zur Ebene, die rechtwinklig
zur Langsachse des Gehäuses 1 ist. Der Gasflachbrenner wird in der Mauerung von
Öfen mit einem feuerfesten
toroidalen Tunnel 6 installiert.
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Der Stutzen 2 (Fig. 1 und 2) für die Luftzuführ in das Gehäuse 1
des brenners ist tangential zur Mantellinie des Gehäuses 1 angebracht und hat einen
rechteckigen Querschnitt Die Kanäle 5 ('ig. 1,3,4) in der stirnwand des Gasrohrs
3 haben rechteckigen Querschnitt und sind gleichmäBig auf der Kreislinie der Stirnwand
unter einem dinkel von 30-60° zur bbene, die rechtwinklig zur Achse des Gehauses
1 ist, in Drehrichtung des Luftstromes angeordnet. Bei der Anordnung der Kanäle
5 unter einem Winkel von weniger als 900 ist es konstruktiv schwierig, an der Stirnwand
4 die notwendige Anzahl Kanäle 5 für den Gasaustritt unterzubringen. Außerdem bewegen
sich die Luft- und Gasströme parallel bei kleinem Austrittswinkel des Gases, wodurch
stark das Mischen der Ströme und die Funktion des Flachflammengasbrenners verschlechtert
wird.
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Bei Ausbildung der Kanäle 5 unter einem Winkel zur Ebene die rechtwinklig
zur Achse des Gehäuses 1 des Flachflammengasbrenners ist, von mehr als 60° öffnet
sich die Flamme des Brenners nur schwach, besonders beim Verbrennen von Gasen mit
niedriger Verbrennungswärme da in diesem b'all der Gasstrom fast nicht gedreht wird
und ein teilweises Öffnen der Flamme nur durch die Energie des Luftstromes verursacht
wird.
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An der Stirnwand 4 des Gasrohrs 3 wird an der zum luirnel 6 gerichteten
Seite ein zylindrischer Stabilisator 7 (Fig. 5) angebracht der einen hohlen oder
vollen Zylinder darstellt Der in Wärmesaggregaten installierte Flachflammengasbrenner
funktioniert folgendermaßen. Die kalte oder bis auf 400° erhitzte Luft gelangt durcn
den tangentialen Stutzen 2 (Fig.1) in das
Gehäuse 1 des Brenners
tangential zu den Wänden des Gehäuses 1 und erfährt eine Drehbewegung durch die
Fliehkräfte. Das Gas strömt durch das Gasrohr 3 und gelangt in den sicn drehenden
Luftstrom durch die Kanäle 5 der Strinwand 4 des Gasrohrs 3.
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Der Brenner funktioniert mit beliebigem Gas nit niedriger Ausbreitungsgeschewindigkeit
der Flamme )a die Kanäle 5 unter einer.
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Winkel zur Ebene, die rechtwinklig zur Längsachse des Gehäuses 1 ist,
verlaufen, erfährt das Gas asn Ausgang aus den Kanälen 5 eine Drehbewegung in die
gleiche Richtung wie die Luft, mit der es sich intensiv vermischt.
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Im Ergebnis fliegen der Gas- und der Luftstrom in einer Richtung
dabei kommt es zu einem guten Vermischen des Gases mit der Luft, wobei sich die
beiden Komponenten nicht gegenseitig behindern und keine zusätzlichen Widerstände
auf dem Strömungsweg schaffen. Optimale Winkel verleihen dem Gas eine gute Drehbewegung.
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Das sich drehende Gas-Luft-Gemisch gelangt in den feuerfesten toroidalen
Tunnel 6, in dem es sich durch die Flienkräfte über die Wände des Tunnels 6 ausbreitet.
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Nach Zündung brennt das Gas auf den Wänden des Tunnels 6 und auf
der Oberlfäche der anliegenden Mauerung mit offener, flacher Flamme.
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Im Mittenteil des toroidalen Tunnels 6 entsteht eine Unterdruckszone,
in die erhitze Brennprodukte aus den Außenbrennzonen des Brenners gesaugt werden,
wodurch eine gute Stabilisierung des Zündprozesses gewährleistet wird.
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bei geringem Gas- und Luitdurchsatz verkleinert sich die auf der
Achse des Brenners gelegene Unterdruckzone, und die Stabilität des Zündprozesses
verschlechtert sich. Zur Sicherung
einer stabilen Zündung kommt
in diesem Fall der an der Stirnwand 4 angebrachte spezielle zylindrische Stabilisator
17 (Fig. 5) zum Einsatz. Hinter diesem Stabilisator 7 entsteht sogar bei geringem
Gas- und Luftverbrauoh eine beständige Rezirkulationszone der neigen Brennprodukte,
die eine sichere Zündung des Gases gewährleisten.
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Auf diese speise ist eine einfache, herstellungsgerechte Konstruktion
eines Flachflammengasbrenners geschaffen, in dem bei verhältnismaBig kleinen Drücken
des Gases und der Luft vor dem Brenner ein effektives Verbrennen von Betriebsgas
mit flacher, offener Flamme gewährleistet wird. Das wird dadurch erreicht, das das
ausströmende Gas nicht den Luftzwt;ritt behindert, sondern es trägt, da es unter
einem Winkel in die gleiche Richtung mit dem sich drehenden Luftstrom gerichtet
ist, zur Erhöhung der kinetischen Energie -und zur Drehung des Gas-Luft-Gemisches
bei, das in dem feuerfesten toroidalen Tunnel zu brennen beginnt und weiter brennt
in offener flacher Flamme, die sich über die Oberfläche der Mauerung ausbreitet.
Der Brenner kann sowohl mit kalter als auch mit bis auf 4000C erhitzter Luft zum
Verbrennen gasförmiger Brennstoffe mit verschiedener Verbrennungswärme und niedriger
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme betrieben werden. Zur Stabilisierung des
Brennprozesses kann ein zylindrischer Stabilisator an der Stirnwand des Gasrohrs
angebracht werden.