DE2917982B2 - Wandstrahlbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Wandstrahlbrenner mit diffusorartig erweiterter Brennkammeroberfläche. — Derartige Wandstrahlbrenner sind für die Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen eingerichtet und weisen in der Regel ein Brennstoffzuführungsrohr, ein Verbrennungsluftzuführungsrohr, eine Drallerzeugungseinrichtung und einen Brennerstein auf, der eine rotationssymmetrische Brennkammer mit der diffusorartig erweiterten Brennkammeroberfläche definiert sowie einen zentralen Brennkammereintritt aufweist, in den das Brennstoffzuführungsrohr sowie das Verbrennungsluftzuführungsrohr einmünden. Im allgemeinen umgibt das Verbrennungsluftzuführungsrohr das Brennstoffzuführungsrohr und die Anordnung ist so getroffen, daß eine Durchinischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft im Kreuzstrom erfolgt.

Bei Wandstrahlbrennern dieser Gattung soll bekanntlich die Wärme von der Flamme hauptsächlich konvektiv an die Brennkammerwand abgegeben und von dort an das zu wärmende Gut abgestrahlt werden. Um einen hohen konvektiven Wärmeübergang von der Flamme an die Brennkammerwand zu erzielen, ist es erforderlich, dafür zu sorgen, daß die Flamme an der Brennkammeroberfläche anliegt. Im übrigen muß die diffusorartige Erweiterung in starkem Maße divergent sein, um eine ausreichend gleichmäßige Wärmestrahlung zu gewährleisten.

Bei bekannten Wandstrahlbrennern ist die Brennkammeroberfläche eine glatte Oberfläche, die ebenso wie die Brennkammerwand von Bohrungen und Ausnehmungen frei ist und die nicht dazu beiträgt, daß die Flamme an der diffusorartig erweiterten Brennkammeroberfläche anliegt. Das Anliegen der Flamme an die Brennkammeroberfläche wird durch Erzeugung einer zentralen Rückströmzone vor und in der Brennkammer bewirkt. Diese Rückströmzone resultiert aus dem Drall, mit dem die Verbrennungsluft in die Brennkammer eingeführt wird. Durch geeignete Formgebung der Brennkammer selbst, z. B. durch Einbeziehung der Austrittsöffnung der Brennkammer, versucht man, zu erreichen, daß die Flamme möglichst stabil an der Brennkammerwandung anliegt. Je divergenter jedoch die Brennkammer mit ihrer diffusorartig erweiterten Brennkammeroberfläche ist, um so größer muß der Drall der Verbrennungsluft sein, damit bei der insoweit bekannten Ausführungsform ein Anliegen der Flamme an der Brennkammeroberfläche erreicht wird. Hierdurch wird ein erhöhter Vordruck für die Verbrennungsluft und im Ergebnis ein höherer Energieverbrauch nötig, denn der Vordruck nimmt mit größer werdender Drallstärke zu. Da der verfügbare Vordruck bei Wandstrahlbrennern begrenzt ist und aus wirtschaftlichen Gründen auch niedrig gehalten werden sollte, ist andererseits die erzeugbare Drallstärke begrenzt. Damit wird gleichzeitig auch der Regelbereich, in dem das Anliegen der Flamme an der Brennkammeroberfläche gewährleistet ist, begrenzt. Regelbereich bedeutet bei diesen Wandstrahibrennern, in welchen Grenzen der Volumenstrom aus Brennstoff und Verbrennungsluft verändert werden kann. Wird dieser Regelbereich überschritten, se hebt die Flamme von der Brennkammeroberfläche ab oder legt sich bei vorgegebener Drallstärke nicht an die Brennkammeroberfläche an. Dadurch nimmt die Wärmeübertragung durch Konvektion von der Flamme zur Brennkammerwand hin erheblich ab. Der bei den insoweit bekannten Wandstrahlbrennern erreichbare Regelbereich liegt bei 1 zu 3 bis 1 zu 4.

Die vorstehend beschriebenen Probleme sind seit längerer Zeit bekannt Zur ihrer Lösung wurde auch vorgeschlagen (DE-GM 19 80 822), daß der Mündungsteil einer Leitkammer im wesentlichen scharfkantig in die zu beheizende V/andfläche übergeht und daß über diese die mit quer zur Tiefe der Leitkammer gerichteten Ausströmöffnungen versehene Brennstoffzuführung vorragt. Dadurch soll im Bereich der Kante ein Ringwirbel erzeugt werden, in den der Brennstoff eingeführt wird und der die Brenngase auf die Oberfläche der Brennkammer drückt. Das mag gelingen, verlangt aber eine entsprechende kinetische Energie des kranzförmigen Ringwirbels und führt daher nicht zu einer Vergrößerung des Regelbereichs. Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen ist allerdings auch vorgeschlagen worden, zum Zwecke der Abführung der Rauchgase in der Brennkammeroberfläche einen Ringspalt vorzusehen, über den die Rauchgase abgesaugt werden. Das mag auch dazu führen, daß in diesem Absaugbereich die Rauchgase sich an die Oberfläche der Kammer anlegen, jedoch ist dieser Effekt offenbar nicht erkannt worden.

Bei anderen Wandstrahlbrennern hat man die Oberfläche der Brennkammer mit mit Formausbildungen versehen, die die Flamme an der Oberfläche festhalten sollen. Das führt jedoch zu einer Beeinträchtigung der Strömungsverhältnisse und zu Turbulenzen, die die Stabilität des Verbrennungsvorganges beeinflussen.
Bei Brennern ganz anderer Gattung, die eine zylindrische Brennkammer aufweisen (US-PS 31 74 526), ist eine Brenngasrücksaugung mit Hilfe einer Ringspaltsaugeinrichtung im Bereich der Brennermündung und mit in der Brennkammeroberfläche offenen RUcksaugkanälen bekannt. Diese Rücksaugung dient dazu, Brenngase in den Bereich der aufzubereitenden Brennstoffe zu bringen, wo eine thermodynamische Aufbereitung der Brennstoffe stattfinden soll. Die eingangs beschriebenen Probleme sind dadurch aber nicht beeinflußt worden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wandstrahlbrenner der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, bei dem die Flamme von der Brennkammeroberfläche gleichsam festgehalten wird und der folglich einen wesentlich erweiterten Regelbereich aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt in der Anwendung der Maßnahme der Brenngasrücksaugung mit Hilfe einer Ringspalt-Rücksaugeinrichtung im Bereich der Brennermündung und in der Brennkammeroberflachc offenen Rücksaugkanälen auf Wandstrahlbrcnner mit diffusorartig erweiterter Brennkammeroberfläche zum Zwecke des Flammanlegens an die Brennkammeroberfläche. — Erfindungsgemäß wird die Flamme an die

Brennkammeroberfläche angesaugt und dort gleichsam Festgehaltea Dabei erzeugen der Verbrennungsvorgang und die mit Drall strömende Flamme die Injektorwirkung selbst. Im Ergebnis wird die Aufheizung der Brennkammerwand und damit ihr Wärmeabstrahlvermögen wesentlich verbessert bzw. erhöht Außerdem wird auch der Regelbereich wesentlich vergrößert, weil auch bei relativ geringer Brennerbelastung die Absaugung über die Ringspalt-Rücksaugeinrichtung funktioniert und die Flamme immer eng an der Brennkammtioberfläche anliegt. Damit wird für alle Betriebszustände eine optimale Brennstoffausnutzung bzw. ein optimaler Wirkungsgrad erreicht Der Regelbereich kann gegenüber der bekannten Ausführungsform um einen Faktor 2 oder mehr erhöht werden, beispielsweise bei 1 zu 10 liegen. Endlich ist von Vorteil, daß infolge der Absaugung eine geringere Drallstärke und folglich auch ein geringerer Vordruck für die Verbrennungsluft benötigt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung die

F i g. 1 bis 3 Axialschnitte durch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Wandstrahlbrenner.

Die in den Figuren dargestellten Wandstrahlbrenner sind für gasförmige oder flüssige Brennstoffe bes timmt. In ihren grundsätzlichen Aufbau bestehen sie aus
einen Brennstoffzuführungsrohr 1,
einem Verbrennungsluftzuführungsrohr 2,
einer Drallerzeugungseinrichtung 3 und
einem Brennerstein 4.

Im Ausführungsbeispiel ist die Drallerzeugungseinrichtung 3 im einzelnen nicht gezeichnet Die Anordnung ist im übrigen so getroffen, daß das Verbrennungsluftzuführungsrohr 2 das Brennstoffzuführungsrohr 1 umgibt. Das Brennstoffzuführungsrohr 1 hat Brennstoffaustrittsöffnungen oder Düsen 5, die letzten Endes bewirken, daß eine Durchmischung im Kreuzstrom erfolgt. Tunlichst ist die Anordnung so getroffen, daß die Brennstoffzuführung den Drall der Verbrennungsluft noch fordert Der Brennerstein 4 besitzt eine rotationssymmetrische Brennkammer 6 mit diffusorartig erweiterter Brennkammeroberfläche 7 und einem zentralen Brennkanimereintritt 8, in den das Brennstoffzuführungsrohr 1 sowie das Verbrennungsluftzuführungsrohr 2 einmünden, was mit unterschiedlicher Einmündungstiefe geschehen kann.
Die Brennkammeroberfläche 7 besitzt im Abstand vom Brennkammereintritt 8 zumindest eine Absaugeinrichtung 9 in Form eines Ringspaltes und/oder eine Mehrzahl von in zumindest einer Reihe umlaufenden Absaugöffnungen 9a. An die Absaugeinrichtung 9 bzw. an den Ringspalt oder die Absaugöl'fnungen ist ein Absauginjektor 10 angeschlossen. Der Absauginjektor 10 ist zumindest an eine Injektor-Ansaugeinrichtung 11 angeschlossen. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet die Injektor-Ansaugeinrichtung 11 einen Ringspalt im Bereich des Brennkammereintritts 8, so daß die schon beschriebene Injektorwirkung erreicht wird. Sie saugt die Flamme gegen die Brennkammeroberfläche 7. — Im Ausführupgsbeispiel sind in der Brennkammeroberfläche 7 jeweils zwei umlaufende Absaugeinrichtungen 9 mit Abstand voneinander konzentrisch angeordnet andererseits ist jedoch nur ein als Radialspalt ausgebildeter Absauginjektor 10 vorgesehen. Das hat zur Folge, daß die Absaugeinrichtung 9 aus zunächst zwei Ringspalten besteht, die dann aber vereinigt und als ein einziger Absauginjektor 10 mit der Injektor-Ansaugeiririchtung 11 verbunden sind. Es versteht sich von selbst, daß die Absaugeinrichtung als Ringkanal oder Ringkanäle umlaufend angeordnet sind. Ein solcher Aufbau läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß der Brennerstein aus mehreren Teilsteinen 41,42,43, die entsprechend eingeformte Öffnungen bzw. Kanäle oder Halbkanäle aufweisen, zusammengesetzt wird. Der Brennerstein 4 ist im Ausführungsbeispiel in üblicher Weise an einer Platte 12 montiert, die der Innenwand eines entsprechenden Ofens angehören kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1
Patentanspruch:

Anwendung der Maßnahme der Brenngasrücksaugung mit Hilfe einer Ringspalt-Rücksaugeinrichtung im Bereich der Brennermündung und in der Brennkammeroberfläche offenen RQcksaugkanälen auf Wandstrahlbrenner mit diffusorartig erweiterter Brennkammeroberfläche zum Zwecke des Flammenanlegens an die Brennkammeroberfläche.