DE2917982C3 - Wandstrahlbrenner - Google Patents

Description

Die Erf-ndung befaßt sich mit einem Wandstrahlbrenner mil 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 Brennstoffzufühningsrohr sowie das Vcrbrennungsluftzuführungsrohr einmünden. Im allgemeinen umgibt das Verbrennungsluftzuführungsrohr das Brennstoffzufühningsrohr und die Anordnung ist so getroffen, daß eine Durchmischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft im Kreuzstrom erfolgt.

Bei Wandstrahlbrennern dieser Galtung soll bekanntlich die Wärme von der Flamme hauptsächlich konvektiv an die Brcnnkamnierwand 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 Brennkammerobcrfläche anliegt. Im übrigen muß die diffusorartige Erweiterung in starkem Maße divergent sein, um eine ausreichend gleichmäßige Wärmestrahlung zu gewährleisten.

Bei bekannten Wandstrahlbrcnnern ist die Brennkammeroberfläche eine glatte Oberfläche, die ebenso wie die Brennkammerwund 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 Brennkanimeroberfläche 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. )e divergenter jedoch die Brennkammer mit ihrer diffusorartig erweiterten Brennkammeroberfläche ist, um so größer muß der Drall der Verbrennungsluft sein, damit bei der insoweit bekannten Aiisführiingsform 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 erzetigbare Drallstärke begrenzt. Damit wird gleichzeitig auch der Regelbereich, in dem das Anliegen der Flamme an der Brennkammeroberfläche gewährleistet ist, begrenzt. Regelbereich bedeutet bei diesen Wandstrahlbrennern, in welchen Grenzen der Volumenstrom aus Brennstoff und Verbrennungsluft verändert werden kann. Wird dieser Regelbereich überschritten, so hebt die Flamme von der Brennkammeroberiläche ab oder legt sich bei vorgegebener Drallstärke nicht an die Brennkammer-

lü Oberfläche an. Dadurch nimmt die Wärmeübertragung durch Konvektion von der Flamme zur Breinkammerwand 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 Mündungstei! einer Leitkammer im wesentlichen scharfkantig in die zu beheizende Wandfläche 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

jo auch vorgeschlagen worden, zum Zwecke der Abführung der Rauchgase in der Brennkammeroberfläehe 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 Formausbildiingen versehen, die die Flamme an der Oberfläche

t(i festhalten sollen. Das führt jedoch zu einer Beeinträchtigung der Strömlingsverhältnisse und zu Turbulenzen, die die Stabilität des Verbrennungsvorganges beeinflussen.

Bei Brennern ganz anderer Gattung, die eine

•t) zylindrische Brennkammer aufweisen (US-PS 31 74 52b), ist eine Brenngasrücksaugung mit f IiIfe einer Ringspaltsaugeinrichtung im Bereich der Brennermündung und mit in der Brennkammeroberfläche offenen Rücksaugkanälen 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 Brennkammeroberfläehe gleichsam festgehalten wird und der folglich einen wesentlich erweiterten Regclbebo reich 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 Brennkammeroberfläehe b5 offenen Rücksaugkanälen auf Wandstrahlbrenner mit diffusorartig erweiterter Brennkammeroberfläehe zum Zwecke des Flammanlegens an die Brennkammeroberfläche. — Erfindungsgemäß wird die Flamme an die

Brennkammeroberfläche angesaugt und dort gleichsam festgehalten. Dabei erzeugen der Verbrennungsvorgang und die mit Drall strömende Flamme die Injektorwirkung selbst. Im Ergebnis wird die Auf heizung der Brennkammerwand und damit ihr VVärmeabstriihlvemiögen 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 Brennkammeroberflache 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 Drallstarke ■jnd 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 J Axialschnitte durch verschiedene Ausführungsformer, erfindungsgemäßer Wandstrahlbrenner.

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

Im Ausführungsbeispiel ist die Drallerzeugungseinrichuing 3 im einzelnen nicht gezeichnet. Die Anordnung ist im übrigen so getroffen, daß das Verbrennungsluftz.iiführungsrohr 2 das Brennstoffzuführungsrohr 1 umgibt. Das Brennstoffzuführungsrohr I hat Brennstoffaustritlsöffnungen 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 fördert. Der Brennerstein 4 besitzt eine rotationssymmetrische Brennkammer 6 mit diffusorartig erweiterter Brennkammeroberfläche 7 und einem zentralen ■3 Brennkammereintritt 8, in den das Brennstoffzuführuiigsrohr 1 sowie das Verbrennungsluftzuführungsrohr 2 einmünden, was mit unterschiedlicher Einmündungstiefe geschehen kann.

Die Brennkammeroberfläche 7 besitzt im Abstand

ίο vom Brennkammereintritt 8 zumindest tine Absaugeinrichtung 9 in Form eines Ringspaltes und/oder eine Mehrzahl von in zumindest einer Reihe umlaufenden Absaugöffnungen 9;?. An die Absaugeinrichlung 9 bzw. an den Ringspalt oder die Absaugöffnungen ist ein

π Absauginjektor 10 angeschlossen. Der Absauginjektor IU ist zumindest an eine Injektor-Ansaugeinrichtung 11 angeschlossen. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet die Injcktor-Ansaugeinriehtung 11 einen Ringspalt im Bereich des Brennkammereintritts 8, so daß die

jo schon beschriebene Injektorwirkung erreicht wird. Sie siiugt die Flamme gegen die Brennkammeroberfläche 7. — Im Aiisführu.igsbcispiel sind in der Brennkammeroberfläche 7 jeweils zwei umlaufende Absaugeinrk-hlungen 9 mit Abstand umeinander konzentrisch

j-, angeordnet andererseits ist jedoch nur ein .ns Radialspah ausgebildeter Absauginjektor 10 ungesehen. Das li.it /ur Folge, daß die Absaugeinrichtung 9 aus zunächst zwei Ringsoalien bestellt, die dann ;:ber vereinigt und als ein eiiziger Absauginjektor 10 mit der

in Injektor-Ansaugeinrichtung 11 verbunden sind, l-s versteht sich von selbst, daß die Absaugeinrichlung als Ringkanal oder Ringkanäle umlaufend angeordnet sind. Hin solcher Aufbau läßl sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß der Brennerstein aus mehreren Teilstei-

j-> neu 41, 42, 43. die einsprechend eingeformte Öffnungen bzw. Kanäle oder Halbkanäle aufweisen, zusammengesetzt wird. Der Urennerstcin 4 ist im Ausführungsbeispiel in übliche: Weise an einer Platte 12 montiert, die der Innenwand eines entsprechenden Ofens angehören

ίο kanu.

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 Rücksaugkanälen auf Wandstrahlbrenner mit diffusorartig erweiterter Brennkammeroberfläche zum Zwecke des Flammenanlegens an die Brennkammeroberfläche.