DE2943289A1

DE2943289A1 - Brenner fuer fluessige und/oder gasfoermige brennstoffe, insbesondere fuer industrielle oefen

Info

Publication number: DE2943289A1
Application number: DE19792943289
Authority: DE
Inventors: Peter 7300 Esslingen Witkowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-26
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1981-05-14
Also published as: DE2943289C2

Description

Brenner für flussige und>/oder gasförmige
Brennstoffe, insbesondere für industrielle Öfen Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, insbesondere für industrielle Öfen, wie Wärmeöfen, Glühbehendlungsöfen od.dgl., der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.
In herkömmlichen Brennern dieser Art werden in der Misch- und Brennkammer der flüssige und/oder gasförmige Brennstoff und Kaltluft durch geeignete Vorrichtungen miteinander verwirbelt und abgebrannt. Der Wirkungsgrad eines solchen Brenners ist relativ niedrig, vor allem deshalb, weil die der Misch- und Brennkammer zugeführte Kaltluft in dieser auf die Entflammtemperatur des Brennstoffs aufgeheizt werden muß und somit dem Brennstoff einen wesentlichen Teil der ihm innenwohnenden Heizenergie entzieht. Bei einer Betriebstemperatur von ungefähr 1100°C beträgt der Wirkungsgrad nur etwa 50 %.
Bei einem bekannten Brenner dieser Art werden die den Ofeninnenraum durchströmenden Abgase unmittelbar am oder nahedem Brennermund abgesaugt und zur Aufheizung der dem Brenner zuströmenden kalten Verbrennungsluft herangezogen. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Brenners zwar betröchtlich gesteigert werden, doch mUssen hierbei einige Nachteile in Kauf genommen werden. Die an dem Brennermund abströmenden heißen Abgase, die bei einer Betriebstemperatur des Ofens von etwa 1100 C eine Temperatur von 13000C - 14000C aufweisen, bewirken innerhalb kurzer Betriebszeit eine Zerstörung des Brenners, insbesondere durch Verzunderung des Brennermetalls, da diese Temperaturen selbst für das hitzebeständige Material des Brenners auf Dauer nicht verträglich sind. Darüberhinaus läßt sich ein solcher Brenner nur in industriellen Öfen verwenden, in denen das Wärmegut während der Erwärmung in einer geschlossenen Kammer einliegt. Nur bei dieser Art Herd-oder Kammeröfen können in der vorgesehenen Weise die Abgase am Brennermund abgesaugt werden. Hingegen ist der bekannte Brenner für sogenannte Stoßöfen mit einem stetigen Wörmegutdurchsatz völlig ungeeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art mit gegenüber den herkömmlichen Brennern verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen, der nicht die Nachteile des vorstehend beschriebenen Brenners aufweist, also eine relativ große Lebensdauer besitzt und universell an allen industriellen Öfen verwendbar ist.
Diese Aufgabe ist bei einem Brenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Brenner wird die Misch- und Brennkammer mit Brennermund durch die vorbeistreichende kalte Verbrennungsluft gekühlt.
Dadurch kann die Misch- und Brennkammer mit Brennermund auf einer Betriebstemperatur von 8000C - 9000C gehalten werden, die von dem wärmebeständigen Material des Brenners ohne weiteres vertragen werden kann. Zugleich wird mit dem Kühleffekt ein Verbrennungsluft-Vorwdrmeffekt verbunden. Die an der Misch- und Brennkommer vorbeistreichende kalte Verbrennungsluft wird vor ihrem Eintritt in die Misch- und Brennkammer beträchtlich aufgeheizt, wodurch in bekannter Weise der Wirkungsgrad des Brenners insgesamt verbessert wird. Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades wird auch dadurch erzielt, daß die bei herkömmlichen Brennern Ublicherweise auftretenden Wärmeabstrnhlverl uste vollständig zur Aufheizung der Verbrennungsluft ausgenutzt werden. Die hierbei erzielbare Vorwärmtemperatur der in die Misch- und Brennkammer eintretenden Verbrennungsluft beträgt ca. 2000C - 3000C. Infolge der erfindungsgemäßen Brennerkuhlung durch die dem Brenner zugeführte Verbrennungsluft und der dadurch zugleich bewirkten Vorwärmung der Verbrennungsluft selbst können bei dem erfindungsgemäßen Brenner bei gutem Wirkungsgrad Betriebstemperaturen von bis zu 13000C - 14000C erzielt werden, ohne daß die Lebensdauer des Brenners beeinträchtigt wird.
Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 - 6, einzeln oder in Kombination. Alle diese Ausführungsformen tragen zu einem guten Wärmeaustausch zwischen der Misch- und Brennkammer und der Verbrennungsluft bei. Durch die konzentrisch verlaufenden Luftleitkanäle läßt sich bei kurzer Baulänge des Brenners ein genügender Wärmekontakt zwischen Misch- und Brennkammer und Verbrennungsluft selbst bei großem Luftdurchsatz sicherstellen. Gleichzeitig wird ein Wärmegefälle von der Misch- und Brennkammer zur Außenwand des Brenners erzielt, durch welches die Wdrmeabstrahiverluste des Brenners drastisch gesenkt werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich auch aus den AnsprUchen 7 - 11. Einzeln oder in Kombination ergeben diese Ausführungsformen insgesamt einen kompakten Brenner, der außer seiner Befestigung an der Brenneröffnung des Ofens keiner gesonderten baulichen Maßnahmen an diesem bedarf. Somit kann der Brenner als kompaktes Aggregat innerhalb kürzester Zeit bei jedem Ofentyp montiert und ebenso schnell ausgewechselt werden.
Der Brenner ist konstruktiv einfach aufgebaut und preiswert zu fertigen.
Der dünnwandige Mantel des Zwischentopfes, der die konzentrischen Luftleitkanäle voneinander trennt, gewährleistet einen guten Wärmeaustousch zwischen den beiden Luftleitkanälen, was die Verbesserung des vorstehend bereits angesprochenen Wärmegefalles zwischen Misch- und Brennkammer und dem äußeren Gehäuse des Brenners fördert.
Vorteilhaft sind auch die Ausführungsformen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 12 und 13. Die Drallscheibe mit den entsprechenden Luftdurchtrittsschlitzen und -bohrungen gewährleistet eine gute Verwirbelung der Verbrennungsluft und damit eine verbesserte Zerstäubung des flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes und eine verbesserte Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft. Dadurch wird der Verbrennungsgrad des Brennstoffes wesentlich gesteigert, die Menge der nicht verbrennenden Rückstände wesentlich gesenkt und der Wirkungsgrad des Brenners insgesamt verbessert.
Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 14. Durch den erfindungsgemäßen Ringspalt wird an der Innenwand der Misch- und Brennkammer ein Luftvorhang aufgebaut, der verhinctert, daß sich nicht verbrannter, insbesondere flüssiger Brennstoff, wie Öl, an der Innenwand der Misch- und Brennkammer, insbesondere aber an der schamotteausgekleideten Ofenöffnung für den Brenner ablagern und hier den geftirchteten Ölkohleansatz bilden kann, der allmählich den Brennermund zusetzt. Durch den erfindungsgemäßen Luftvorhang werden ÖIrückstttnde von der Innenwand der Misch- und Brennkammer abgeblasen und bei der vorgesehenen Luftleitfläche etwa zur Flammitte hin geblasen, wo sie verbrannt werden.
Eine Ölkohleablagerung in der Brenneröffnung des Ofens wird damit vollständig verhindert.
Vorteilhaft ist auch die AvsfijhnJngs$orm der Erfindung 9emön äß Anspruch 15 und 16, insbesondere in Verbindung mit der Ausführungsform des Anspruches 21. Durch diese Maßnahmen erfolgt bei dem mit flüssigem Brennstoff versorgten Brenner die Vermischung von Brennstoff und Öl in zwei Stufen. Am Ausgang des Ölstockes vermischt sich in einer Primärstufe die durch die Bohrungen in dem Rohrstutzen eintretende und durch die Zentralbohrung in der Drallscheibe austretende Verbrennungsluft mit dem aus dem Ölstock austretenden Öl. In der Sekundärstufe wird dieses Öl-Luft-Gemisch mit der durch die Luftdurchtrittsschlitze und -bohrungen in der Drallscheibe hindurchtretenden, stark verwirbelten Verbrennungsluft gemischt. Durch diese Maßnahmen wird eine wesentlich erhöhte Brtrin5L,offausnutzt,ng erzielt und damit der Wirkungsgrad des Brenners beträchtlich gesteigert.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 23. Durch diese Maßnahme wird ebenso bei einem mit gasförmigem Brennstoff, wie Leuchtgas, Stadtgas, Erdgas od.dgl., gespeisten Brenner die Vermischung von Gas und Luft verbessert und somit der Wirkungsgrad des Brenners gesteigert.
Besonders vorteilhaft ist auch die Ausführungsform der Erfindung gemaß Anspruch 19. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, den Brenner ohne konstruktive Änderungen mit einem Öl- oder Allgasstock auszurüsten. Dadurch ist es auch möglich, jederzeit einen mit dem erfindungsgemäßen Brenner ausgerüsteten Ofen von Öl- auf Gasfeuerung oder umgekehrt umzustellen.
Diese Umstellung ist mit geringstem Montageaufwand möglich, da lediglich der Brennstoffstock ausgetauscht werden muß.
Eine vorteilhafte AusfUhrungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 20. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, je nach Bedarf einen Zünd-Pilotbrenner oder eine Zünd-Elektrode,allein oder gemeinsam mit einer lonisations-Elektrode, zusammen mit dem zugehörigen Brennstoffstock in die Misch- und Brennkammer einzusetzen. Es ist auch möglich, durch eine der erfindungsgemäß vorgesehenen Öffnungen hindurch die ölflamme mittels eines UV- Überwachungsgerätes zu kontrollieren.
Besonders vorteilhaft ist auch die Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 25. Durch diese Maßnahmen können am Brenner Wartungs- und Reparaturarbeiten vorgenommen werden, ohne den Brenner selbst vom Ofen demontieren zu müssen.
Der vollständige Wortlaut der Ansprüche ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen.
Hierdurch hoben jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentiich offenbart zu gelten.
Weitere AusführungsFormen der ErFindung mit erFindungswesentlichen Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand weiterer, vorstehend nicht explizit aufgeführter Ansprüche, auf die hier ausdrucklich Bezug genommen wird.
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Brenners mit einem Brenneinsatz für flussigen Brennstoff, Fig. 2 einen Längsschnitt des gleichen Brenners wie in Fig. 1, jedoch mit einem Brenneinsatz für gasförmigen Brennstoff, Fig. 3 eine Draufsicht des Brenners in Fig. 1 und 2 in Richtung Pfeil lil bei fehlendem Brenneinsatz.
Der in den Figuren dargestellte Brenner für industrielle Öfen, insbesondere fUr Wdrmeöfen, Gluhbehandlungsöfen od.dgl., kann sowohl mit flUssigen Brennstoffen, wie Öl od.dgl.,als auch mit gasförmigen Brennstoffen, wie Stadt-, Leucht-, Erdgas od.dgl., betrieben werden.
Der Brenner weist eine Misch- und Brennkammer 10 auf, die in einem Brennermund 11 endet. Der Brenner ist an einem in Fig. 1 und 2 durch Strichlinierung gekennzeichneten Ofen derart angesetzt, daß der Brennermund 11 mit der mit Schamottesteinen ausgekleideten Flammeintrirtsöffnung 12 im Ofen fluchtet. Auf der dem Brennermund 11 abgekehrten Seite der Misch- und Brennkammer 10 sind nachstehend noch näher beschriebene Eintrittsöffnungen vorgesehen, zu welchen hin die Zuleitung der Verbrennungsluft erfolgt.
Der Brenner weist ein etwa topfartiges, zylindrisches Gehäuse 13 auf, dessen Gehäusemantel 14 die Misch- und Brennkammer 10 in Abstand konzentrisch umgibt und dessen Gehäuseboden 15 eine mit der Brennerachse 16 koaxiale Öffnung 17 aufweist. In der Öffnung 17 ist die Misch- und Brennkammer 10 nahe dem Brennermund 11 in das Innere des Gehäuses 13 hinein abstehend gehalten. Der Gehöuseboden 15 und die Außenwand 18 der Misch- und Brennkammer 10 sind miteinander verschweißt. Auf der Innenseite weist der Ge-Gehäuseboden 15 eine einwärts gewölbte Luftumlenkfläche 19 auf, die ringförmig um die Misch- und Brennkammer 10 herum verlauft. An dem vom Gehäuseboden 15 abgekehrten Ende tragt das Gehäuse 13 einen Innen-Ringflansch 20, der eine Vielzahl von über den Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilten Durchgangsbohrungen 21 aufweist, deren Achsen parallel zu der Brennerachse 16 ausgerichtet sind. Das Gehäuse 13 trägt nahe demGehävseboden 15 einen nach außen abstehenden Befestigungs-Ringfl ansch 22 mit Befestigungslöchern 23, durch welche hindurch der Befestigung des Gehäuses am Ofen dienende Befestigungsmittel, wie Schrauben od.dgl., hindurchgetuhrt werden kannen.
Zwischen dem Gehäuse 13 und der Misch- und Brennkammer 10 ist in Abstand zu diesen ein zylindrischer Zwischen topf 24 eingeschoben, der durch den Innen-Ringflansch 20 am Gehäuse 13 hindurchtritt und sich an diesem abstützt.
Der Mantel 25 des Zwischentopfes 24 ist dünnwandig ausgebildet und endet in Abstand vor dem Gehäuseboden 15. Gehäuse 13 und Zwischentopf 24 stehen Uber das vom Brennermund 11 abgekehrte Ende der Misch- und Brennkammer 10 weit Uber. Hier, auf der vom Gehäuseboden 15 abgekehrten Stirnseite, ist auf dem Gehäuse 13 eine diese überdeckende zylindrische Kappe 26 aufgesetzt. Diese Kappe 26 trägt einen radial von der Kappe abstehenden, quer zur Brennerachse 16 sich erstreckenden LuftzufUhrstutzen 27, der in einer Luftzufuhröffnung 28 in der Kappe 26 mündet. Die Kappe 26 ist Uber eine zur Brennerachse 16 koaxiale Hülse 29 an dem Boden 30 des Zwischentopfes 24 befestigt und umgreift das Gehäuse 13 auf einem am Gehäusemantel 14 angeordneten Zentrierbund 31 dichtend. In der HUlse 29 sind Uber den Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnete Radialbohrungen 32 vorgesehen.
An dem Boden 30 des Zwischentopfes 24 ist ein mit der Brennerachse 16 koaxialer Rohrstutzen 33 befestigt, der in das Innere des Zwischentopfes 24 hinein quer von dem Boden 30 absteht. An dem freien Ende des Rohrstutzens 33 ist eine Drallscheibe 34 verschroubt, die parallel zum Boden 30 des Zwischentopfes 24 ausgerichtet ist und an dem vom Brennermund 11 abgekehrten Ende der Misch- und Brennkammer 10 in diese hineinragt. Die Drallscheibe 34 weist eine mit der Brennerachse 16 koaxiale Zentralöffnung 35 und um diese konzentrisch angeordnete, über den Umfang gleichmäßig verteilte Luftdu rch tri ttsbohrungen 36 und Luftdurch tri ttssch litze 37 auf (Fig. 3). Die Luftdurchtrittsschlitze 37 sind nicht axial ausgerichtes, sondern verlaufen in einem spitzen Winkel zur Brennerachse 16, so daß die durch diese Luftdurchtrittsschlitze 37 hindurchtretende Luft einen der besseren Luftverwirbelung dienenden Drall erhält. Der Durchmesser der Drallscheibe 34 ist derart bemessen, daß zwischen der Innenwand 38 der Misch- und Brennkammer 10 und der Umfangsfläche 39 der Drallscheibe 34 ein Ringspalt 40 verbleibt. An den Ringspalt schließt sich eine zur Brennerachse 16 hin gerichtete umlaufende Luftleitfläche 41 an. Diese Luftleitfläche 41 ist an einer im wesentlichen stumpfwinkligen Einsenkung 42 in der Innenwand 38 der Misch-und Brennkammer 10 angeordnet. Die Zentralöffnung 35 in der Drallscheibe 34 ist derart bemessen, daß sie von dem Rohrstutzen 33 umschlossen ist. Der Rohrstutzen trägt am Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilte Bohrungen 43 mit radialer Bohrungsachse.
Durch diesen vorstehend beschriebenen Aufbau des Brenners weist dieser einen die Misch- und Brennkammer 10 etwa konzentrisch umgebenden, im Querschnitt kreisringförmigen inneren Luftleitkanal 44 und einen den inneren Luftleitkanal 44 etwa konzentrisch umgebenden, im Querschnitt kreisringförmigen äußeren Luftleitkanal 45 mit einer der Luftströmungsrichtung des inneren Luftleitkanals 44 entgegengesetzten Luftströmungsrichtung auf. Der dünnwandige Mantel 25 des Zwischentopfes 24 stellt zugleich eine Wandung des inneren und des äußeren Luftleitkanals 44, 45 dor. Durch die Dünnwandigkeit des Mantels wird ein guter Wdrmeaustausch zwischen den beiden Luftleitkanölen 44, 45 ermöglicht. Der Gehäusemantel 14 bildet die äußere Wandung des äußeren Luftleitkanals 45, während die innere Wandung des inneren Luftleitkanals 44 von der Wandung der Misch- und Brennkammer 10 selbst gebildet ist. Die beiden Luftleitkanäle 44, 45 sind nahe dem Brennermund 11 durch den bis auf die Außenwand 18 der Misch- und Brennkammer 10 reichenden Gehäuseboden 15 miteinander verbunden.
Der Anschluß der beiden Luftleitkanäle 44, 45 einerseits an die Lufteintrittsaffnungen in der Drallscheibe 34 und andererseits an die Luftzuführöffnung 28 in der Kappe 26 sind durch zwei axial hintereincnder angeordnete koaxiale Luftverteilungskammern 46, 47, in Form von Ringkammem, sichergestellt. Die innere Luftverteilungskammer 46 verbindet den inneren Luftleitkanal 44 mit den Lufteintrittsöffnungen in Form der Luftdurchtrittsbohrungen 36 und Luftdurchtrittsschlitze 37 in der Drallscheibe 34. Die äußere Luftverteilungskammer 47 verbindet den äußeren Luftleitkanal 45 Uber die Durchgangsbohrungen 21 mit der Luftzuführöffnung 28 in der Kappe 26 bzw. dem Luftzufuhrstutzen 27. Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich wird somit die innere Luftverteilungskammer 46 von dem Mantel 25 und dem Boden 30 des Zwischentopfes 24 und der Drallscheibe 34 begrenzt, während die äußere Luftverteilungskammer 47 von der Kappe 26 einerseits und dem Boden 30 des Zwischentopfes 24 und dem Innen-Ringflansch 20 des Gehäuses 13 andererseits begrenzt ist.
Wie aus dem vorstehend beschriebenen ersichtlich, ist somit die Luftzuleitung in unmittelbarem Wärmeaustausch mit der Misch- und Brennkammer 10 Uber die Außenwand 18 dieser gefuhrt. Dabei verläuft die Luftzuleitung in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft gesehen gegenläufig zu der Flammrichtung in der Misch- und Brennkammer 10 von oder nahe dem Brennermund 11 bis hin zu dem vom Brennermund 11 abgekehrten Ende der Misch-und Brennkammer 10. Die durch den LuftzufUhrstutzen 27 zuströmende kalte Verbrennungsluft tritt durch die Luftzufuhröffnung 28 in der Kappe 26 in die äußere Luftverteilungskammer 46 ein und strömt hier durch die Durchgangsbohrungen 21 im Innen-Ringflansch 20 um Gehause 13 in den äußeren Luftleitkanal 45 ein. An der Luftumlenkfläche 19 am Gehäuseboden 15 wird die Luft umgelenkt und durchströmt nunmehr in unmittelbarem Wärmeaustausch mit der Misch- und Brennkammer 10 den inneren Luftleitkanal 44 bis hin zur inneren Luftverteilungskammer 46. Von hier strömt ein Teil der Verbrennungsluft Uber die Bohrungen 43 in den Rohrstutzen 33 und von hier aus über die Zentralöffnung 35 in der Drallscheibe 34 in die Misch-und Brennkammer 10, während ein weiterer Teil der Verbrennungsluft direkt aus der inneren Luftverteilungskammer 46 durch die Luftdurchtrittsbohrungen 36 und Luftdurchtrittsschlitze 37 in der Drallscheibe 34 und durch den Ringspalt 40 zwischen Drallscheibe 34 und Innenwand 38 der Misch- und Brennkammer 10 in diese eintritt. Die an der Außenwand 18 des Misch- und Brennraumes 10 entlangstreifende Luft kühlt die Misch- und Brennkammer 10 unter Wdrmeaufnahme. Ein Teil der hier aufgenommenen Wärme gibt die im inneren Luftleitkanal 44 strömende Luft über den Mantel 25 des Zwischentopfes 24 an die in den äußeren Luftleitkanal 45 einströmende, wesentlich kältere Verbrennungsluft ab, so daß diese bereits im äußeren Luftleitkanal 45 vorgewärmt wird. Dadurch entsteht auch ein Wärmegefälle von der Misch- und Brennkammer 10 zu dem Mantel 14 des Gehäuses 13, durch welchen die Wärmeabstrahlverluste des Brenners weitgehend reduziert sind.
Hierdurch wird nicht nur der Wirkungsgrad des Brenners wesentlich verbessert, sondern auch die Temperatur, der vor allem die Misch- und Brennkammer 10 und der Brennermund 11 ausgesetzt sind, bei vorgegebener Betriebstemperatur des Brenners wesentlich reduziert, wodurch sich die Lebensdauer des Brenners wesentlich erhöht. Z. B. beträgt bei einer vorgegebenen Betriebstemperatur des Brenners von ca. 1 1000C die Temperaturbelastung für die Misch- und Brennkammer 10 mit Brennermund 11 nur etwa 8006C - 9000C.
Die etwa mit Raumtemperatur durch den LuftzufUhrstvtzen 27 zuströmende Verbrennungsluft wird bis zu ihrem Einströmen in die Misch-und Brennkammer 10 auf eine Temperatur von ca. 2000C - 3000C aufgeheizt. Diese Vorwärmung der Verbrennungsluft mit der bei herkömmlichen Brennern sonst verlorenen Abstrahlwärme des Brenners selbst führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades des Brenners. Dieser Wirkungsgrad wird noch dadurch gesteigert, daß durch die beschriebene Luftzuieitung die Brennstoffausnutzung wesentlich erhöht wird. Zum einen erfolgt über die durch den Rohrstutzen 33 und die Zentralöffnung 35 in der Drallscheibe 34 in die Misch- und Brennkammer 10 einströmende Luft eine Vor- oder Primärmischung von Verbrennungsluft und Brennstoff, was insbesondere bei flüssigem Brennstoff vorteilhaft ist, während die durch die Luftdurchtrittsbohrungen 36 und Luftdurchtrittsschlitze 37 verwirbelte Luft noch eine weitere Vermischung des Luft-Brennstoff- Gemisch es mit gut verwirbelter Verbrennungsluft herbeiführt.
Insbesondere flüssiger Brennstoff wird hierdurch sehr fein verstäubt und kann besser verbrannt werden. Zum anderen wird durch die durch den Ringspalt 40 in die Misch- und Brennkammer 10 einströmende Luft verhindert, daß sich primär nicht verbrannte Brennstoffreste, insbesondere Ölreste, an der Innenwand 38 der Misch- und Brennkammer 10 oder gar in der Flammeintrittsöffnung 12 des Ofens ablagern können. Diese unverbrannten Brennstoffreste werden vielmehr durch den mittels des Ringspaltes 40 erzeugten starken Luftstromes von der Innenwand 38 der Misch- und Brennkammer 10 weg zurück in die Flamme geblasen, wo sie dann sekundär verbrennen.
Diese beiden vorstehend beschriebenen Maßnahmen ermöglichen eine hohe Brennstoffausnutzung und verbessern dadurch den Wirkungsgrad des Brenners beträchtlich.
In der Stimseite der Kappe 26 und in dem Boden 30 des Zwischentopfes 24 sind jeweils eine zur Zentralöffnung 35 in der Drallscheibe 34 koaxiale Durchgangsöffnungen 48 bzw. 49 vorgesehen. Die Durchmesser dieser Durchgangsäffnungen 48, 49 entsprechen dem Innendurchmesser des Rohrstutzens 33.
Ein Brennstoffstock 50, der ein Ölstock 51 (Fig. 1) oder ein Allgasstock 52 (Fig. 2) sein kann, ist durch die beiden Durchgangsöffnungen 48 und 49 hindurchgeführt und in diesen gehalten. Weiterhin weist die Kappe 26 in ihrer Stimseite zwei einander im wesentlichen diametral gegenuberliegende Öffnungen 53, 54 mit zur Brennerachse 16 geneigten Öffnungsachsen 55, 56 auf, die sich auf der Brennerachse 15 in einem Punkt schneiden.
In dem Boden 30 des Zw-.schentopfes 24 und in der Drallscheibe 34 sind mit diesen Öffnungen 53 bzw. 54 längs den Öffnungsachsen 55 bzw. 56 fluchtende Bohrungen 57, 59 bzw. 58, 60 vorgesehen. Die Kappe 26, die Hülse 29 und der Zwischentopf 24 mit daran gehaltenem Rohrstutzen 33 bilden eine Baueinheit, die von dem Gehäuse 13 komplett abziehbar ausgebildet ist. Dies ermöglicht in einfacher Weise Wartungs- und Reparaturarbeiten am Brenner ohne dessen vollständige Demontage vom Ofen. Das Gehäuse 13 und die Misch- und Brennkammer 10 bestehen aus hitzebeständigem Material.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Brenner unterscheiden sich nur dadurch, daß in dem Brenner gemäß Fig. 1 ein Brenneinsatz für flüssigen Brennstoff, wie Öl od.dgl., und in dem Brenner gemäß Fig. 2 ein Brenneinsatz Rir gasförmigen Brennstoff, also verschiedene Arten von Gas, vorgesehen ist.
Der Brenneinsatz fUr Öl besteht gemäß Fig. 1 aus dem Ölstock 51 und einem ZUnd-Pilotbrenner 61. Der zur Öl zufuhr dienende Öl stock 51 ist in seinem vorderen Endbereich im Außendurchmesser wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Rohrstutzens 33 und endet nahe dessen Mundung, also nahe der Zentralöffnung 35 in dem Rohrstutzen 33. Hierdurch entsteht zwischen der Innenwand des Rohrstutzens 33 und dem vorderen Bereich des Ölstockes 51 ein relativ breiter Ringkanal, durch welchen die durch die Bohrungen 43 in das Innere des Rohrstutzens 33 zur Primärmischung eintretende Verbrennunsluft hindurchund durch die Zentralöffnung 35 in die Misch- und Brennkammer 10 einströmt. Der Zünd-Pilotbrenner 61 ist durch die Öffnung 54 in der Kappe 26 und den damit fluchtenden Bohrungen 58 und 60 im Boden 30 des Zwischentopfes 24 und in der Drallscheibe 34 hindurchgeführt und ragt mit seinem Ende in die Misch- und Brennkammer 10 hinein.
Der Brenneinsatz fUr gasförmigen Brennstoff in dem Brenner gemäß Fig. 2 besteht aus dem Allgasstock 52, durch welchen verschiedene Arten von Gas der Misch- und Brennkammer 10 zugeführt werden können, einer ZUnd-Elektrode 62 und einer lonisations-Elektrode 63. Der Allgasstock 52 ist in seinem vorderen Bereich - im Gegensatz zu dem Öl stock 51 in Fig. 1 - im Außendurchmesser nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Rohrstutzens 33. Der Allgasstock 52 ragt weit in die Misch- und Brennkammer 10 hinein und trägt hier unmittelbar vor der Zentral öffnung 35 in der Drallscheibe 34 radikale Gasaustrittsdüsen 24, die über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Zwischen der zur Misch- und Brennkammer 10 hin sich verjüngenden Zentraloffnung 35 und dem Außenumfang des Allgasstockes 52 ist nur ein äußerst kleiner Restringspalt vorhanden. Die Zünd-Elektrode 62 ist durch die Bohrung 54 in der Kappe 26 und den damit fluchtenden Bohrungen 58 und 60 in dem Boden 30 des Zwischentopfes 24 und in der Drallscheibe 34 bis in die Misch- und Brennkammer 10 hindurchgeführt. Die lonisations-Elektrode 63 ist durch die Öffnung 53 in der Kappe 26 und den damit fluchtenden Bohrungen 57 und 59 im Boden 30 des Zwischentopfes 24 bzw.
in der Drallscheibe 34 ebenfalls bis in die Misch- und Brennkammer 10 hindurchgesteckt.
Bei den Brennern gemäß Fig. 1 und 2 kann in dem Brenneinsatz für Öl der ZUnd-Pilotbrenner 61 auch gegen eine gleichartige Zünd-Elektrode 62, wie sie bei dem Brenneinsatz für Allgas Verwendung findet, ausgetauscht werden. Ebenso kann in dem Brenneinsatz für Allgas anstelle der Zünd-Elektrode 62 auch der Zund-Pilotbrenner 61 verwendet werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Brenner ist es selbstverständlich auch möglich, die dem Luftzuführstutzen 27 zuströmende Verbrennungsluft zuvor in bekannter Weise mittels Rekuperatoren zusätzlich vorzuwärmen.
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Claims

Patentanspruche 1Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, insbesondere fUr industrielle Öfen, wie Wärmeöfen, Glühbehandlungsöfen od.dgl., mit einer in einem Brennermund endenden Misch- und Brennkammer und mit einer zu Eintrittsaffnungen an der dem Brennermund abgekehrten Seite der Misch- und Brennkammer hinführenden Luftzuleitung, dadurch gekennzeiclinet, daß die Luftzuleitung in unmittelbarem Warmeaustausch mit der Misch- und Brennkammer (10) Uber die Außenwand (18) dieser gefUhrt ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftzuleitung, in Strömungsrichtung der Luft gesehen, gegenläufig zu der Flammrichtung in der Misch- und Brennkammer (10) von oder nahe dem Brennermund (11) bis hin zu dem vom Brennermund (11) abgekehrten Ende der Misch- und Brennkammer (10) verläuft.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen die, vorzugsweise rohrförmige, Misch- und Brennkammer (10) etwa konzentrisch umgebenden, vorzugsweise im Querschnitt kreisringförmigen, Luttleitkanal (44), dessen innere Wandung von der Wandung der Misch- und Brennkammer (10) selbst gebildet ist.
4. Brenner nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen den Luftleitkanal (44) etwa konzentrisch umgebenden, vorzugsweise im Querschnitt kreisringförmigen, äußeren Luftleitkanal (45) mit einer der Luftströmungsri ch tung des inneren Luft ei tkanal s (44) entgegengesetzten Luftströmungsrichtung, dessen innere Wandung von der äußeren Wandung des inneren Luftleitkanals(44) selbst gebildet ist und der an oder nahe dem Brennermund (11) mit dem inneren Luftleitkanal (44) verbunden ist.
5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Luftleitkanal (45) mit einer LuFtzuführöfFnung (28) und der innere Luftleitkanal (44) mit Lufteintrittsöffnungen (35, 36, 37) in der Mtsch-und Brennkammer (10) in Verbindung steht.
6. Brenner nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch zwei axial hintereinander angeordnete koaxiale Luftverteilungskammern (46, 47), vorzugsweise Ringkammern, von denen die eine den inneren Luftleitkanal (44) mit den Lufteintrittsöffnungen (35 - 37) in der Misch- und Brennkammer (10) und die andere den äußeren Luftleitkanal (45) mit der Luftzuführöffnung (28) verbindet.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 - 6, gekennzeichnet durch ein etwa topfortiges, vorzugsweise zylindrisches,Gehäuse (13), dessen Gehuuseboden (15) eine Öffnung (17) aufweist, in welcher die Misch-und Brennkammer (10), vorzugsweise nahe dem Brennermund (11), ins Gehäuseinnere abstehend gehalten, vorzugsweise darin eingeschweißt, ist, und dadurch, daß der Gehäusemantel (14) die äußere Wandung des äußeren Luftleitkanals (45) darstellt.
8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseboden (15) die Misch- und Brennkammer (10) dicht umschließt und auf der Innenseite eine einwärts gewölbte, vorzugsweise umlaufende, Luftumlenkfläche (19) aufweist.
9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Gehäuse! (13) und der Misch- und Brennkammer (10) in Abstand zu diesen eingeschobenen, vorzugsweise zylindrischen, Zwischentopf (24), der in Abstand vor dem Gehäuseboden (15) endet und dessen Mantel (25) zugleich eine Wandung des äußeren und des inneren Luftleitkanals (44, 45) bildet,und vorzugsweise dadurch, daß der Mantel (25) des Zwischentopfes (24) dünnwandig ausgebildet ist.
10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehälse (13) an seinem vom Gehäuseboden (15) abgekehrten Ende einen Innen-Ringflansch (20) trägt, der eine Vielzahl von Uber den Umfang verteilten Durchgangsbohrungen mit zur Brennerachse (16) parallelen Achsen aufweist, und vorzugsweise daß der Zwischentopf (24) durch den Innen-Ringflonsch (20) hindurchtritt und sich an diesem abstutzt.
11. Brenner nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) und der Zwischentopf (24) über das vom Brennermund (11) abgekehrte Ende der Misch- und Brennkammer (10) überstehen und daß die eine, innere Luftverteilungskemmer (46) von dem Mantel (25) und dem Boden (30) des Zwischentopfes (24) begrenzt ist.
12. Brenner nach einem der Ansprüche 9 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Brennermund (11) abgekehrten Ende der Misch-und Brennkammer (10) eine die Lufteintrittsffnungen (35 - 37) aufweisende Drallscheibe (34) angeordnet ist und daß die im wesentlichen parallel zum Boden (30) des Zwischentopfes (24) ausgerichtete Drallscheibe (34) eine Begrenzungswand der einen, inneren Luftverteilungskammer (46) bildet.
13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) als Lufteintrittsöffnungen eine zur Brennerachse (16) koaxiale Zentralöffnung (35) und konzentrisch um diese Uber den Umfang verteilte, zur Luftverwirblung entsprec'iend geformte Luftdurchtrittsschlitze (37) und -bohrungen (36) aufweist.
14. Brenner noch Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenwand (38) der Misch- und Brennkammer (10) und der Umfangsfläche (39) der Drallscheibe (34) ein Ringspalt (40) vorhanden ist und vorzugsweise daß die Innenwand (38) eine umlaufende, sich unmittelbar an den Ringspalt(40) anschließende, zur Brennerachse (16) hin ausgerichtete Luftleiffiache (41) aufweist, die vorzugsweise an einer im wesentlichen stumpfwinkligen Einsenkung (42) in der Innenwand (38) der Misch- und Brennkammer (10) angeordnet ist.
15. Brenner nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallscheibe (34) an einem Rohrstutzen (33) gehalten, vorzugsweise verschreubt, ist, der seinerseits an dem Boden (30) des Zwischentopfes (24) befestigt ist.
16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (33) die Zentralöffnung (35) der Drallscheibe (34) umschließt und am Umfang verteilte Bohrungen (43) mit radialer Bohrungsachse aufweist.
17. Brenner nach einem der Anspruche 9 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf der vom Gehäuseboden (15) abgekehrten Stirnseite des Gehäuses (13) eine diese Uberdeckende Kappe (26) aufgesetzt ist, die mit dem Innen-Ringflansch (20) des Gehäuses (13) und dem Boden (30) des Zwischentopfes (24) die andere, äußere Luftverteilungskammer (47) einschließt, und vorzugsweise daß die Luftzufuhröffnung (28) an einem von der Kappe (26) radial abstehenden, vorzugsweise rohrförmigen, Luftzutulirstutzen (27) angeordnet ist.
18. Brenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (26) mittels einer zur Brennerachse koaxialen Hülse(29) an dem Boden (30) des Zwischentopfes (24) befestigt ist und das Gehäuse (13), vorzugsweise auf einem Zentrierbund (31), dichtend übergreift und vorzugsweise daß die Hülse (29) über den Umfang verteilt angeordnete Radialbohrungen (32) aufweist.
19. Brenner nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnseite der Kappe (26) und in dem Boden (30) des Zwischentopfes (24) zur Zentralöffnung (35) in der Drallscheibe (34) koaxiale Durchgangsöffnungen (48, 49) vorgesehen sind, in welche ein Brennstoffstock (50), wie ÖI- oder Allgasstock (51, 52), ein und hindurchführbar und darin gehalten ist.
20. Brenner nach einem der Ansprüche 17 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (26) in ihrer Stirnseite zwei einander im wesentlichen diametral gegenüberliegende Öffnungen (53, 54) mit zur Brennerachse (16) geneigten Öffnungsachsen (55, 56),die sich auf der Brennerachse (16), vorzugsweise in einem Punkt,schneiden, aufweist, und daß in dem Boden (30) des Zwischentopfes (24) und in der Drallscheibe (34) damit längs den Öffnungsachsen (55, 56) fluchtende Bohrungen (57 - 60) vorgesehen sind.
21. Brenner nach einem der Anspruche 19 od. 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölstock (51) in seinem vorderen Endbereich im Außendurchmesser wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Rohrstutzens (33) ist und nahe dessen Mundung in diesem endet und vorzugsweise daß durch eine der Öffnungen (54) in der Kappe (26) und der damit fluchtenden Bohrungen (58, 60) im Boden (30) des Zwischentopfes (24) und in der Drallscheibe (34) ein Zündelement, vorzugsweise ein Zund-Pilotbrenner (61), bis in die Misch- und Brennkammer (10) hindurchgeführt ist.
22. Brenner nach einem der Anspri che 19tod 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Aligasstock (52) n seinem vorderen Bereich im Außendurchmesser nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrstutzens (33) und in die Misch- und Brenn!<ammer (10) hineinragt und hier radiale Gasaustrittsdüsen (64) aufweist und vorztigsweise daß durch die beiden Öffnungen (53, 54) in der Kappe (26) und durch die damit fluchtenden Bohrungen (57 - 60) im Boden (30) des Zwischentopfes (24) und in der Drallscheibe (34) jeweils ein Zündelement, vorzugsweise eine ZUnd-Elektrode (62),bzw. eine lonisations-Elektrode (63) bis in die Misch- und Brennkammer (10) hindurchgeführt ist.
23. Brenner nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralöffnung (35) in der Drallscheibe (34) zur Misch- und Brennkammer (10) hin unter Bildung eines Restringspaltes bis auf den Außendurchmesser des Allgasstockes (52) verengt ist.
24. Brenner nach einem der Ansprüche 7 - 23, dadurch gekennzeichnet, dan das Gehäuse (13) einen Befestigungs-Ringflansch (22) mit Befestigungsmittel aufnehmenden, über den Umfang verteilten Befestigungslöchern (23) aufweist und vorzugsweise daß der Befestigungs-Ringflansch (22) nahe dem Gehäuseboden (05) angeordnet ist.
25. Brenner nach einem der Ansprüche 17 - 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (26), die Hülse (29) und der Zwischentopf (24) mit daran gehaltenem Rohrstutzen (33) mit Drallscheibe (34) eine Baueinheit bilden, die von dem Gehäuse (13) abziehbar ausgebildet ist.
26. Brenner nach einem der Ansprüche 7 - 25, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Misch- und Brennkammer (10) und das Gehäuse (13) aus wärmebeständigem Material besteht.