DE3105797C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wirbelbrenner für gasförmigen Brennstoff mit einem Brennerblock gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Wirbelbrenner dieser Gattung ist aus der US 36 92 460 bekannt. Dieser Brenner ist mit einem langen zylindrischen Rohr als Hülse versehen, das in die Öffnung der Ofenwand eingesetzt ist, wobei ein Ende im wesentlichen am Unterteil der im Brennerblock ausgebildeten muldenförmigen Vertiefung und das andere am Außengehäuse endet. Brenngas strömt tangential im Rohr an einer Stelle in der Nähe des Unterteils dieser Vertiefung aus. Die Verbrennungsluft wird durch das Rohr zur Vermischung mit dem Brenngas und zu dessen Verbrennung längs der Fläche der muldenförmigen Vertiefung angesaugt. In diesem Brenner ergibt der Abstand zwischen dem Brenner­ block und der Hülse einen Ringspalt, der sich im wesentli­ chen über die gesamte Länge der Hülse und der Öffnung fort­ setzt. Bei dem bekannten Brenner besteht die Möglichkeit, daß bei Sprüngen und Öffnungen in Ofenwand und Brenner­ block, die nicht sorgfältig abgedichtet werden, heiße Ver­ brennungsprodukte durch diese zur Ofengehäusewand wandern, was eine Überhitzung zur Folge haben kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den ein­ gangs erwähnten Wirbelbrenner so zu verbessern, daß bei verbesserter Flammenstabilität die Neigung zur Überhitzung des Ofengehäuses bei einer Rißbildung in der Ofenwand oder im Brennerblock oder in beiden auf ein Minimum verringert ist und eine hohe Lebensdauer des Wirbelbrenners selbst bei einem Betrieb unter erschwerten Bedingungen erreichbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale.

Die Unteransprüche 2 bis 5 enthalten vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung.

Aufgrund der nach außen gewölbten Form der Brennermulde hat auch die Strömung der Verbrennungsprodukte konvexe Form. Der dadurch innerhalb der Brennermulde erzeugte Unterdruck führt zu sehr vorteilhaften Ergebnissen. So zieht dieser Unterdruck Kühlluft durch den Kanal zwischen dem Brenner­ block und der Hülse. Beim Vorliegen eines sich von der Rückseite des Ofens zum Brennerblock erstreckenden Risses wird ferner Luft durch den Riß nach innen gezogen. Diese Luft wirkt als Kühlluft und strömt nach innen zur Brenner­ mulde im Gegensatz zur nach hinten von der Brennermulde aus erfolgenden umgekehrten Strömung heißer Verbrennungspro­ dukte.

In Anbetracht der Kürze der Hülse im Vergleich zur Länge der Öffnung wird selbst bei kurzzeitiger Bildung eines Überdrucks in der Brennermulde ein Rezirkulationsweg vorgesehen, der sofort und ohne Beschädigung die heißen Verbrennungsprodukte zur Brennermulde zurückführt und eine Rückwärtsströmung zur Ofenwand verhindert. Die kurze, auf beiden Seiten von der Verbrennungsluft umströmte Hülse unterbricht nicht nur einen möglichen Rückweg heißer Ver­ brennungsprodukte zur Ofenwand, sondern erfährt auch eine wirksame Kühlung. Da sich für die Hülse kein Überhitzungs­ problem ergibt, ist deren Lebensdauer stark verlängert. Eine derartige Konstruktion ermöglicht die Verwendung von leicht verfügbaren, verhältnismässig preiswerten Metallen zur Herstellung der Hülse. Von besonderer Bedeutung ist, daß die kurze Länge der Hülse einen Kanal von entsprechend kurzer Länge vorsieht. Hierdurch wird der Druckabfall des Fluidstroms durch den Kanal auf eine Minimum gebracht und folglich eine bessere Zirkulation bewirkt.

Der Wirbelbrenner gemäß der Erfindung mit der stromab kon­ vexen Muldenfläche und einem ringförmigen Spalt als Kanal zwischen der Hülse und dem Brennerblock ermöglicht eine verbesserte Flammenstabilität, eine an der Muldenfläche haftende Flamme, eine gleichmässige Wärmestromverteilung sowie weniger kritische Ausfluchtungserfordernisse zwischen der Hülse, der Muldenfläche und der längs gerichteten öff­ nung für die Luft. Ferner werden die Drücke auf der Bren­ nerblockfläche verringert. Darüber hinaus ist der Brenner in der Herstellung preiswert, leicht einbaubar und betreib­ bar und ermöglicht eine leichtere Einstellung.

Aus GB 7 84 765 ist es bekannt, die Mulde eines Brennerblockes mit einer stromab konvexen Fläche auszubil­ den.

Die Abschrägung der kurzen Hülse gemäß Anspruch 3 und 4 verbessert die Strömungsverhältnisse noch besonders.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Sie zeigt einen Längsschnitt eines Teils einer Ofenwand mit einem Wirbelbrenner nach der Erfindung, wobei gewisse Teile zum besseren Verständnis vergrößert dargestellt sind.

In einer Ofenwand 101, die aus feuerfestem Material aufge­ baut ist und zu ihrer Abstützung eine Metallplatte 102 auf­ weist, befindet sich ein Brennerblock 103. Der Brennerblock hat eine Mulde (Vertiefung) 104, die zum Innenraum des Ofens gewandt ist und eine nach außen gewölbte konvexe Flä­ che 105 aufweist, längs welcher die vom Brenner stammenden Verbrennungsprodukte strömen. Eine axiale Öffnung 106 er­ streckt sich vom Unterteil der Vertiefung 104 am Innenraum des Ofens nach hinten durch die Ofenwand 101 zur Außenseite der Metallplatte 102.

Der Brenner enthält eine in die Öffnung 106 eingesetzte kurze zylindrische Hülse 107. Das nach innen weisende Ende der Hülse 107 hat am Ende einer ringförmige Rippe 108 eine Abschrägung 109. Die Abschrägung 109 versieht die Hülse mit einem erhöhten inneren Rand angrenzend an das innere Ende der Fläche 105 der Mulde 104. Die Abschrägung 109 ist zur Mitte der Hülse hin abgewinkelt und weist einen Abschrä­ gungswinkel von etwa 45° auf.

Die Öffnung 106 grenzt unmittelbar an das innere Ende der nach außen gewölbten Muldenfläche 105 an, wobei nichts da­ zwischen stört.

Die Hülse 107 wird in ihrer Stellung durch Schrauben 110 befestigt, die in der Ofenwand 101 verankert sind.

Zur Lieferung von Brennstoff von der Außenseite des Ofens zum Brenner ist in der Öffnung 106 ein Gasrohr 112 vorgese­ hen. Das Gasrohr 112 ist durch ein Gasverteilungsglied 113 an zwei gekrümmten rohrförmigen Armen 114 und 115 befestigt, die angrenzend an die Innenfläche der Hülse 107 innerhalb der Rippe 108 enden, wobei die Enden der Arme tangential im wesentlichen senkrecht zur Achse des Gasrohres 112 gerichtet sind. Die Enden der Arme 114, 115 sind als Düsen ausgebildet oder können bei Bedarf mit kleinen Ansätzen versehen werden.

Der Außendurchmesser der Rippe 108 ist kleiner als der Durchmesser der Öffnung 106, wodurch somit ein Kanal 109′ für den Strom von Luft zur Flammenstabilisierung gebildet wird. Diese Luft bewegt sich in Richtung der Pfeile e.

Die Verbrennungsluft mischt sich mit dem durch die Mitte der Hülse 107 eingeführten Brenngas. Das Luftvolumen wird durch einen Verschluß 116 gesteuert, der von einem Rohr 117 getragen wird, das an ihm befestigt ist und das Gasrohr 112 umgibt und längs des Gasrohrs 112 einstellbar bewegt werden kann.

Im Rohr 117 sind Schlitze 120 vorgesehen. Führungsschrauben 121 erstrecken sich durch diese Schlitze für Ausfluchtungs­ zwecke. Das Ende 122 des geschlitzten Rohres 117 ist zur Aufnahme einer Klemmutter 123 mit Gewinde versehen. Auf­ grund der sich bis zu ihrem Ende erstreckenden Schlitze des Rohres 117 kann sich dessen Endabschnitt gegenüber dem Durchmesser des Gasrohres 112 ausdehnen und zusammenziehen, wodurch eine feste und ständig wirksame Einstellung der Längslage durch Anziehen der Kegelgewindeverbindung 122, 123 erfolgen kann. Die Längseinstellung kann zur Steuerung des Lufteinlasses durch Lösen der Kegelgewindeverbindung 122, 123, durch neues Positionieren des Verschlusses 116 und durch erneutes Anziehen der Kegelgewindeverbindung 122, 123 leicht erfolgen. Hierdurch wird eine selektiv gesteu­ erte und fest eingestellte Luftzufuhr vorgesehen, die zum gleichmäßigen Brennerbetrieb beiträgt.

Der Verschluß 116 kann zur Einstellung der Größe der Öff­ nung, durch die die Luft strömt, so zur Rückseite der Ofen­ wand hin oder davon weg verschoben werden. Der Verschluß 116 ist aus Metall und mit einem faserigen Material, etwa einer Glasfasermatte, verkleidet, die als Schalldämpfer wirkt, wenn der Brenner in Betrieb ist. Diese Glasfaser­ matte ist auch im Schalldämpfer 125 enthalten.

Im Betrieb des Brenners wird unter Druck stehendes Gas durch das Gasrohr 112 geliefert. Der Druck des Gases ändert sich mit der Kapazität, mit der der Brenner zu betreiben ist. Hochgeschwindigkeitswirbelstrahlen von aus den Armen 114, 115 austretendem Brenngas erzeugen einen zentralen Niederdruckbereich, der Luft durch die Öffnung 106 saugt und sie veranlaßt, mit dem Gas vermischt durch die Hülse 107 in die nach außen gewölbte Mulde 104 zu strömen. Auf­ grund der nach außen gewölbten Form der Mulde 104 hat auch die Strömung der Verbrennungsprodukte eine konvexe Form, was durch die Pfeile f dargestellt ist. Dies erzeugt einen Unterdruck innerhalb der Mulde 104, der Kühlluft durch den Kanal 105 zwischen dem Brennerblock 103 und der Hülse 107 zieht, was durch die Pfeile e dargestellt ist.

Beim Vorliegen eines Risses, etwa des Risses 130, wird fer­ ner Luft durch den Riß nach innen gezogen, was durch den Pfeil g angegeben ist. Diese Luft kommt von der Rückseite des Ofens oder von einem oder mehreren sich von der Rück­ seite des Ofens zum Brennerblock erstreckenden Rissen. Die in Richtung des Pfeils g strömende Luft ist Kühlluft und strömt nach innen zur Mulde 104 im Gegensatz zur nach hin­ ten von der Mulde 104 aus erfolgenden umgekehrten Strömung der heißen Verbrennungsprodukte.

In Anbetracht der extremen Kürze der Hülse 107, verglichen mit der Länge der Öffnung 106, wird sogar bei kurzzeitiger Bildung eines Überdrucks in der Mulde 104 ein Rezirkula­ tionsweg, wie er durch den Pfeil h angegeben ist, vorgese­ hen, der sofort und ohne Beschädigung die heißen Verbren­ nungsprodukte zur Mulde 104 zurückführt und eine Rückwärts­ strömung der heißen Verbrennungsprodukte zur Metallplatte 102 verhindert. Eine derart kurze Hülse 107 mit dem Luft­ stromkanal 109 erzeugt kein Überhitzungsproblem bezüglich der Hülse 107 und verlängert deren Lebensdauer stark. Die Verbrennungsluft kann auf beiden Seiten der Hülse 107 strö­ men, wodurch deren Temperatur drastisch beschränkt wird.

Selbst wenn Gase nach hinten durch den Kanal 109′ zwischen der Hülse 107 und der Öffnung 106 strömen, werden diese Gase sofort zurück in die Mitte der Hülse 107 gezogen und strömen dann nach vorn in die Mulde 104 und nicht rückwärts zum Ofengehäuse. Es sei jedoch hervorgehoben, daß beim nor­ malen Betrieb des Brenners der obige Fall nicht auftritt, da innerhalb der Mulde 104 ein Unterdruck herrscht, der die Gase veranlaßt, nach vorn in die Mulde zu strömen.

Das Vorsehen der Abschrägung 109 ist von großer Bedeutung. Bei ihrer Anwendung strömen die Verbrennungsprodukte über die Kante der Abschrägung und nach außen gerichtet längs der nach außen gewölbten Muldenfläche 105 des Brenners. Hierdurch wird darin der Niederdruckbereich verstärkt und somit die gesamte Kühlluft sicher dazu gebracht, in der Vorwärtsrichtung vom Brennergehäuse zur und in die Mulde 104 zu strömen.

Claims (5)

1. Wirbelbrenner für gasförmigen Brennstoff mit einem einer Ofenwand (101) zugeordneten Brennerblock (103), bestehend aus:
einer Mulde (104) im Brennerblock (103) am inneren Ende einer sich in Längsrichtung des Brenners erstreckenden Öffnung (106) für den Durchtritt von Luft, einer axial beidseitig offenen, im Bereich der Mulde (104) endenden Hülse (107) in der Öffnung (106), einer sich längs der Öff­ nung (106) zu der Hülse (107) erstreckenden Brennstofflei­ tung (112-115) und einer von der Hülse (107) getragenen Einrichtung zum Begrenzen des Brennstoffstroms im wesent­ lichen auf eine Wirbelbewegung innerhalb der Hülse (107) und zum Mischen mit der Luft zur Bildung eines wirbelnden Gemischs, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mulde (104) eine stromab konvexe Fläche (105) bil­ det,
daß die Außenabmessung der Hülse (107) kleiner als die Innenabmessung der Öffnung (106) ist und ein dazwischen gelegener Kanal (109′) gebildet ist, der kürzer als die Öffnung (106) ist.

2. Wirbelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (107) angrenzend an das innere Ende der Fläche (105) der Mulde (104) einen nach innen überstehenden Rand hat.

3. Wirbelbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Hülse (107) außen mit einer Abschrägung (109) versehen ist, die einwärts zur Mitte der Hülse (107) abge­ winkelt ist.

4. Wirbelbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung (109) einen Winkel von etwa 45° hat.

5. Wirbelbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (106) im Brennerblock (103) unmittelbar an das innere Ende der Fläche (105) der Mulde (104) angrenzt.