DE3131948C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Erdgasbrenner für ein Strahlnetz­ rohr der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung.

Derartige Strahlheizrohre werden beispielsweise in Rollen­ durchlauföfen zur Wärmebehandlung von Werkstücken einge­ setzt.

Aus dem DE-GM 71 46 234 ist ein gattungsgemäßer Brenner für Strahlheizrohre bekannt, der auch bei Teilleistungen von ca. 10% der Nennleistung ein einwandfreies Brenn­ stoff-Luft-Gemisch liefern soll. Zu diesem Zweck ist stromab der Düse eine Reihe von Primärluftöffnungen in der Rohrwandung des Mischrohrs ausgebil­ det, durch welche Luft aus einem umgebenden Ringraum in das Mischrohr einströmt, in dessen Endabschnitt sich ein Primärluft-Gas-Gemisch bildet. Das Ende des Mischrohrs durchragt eine eine Stabilisator-Platte bildende Trennwand, in der Sekundärluft­ kanäle achsparallel zum zentralen Mischrohr angeordnet sind. Bei diesem Brenner kommt es zur Rußbildung im Strahlheizrohr aufgrund der thermischen Zer­ setzung von Kohlenwasserstoffen bei erhöhten Temperaturen und des örtlich zu geringen Luftverhältnisses λ. Der Ruß lagert sich an der Innenfläche des Strahlheizrohres an und verringert dadurch den Wärmeaustausch. Ferner ergeben sich chemische Reaktionen zwischen dem Ruß und den Chromnickel­ werkstoffen des Strahlheizrohres, was deren Lebensdauer verkürzt.

Ferner ist in der SU-Zeitschrift "Strahlobjekt", Nr. 4, 1963, MOSKAU, S 68 bis 70 Fig. 1b in dem Artikel "Prüf­ stand-Untersuchung von Strahlheizrohren für den Durch­ laufofen eines Verzinkungsaggregats" von B.N. Anterman u. a. ein Gas­ brenner dargestellt, der ein zentrales Gaszuführungsrohr enthält, das unter Ausbildung eines Ringspaltes für die Primärluft koaxial in ein Mischrohr mündet. Das ein­ strömseitige Ende dieses Mischrohrs ist in einer Trenn­ platte festgelegt und an seinem abströmseitigen Ende sitzt ein düsenförmiges Mundstück. In der Trennplatte befinden sich mehrere koaxial zum Gasrohr angeordnete Sekundärluft­ öffnungen, die eine Strömungsverbindung zwischen der ein­ strömseitigen Luftkammer und dem von der Brennerwandung und dem Mischrohr begrenzten Ringraum herstellen. Das Ver­ hältnis der Fläche F ₁ des die Primärluftöffnung darstel­ lenden Ringspaltes in der Trennplatte zur Querschnittsfläche F ₂ des ringförmigen Sekundärluftkanals beträgt etwa 0,014, was bedeutet, daß im Mischrohr das Primärluftverhältnis bei etwa 0,02 bis 0,03 liegt und die Hauptluftmenge als Sekundärluft zugeführt wird. Tatsäch­ lich brennbares Gemisch entsteht somit erst am düsenförmig verengten Auslaß des Mischrohres. Aufgrund dieser Luftver­ teilung ergeben sich beim Verbrennungsvorgang starke Aus­ scheidungen an Ruß, der sich an den Innenflächen des Strahlheizrohres absetzt und dessen Wirkungsgrad verrin­ gert. Da die Strömungsgeschwindigkeit des Primärluft-Gas- Gemisches am düsenförmigen Mischrohraustritt wesentlich größer als die der Sekundärluft ist, ergibt sich eine un­ gleichmäßige Verbrennung über die Länge des Strahlheizroh­ res und demzufolge ungleichmäßige Temperaturverteilung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner für ein Strahl­ heizrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Rußausscheidungen vermieden und gleichmäßige Temperatur­ verteilungen über die Oberfläche des Strahlheizrohres er­ reicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Verhältnisse der Strömungs­ querschnitte werden Rußausscheidungen weitestgehend ver­ mieden und eine gleichmäßige Wärmeentwicklung über die Länge des Strahlheizrohrs erzielt. Bei Unterschreiten dieser Verhältnisse treten Rußausscheidungen aufgrund eines zu geringen Luftverhältnisses auf und bei Über­ schreiten dieser Verhältnisse ergibt sich eine ungenügend gleichmäßige Temperaturverteilung über die Strahlheizrohr­ länge. Die beanspruchte Länge des Mischrohrs gewährleistet eine vollständige Mischung des zugeführten Erdgases mit der Primärluft. Bei dem erfindungsgemäßen Brenner strömen das Primärluft-Gas-Gemisch und die Sekundärluft am Bren­ nerausgang mit etwa gleichen und betragsmäßig geringen Geschwindigkeiten, so daß sie sich beim langsamen Durchströmen des Strahlheizrohres in­ tensiv vermischen und vollständig ausbrennen können. Die Stabilisator-Platte mit den Sekundärluftkanälen am Umfang und mit der Mitteldüse gewährleistet bei den erfindungsge­ mäßen Abmessungen der Flächen F ₃ und F ₂ eine zuverlässige Verwirbelung der Ströme und eine zuverlässige Sta­ bilisierung der Entflammung ohne Pulsation und Flammenab­ reißen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Strahlheizrohrs mit einem Brenner;

Fig. 2 einen Längsschnitt des Brenners; und

Fig. 3 den Brenner nach Fig. 2 im Querschnitt gemäß Linie III-III.

Der dargestellte Erdgasbrenner 1 ist in einem Gehäuse 3 eines Strahlheizrohres 2 angeordnet und besteht aus hitze- und zunderfestem Stahl. Ein Mischrohr 4 ist in der Achse a-a des Brennerteils 5 des Strahlheizrohrs 2 angeordnet und weist in der Rohrwand 6 Primärluftlöcher 7 mit einer Gesamtfläche F₁ auf. Die Primärluftlöcher 7 können kreis­ rund sein oder eine andere Form haben und befinden sich in unmittelbarer Nähe einer Gasdüse 8, die innerhalb des Mischrohrs 4 angeordnet und durch den Kopf 9 des Brenner­ teils 5 hindurchgeführt ist. Die Einführung der Gasdüse 8 in das Mischrohr 4 ist durch eine Dichtung 10 gegen Luft­ durchtritt abgesichert, die auch als wärmebeständige Zwischen­ lage in anderer Weise, z. B. gewindeförmig, ausgebildet sein kann.

Am anderen Ende des Mischrohrs 4 befindet sich im Abstand e von den Primärluftlöchern 7 eine Stabi­ lisator-Platte 11, an deren Umfang mehrere winkelversetzte Sekundärluftkanäle 12 mit einer Gesamtfläche F ₂ vorgesehen sind. Im Mittelbereich der Stabilisator-Platte 11 ist eine einen Durchmesser d aufweisende Mitteldüse 13 mit der Querschnittsfläche F ₃ zum Durchtritt des Primärluft-Gas-Gemisches angeordnet. Die Form der Ka­ näle 12 kann beliebig sein. Im betreffenden Beispiel sind die Kanäle 12 rechteckig.

In einem achsparallelen Rohr 14 ist eine Zündvorrichtung zum Entflammen des Gemisches untergebracht. Die Stabilisa­ tor-Platte 11 weist eine Öffnung auf, in der ein Ende des Rohres 14 mit der Zündvorrichtung festgelegt ist. Das an­ dere Ende des Rohres 14 ist im Kopf 9 des Brennerteils 5 befestigt.

Der Kopf 9 des Brennerteils 5 ist durch einen Stutzen 15 an einen - nicht gezeigten - Rekuperator zur Luftvorwärmung angeschlossen, der im Rekuperativzweig 16 des Strahlheiz­ rohrs untergebracht ist. Die Luft kommt in den Rekuperator durch einen Stutzen 17.

Man wählt den Außendurchmesser der Stabilisator-Platte 11 so, daß zwischen ihrem Außenrand und der Innenfläche des Gehäuses 3 ein kleinstmöglicher, sich aus den Montagebe­ dingungen ergebender Spalt bleibt. Die Querschnittsfläche dieses Spaltes wird beim Berechnen der Querschnittsfläche F ₂ der Sekundärluft mit kalkuliert.

Der Brenner arbeitet folgendermaßen:

Die Luft wird aus dem Rekuperator über den Stutzen 15 dem Mischrohr 4 in zwei Ströme unterteilt zugeführt. Die Primär­ luft strömt durch die Löcher 7 in das Mischrohr 4 und die Sekundärluft gelangt über die Kanäle 12 in der Stabilisa­ tor-Platte 11 in den Arbeitsraum des Gehäuses 3 des Heiz­ rohrs 2.

Das gesamte Erdgas strömt durch die Gasdüse 8 ins Innere des Mischrohrs 4, wo es sich mit der Primärluft vemischt und als Gemisch aus dem Mischrohr 4 durch die Mitteldüse 13 in den Arbeitsraum des Gehäuses 3 strömt. Das Mischrohr 4 gewährleistet aufgrund seiner Länge ein gutes Vermischen des Brenngases mit der Primärluft.

Die Mengen an Primärluft und an Sekundärluft werden durch die Gesamtfläche F ₁ der Primärluftlöcher 7 und F ₂ der Ka­ näle 12 festgelegt. Man ermittelt die Fläche F ₁ so, daß das im Mischrohr 4 gebildete Gemisch unbrennbar ist.

Bei seinem Verbrennen mit einem möglichst kleinen Luftverhältnis λ soll kein Ruß entstehen. Die Größe der Flächen F ₂ und F ₃ wird so gewählt, daß die Strömungsgeschwindig­ keiten des Primärluft-Gas-Gemisches und der Sekundärluft gleich und betragsmäßig klein sind, damit ein gleichmäßi­ ges Ausbrennen über die Länge des Strahlheizrohrs statt­ findet.

Die gewählte Größe der Stabilisator-Platte, die dem Quer­ schnitt des Brennerteils 5 ungefähr gleich ist, gewährlei­ stet eine gute Verwirbelung des Primärluft-Gas-Gemischs mit der Sekundärluft hinter der Platte 11 und folglich eine stabile Zündung.

Die beschriebene Brennerausführung hat den Vorteil einer einfachen Ausbildung, einer hohen Wirtschaftlichkeit der Verbrennung von Erdgas ohne Rußausscheiden im ganzen Re­ gelbereich der Wärmebelastung, einer langen Haltbarkeit des Strahlheizrohrs sowie einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über seine Oberfläche und einer zuverlässigen Stabilisierung der Zündung.

Claims (1)

1. Erdgasbrenner für ein Strahlheizrohr mit einem Mischrohr (4), in dessen Innern zentrisch eine Gasdüse (8) und in dessen Wand in unmittelbarer Nähe der Gasdüse (8) Pri­ märluftlöcher (7) vorgesehen sind, und mit einer Stabili­ sator-Platte (11), die Sekundärluftkanäle (12) an ihrem äußeren Umfang und eine Mittelöffnung am freien Ende des Mischrohrs (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Durchmesser (d) der als Mitteldüse (13) für das Gas-Primärluft-Gemisch ausgebildeten Mittelöffnung in der Stabilisator-Platte (11) mindestens 10mal kleiner als der Abstand (1) zwischen den Primärluftlöchern (7) und der Stabilisator-Platte (11) ist,
   daß das Verhältnis der Fläche (F ₃) der Mitteldüse (13) zu der Gesamtfläche (F ₁) aller Primärluftlöcher (7) ca. 0,8 bis 1,0 beträgt und
   daß das Verhältnis der Fläche (F ₃) der Mitteldüse zu der Gesamtfläche (F ₂) aller Sekundärluftkanäle (12) der Stabilisator-Platte (11) bei ca. 0,6 bis 0,8 liegt.