DE3318860C2

DE3318860C2 - Brenner zum Erwärmen von Luft

Info

Publication number: DE3318860C2
Application number: DE19833318860
Authority: DE
Inventors: Hilmar 5653 Leichlingen Vits
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-05-25
Filing date: 1983-05-25
Publication date: 1985-06-05
Also published as: DE3318860A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Nachverbrennung von Abluft. Die Vorrichtung besteht aus mehreren, sternförmig angeordneten Brennerdüsen (10). Den Brennerdüsen (10) sind in einem Ringkanal für die Zufuhr von Abluft speichenartig angeordnete, stromab offene Brennkammern (5) zugeordnet, in denen sich die Flammen, abgeschirmt vor den Abluftströmen, radial ausbreiten können. In den zwischen den Brennkammern (5) verbleibenden Kanälen für die Abluft sind Strömungsteiler (13, 14) vorgesehen, die die Abluft aufteilen und vor die Brennkammern leiten und fächerartig in flache Strahlen aufteilen, so daß die Rauchgase im Kreuzstrom in die Abluftstrahlen eindringen und sich mit diesen intensiv vermischen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zum Erwärmen von Luft, insbesondere von Abluft zur Verbrennung von in dieser enthaltenen brennbaren Schadstoffen, bestehend aus mit Verbrennungsluft und Gas gespeisten Brennerdüsen und einem koaxial um diese angeordneten Ringkanal für die zu erwärmende Luft.

Um in Produktionsprozessen anfallende brennbare Schadstoffe enthaltende Abluft durch thermisches Nachverbrennen ausreichend zu reinigen, wie es aus Gründen des Umweltschutzes von den Überwachungsbehörden gefordert wird, ist es erforderlich, daß über den gesamten Strömungsquerschnitt des Brenners die Reaktionstemperatur der Schadstoffe erreicht wird. Da es schwierig ist, im gesamten Querschnitt die gleiche Temperatur zu erhalten, kann ein Unterschreiten der Reaktionstemperatur an der einen oder anderen Stelle nur unter Inkaufnahme einer höheren Temperatur an anderen Stellen vermieden werden. Das bedeutet eine örtlich höhere Wärmebelastung. Eine weitere Schwierigkeit bei der Reinigung der Abluft durch Nachverbrennen der Schadstoffe ergibt sich daraus, daß das Volumen der nachzuverbrennenden Abluft und der Anteil der Schadstoffe in der Abluft stark schwankt, wodurch ein sehr großer Regelbereich des Brenners nötig wird.

Flächenbrenner, die ohne Vormischung der Verbrennungsluft arbeiten, erreichen den erforderlichen Regelbereich nicht und es ist nicht möglich, die Abluft befriedigend zu reinigen, weil die Abluftbeimischung bei kleiner Flamme und hohem Schadstoffgehalt schlecht ist Dies gilt selbst im Prinzip dann noch, wenn durch besondere konstruktive Gestaltungen des Brenners die Abluft in Kaskaden zugeführt wird (DE-OS 23 44 220).

Ein Brenner der eingangs genannten Art gemäß dem betriebsinternen Stand der Technik des Erfinders brennt mit stabiler Flamme im großen Regelbereich unter Zuführung von Abluft über den Ringkanal. Aber auch bei diesem Brenner erfolgt die Beimischung unvollständig, so daß sich trotz eines verhältnismäßig langen Brennraumes eine unterschiedliche Temperaturverteilung einstellt Bei diesem Brenner wird für die Verbrennung die Mitte bevorzugt, wobei Prallplatten in der Mitte vorgesehen sind, mit denen eine Vergleichmäßigung angestrebt wird; diese unterliegen einer hohen Temperaturbelastung, wodurch die Standzeit derartiger Brenner verhältnismäßig kurz ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Brenner zu schaffen, bei dem über den gesamten Querschnitt bei kleiner axialer Baulänge eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brennerdüsen sternförmig mit jeweils radialer Flammennchtung angeordnet sind und in dem Ringkanal zur Abschirmung der radialen Flammen vor der zu erwärmenden Luft radiale Speichen angeordnet sind, die als Hohlprofile stromab offene Brennkammern bilden.

Aus der DE-PS 15 01 987 ist es bereits bekannt, an einem Gasbrenner für einen direkt beheizten Lufterhitzer gegen den Luftstrom abgeschirmte stromab offene Brennkammern vorzusehen.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner liegt aufgrund der Anordnung der Brennerdüse η die Zündung im Zentrum, die Verbrennung im übrigen Querschnitt. Die im Zentrum einen die Stabilität der Flammen begünstigenden Flammenring bildenden Flammen lösen sich aus diesem Ring und können sich ungestört von den Luftströmen im Strömungsschatten der Brennkammern bildenden Speichen in radialer Richtung voll entfalten. Diese radiale Flammenführung im Windschatten der Speichen ermöglicht auf kurzem Weg eine intensive Beimischung der zu erwärmenden Luft, insbesondere nachzuverbrennenden Abluft. Durch die an den Rändern der Speichen quer zur Richtung der Flammengase vorbeistreichenden Luftströme werden die sich in den Brennkammern entwickelnden Rauchgase mitgerissen. Da diese Vermischung über den gesamten Radius in gleicher Weise erfolgt, ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet.

Mit weiteren Maßnahmen kann die intensive Beimischung der Luft auf kurzem Weg noch verbessert werden. So ist nach einer ersten Ausgestaltung vorgesehen, daß in den zwischen den Speichen liegenden Kanälen für die Luft in radialer Richtung sich erstreckende Strömungsteiler angeordnet sind, mit denen zwei Luftströme seitlich in die vor den benachbarten Brennkammern liegenden Bereiche abgelenkt werden. Die sich stromab vor einer Brennkammer treffenden Luftströme bewirken einen Rückstau, der die Rauchgase seitlich ablenkt und zwingt, die Luftströme zu kreuzen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können am Ausgang eines jeden Kanals im Weg der Luftströme mehrere, zu den radialen Strömungsteilern

querverlaufende Strömungsteiler sprossenartig angeordnet sein, die die seitlich abgelenkten Luftströme in flache Luftstrahlen auffächern. Besonders günstig wirkt sich diese Auffächerung aus, wenn die Strömungsteiler aus V- oder U-förmigen Profilen bestehen, deren offene Seiten stromab liegen. Diese Strömungsteiler bilden in Strömungsrichtung der Rauchgase sich erstreckende Strömungsschatten, die das Eindringen der Rauchgase zwischen diesen aufgefächerten flachen Luftstrahlen erleichtern.

Zur Bilüdng eines die Flammenstabilität begünstigenden zentralen Flammenringes können die Brennerdüsen in einem innerhalb des Ringkanals für die Luft konzentrisch angeordneten, stromauf verschlossenen, stromab und zu den Brennkammern aber offenen Ringkanal liegen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Brenner zum Nachverbrennen von Abluft in Strömungsrichtung gesehen, im oberen Bereich in Ansicht und im unteren Bereich im Schnitt nach der Linie I—K der F i g. 4,

F i g. 2 den Brenner gemäß F i g. 1 in einem abgewikkelten Zylinderschnitt nach der Linie A, B und C der Fig.l,

F i g. 3 einen Ausschnitt des Brenners im Schnitt nach der Linie D—Eder Fig.2 in vergrößerter Darstellung und

F i g. 4 den Brenner gemäß F i g. 1 im Axialschnitt nach der Linie G—WderFig. 1.

Der Brenner zum Nachverbrennen sitzt in einem kreisförmigen Ausschnitt 1 mit einem Wulst 9 einer feuerfesten Ausmauerung.

. Das Brenngas wird über ein zentrales Gasrohr 2 und davon abzweigende Gasdüsenrohre 11 Brennerdüsen (-topfen) 10 zugeführt. Die Brennertöpfe 10 mit den Gasdüsenrohren 11 sind in zwei hintereinander angeordnete Sätze aufgeteilt und sternförmig angeordnet. Konzentrisch zum Gasrohr 2 verläuft ein im Querschnitt sechseckiges Luftzuführungsrohr 3, in dem die Brennertöpfe 10 sitzen. Das Gasrohr 2 und das Luftzuführungsrohr 3 sind stirnseitig abgeschlossen. Die Brennertöpfe 10 sind derart ausgebildet, daß über sie die Luft aus dem Luftzuführungsrohr 3 zugeführt und mit dem über die Gasdüsenrohre 11 zugeführten Gas vermischt wird. Die einen Doppelkranz bildenden Brennertöpfe 10 lassen nach Zündung der Flamme von einem Brennertopf zum anderen Brennertopf überspringen, so daß sich ein Flammenkranz bildet. Aus diesem Flammenkranz lösen sich den einzelnen Gasdüsenrohren 11 zugeordnete, in radialer Richtung brennende Flammen. Zur Abschirmung des Flammenkranzes liegt die Mündung der Brennertöpfe 10 in einem stromauf verschlossenen Ringraum, der von einem konzentrisch das Luftzuführungsrohr 3 umgebenden Ring 4 und der Wandung des Luftzuführungsrohres 3 gebildet wird. Stromab ist der Ringraum offen. Ebenso ist in radialer Richtung vor den Brennertöpfen 10 der Ring durchbrochen, damit die Flammen sich in radialer Richtung ausbreiten können.

Die soweit beschriebenen Brennerteile sind konzentrisch von den der Beimischung der Abluft dienenden Teilen umgeben. Ein in dem kreisförmigen Ausschnitt 1 und dem Wulst 9 sitzender Mantel 6 bildet mit dem Ring 4 einen Ringkanal, dem die zu reinigende Abluft zügeführt wird. In diesem Ringkanal zwischen dem Ring 4 und dem äußeren Mantel 6 .sind radiale Speichen 5 eingesetzt, die von einem Hohlprofil gebildet werden, das mit seiner stromauf gelegenen, dachförmigen Rückwand und Seitenwänden für jeweils ein Paar Brennertöpfe 10 eine Brennkammer bildet, in der sich die Flammen, abgeschirmt von den Abluftströmen, ungestört in radialer Richtung ausbreiten können. Die Abluftkanäle, die sich zwischen den einzelnen Speichen 5 befinden, weisen am Ausgang Strömungsteiler auf. Ein erster, sich radial erstreckender Strömungsteiler 14 mit V-förmigem Querschnitt teilt den Abluftstrom 12 durch jeden Kanal in zwei Teilströme 15 auf. Die Teilströme 15 von benachbarten Kanälen werden somit aufeinander zu gelenkt und führen zu einem Stau vor der offenen Brennkammer. Dieser Stau bewirkt, daß die Rauchgassiröme 16 nach außen abgelenkt werden und die Teilströme 15 der Abluft kreuzen. Die Kreuzung dieser Ströme als Freistrahlen bewirkt bereits eine intensive Mischung der Rauchgase und der Abluft über die gesamte radiale Breite. Zur weiteren Verbesserung der Vermischung sind zwischen den Rändern der Brennkammern und den Strömungsteilern 14 sprossenartig angeordnete Strömungsteiler 13 in Form von U-Profilen angeordnet, die eine fächerartige Aufteilung der Teilströme 15 der Abluft bewirken und zur Bildung von Strömungsschatten führen, in die die Rauchgasströme 16 leicht eindringen können. In F i g. 3 ist schematisch dargestellt, wie sich im Bereich der stromab offene Hohlkehlen aufweisenden, sprossenarng angeordneten Strömungsteiler 13 die Strömungsschatten mit den Kernstrahlen der Teilströme 15 der Abluft abwechseln. In den schraffierten Bereichen findet die Vermischung der Kernstrahlen der Teilströme 15 der Abluft mit den quer dazu in die Räume der Strömungsschatten einströmenden Rauchgasströmen 16 statt.

Die Bildung von Strömungsschatten und die kreuzweise Führung der einzelnen Ströme führt zu einer sehr intensiven Mischung auf kurzem Weg, so daß die Baulänge des Brenners entsprechend kurz gehalten werden kann. Die Mischung der Abluft mit den Rauchgasen ist derart intensiv, daß die Ausbrandzeit auf einen bisher nicht erreichten Wert gesenkt werden kann. Wegen der intensiven Vermischung und der besonderen Art der Strömungsrichtung der Flammen und der Rauchgase ist die Temperatur über den gesamten Querschnitt vergleichmäßigt, so daß es zu keiner örtlichen, unerwünscht hohen Wärmebelastung kommt. Die Wärmebelastung der einzelnen Teile wird auch dadurch klein gehalten, daß wärmebelastete Bauteile mindestens einseitig von der kühleren Abluft überstrichen oder umspült werden. Da das äußere Mantelrohr 6 nicht überall von diesen kühlenden Luftströmen umspült oder überstrichen wird, ist zur Vermeidung einer Wärmeüberlastung vorgesehen, das Mantelrohr 6 im Bereich der Brennkammer auszusparen, so daß die radialen Flammen allenfalls die feuerfeste Ausmauerung beaufschlagen, die gegen Wärmeüberbelastung unempfindlicher als andere Teile des Brenners ist.

Um die Montage und die Inspektion zu erleichtern, kann der Brenner in zwei Baueinheiten derart aufgeteilt sein, daß der zentrale Brennerteil mit dem Luftzuführungsrohr 3 lose im Ring 4 geführt wird. Das Luftzuführungsrohr 3 hat einen Kragen mit der Spitze 18, damit die Zündung im Ringkanal und Flammenhalter zwischen Luftzuführungsrohr 3 und Ring 4 frei von störender; Strömungen stattfinden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner zum Erwärmen von Luft, insbesondere von Abluft zur Verbrennung von in dieser enthaltenen brennbaren Schadstoffen, bestehend aus mit Verbrennungsluft und Gas gespeisten Brennerdüsen und einem koaxial um diese angeordneten Ringkanal für die zu erwärmende Luft, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüsen (10) sternförmig mit jeweils radialer Flammenrichtung angeordnet sind und in dem Ringkanal zur Abschirmung der radialen Flammen vor der zu erwärmenden Luft (12) radiale Speichen (5) angeordnet sind, die als Hohlprofile stromab offene Brennkammern bilden.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen den Speichen (5) liegenden Kanälen für die Luft (12) in radialer Richtung verlaufende Strömungsteiler (14) angeordnet sind, mit denen zwei Luftströme (15) seitlich in die vor den benachbarten Brennkammern liegenden Bereiche aDgelenkt werden.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang eines jeden Kanals im Weg der Luftströme (15) mehrere zu den radialen Strömungsteilern (14) quer verlaufende Strömungsteiler (13) sprossenartig angeordnet sind, die die seitlich abgelenkten Luftströme (15) in flache Luftstrahlen auffächern.

4. Brenner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsteiler (13, 14) aus V- oder U-förmigen Profilen bestehen, deren offene Seiten stromab liegen.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüsen (10) in einem innerhalb des Ringkanals für die Luft konzentrisch angeordneten, stromauf verschlossenen, stromab und zu den Brennkammern offenen Ringkanal liegen.