DE3318860C2 - Burners for heating air - Google Patents
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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.The invention relates to a device for afterburning exhaust air. The device consists of several burner nozzles (10) arranged in a star shape. The burner nozzles (10) are allocated in an annular channel for the supply of exhaust air, arranged like spokes, downstream open combustion chambers (5) in which the flames, shielded from the exhaust air flows, can spread radially. In the ducts for the exhaust air remaining between the combustion chambers (5), flow dividers (13, 14) are provided, which divide the exhaust air and guide it in front of the combustion chambers and divide it into flat jets in a fan-like manner, so that the flue gases penetrate the exhaust air jets in a cross flow mix with these intensively.
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.The invention relates to a burner for heating air, in particular exhaust air for combustion of flammable pollutants contained in this, consisting of combustion air and gas fed burner nozzles and an annular channel arranged coaxially around them for the air to be heated.
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.To exhaust air containing flammable pollutants occurring in production processes by thermal To clean afterburning sufficiently, as required by the regulatory authorities for reasons of environmental protection, it is necessary that over the reaction temperature of the pollutants is reached over the entire flow cross-section of the burner. There it is difficult to maintain the same temperature in the entire cross-section Reaction temperature at one point or another only at the expense of a higher temperature other places should be avoided. That means a locally higher heat load. Another difficulty when the exhaust air is cleaned by afterburning the pollutants, the result is that the volume of the exhaust air to be post-burned and the proportion of pollutants in the exhaust air fluctuates greatly, which means a very large control range of the burner is necessary.
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).Surface burners that work without premixing the combustion air achieve the required control range not and it is not possible to clean the exhaust air satisfactorily because the exhaust air admixture is smaller Flame and high pollutant content is bad This is true even in principle, if by special structural designs of the burner the exhaust air is supplied in cascades (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.A burner of the type mentioned at the beginning according to the in-house state of the art of the inventor burns with a stable flame in a large control range with the supply of exhaust air via the ring duct. but In this burner, too, the admixture is incomplete, so that it takes a relatively long time despite one The combustion chamber sets a different temperature distribution. This burner is used for combustion the center is preferred, with baffle plates being provided in the center, with which a uniformity is sought; these are subject to a high temperature load, which increases the service life of such Burner is relatively short.
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 istThe invention is based on the object of a generic To create burner in which one over the entire cross-section with a small axial length uniform temperature distribution is guaranteed
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. This object is achieved according to the invention in that the burner nozzles are star-shaped, each with a radial Flammennchtung are arranged and in the ring channel to shield the radial flames from to heating air radial spokes are arranged, which form as hollow profiles downstream open combustion chambers.
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.From DE-PS 15 01 987 it is already known on a gas burner for a directly heated air heater to provide combustion chambers that are open downstream and shielded from the air flow.
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.In the case of the burner according to the invention, due to the arrangement of the burner nozzle η, the ignition is in the center, the combustion in the rest of the cross-section. The one in the center that promotes the stability of the flames Flames forming a ring of flames are released from this ring and can move away from the air currents undisturbed Fully unfold in the radial direction in the flow shadow of the combustion chambers forming spokes. This radial flame guidance in the slipstream of the spokes enables an intense flame over a short distance Admixture of the air to be heated, in particular exhaust air to be post-burned. By the ones on the edges of the spokes transverse to the direction of the flame gases passing air currents will be in the Flue gases evolving from combustion chambers are carried away. Since this mixing over the entire radius in takes place in the same way, a uniform temperature distribution is guaranteed.
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.With further measures, the intensive admixture of air can be improved over a short distance. Thus, according to a first embodiment, it is provided that in the channels lying between the spokes for the air in the radial direction extending flow dividers are arranged, with which two air flows are deflected laterally into the areas in front of the neighboring combustion chambers. The downstream Air currents hitting a combustion chamber cause a back pressure that deflects the flue gases to the side and forces the air currents to cross.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können am Ausgang eines jeden Kanals im Weg der Luftströme mehrere, zu den radialen StrömungsteilernAccording to a further embodiment of the invention, at the exit of each channel in the way of the Multiple air flows to the radial flow dividers
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. transverse flow dividers be arranged like rungs, which the laterally deflected air currents in fan out flat air jets. This fanning out is particularly beneficial when the flow dividers consist of V- or U-shaped profiles, the open Sides are downstream. These flow dividers form in the flow direction of the flue gases extending Flow shadows that facilitate the penetration of smoke gases between these fanned out flat air jets.
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. For the formation of a flame stability-promoting central flame ring, the burner nozzles in a concentric inside the ring channel for the air arranged, upstream closed, downstream and to the combustion chambers but open annular channel.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to a drawing showing an exemplary embodiment In detail shows
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. 1 shows a burner for afterburning exhaust air, viewed in the direction of flow, in the upper area in a view and in the lower area in section along the line I-K in FIG. 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. 2 the burner according to FIG. 1 in a developed cylinder section along the line A, B and C of Fig.l,
F i g. 3 einen Ausschnitt des Brenners im Schnitt nach der Linie D—Eder Fig.2 in vergrößerter Darstellung undF i g. 3 shows a detail of the burner in section along the line D - E of FIG. 2 in an enlarged illustration and
F i g. 4 den Brenner gemäß F i g. 1 im Axialschnitt nach der Linie G—WderFig. 1.F i g. 4 the burner according to FIG. 1 in axial section along the line G — WderFig. 1.
Der Brenner zum Nachverbrennen sitzt in einem kreisförmigen Ausschnitt 1 mit einem Wulst 9 einer feuerfesten Ausmauerung.The burner for afterburning sits in a circular cutout 1 with a bead 9 of a refractory Brick lining.
. 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.. The fuel gas is burner nozzles via a central gas pipe 2 and gas nozzle pipes 11 branching off from it (-pot) 10 supplied. The burner pots 10 with the gas nozzle tubes 11 are arranged in two one behind the other Sets divided and arranged in a star shape. A cross section runs concentrically to the gas pipe 2 hexagonal air supply pipe 3 in which the burner pots 10 sit. The gas pipe 2 and the air supply pipe 3 are closed at the front. The burner pots 10 are designed such that the air over them supplied from the air supply pipe 3 and mixed with the gas supplied via the gas nozzle pipes 11 will. The burner pots 10, which form a double ring, leave a burner pot after the flame has been ignited skip to the other burner pot so that a ring of flames forms. From this wreath of flames solve the individual gas nozzle tubes 11 assigned, Flames burning in the radial direction. The mouth of the is used to shield the ring of flames Burner pots 10 in an upstream closed annular space, which is concentric with the air supply pipe 3 surrounding ring 4 and the wall of the air supply pipe 3 is formed. Downstream is that Annular space open. Likewise, the ring is broken in the radial direction in front of the burner pots 10 so that the Flames can spread in a radial direction.
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.The burner parts described so far are concentric to those used for admixing the exhaust air Share surrounded. A jacket 6 seated in the circular cutout 1 and the bead 9 forms with the ring 4 an annular duct to which the exhaust air to be cleaned is supplied. In this ring channel between the ring 4 and the outer jacket 6 .sind radial spokes 5 are used, which are formed by a hollow profile, the with its upstream, roof-shaped rear wall and side walls for a pair of burner pots each 10 forms a combustion chamber, in which the flames, shielded from the exhaust air flows, are undisturbed in can spread in the radial direction. The exhaust ducts, which are located between the individual spokes 5, have flow dividers at the outlet. A first, radially extending flow divider 14 with a V-shaped Cross section divides the exhaust air flow 12 through each channel into two partial flows 15. The substreams 15 of adjacent channels are thus directed towards each other and lead to a jam in front of the open combustion chamber. This jam causes the flue gas flows 16 to be deflected outwards and the partial flows 15 cross the exhaust air. The crossing of these streams as free jets already causes an intensive mixture the flue gases and the exhaust air over the entire radial width. To further improve mixing are flow dividers arranged like rungs between the edges of the combustion chambers and the flow dividers 14 13 arranged in the form of U-profiles, which have a fan-like division of the partial flows 15 of the exhaust air cause and lead to the formation of flow shadows into which the flue gas streams 16 easily penetrate can. In Fig. 3 is shown schematically how in the area of the downstream open fillets, Sprossenarng arranged flow divider 13 the flow shadow with the core jets of the partial flows 15 alternate the exhaust air. The mixing of the core rays of the partial flows takes place in the hatched areas 15 of the exhaust air with the flue gas flows flowing into the spaces of the flow shadows at right angles to it 16 instead.
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.The formation of flow shadows and the cross-wise guidance of the individual flows leads to a very intensive mixing in a short way, so that the length of the burner can be kept short can. The mixture of the exhaust air with the flue gases is so intense that the burnout time has so far been reduced to one value that has not been reached can be reduced. Because of the intensive mixing and the special nature of the In the direction of flow of the flames and smoke gases, the temperature is evened out over the entire cross-section, so that there is no local, undesirably high heat load. The heat load of the individual parts is also kept small by the fact that heat-loaded components at least on one side of the cooler exhaust air can be painted over or washed around. Since the outer jacket tube 6 is not everywhere of these is washed around or swept over by cooling air currents, is provided to avoid heat overload, to cut out the jacket tube 6 in the region of the combustion chamber, so that the radial flames at most the Apply refractory lining, which is less sensitive to thermal overload than other parts of the Brenner's is.
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.In order to facilitate assembly and inspection, the burner can be divided into two structural units in this way be that the central burner part with the air supply pipe 3 is loosely guided in the ring 4. The air supply pipe 3 has a collar with the tip 18 so that the ignition in the ring channel and flame holder between Air supply pipe 3 and ring 4 free from disturbing; Currents can take place.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |