DE3422229C2

DE3422229C2 - Industriebrenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe

Info

Publication number: DE3422229C2
Application number: DE3422229A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr.-Ing. 7250 Leonberg Wünning
Original assignee: WS Warmeprozesstechnik GmbH
Current assignee: WS Warmeprozesstechnik GmbH
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1986-06-05
Also published as: ATE39993T1; SU1400519A3; DE3422229A1; EP0164576B1; EP0164576A2; EP0164576A3; DE3567531D1; DD236577A5; JPS6149910A; US4586894A

Abstract

Ein schadstoffarmer Industriebrenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe, insbesondere zur Beheizung von Ofenräumen von Industrieöfen, weist eine keramische Brennkammer auf, die zur unvollständigen Verbrennung des Brennstoffes mit der Primärluft eingerichtet und mit einem Auslaß für die mit hoher Geschwindigkeit austretenden Gase gebildet ist. Die Brennkammer ist von einer die zur Restverbrennung erforderliche vorgewärmte Restluftmenge führenden Restluftkammer umgeben, aus deren rings um den Brennkammerauslaß angeordneten Düsenöffnungen Restluftstrahlen mit hoher Geschwindigkeit austreten. Um eine hohe Energieersparnis und einfache Bauverhältnisse zu erzielen, enthält der Brenner einen koaxial zu der Brennkammer angeordneten rohrförmigen Rekuperator, der zwei durch eine wärmeaustauschende zylindrische Wand voneinander getrennte Ringkammern aufweist. Die zylindrische Wand ist über wenigstens einen Teil der axialen Länge der Brennkammer vorgezogen; sie begrenzt gemeinsam mit der Außenwand der Brennkammer zumindest zeitlich die Restluftkammer, welche stirnseitig durch einen mit der zylindrischen Wand verbundenen und gegen die Brennkammeraußenwand abgestützten ringförmigen Düsenträger abgeschlossen ist, in dem die Düsenöffnungen für die Restluftstrahlen angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Industriebrenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt (DE-PS 21 29 357), bei einer Brennvorrichtung für gasförmigen Brennstoff die in den Verbrennungsgasen enthaltene Stickoxidmenge durch Verringerung der Flammentemperatur herabzusetzen. Zu diesem Zwecke arbeitet die Brennvorrichtung mit einem

Primärbrennraum, in welchem der Brennstoff unvollständig verbrannt wird, und mit einem dem Primärbrennraum nachgeordneten Sekundärbnrnnraum, in welchem die Verbrennung mit dem Rest der theoretisch erforderlichen Luftmenge vervollständigt wird. Der Primärbrennraum ist dabei zur Verbrennung von 60 bis 90% des Brennstoffs zusammen mit der für eine vollständige Verbrennung theoretisch erforderlichen Lnftmenge als Brennkammer mit einem düsenartig eingeschnürten Auslaß ausgebildet, an den sich die Ofenkammer anschließt, wobei stromabwärts von dem Auslaß der Brennkammer mit Abstand von diesem ein den Sekundärbrennraum im wesentlichen bildendes Abzugsrohr angeordnet ist, das in Strömungsrichtung divergiert Die Brennkammer selbst ist dabei von einem den Rest der theoretisch erforderlichen Luftmenge führenden Nebenluftkanal umgeben, der in der Nähe des Auslasses der Brennkammer offen ist

Von den aus dem Brennkammerauslaß mit hoher Geschwindigkeit austretenden, teilweise verbrannten Verbrennungsgasen werden die in der Ofenkammer enthaltenen relativ kühlen Abgase angesaugt und in das Abzugsrohr mitgerissen. Dadurch soll eine Zwischenkühlung der Verbrennungsgase vor ihrer in dem Abzugsrohr und in der Ofenkammer erfolgenden restlosen Verbrennung zusammen mit einer starken Umwälzung der in der Ofenkammer befindlichen restlos verbrannten Gase erreicht werden.

Ein solches im Abstand von der Brennkammer angeordnetes Abzugsrohr, das bei dieser Brennvorrichtung deshalb unerläßlich ist, um eine vollständige Sekundärverbrennung mit entsprechend niedrigen Gehalten an CO zu erreichen, ist in dem Ofenraum häufig nur schwierig anzubringen. Davon abgesehen arbeitet die bekannte Brennvorrichtung nur mit Vorwärmung der Sekundärluft.

Bei einem anderen aus der AT-PS 2 38 865 bekannten gattungsgemäßen Industriebrenner, der als sog. Umwälzbrenner ebenfalls mit einer zweistufigen Verbrennung arbeitet, ist eine feuerfest ausgemauerte Brennkammer vorgesehen, in der die Temperatur durch beschränkte Luft- oder Gaszufuhr unterhalb der für das feuerfeste Mauerwerk zulässigen Grenze gehalten wird. Die vollständige Verbrennung erfolgt in dem aus der Brennkammer austretenden Brennerstrahl durch Zuführung der Restluft- oder Gasmenge zum Brennerstrahl.

Praktisch geschieht dies z. B. in der Weise, daß die Brennkammer von einer die Restluftmenge führenden ringförmigen Restluftkammer umschlossen ist, die den Brennkammerauslaß umgebenden Düsenöffnungen aufweist, die leicht schräg zu der Achse der Auslaßöffnung der Brennkammer liegen. Durch diese konzentrische Anordnung der Restluftkammer und der Brennkammer wird zwar eine Vorwärmung der Restluftmenge durch den über die Wandung der Brennkammer erfolgenden Wärmeaustausch erreicht, doch arbeitet der Brenner ohne Primärluftvorwärmung. Auch geht es bei diesem Brenner nicht darum, den Schadstoffgehalt der Abgase möglichst niedrig zu halten; es soll vielmehr die in der Brennkammer selbst herrschende Temperatur unterhalb der Grenze der Temperaturbeständigkeit der Ausmauerung der Brennkammer gehalten werden. Die Sekundärverbrennungstemperatur spielt in diesem Zusammenhang keine Rolle.

Schließlich ist es bei Indusiriebrennern für gasförmige oder flüssige Brennstoffe, insbesondere zur Beheizung von Ofenräumen von Industrieöfen bekannt (US-PS 43 73 903), zur Erhöhung der Temperatur der Verbrennungsluft und zur Energieersparnis koaxial zu der keramischen Brennkammer einen rohrförmigen Rekuperator vorzusehen, der zwei voneinander getrennte. im Gegenstrom von Verbrennungsabgasen und Verbrennungsluft durchströmte koaxiale Ringkammern aufweist. Bei diesem Industriebrenner dnd aber keine Maßnahmen getroffen, um den NOx-Anteil klein zu halten.

ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Industriebrenner der eingangs genannten Art, mit geringem Anteil an NOx und CO in den Abgasen, zu schaffen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und auch bei hoher Luftvorwärmung betriebssicher arbeitet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Industriebrenner erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1.

Der Rekuperator gestattet es, einen Austauschgrad, und zwar sowohl für die Primär- als auch für die Restluft, über 50% zu erzielen und auch bei Prozeßtemperaturen bis 1300° C, wie sie beispielsweise beim Schmieden von Stahl, in Glaswannen und keramischen Öfen auftreten, den NOx-Anteil im Abgas in den Bereich unter 200 bis 300 ppm (parts per million) abzusenken.

Um die Νΰχ-Gehalte auch bei der verwendeten hohen, zur Energieeinsparung führenden Luftvorwärmung niedrig zu halten und unzulässige CO-Gehalte als Folge unvollständiger Sekundärverbrennung, insbesondere im Niedertemperaturbereich, zu vermeiden, arbeitet der Brenner mit einer hohen Luftgeschwindigkeit Dem liegt die Überlegung zugrunde, daß sowohl der aus dem Brennkammerauslaß austretende Primärverbrennungsgasstrahl als auch die aus den Düsenöffnungen des Düsenträgers kommenden Sekundärluftstrahlen vor der Vereinigung kühles Abgas aus der Ofenkammer ansaugen, um damit die Temperatur in der Rest- oder Sekundärverbrennungszone abzusenken. Dazu muß die Geschwindigkeit in den Restluftstrahlen so hoch sein, daß diese nicht sofort durch den von dem Hauptstrahl ausgehenden Sog zu diesem hin abgelenkt werden. Die Strahlachsen der Restluftstrahlen sollen entweder parallel oder etwas zu dem Hauptstrahl hin geneigt verlaufen, wenn der Brenner zur Erzeugung eines längsgerichteten Strahles betrieben wird.

Die aus hitzebeständigem Stahl bestehende zylindrische Wand des Rekuperators hat einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das keramische Material der Brennkammer. Durch die elastische Abstützung der

so Brennkammer gegen den Düsenträger wird das Auftreten übermäßiger Spannungen im Dichmngsbereich verhindert, was sowohl die Lebensdauer als auch die Betriebssicherheit des Brenners, bei einfachem, kompaktem Aufbau desselben günstig beeinflußt.

Zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Durch Beobachtung der im Betrieb auftretenden Glühfarbe wurde nämlich festgestellt, daß bei Ausbildung entsprechend Anspruch 3 im Inneren der Brennkammer ein Strömungsschatten in dem Bereich entsteht, wo die zylindrische Seitenwand in die Stirnfläche übergeht. Damit ist die Temperaturbelastung an dieser an sich gefährdeten Stelle geringer. Dies kann zugleich zur Abstützung der Brennkammer ausgenützt werden (Anspruch 4). Bei Ausgestaltung des Brenners gemäß Anspruch 5 und 6 kann die Brennkammer auch der extremen Temperaturbelastung bei hoher Luftvorwärmung standhalten, wobei auch ihre Abdichtung gegen

den Düsenträger einwandfrei ist.

Bei einer Brennerausbildung entsprechend Anspruch

7 kann durch die Primärlufteinlaßöffnungen bis zu einem gewissen Grade erforderlichenfalls das Verhältnis der Druckbeaufschlagungen der Restluftkammer und der Brennkammer einreguliert werden.

Um die Ansaugung des Ofengases auf noch kürzerem Wege bei intensiver Durchmischung mit dem Verbrennungsgas zu erzielen, kann der Brenner nach Anspruch

8 ausgebildet sein. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß der definierte Abstand des Restluftaustritts zu dem Hauptstrahl von Bedeutung ist. In einem aus einer Düsenöffnung austretenden Gasstrahl verdoppeln sich Rärnüch schon irr! Abstand weniger Düsendurchmesser die Massenströme. Dies bedeutet für den vorliegenden Brenner, daß die Brennstoffenergie in der Rest- oder Sekundärverbrennungszone bei einer solchen Verdoppelung der Massenströme nur noch die halbe Temperatursteigerung hervorrufen kann. Bei einem zu großen Abstand des Restluftaustritts entsteht CO durch unvollständige Verbrennung, insbesondere bei niedrigen Ofentemperaturen.

Die Auslaßöffnungen und die Düsenöffnungen sind bei der Brennerausbildung nach Anspruch 9 jeweils gegeneinander versetzt symmetrisch zueinander angeordnet

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 kann eine vorhandene Brennkammer durch einfachen Austausch der Keramikplatte auf verschiedene Einsatzbedingungen umgerüstet werden, während andererseits die einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzte, die Auslaßöffnungen aufweisende Keramikplatte randseitig gegenüber der Brennkammer etwas beweglich ist, so daß von örtlich unterschiedlichen Temperaturen herrührende Spannungen vermieden werden.

Ein entsprechend Anspruch 11 bzw. Anspruch 2 und 13 ausgebildeter Brenner erzeugt einen längsgerichteten Strahl bzw. einen auf die umgebende Wand gerichteten Strahl.

Um in der Nähe der thermisch hochbelasteten Düsenöffnungen der Restluftkammer und der Abdichtungsstelie der Restluftkammer gegen die Brennkammer die Ternpcraturbelastung zu senken, kann eine Brennerausbildung gemäß Anspruch 14 bzw. 15 vorteilhaft sein.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Industriebrenner gemäß der Erfindung zur Erzeugung eines längsgerichteten, im axialen Schnitt in einer schematischen Seitenansicht,

F i g. 2 den Benner nach F i g. 1 in einer abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 3 den Brenner nach F i g. 2 in einer Draufsicht auf seine auslaßseitige Stirnseite, in schematischer Darstellung unter Veranschaulichung der Düsenanordnung,

F i g. 4 den Industriebrenner nach F i g. 1 in einer abgewandelten Ausführungsform zur Erzeugung eines auf die umgebende Wand gerichteten Strahles im Ausschnitt sowie im axialen Schnitt und in einer schematischen Seitenansicht und

F i g. 5 die Düsenanordnung des Brenners nach F i g. 4 in einer Darstellung entsprechend F i g. 3.

Der in den Figuren in mehreren Ausführungsformen dargestellte Industriebrenner ist zur Beheizung mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen eingerichtet und dient zur Beheizung des Ofenraumes 1 eines Industrieofens, dessen Wandung bei 2 dargestellt ist und eine durchgehende öffnung 3 enthält, in die der Brenner eingesetzt ist

Der Brenner selbst weist ein aus Stahl bestehendes zylindrisches Mantelrohr 4 auf, das von einer Wärmeisolationsschicht 5 umgeben ist und in das in dem Bereich außerhalb der Ofenkammerwandung 2 ein Luftzufuhrrohr 6 seitlich mündet. In das Mantelrohr 4 ist ein koaxialer, ebenfalls aus Stahl bestehender Luftleitzylinder 7 eingesetzt, der bei 8 stirnseitig gegen das Mantelrohr 4 abgedichtet ist und mit diesem einen Ringraum begrenzt, welcher durch eine aus hoch hitzebeständigem Stahl hergestellte zylindrische Wand 9 in zwei Ringkammern 10, 11 unterteilt ist. Die zylindrische Wand 9 ist bei 12 gasdicht mit dem Mantelrohr 4 verbunden, ihre Ringkammer 11 steht mit einer seitlich abgehenden Abgas-Ansaugleitung 13 in Verbindung.

Außerdem trägt die zylindrische Wand 9 durchgehende, in die beiden Ringkammern 10,11 ragende Wärmetauscherrippen 14, die gemeinsam mit den dazwischenliegenden Wandungsteilen einen guten Wärmeübergang zwischen den die beiden Ringkammern 10, 11 durchströmenden Medien ergeben.

Die zylindrische Wand 9 bildet zusammen mit dem Mantelrohr 4 und dem Luftleitzylinder 7 einen rohrförmigen Rippen-Rekuperator, dessen von dem Luftleitzylinder 7 umschlossener Raum 15 eine koaxiale Brenn-Stoffzufuhrleitung 16 aufnimmt, die endseitig in einem gasdicht mit dem Mantelrohr 4 und dem Luftleitzylinder 7 verbundenen Deckel 160 verankert ist, der eine in das Brennstoffzufuhrrohr 16 mündende Brennstoffzufuhrleitung 17 enthält. Die koaxial in dem Brennstoffzufuhrrohr 16 angeordnete Zündelektrode ist bei 18 angedeutet.

Koaxial zu dem Mantelrohr 4 und dem Luftleitzylinder 7 ist im axialen Abstand 19 eine im wesentlichen topfförmige keramische Brennkammer 20 angeordnet, die aus einem dünnwandigen, hochtemperaturfesten Keramikmaterial besteht und deren Wandstärke beispielsweise bei 6 mm liegt. Die Brennkammer 20 weist einen im wesentlichen zylindrischen Seitenwandungsteil 21 auf, an dem sich in einem Obergangsbereich 22 eine Stirnwand 23 anschließt, die einen düsenförmig eingeschnürten zentrischen Auslaß 24 für die mit hoher Geschwindigkeit aus der Brennkammer 20 austretenden Gase aufweist. Der Luftleitzylinder 7 könnte auch endseitig bis in eine Restluftkammer 42 vorragend vorgezogen sein, die noch erläutert werden wird.

Auf der dem Auslaß 24 gegenüberliegenden Seite ist die Brennkammer 20 durch eine aufgesetzte Keramikplatte 25 verschlossen, die gleichmäßig rings um die Mittelachse verteilt angeordnete Primärlufteinlaßöff-

nungen 26 aufweist und mittig mit einer öffnung 27 versehen ist, durch die das Brennstoffzufuhrrohr 16 mit bei 28 angedeuteten Brennstoffauslaßdüsen in das Innere der Brennkammer 20 ragt.
Das Brennstoffzufuhrrohr 16 ist über eine Ringschulter 29 gegen die Keramikplatte 25 abgestützt: es enthält einen Federbalg 30, der als ein eine elastische Axialkraft auf die Keramikplatte 25 und die Brennkammer 20 ausübendes elastisches Glied wirkt.

Die zylindrische Wand 9 des Rekuperators ist stirnseitig über den bei 31 endenden Luftleitzylinder 7 vorgezogen, und zwar über die axiale Länge der Brennkammer 20. Der vorgezogene Teil ist mit 32 bezeichnet; er ist endseitig nach innen zu eingezogen und mit seiner stirnseitigen Berandung 34 an der Brennkammeraußenwandung abgedichtet anliegend ausgebildet. Alternativ könnten die Düsenöffnungen 35 auch unmittelbar im Bereich der Berandung 34 vorgesehen sein, indem diese beispielsweise gezahnt ausgebildet ist. Damit läßt sich

beispielsweise gezahnt ausgebildet ist. Damit läßt sich ein besonderer Kühleffekt für die Brennkammerwandung erzielen.

Der eingezogene Teil 33 bildet einen einstückig mit der zylindrischen Wand 9 verbundenen ringförmigen Düsenträger, der gleichmäßig um die Längsachse des Brenners verteilt angeordnete Düsenöffnungen 35 enthält, deren Achsen im wesentlichen parallel zu der Brennerlängsachse ausgerichtet sind.

Wie aus den Figuren ersichtlich, kann der durch das Teil 33 gebildete Düsenträger eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige oder eine ebene ringscheibenförmige Gestalt aufweisen. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform könnte der Düsenträger auch durch eine die Düsenöffnungen 35 enthaltende Ringplatte oder -scheibe gebildet sein, die mit dem vorgezogenen Teil 32 der zylindrischen Wand 9 verbunden, beispielsweise gasdicht verschweißt ist. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, diesen Düsenträger als Keramikteil auszubilden und ihn randseitig mit dem vorgezogenen Teil 32 der zylindrischen Wand 9 zu verbinden.

Die Brennkammer 20 ist durch die von dem elastischen Glied 30 ausgeübte Axialkraft gegen die Berandung des als Düsenträger wirkenden eingezogenen Teils 33 abgestützt, wobei in der aus den F i g. 1, 2 und 4 ersichtlichen Weise die Abstützstelle etwa in dem Übergangsbereich 22 zwischen der zylindrischen Wandung 21 und der den eingeschnürten Auslaß 24 enthaltenden Stirnwand 23 liegt. In diesem »Eckbereich« tritt in der Brennkammer 20 ein Strömungsschatten auf, mit der Folge geringerer örtlicher Temperaturbelastung des Materials der Brennkammer 20. Damit ist auch der eingezogene Teil 33 der aus hoch hitzefestem Stahl bestehenden zylindrischen Wand 9 entsprechend geringer thermisch belastet.

Zu der Ofenkammer 1 hin ist der den Düsenträger bildende eingezogene Teil 33 durch ein seiner Umrißgestalt etwa angepaßte Strahlungsschutzschild 36 abgeschirmt, das im Abstand zu dem eingezogenen Teil 33 und dem vorgezogenen Teil 32 steht und bei 37 den Bereich der Restluftdüsenöffnungen 35 stirnseitig abdeckt, während ein zylindrisches Wandungsteil 38 eine seitliche Abdeckung des vorgezogenen Teils 32 der zylindrischen Wand 9 über den Übergangsbereich 22 der Brennkammer 20 hinaus bewirkt. Zwischen dem Isolationsmantel 5 und der dem Rekuperator zugewandten Stirnseite des keramischen Strahlungsschutzschildes 36 ist bei 40 ein ringförmiger, gegebenenfalls durch Zwischenstege in eine Reihe diskreter Öffnungen aufgeteilter Abgaseinlaß vorhanden, der mit der Ringkammer 11 des Rekuperators in Verbindung steht und in den bei 41 angedeutetes Abgas aus der Ofenkammer 1 einströmen kann.

Von dem vorgezogenen und dem eingezogenen Teil 32 bzw. 33 der zylindrischen Wand 9 wird zusammen mit der Außenwand der Brennkammer 20 eine ringförmige Restluftkammer 42 begrenzt, die die Brennkammer 20 konzentrisch umgibt und mit der aus der Ringkammer 10 austretenden, in dem Rekuperator vorgewärmten Luft beaufschlagt ist. Die austretende Luftmenge teilt sich in die durch Pfeile 43 angedeutete, über die Einlaßöffnungen 26 in die Brennkammer 20 einströmende Primärluftmenge und die durch Pfeile 44 angedeutete Restluftmenge auf, die durch die Restluftkammer 42 strömt und aus den Düsenöffnungen 35 in Gestalt von Restluftstrahlen austritt, wie dies bei 46 angedeutet ist.

Für den Betrieb in einem Temperaturbereich von höher als 1100⁰C ist eine zusätzliche Kühleinrichtung in der Restluftkammer 42 vorgesehen, die in Gestalt eines Kühlluftringes 47 ausgebildet ist, welcher in der Nähe des Übergangsbereiches 22 und der Düsenöffnungen 35 angeordnet ist. Der Kühlltiftring 47 ist über nicht weiter dargestellte, durch den Raum 15 verlaufende Leitungen an eine Kühlluftzufuhrleilung 48 und eine Kühlluftabfuhrleitung 49 angeschlossen; er kann gegebenenfalls auf die zu kühlenden Teile hin gerichtete Kühlluftaustritlsöffnungen aufweisen.

Die Ausführungsform nach F i g. 2 unterscheidet sich von jener nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß in die keramische Brennkammer 20 auslaßseitig eine kreisrunde keramische Düsenscheibe (Stirnwand) 50 eingesetzt ist, die eine Anzahl gleichmäßig verteilt angeordneter zylindrischer Auslaßöffnungen 51 aufweist, durch die der bei der Ausführungsform nach F i g. 1 aus dem Auslaß 24 austretende eine Hauptstrahl 53 in eine Anzahl achsparalleler Hauptstrahlen 53a aufgeteilt wird.
Wie aus F i g. 3 zu ersehen, sind im vorliegenden Falle vier zylindrische Auslaßöffnungen 51 vorgesehen, die mit ihren Mittelpunkten auf einem gedachten konzentrischen inneren Kreis 54 liegen und die von vier Restluft-Düsenöffnungen 35 kleineren Durchmessers umgeben sind, deren Mittelpunkte auf einem gedachten Kreis 55 angeordnet sind. Die jeweils gleichmäßig verteilten Düsenöffnungen 35 und Auslaßöffnungen 51 sind gegeneinander versetzt und symmetrisch zueinander angeordnet.

Die Anordnung ist nunmehr derart getroffen, daß der mit S bezeichnete kleinste Randabstand benachbarter Auslaßöffnungen 51 größer als der Durchmesser D dieser Auslaßöffnungen ist, während der kleinste Randabstand s zwischen einer Düsenöffnung 35 und einer benachbarten Auslaßöffnung 51 größer ist als das Dreifaehe des Düsenöffnungsdurchmessers d

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Düsenscheibe 50 nach F i g. 2 durch eine Düsenscheibe 50a ersetzt, deren Auslaßöffnungen 51a auf einem Kegelmantel liegend radial nach unten außen gerichtet sind, wie dies einem sogenannten Wandstrahlbrenner entspricht.

Aus F i g. 5 ist zu ersehen, daß die Restluft führenden Düsenöffnungen 35 wiederum mit ihren Mittelpunkten auf dem Kreis 55 liegen und symmetrisch versetzt zu den Auslaßöffnungen 51a angeordnet sind, welche ihrerseits ebenfalls wieder gleichmäßig verteilt mit ihren Mittelpunkten auf dem gemeinsamen Kreis 54 liegend angeordnet sind. Die Achsen der Restluft-Düsenöffnungen 35 verlaufen somit quer zu den Achsen der aus den Auslaßöffnungen 51a austretenden Gasstrahlen 53a.

Die Düsenscheibe 50 bzw. 50a ist randseitig in der aus den F i g. 2, 4 ersichtlichen Weise auf die Stirnwand 23 der Brennkammer 20 aufgesetzt, so daß sie eine gewisse radiale Beweglichkeit gegenüber dieser behält.

Der beschriebene Brenner wird im Ein-Ausbetrieb derart betrieben, daß an dem Brennkammerauslaß, d. h. an der einzigen eingezogenen Auslaßöffnung 24 der F i g. 1 oder den Auslaßöffnungen 51 und 51a der F i g. 2 und 4 sowie an den Düsenöffnungen 35 eine Gas- bzw. Luftaustrittsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 100 bis 150 m/s auftritt, was bedeutet daß an diesen Öffnungen ein Druckabfall von 1 bis 2, vorzugsweise 1,5 kPa anliegt. Der Anteil der Gesamtdurchtrittsfläche der Restluft-Düsenöffnungen 35 an dem Gesamtquerschnitt der Auslaßöffnung 24 bzw. der Auslaßöffnungen 51, 51a liegt zwischen 10 und 50%, vorzugsweise bei 30%.

Damit die Flamme stabil brennt, ist es zweckmäßig,

I 9 10

ik deren axiale Länge das Zwei- bis Vierfache, vorzugswei-

^!'S se das Dreifache des Durchmessers der Auslaßöffnung

S) 24 der Ausführungsform nach F i g. 1 betragen.
,?■ Ausführungsbeispiel für einen schadstoff armen Indu-

r; striebrenner in der Ausführungsform nach Fig. 1: 5

10

20 25

Brennerdaten:	60 mm
Brennkammer 20:	60 mm
Durchmesser:
Länge:	D= 20 mm Fi = 3,14
Auslaß 24:
Durchmesser:	8 F₂ = 1,00
Düsenöffnungen 35:	d = 4 mm
Anzahl:	s= 25 mm s/d = 6,25
Durchmesser:
Abstand:	3,5 mVh
Beaufschlagung:	35 mVh
Erdgas:
Gesamtluft:	0,65
Rippenrekuperator mit
Wärmeaustauschgrad:
Bei einer Ofentemperatur
von 1000⁰C wurden folgende	750⁰C
Werte festgestellt:	420° C
Luftvorwärmtemperatur:
Abgastemperatur:
Druckabfall an dem	1,6 kPa
Auslaß 24 bzw. den
Düsenöffnungen 35:	l,5Vol-%
Abgaswerte:	190 ppm
Sauerstoff:	< 10 ppm
Stickoxid:
Kohlenmonoxid:

Die Flamme brennt bei den gewählten Brennkam- 35 merabmessungen stabil und geräuscharm, auch beim Anfahren von Raumtemperatur, was für den Ein-Aus-Betrieb wichtig ist.

Die Brennkammer aus Si-infiltriertem SiC hielt der Temperaturbeanspruchung stand. Der kegelförmige 40 Dichtsitz an der Stirnseite der Brennkammer ist besonders vorteilhaft angeordnet, weil er die Ausdehnungsunterschiede Keramik-Metall auffängt.

Der Kühlring 47 und die Isolierung für Ofentemperatüren über HOO⁰C senken die Temperatur in den Aus- 45 Phasen des Brenners an den Restluftdüsenöffnungen 35 auf die zulässige Maximaltemperatur von hitzebeständigern Stahl ab (ca. HOO⁰C), wobei nur relativ geringe Verluste entstehen und die Ofenatmosphäre nicht beeinträchtigt wird. 50

Der Brenner eignet sich in gleicher Form auch für indirekte Beheizung in sogenannten Mantel-Strahlheizrohren, wobei der hohe Flammenimpuls für die Abgasumwälzung im Strahlrohr ausgenutzt wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Industriebrenner für gasförmige oder flüssige Brennstoffe, insbesondere zur Beheizung von Ofenräumen von Industrieöfen, mit einer keramischen Brennkammer, die mit einer Brennstoff- und einer Primärzuluftzuführung versehen und zur unvollständigen Verbrennung des Brennstoffes mit der Primärluft eingerichtet sowie mit einem düsenförmig eingeschnürten Auslaß für die mit hoher Geschwindigkeit austretenden Gase ausgebildet ist, und mit einer die Brennkammer umgebenden, die zur Restverbrennung erforderliche, vorgewärmte Restluftmenge führenden Restluffkammer, aus deren rings um den Auslaß der Brennkammer angeordneten Düsenöffnungen Restluftstrahlen mit hoher Geschwindigkeit austreten, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu der Brennkammer (20) koaxiale wärmetauschende zylindrische Wand (9) eines rohrförmigen Rekuperators (4,7,9) der in an sich bekannter Weise zwei von der Wand (9) getrennte, im Gegenstrom von Verbrennungsabgasen und der Verbrennungsluft durchströmte koaxiale Ringkammern (10, 11) aufweist, über wenigstens einen Teil der axialen Lange der Brennkammer (20) vorgezogen ist und durch diese Wand (9) gemeinsam mit der Seitenwand (21) der Brennkammer (20) die Restluftkammer (42) seitlich begrenzt ist, daß die Restluftkammer (42) stirnseitig durch einen mit der zylindrischen Wand (9) verbundenen ringförmigen Düsenträger (33) abgeschlossen ist, gegen den die Brennkammer (20) außen stirnseitig abgestützt ist und in dem die Düsenöffnungen (35) für die Restluftstrahlen (46) angeordnet sind, und daß die Brennkammer (20) in Achsrichtung gegen den Düsenträger (33) mit einer elastischen Kraft verspannt ist.

2. Industriebrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (20) über ein auf ihr abgestütztes Brennstoffzufuhrrohr (16) gegen den Düsenträger (33) angepreßt ist, und daß das Brennstoffzufuhrrohr (16) über ein elastisches Glied (30) in Achsrichtung belastet ist.

3. Industriebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (20) eine im wesentlichen flache, den Auslaß (24; 51, 51a) enthaltende Stirnwand (23, 50) aufweist, die sich an die zylindrisch ausgebildete Seitenwand (21) anschließt.

4. Industriebrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (20) gegen den Düsenträger (33) im Bereiche des Überganges (22) von der zylindrischen Seitenwand (21) zur Stirnwand abgestützt ist.

5. Industriebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (20) als ein einstückiges, aus dünnwandiger Hochtemperaturkeramik bestehendes Teil ausgebildet ist

6. Industriebrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (20) austauschbar in die zylindrische Wand (9) eingesetzt ist.

7. Industriebrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoffzufuhrrohr (16) an dem dem Auslaß (24) gegenüberliegenden Boden der Brennkammer (20) abgestützt ist, welcher um deren Längsachse herum gleichmäßig verteilt angeordnete Primärlufteinlaßöffnungen (26) aufweist, deren Gesamtdurchtrittsfläche wesentlich größer ist als die Gesamtdurchtrittsfläche des Auslasses (24).

8. Industriebrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Brennkammer (20) durch eine Anzahl gleichmäßig verteilt angeordneter Auslaßöffnungen (51, 5IaJ gebildet ist, und daß der kleinste Randabstand (S) benachbarter Auslaßöffnungen (51, 51a; größer als die lichte Weite (D) dieser öffnungen ist.

9. Industriebrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (51,Slander Brennkammer (20) und die Düsenöffnungen (35) der Restluftkammer (42) mit ihren Mittelpunkten auf konzentrischen Kreisen (54,55) liegen und der kleinste Randabstand (s) einer Düsenöffnung (35) zu der benachbarten Auslaßöffnung (51,5ia) Dreifache der lichten Weite (d) der Düsenöffnung (35) ist.

10. Industriebrenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auslaßöffnungen (51, 5ia) enthaltende Stirnwand als Keramikplatte (50, 50a) ausgebildet ist, die zentrisch in die Brennkammer (20) eingesetzt ist.

11. Industriebrenner nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (51) und die Düsenöffnungen (35) jeweils im wesentlichen achsparallel angeordnet sind.

12. Industriebrenner nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (SXa) radial schräg nach außen weisend ausgerichtet sind.

13. Industriebrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (35) mit ihren Achsen quer zu den Achsen der Auslaßöffnungen (51a,) verlaufend angeordnet sind.

14. Industriebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Restluftkammer (42) nahe dem Düsenträger (33) eine Kühleinrichtung, beispielsweise in Gestalt eines von Kühlluft durchströmten Kühlluftkanals (47) angeordnet ist.

15. Industriebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein wenigstens den Düsenträger (33) stirnseitig abdekkendes keramisches Strahlungsschild (36) aufweist, das mit Öffnungen zum Durchtritt der Restluftstrahlen versehen ist.

16. Industriebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Auslaß (24) der Brennkammer (20) und an den Düsenöffnungen (35) der Restluftkammer (42) ein Mindestdruckgefälle von 1 kPa aufrechterhalten ist.

17. Industriebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (35) unmittelbar in dem Abstützbereich (bei 34) der Brennkammer (20) gegen den Düsenträger (33) ausgebildet sind.