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Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen eines -Brennstoffes
mit einem sauerstoffhaltigen Gas mit einem Brennergeschränk, mit Zuführungen für
die zu mischenden Reaktionspartner, wobei eine Zuführung in zwei ineinander mündende
Zweigleitungen unterteilt ist. Zur Beheizung von Industrieöfen werden häufig Brenner
verwendet, die einen Brennstoff mit einem sauerstoffhaltigen Gas oder reinem Sauerstoff
vermischen. Je nach Brennerkonstruktion erhält man eine lange, schlanke oder kurze,
dicke Flamme, wobei die Güte der Durchmischung auf die Flammenform einen entscheidenden
Einfluß ausübt.
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Zur Beeinflussung der Flammenform ist es bekannt, Brennereinbauten
zu wechseln oder andere Veränderungen vorzunehmen, die ebenfalls ein vorübergehendes
Stillsetzen des Brenners erfordern. In bestimmten Fällen ist es aber erwünscht,
die Flammenform während des Brennerbetriebes ändern zu können Es sind auch Brenner
bekannt, bei denen ein Luftstrom in einen Drallstrom und in einen Parallelstrom
aufgeteilt wird.
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Dabei ist es nur möglich, den Anteil einer der beiden
Ströme
auf Kosten des anderen Stromes zu ändern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
geschilderten Art anzugeben, bei dem die Flammenform mit möglichst einfachen Mitteln
innerhalb weiter Grenzen und während des Brennerbetriebes geändert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine Zweigleitung
axial an das Brennermundstück angeschlossen ist und die andere Zweigleitung tangential
in die erste Zweigleitung mündet und in beiden Zweigleitungen Einrichtungen zur
Reduzierung des freien Leitungsquerschnittes angeordnet sind, wobei der Leitungsquerschnitt
wenigstens einer Einrichtung während des Brennerbetriebs verstellbar ist.
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Erfindungsgemäß mündet eine Zweigleitung tangential in die andere
Zweigleitung. Dem in der tangential mündenden Zweigleitung geführten Teilstrom wird
daher auf einfache, jedoch sehr wirkungsvolle Weise ein Drall aufgezwungen. Über
die andere Zweigleitung wird ein drallfreier Teilstrom geführt.
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Da erfindungsemäß in jeder Zweigleitung eine Einrichtung zur Reduzierung
des freien Leitungsquerschnittes angeordnet ist, kann der Volumenstrom in jeder
Zweigleitung eingestellt werden. Der über die Zweigleitungen geführte Reaktionspartner
kann dem Brennermundstück daher entweder unverdrallt oder in Form eines reinen Drallstromes
oder in einer aus den beiden Strömungsarten bestehenden Mischform zugeführt werden.
Die erfindungsgemäBe Vorrichtung bietet die Möglichkeit, wenigstens den Volumenstrom
in einer Zweigleitung während des Brennerbetriebes einstellen zu können.
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Auf diese Weise kann die Flammen form während des Brennerbetriebes
rasch und einfach verändert werden.
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Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Gesamtvolumenstrom
des über die Zweigleitungen geführten Reaktionspartner eingestellt werden. Darüber
hinaus ist es möglich, lediglich den Volumenstrom einer Zweigleitung ändern zu können,
ohne zwangsläufig auch den Volumenstrom in der anderen Zweigleitung ändern zu müssen.
Das bedeutet beispielsweise auch, daß die Volumenströme in beiden Zweigleitungen
vergrößert werden können oder einer von beiden vergrößert und der andere verkleinert
werden kann. Die Flammenform kann daher mit einfachen Mitteln innerhalb weiter Grenzen
verändert werden.
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Wird ein Brenngas mit Sauerstoff in einem Parallelstrom-Brenner verbrannt,
so kann beispielsweise das Brenngas dem Zentralrohr auf zwei verschiedene Arten
zugeführt werden.
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Ein Teilstrom strömt in axialer Richtung parallel zum Sauerstoffstrom.
Dem zweiten Brenngasstrom wird eine Drallbewegung aufgezwungen. Wir nur der axiale
Brenngasstrom mit Sauerstoff verbrannt, so dauert die Durchmischung des Brenngases
mit dem im Ringmantel zugeführten sauerstoffhaltigen Gas verhältnismäßig lang, so
daß die Flamme eine lange und schlanke Form hat. Wird dem sauerstoffhaltigen Gas
dagegen ausschließlich der Brenngasstrom zugeführt, dem eine Drallbewegung aufgezwungen
worden ist, so vermischt sich das Brenngas am Brennermundstück rascher mit dem sauerstoffhaltigen
Gas. In diesem Fall hat die Flamme eine kurze und dicke Form. Durch Verändern der
Teilstrommengen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Flamme beliebige
Zwischenformen einnehmen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden
Zweigleitungen an eine gemeinsame Versorgungsleitung angeschlossen. Wie bei bekannten
Vorrichtungen wird einer der Reaktionspartner dem Brennergeschränk über eine Versorgungsleitung
zugeführt. Vor dem Brennergeschränk
wird die Versorgungsleitung
in die beiden erfindungsgemäßen Zweigleitungen geteilt. In dieser Variante wird.
durch eine Veränderung des Volumenstromsin einer Zweigleitung auch der Volumenstrom
in der anderen ZweigleitunggfgeRingdert. Dennoch kann die Form der Flamme.im erfindungsgemäB
vorgesehenen Umfang beeinflußt.werden. Vorteilhafterweise kann diese Variante einer
erfindungsgemäßen Vqr,richtung,an bestehende Versorgungsleitungen angeschlossen
werden. Ist es jedoch von Bedeutung, de Volumenströme--in den Zweigleitungen ohne
wechselseitige Beeinflussung ändern zu können, so hat es sich in einer anderen Variante
der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn die beiden Zweigleitungen an einen
Vorratsbehälter für einen der beiden Reaktionspartner angeschlossen sind.
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Als Einrichtungen zur Reduzierung des. freien Leitungsquerschnittes
eignen sich nach einer bevorzugten Variante der Erfindung Ventile.
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In einer weiteren Ausgestal.tung der Erfindung kann mit Vorteil anstelle
eines Ventils in eine Zweigleitung auch eine feste Drossel eingebaut sein. Durch.
Öffnen und Schließen des Ventils in der anderen Zweigleitung wird stets nur ein
Teilstrom tangential geleitet. Durch richtige Wahl der Volumenströme läßt sich die
Höhe des Dralls optimal einstellen und stufenlos verstellen.
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Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der. Erfindung anhand schematischer
Skizzen erläutert werden: In den Figuren 1, 2a und 3a sind P.arallelstrom-Brenner
dargestellt.
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In den Figuren 2b und 3b sind Schnitt durch die beiden ineinander
.mündenden Zweigleitungen schematisch dargestellt.
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In den Ausführungsbeispielen soll ein Brenngas mit reinem Sauerstoff
verbrannt werden. Der Brenner besteht im wesentlichen aus einem Zentralrohr 1 und
einem dazu koaxialen Mantelrohr 2. In das Mantelrohr 2 mündet eine Leitung 3 für
Sauerstoff. Grundsätzlich ist es auch möglich, daß Sauerstoff im Zentralrohr 1 geführt
wird, im Ausführungsbeispiel wird jedoch Brenngas im Zentralrohr 1 zum Brennermund
4 geführt. Die Zuführung für das Brenngas besteht aus zwei Zweigleitungen 6,7. Zweigleitung
6 ist axial an das Brennermundstück 4 angeschlossen, während Zweigleitung 7 - wie
in den Figuren 2b und 3b dargestellt - tangential in Zweigleitung 6 mündet. Das
Brenngas kann dem Zentralrohr 1 auf zwei verschiedenen Wegen zugeführt werden: Bei
der axialen Zuführung wird das Brenngas über Zweigleitung 6 dem Brennermundstück
zugeleitet. Bei der tangentialen Zuführung wird das Brenngas über Zweigleitung 7
geleitet.
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Gemäß Figur 1 sind in beiden Zweigleitungen Ventile 8, 9 eingebaut.
Je nach Stellung dieser Ventile wird das Brenngas entweder axial oder tangential
oder ein Teil des Brenngases axial und der andere Teil tangential in das Zentralrohr
1 eingespeist. Bei axialer Zuführung braucht die Durchmischung des Brenngases mit
dem im Ringmantel zugeführten sauerstoffhaltigen Gas länger, die Flamme wird entsprechend
lang. Wird mit Hilfe der Ventile 8 und 9 auf tangentiale Zuführung umgeschaltet,
erhält der Gasstrom einen Drall und vermischt sich am Brennermund wegen der Fliehkräfte
schneller mit dem sauerstoffhaltigen Gas.
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Die Flamme wird kürzer und dicker. Sind beide Ventile 8 und 9 geöffnet,
so stellt sich je nach dem Offnungsquerschnitt der Ventile eine Zwischenform ein.
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In der in Figur 1 dargestellten Variante der Erfindung können die
beiden Zweigleitungen 6, 7 an einen nicht dargestellten Vorratsbehälter angeschlossen
sein. In dieser
Ausführungsform können die beiden Teilströme in
den Zweigleitungen 6, 7 ohne gegenseitige Beeinflussung durch Öffnen oder Schließen
der Ventile 8, 9 geändert werden.
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In den in den Figuren 2a und 3a dargestellten Varianten sind die beiden
Zweigleitungen 6,7 an eine gemeinsame Versorgungsleitung 5 angeschlossen.
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Gemäß Figur 3a kann anstelle eines Ventils 9 auch eine feste Drossel
in Zweigleitung 6 eingebaut sein. Durch öffnen und Schließen des Ventils 8 wird
in diesem Ausführungsbeispiel stets nur ein mehr oder weniger großer Teilstrom tangential
in das Zentralrohr eingeleitet. Durch richtige Wahl der Größe des über Zweigleitung
7 und Ventil 8 geführten Teilstroms läßt sich der Grad der Verdrallung des Brenngases
stufenlos verstellen und damit optimal einstellen. Auf diese Weise läßt sich die
Flammenform einfach und schnell während des Brennerbetriebs einstellen.
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