DE3715373A1 - Mantelstrahlheizrohr - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mantelstrahlheizrohr gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mantelstrahlheiz­ rohre dieser Art dienen zum Beispiel bei Industrieöfen zur Abgabe von Strahlungswärme an das zu behandelnde Gut und enthalten für die Erzeugung von Verbrennungswärme im Innern des Mantelstrahlheizrohres meist einen Gas­ brenner. Das Brenngas wird durch eine Gaslanze dem Gasaustritt des Brennkopfes zugeführt. Die Zuführung üblicherweise von Luft als Sauerstoffträger zu dem Luft­ austritt des Brennkopfes erfolgt durch ein Rekuperator­ rohr, das ähnlich wie das an den Brennerkopf sich anschlie­ ßende Innenrohr des Mantelstrahlheizrohres mit dessen Außenrohr einen Ringkanal bildet, um die dem Brennerkopf zugeführte Luft mit den Verbrennungsabgasen vorzuwärmen, die am geschlossenen Ende des Außenrohres nach dem Ver­ lassen des Innenrohres in entgegengesetzte Richtung umgelenkt werden und im Ringraum zwischen Innenrohr beziehungsweise Rekuperatorrohr und Außenrohr zum offenen Ende des Außenrohres abströmen, das von der am Brennerkopf entstehenden Flamme erhitzte Innenrohr überträgt seine Wärme durch Strahlung an das Außenrohr.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Mantelstrahlheizrohr der vorgenannten Art so zu verbessern, daß die Stick­ oxidbildung bei der Brennstoffverbrennung im Mantel­ strahlheizrohr und die Stickoxidemission mit den Abgasen des Mantelstrahlheizrohres niedriger ist als bisher und daß die Temperaturverteilung über die Länge des Innenrohres und des Außenrohres gleichmäßiger ist als bei den gebräuchlichen Mantelstrahlheizrohren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Merkmale ge­ löst. Das Brennkammerrohr und das Strahlpumpen-Düsenrohr bilden eine Brennkammerstrahlpumpe, die sich in ihrer Geo­ metrie so auslegen läßt, daß im Brennkammerrohr in einer Art erster Verbrennungsstufe nur ein Teilausbrand des Brennstoffes mit der beispielsweise als Sauerstoffträger angewendeten Luft erfolgt. Vorzugsweise hat hierfür das Brennkammerrohr zwischen dem Brennerkopf und der das Dü­ senrohr enthaltenden Querwand eine axiale Länge, die etwa das 1,0 bis 1,5-fache des Durchmessers des Brennerkopfes beträgt. Die Beschleunigung des Brennstoff-Sauerstoffge­ misches in dem Düsenrohr führt zu einer intensiven Vermi­ schung und zu einer Fortführung der Reaktion unter ver­ stärkter Wärmeentwicklung. In dem Düsenrohr ist die Ver­ weilzeit aber so kurz, daß das Brennstoff-Sauerstoffge­ misch in der im Düsenrohr stattfindenden zweiten Stufe der Verbrennung auch noch nicht vollständig chemisch umgesetzt ist. Das Strahlpumpen-Düsenrohr hat vorzugsweise eine axiale Länge, die etwa das 1,0 bis 1,5-fache des lichten Innendurchmessers des Düsenrohres beträgt. Am Austritt des Düsenrohres wird durch den mit hoher Geschwindigkeit aus­ tretenden Flammenfreistrahl eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum des Innenrohres und dem Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr erzeugt. Dadurch strömt ein Teil der Verbrennungsabgase, die in dem Ringraum unter Abgabe ihrer Wärme an das Außenrohr vom geschlossenen zum offenen Ende des Außenrohres abströmen, aus dem Ringraum durch die Abgasdurchlaßöffnungen des Innenrohres zum Flammenstrahl. Durch die Beimischung der Abgase in den Flammenstrahl er­ gibt sich eine Absenkung der Flammentemperatur bei dem im Innenrohr als dritte Stufe der Verbrennung stattfindenden Restausbrand des Brennstoffs mit dem im Gemisch noch ver­ bliebenen Sauerstoff. Durch die Berechenbarkeit der Brenn­ kammerstrahlpumpe ist auch die Abgaszumischung zum Flam­ menstrahl und dessen Flammentemperatur bestimmbar, so daß die Bildungsenthalpien für das Entstehen von Stickoxiden ermittelt werden können. Mit der erfindungsgemäßen Ausbil­ dung des Mantelstrahlheizrohres können die Stickoxidemis­ sionen gegenüber den bisher bekannten und gebräuchlichen Mantelstrahlheizrohren auf etwa ein Drittel abgesenkt wer­ den. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Mantelstrahl­ heizrohres wird weiterhin erreicht, daß sich in dem mit hoher Geschwindigkeit aus dem Düsenrohr austretenden Flam­ menstrahl keine karburierenden Bestandteile mit einer hohen Strahlungszahl bilden und daß durch die Zumischung von Ab­ gas in den Flammenstrahl mittels der Brennkammerstrahlpumpe im Innenrohr bei verminderter Flammentemperatur ein erhöh­ ter Volumenstrom zur konvektiven Wärmeübertragung zur Ver­ fügung steht als bei den bisher bekannten Mantelstrahlheiz­ rohren. Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Mantel­ strahlheizrohres wird deshalb auch die Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung über die Innenrohr- und Außenrohr­ länge verbessert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Mantelstrahlheizrohres im Längsschnitt darge­ stellt.

Das Mantelstrahlheizrohr besteht aus einem Außenrohr 1 mit einem geschlossenen Ende und einem im Außenrohr koaxial angeordneten Innenrohr 2, das bis in die Nähe des geschlos­ senen Außenrohrendes heranreicht und mit dem Außenrohr einen Ringraum 3 bildet. Im Außenrohr 1 befindet sich der Brennerkopf 4 eines Mündungsmischbrenners, vorzugsweise eines Drallmündungsmischbrenners. Der Brennstoff, meist­ gebräuchlich ein Brenngas, wird der Brennstoffaustritts­ öffnung 5 des Brennerkopfes durch eine in das Mantelstrahl­ heizrohr hineinragende Lanze 6 zugeführt. Die Zufuhr von Luft als meistgebräuchlichem Sauerstoffträger zu den Luft­ austrittsöffnungen 7 des Brennerkopfes erfolgt durch ein Rekuperatorrohr 8, das gleichartig wie das Innenrohr 2 einen Ringraum mit dem Außenrohr 1 bildet und die Wärme der in dem Ringraum 3 abströmenden Verbrennungsabgase an die dem Brennerkopf zuströmende Luft zur Luftvorwärmung überträgt. Rekuperatorrohr 8, Brennerkopf 4 und Innen­ rohr 2 haben im wesentlichen den gleichen Durchmesser. Das Innenrohr 2 schließt sich nicht in herkömmlicher Weise direkt an den Brennerkopf 4 an, vielmehr ist zwischen dem Brennerkopf und dem Innenrohr ein im wesentlichen durch­ messergleiches Brennkammerrohr 9 angeordnet, dessen mit dem Innenrohr 2 verbundenes Ende durch eine Querwand 10 bis auf den Durchmesser eines Strahlpumpen-Düsenrohres 11 verengt ist, das konzentrisch in das Innenrohr 2 einmün­ det. An demjenigen Umfangsbereich, der im wesentlichen den Düsenrohraustritt umgibt, an dem die hohe Geschwindig­ keit des austretenden Flammenstrahles einen Unterdruck er­ zeugt, ist das Innenrohr mit Abgasdurchlaßöffnungen 12 versehen, durch die die Unterdruckwirkung Abgas aus dem Ringraum 3 in das Innenrohr 2 zur Vermischung mit dem Flammenstrahl ansaugen kann.

Die Brennstoffzuführungslanze 6 mündet mit axial gerichte­ ter Brennstoffaustrittsöffnung 5 in das Brennkammerrohr 9 und begünstigt damit die Verhältnisse zur Verringerung der Stickoxidbildung.

Claims (4)

1. Mantelstrahlheizrohr, bestehend aus einem Mantel- bzw. Außenrohr, das an einem Ende geschlossen ist, und einem im Außenrohr koaxial angeordneten Innenrohr, das sich an den Brennerkopf eines Mündungsmischbrenners an­ schließt, der mit der Brennstoff- und Sauerstoffträger­ zuführung in das Außenrohr hineinragt, wobei das Innen­ rohr sich vom Brennerkopf zum geschlossenen Außenrohr­ ende hin erstreckt und mit dem Außenrohr einen die Ver­ brennungsabgase zum offenen Außenrohrende zurückführen­ den Ringraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen dem Brennerkopf (4) und dem Innenrohr (2) ein im wesentlichen mit dem Brennerkopf und dem Innenrohr durchmessergleiches Brennkammerrohr (9) angeordnet ist, dessen mit dem Innenrohr verbundenes Ende durch eine Querwand (10) bis auf den Durchmesser eines im wesent­ lichen konzentrisch in das Innenrohr einmündenden Strahlpumpen-Düsenrohres (11) verengt ist, und daß das Innenrohr an demjenigen Umfangsbereich, der im wesent­ lichen den Austritt des Strahlpumpen-Düsenrohres um­ gibt, mit Abgasdurchlaßöffnungen (12) versehen ist, wobei die Entfernung des Düsenrohres vom Brennerkopf um einen vorbestimmten Betrag kleiner ist als die von der Flamme bis zu einer vollständigen Brennstoffver­ brennung benötigte Flammenstrecke.

2. Mantelstrahlheizrohr nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axiale Länge des Brennkammerrohres (9) zwischen Brennerkopf (4) und Querwand (10) etwa das 1,0 bis 1,5-fache des Durchmessers des Brennerkop­ fes beträgt.

3. Mantelstrahlheizrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Strahlpumpen- Düsenrohres (11) etwa das 1,0 bis 1,5-fache des Innen­ durchmessers des Düsenrohres beträgt.

4. Mantelstrahlheizrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführung (6) zum Brennerkopf (4) axial in das Brennkammerrohr (9) mündet.