DE3738141C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner, insbesondere für gasförmigen Brennstoff, gemäß den im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus der GB 14 73 841 ist ein derartiger Brenner bekannt, welchem die Abgase durch ein Rohr zuführbar sind, wobei mittels eines Ventils die Zufuhrmenge eingestellt werden kann. Die Abgase gelangen durch das schräg zu dem von einer Luftzuführung umgebenen Düsenrohr angeordneten Rohr, welches mit einem Sichtfenster abgeschlossen ist, in einem hohlkegelstumpfförmigen Zwischenraum, welcher zwischen beabstandet angeordneten Wänden des Brennerkonus vorhanden ist, wobei die innere Wand die Durch­ trittsöffnungen für die Abgase aufweist. Der Brennerkonus ist über den zylindrischen Ring mit einem Gehäuse verbunden, in welchem das Düsenrohr befestigt ist. Der Brennerkonus, der Ring sowie das Gehäuse sind in nicht näher erläuterter Weise miteinan­ der verbunden. Im Hinblick öauf Temperaturbeanspruchungen und daraus resultierenden Größenänderungen bestehen die genannten Bauteile aus gleichen Werkstoffen wie Stahl. Als Brennstoff kann für den Brenner Erdgas zum Einsatz gelangen, doch kann in gleicher Weise auch Heizöl eingesetzt werden. In der Praxis können sich Schwierigkeiten infolge von Fehleinstellungen des Brennstoff-Luft-Gemisches oder infolge von unvorher­ gesehenen Änderungen der Zusammensetzung der zugeführten externen Abgase ergeben, und infolge einer Überhitzung des Brennerkonus kann eine Beschädigung oder gar Zerstörung desselben eintreten. Dies gilt um so mehr, als heute die Tendenz in Richtung auf höhere Verbrennungstemperaturen besteht.

Ferner ist aus der DE 29 22 083 C2 ein Flammrohr aus keramischen Fasermaterial bekannt, welches für eine brennerbefeuerte Feuerungs­ anlage vorgesehen ist. Dieses Flammrohr ist in einer ersten Ausführungsform unmittelbar an einer Seitenwand des Feuerungsraumes mittels eines Flansches befestigt. In einer anderen Ausführungsform liegt das Flammrohr auf einem zugeord­ neten Ständer auf, welcher beispielsweise aus Formstahl besteht. Hierdurch soll eine wellige Verformung des Flamm­ rohrs infolge von Dimensionsveränderungen vermieden werden. Schließlich ist in einer weiteren Ausführungsform innerhalb des Flammrohrs zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit ein gleichfalls aus keramischem Fasermaterial bestehendes Rohr mit Gaseintritts­ öffnungen zur Rezirkulation angeordnet. Dieses letztgenannte Rohr ist ebenso wie das Flammrohr an der Seitenwand des Feuerungsraumes befestigt, wobei keine nähere Angaben zur Art der Befestigung der Druckschrift entnommen werden können. Vor allem die Befestigung des Flammrohres sowie des innenliegenden Rohres erfordert zusätzliche Maßnahmen und einen entsprechenden Fertigungsaufwand.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch außergewöhnliche Temperaturerhöhungen im Brennerbetrieb nicht zu einer Beschädigung des Brennerkonus führen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Der vorgeschlagene Brenner zeichnet sich bei einfacher Konstruktion durch eine funktionssichere Befestigung des aus Keramik hoher Temperatur­ wechselbeständigkeit bestehenden Brennerkonus an dem Düsenrohr aus Stahl aus, wobei trotz unterschiedlicher Werkstoffe mit unterschiedlichen Wärme­ dehnungen aufgrund der beiden Ringspalte keine Über­ beanspruchungen zu befürchten sind. Derartige auch als Ingenieurkeramik bezeichnete keramische Werkstoffe sind mechanisch, thermisch und hoch belastbar, wobei sich vor allem mit Silicium infiltriertes Siliciumcarbid bewährt hat, welches bei Temperaturen von 1400°C eine gute Beständigkeit aufweist. Zur axialen Festlegung weisen die Hülse und der zylindrische Ring des Brennerkonus radial fluchtende Bohrungen auf, durch welche jeweils ein Befestigungselement in Form einer Schraube durchgreift, die eine radiale Bewegbarkeit gewährleistet. Aufgrund der beiden Ringspalte ist zuverlässig ein Ausgleich von Durchmesserveränderungen infolge von Temperaturän­ derungen möglich, wobei diese Ringspalte in der Weise vorgegeben sind, daß sie im Arbeitsbereich des Brenners nicht kleiner als Null werden. Ein festes Aufsitzen oder Einspannen des Brennerko­ nus wird somit verhindert und ein Aufreißen oder Abplatzen von Teilen des Brennkonus wird zuverlässig unterbunden.

Darüber hinaus wurde festgestellt, daß insbesondere bei einem Brennerkonus aus Siliciumcarbid die Verbrennung gegenüber einem im übrigen übereinstimmenden Brennerkonus aus Stahl wesentlich verbessert werden kann; diese optimierte Verbrennung wird durch katalytische Wirkung erklärt.

Bei den Abgasen kann es sich um Abgase aus Lackieranlagen, Turbinenabgase oder Gase verringerten Sauerstoffgehalts aus Umlufttrockner handeln.

Es ist eine gleichmäßige Verbrennung bei hohem Wirkungsgrad er­ reichbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch das vordere Ende des Düsenrohres samt Brennerkonus und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des in axialer Richtung verstellbaren Brenners.

Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Brennerkonus 2, dessen hinteres Ende einen im wesentlichen zylindrischen Ring 4 aufweist. Der Brennerkonus 2 besteht zusammen mit dem integral ausgebildeten Ring 4 aus Ingenieurkeramik, und zwar aus mit Silicium infiltriertem Siliciumcarbid, das für Temperaturen bis 1400°C zum Einsatz gelangt und dessen Sintertemperatur in der Größenordnung von 2500°C liegt.

Der Brenner­ konus 2 weist eine Anzahl von Durchtrittsöffnungen (Durchbrechungen) 6 auf, die als Bohrungen ausgebildet sind und den Durchtritt der Abgase in den Innenraum 8 ermöglichen.

Der Brennerkonus 2 ist mit dem Ring 4 über das vordere Ende eines Düsenrohres 10 geschoben. Dieses Düsenrohr 10 enthält eine nicht dargestellte Düse, durch welche durch eine Gasregelstrecke herbeigeführtes Brenngas in den Innenraum 8 des Brennerkonus 2 strömt. In dem Innenraum 8 findet eine Verwirbelung und intensive Ver­ mischung von Abgas und Brenngas statt, wodurch eine voll­ ständige Verbrennung der Abgase erreicht wird. Die Wärme­ leistung des Brenners und letztendlich die Verbrennungstem­ peratur kann durch Regelung der Menge des zugeführten Brenn­ gases erreicht werden.

Das aus Stahl bestehende Düsenrohr 10 weist ein anderes Wärme­ dehnungsverhalten auf als der aus Siliciumcarbid bestehende Brennerkonus 2. Um Wärmespannungen infolge von Durchmesser­ änderungen des Düsenrohres 10 sowie des Ringes 4 und infolge­ dessen eine Beschädigung des Brennerkonus 2 zu vermeiden, ist zwischen der Außenfläche 12 des Düsenrohres 10 und der Innenfläche 14 des Ringes 4 ein erster Ringspalt 16 vorhanden, der zur Verdeut­ lichung vergrößert dargestellt ist. Eine Durchmesser­ differenz in der Größenordnung von 1,5 mm hat sich als be­ sonders zweckmäßig erwiesen.

Es ist eine Hülse 18 vorhanden, deren vorderer Teil 20 den Ring 4 übergreift und deren hinterer Teil 22 auf dem Düsen­ rohr 10 festgelegt ist. Der hintere Teil 22 liegt satt an dem Düsenrohr 10 an und zur Festlegung ist wenigstens eine Bohrung 24 vorgesehen, in deren Innengewinde eine Schraube zwecks Verspannung mit dem Düsenrohr 10 einschraubbar ist. Zwischen dem vorderen Teil 20 der Hülse 18 und dem Ring 4 ist hingegen ein zweiter Ringspalt 26 vorgesehen, der im wesentlichen gleich groß sein kann wie der erste Ringspalt 16. Dies gilt für Normalbedingungen, also bei einer Umgebungstemperatur von 20°C. Beide Ringspalte 16, 26 sind in der Weise vorgegeben, daß über den gesamten Tempera­ turbereich, wobei Brennkammertemperaturen von 1200°C heute üblich sind, der Ring 4 des Brennerkonus 2 weder auf der Außenfläche 12 des Düsenrohres 10 aufsitzt noch innen an der Hülse 18 anliegt.

Zur axialen Festlegung des Brennerkonus 2 weist die Hülse 18 im vorderen Teil 20 mehrere, zweckmäßig drei, über den Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen 28 auf, in deren Innengewinde jeweils eine Schraube einschraubbar ist, wie es durch die strichpunktierte Linie 30 angedeutet ist. Der Ring 4 enthält mit den Bohrungen 28 fluchtende Bohrungen 32 durch welche die Schrauben hindurchgreifen. Wesentlich ist insoweit, daß der Außendurchmesser dieser Schrauben kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrungen 32, so daß über den gesamten Temperaturbereich ein Festklemmen vermieden wird. Die Schraubenspitze kann hingegen auf der Außenfläche 12 des Düsenrohres 10 aufsitzen, wodurch eine Drehsicherung erreicht werden kann.

Zwischen der Außenfläche 12 und dem übrigen Teil des Düsen­ rohres 10 ist eine Ringschulter 34 vorhanden, mit welcher ein Bund 36 der Hülse 18 fluchtet. Es ist damit zwecks Mon­ tageerleichterung ein Anschlag geschaffen, so daß einerseits die über den Umfang verteilten Bohrungen 24, 28 gut aufein­ ander ausgerichtet werden können und andererseits ein zu weites Einschieben des Brennerkonus 2 in die Hülse 18 hinein vermieden werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung des gesamten Brenners, wobei nunmehr auch die den Brennerkonus 2 zumindest teilweise umgebende stationär angeordnerte Brennkammerblende 38 angedeutet ist. Die Innenfläche 40 der Blende 38 ist gleichfalls konisch ausgebildet, wobei jedoch die Konusspitze auf der anderen Seite liegt als die des Brennerkonus 2. Die Abgase strömen in Richtung der Pfeile 42 durch den Kanal 43 zum Brennerkonus 2, wobei ein Teil durch die Durchbrechungen 6 in den Innenraum 8 des Brennerkonus 2 gelangt und ein anderer Teil durch den Ring­ spalt 44 direkt in die Brennkammer 46 strömt.

Das Düsenrohr 10 ist samt Brennerkonus 2 bezüglich einer stationär angeordneten Wand 50 in Richtung der Längsachse 48 mittels Lagern 52 ver­ stellbar. Die Wand 50 weist ein Rohr 53 und zum Brennerkonus 2 hin eine Isolierbox 54 auf, die die Lager 52 ebenso wie das Düsenrohr 10 mit Abstand umgeben. Die Lager 52 können mit Druckluft gespeist werden, welche durch die Dichtungen 56 nach vorne entweichen und gleichzeitig auch zur Kühlung dienen kann.

An der Wand 50 ist ein Stellantrieb 58 angeordnet, welcher als ein Hydraulikzylinder mit einer Kolben­ stange 60 ausgebildet ist. Die Kolbenstange 60 ist über ein Gelenk 62 an einem Lagerbock 64 des Düsenrohres 10 angelenkt. Bei Betätigung des Stellantriebes 58 ist die Kolbenstange 60 gemäß dem Doppelpfeil 66 bewegbar und ebenso auch das Düsenrohr 10.

Die Betätigung des Stellantriebes 58 erfolgt mit Hilfe eines Reglers 68. Dem Regler 68 werden die elektrischen Signale von zwei Sonden 70, 72 zugeführt, die zwecks Erfassung des Differenzdruckes in dem Kanal 43 bzw. in der Brennkammer 46 angeordnet sind.

Claims (5)

1. Brenner, insbesondere für gasförmigen Brennstoff, mit einem in einer Düse endenden Düsenrohr (10) aus Stahl und einem mit diesem in Verbindung stehenden Brennerkonus (2), welcher stromauf einen das Düsenrohr (10) umgebenden Ring (4) aufweist und welcher Durch­ trittsöffnungen (6) für externe Abgase enthält und innerhalb dessen eine Verwirbelung und Verbrennung der Abgase mit einem durch die Düse zugeführten Brennstoff erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Hülse (18) vorgesehen ist, welche mit ihrem hinteren Teil (22) im wesentlichen spielfrei auf dem Düsenrohr (10) befestigt ist,
daß der Ring (4) des aus Keramik hoher Temperaturwechselbestän­ digkeit, insbesondere Siliciumcarbid, bestehenden Brennerkonus (2) radial nach innen zur vorderen Außenfläche (12) des Düsenroh­ res (10) einen ersten Ringspalt (16) begrenzt,
daß die Hülse (18) mit ihrem vorderen Teil (20) den Ring (4) unter Belassung eines zweiten Ringspaltes (26) radial außen übergreift, und
daß der vordere Teil (20) der Hülse (18) mehrere radiale Bohrungen (28) aufweist, mit welchen Bohrungen (32) des Ringes (4) fluchten, wobei durch jeweils zwei zugeordnete Bohrungen (28, 32) ein Befestigungselement hindurchgreift, welches bezüglich der Bohrung (32) des Ringes (4) ein Spiel aufweist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (18) und der Ring (4) über den Umfang verteilt jeweils drei Bohrungen (28, 32) aufweisen.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (28, 32) im wesentlichen in der Mittel der axialen Erstreckung des Ringes (4) angeordnet sind.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der vordere Teil (20) der Hülse (18) einen größeren Innendurchmesser als der hintere Teil (22) aufweist, wobei ein Bund (36) vorhanden ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß an die vordere Außenfläche (12) der übrige Teil des Düsenrohrs (10) über eine Ringschulter (34) anschließt, welche mit dem Bund (36) fluchtet.