DE3801681C1 - Method for burning gaseous or liquid fuel and burner for carrying out this method - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs zur Heißgaser­ zeugung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Außerdem betrifft die Erfindung einen Brenner zur Durch­ führung dieses Verfahrens.

Ein solcher Brenner ist aus der deutschen Patentschrift 34 30 010 bekannt. Um bei derartigen Brennern eine Ge­ räuschminderung im Betrieb zu erreichen, werden ver­ schiedene Maßnahmen ergriffen, beispielsweise das Vor­ sehen eines Luftführungskanals stromaufwärts der Mehr­ lochblende. Auf diese Weise kann zwar der Geräuschpe­ gel im Betrieb deutlich gesenkt werden, andererseits hat sich aber gezeigt, daß dadurch Einbußen der Zünd­ zuverlässigkeit zu beobachten sind. Es ist notwendig geworden, im Interesse der Zündsicherheit Kompromisse bei der Herabsetzung des Geräuschpegels einzugehen.

Es ist bereits bekannt, die Zündfähigkeit dadurch zu verbessern, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Ge­ misches im Mischrohr unter die Flammenfortpflanzungs­ geschwindigkeit abgesenkt wird (DE-Z "Öl + Gas­ feuerung" 3/1980, Seite 110, 112). Dadurch werden aber die Strömungsverhältnisse im Mischrohr so nachhaltig beeinflußt, daß ein normaler Betrieb nicht möglich ist. Es ist daher notwendig, für den Zündvorgang durch eine spezielle Klappe die Strömungsgeschwindigkeit herabzusetzen, die dann nach der Zündung für den nor­ malen Betrieb wieder geöffnet werden muß. Dies führt zu einem komplizierten und unter Umständen störungs­ anfälligen Aufbau. Wird die Strömungsgeschwindigkeit ohne Verwendung einer solchen Klappe vermindert, dann ergeben sich einerseits Schwierigkeiten bei der Zünd­ sicherheit und andererseits Probleme bei einem ruß­ freien Betrieb des Brenners.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art und einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens derart zu ver­ bessern, daß trotz Beibehaltung einer erheblichen Ge­ räuschminderung die Zündzuverlässigkeit verbessert wer­ den kann.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren und dem Bren­ ner erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 2 oder 5 gelöst.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß allein diese Maßnahmen ausreichen, um die Zündzuverlässig­ keit zu erhöhen, wobei andererseits kaum konstruktive Änderungen am Brenner vorgenommen werden müssen, so daß die Maßnahmen zur Geräuschherabsetzung weitgehend erhalten blei­ ben. Die Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit in einem wandnahen und winkelmäßig eng begrenzten Bereich stört die Gesamtströmung im Mischrohr kaum, und trotz­ dem kann in diesem Bereich geringerer Strömungsgeschwin­ digkeit eine zuverlässige Zündung erreicht werden.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der Durch­ messer der einen Öffnung etwa mindestens 10% kleiner ist als der der übrigen Öffnungen. Um den geringen Verbren­ nungsluft-Ausfall auszugleichen, der durch den geringeren Querschnitt der einen Öffnung auftritt, können die Quer­ schnitte der übrigen Öffnungen geringfügig vergrößert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Radialebene der einen Öffnung mit geringerem Querschnitt winkelmäßig gegenüber der Radialebene des Zündbereiches versetzt ist und wenn die Versetzung dem Ablenkwinkel der Ge­ mischströmung um die Mischrohr-Längsachse entspricht, der zwischen der Mehrlochblende und dem Zündbereich auftritt.

Es ist beobachtet worden, daß in Brennern der in Rede stehenden Art das Gemisch (die Verbrennungsgase) im Mischrohr nicht genau achsparallel strömt, sondern daß dieser axia­ len Strömung eine Drehbewegung der Strömung überla­ gert ist, die sich aufgrund gewisser baulicher Unsym­ metrien und insbesondere aufgrund nicht rotationssym­ metrischer Einleitung der Verbrennungsluft in die Vor­ kammer ergeben kann. Um zu erreichen, daß der winkel­ mäßig eng begrenzte Bereich geringerer Strömungsge­ schwindigkeit der Verbrennungsgase im Mischrohr an der Zündvorrichtung des Brenners vorbeiführt, ist es daher vorteilhaft, wenn die beschriebene winkelmäßige Versetzung zwischen der Öffnung geringeren Querschnitts und der Zündvorrichtung vorgenommen wird, da dann die für einen Brenner bestimmter Bauart immer gleiche Dreh­ bewegung des Verbrennungsgasstromes kompensiert wird.

Obwohl bei der zweiten Ausführungsform gemäß Anspruch 5 die radial nach innen versetzte Öffnung denselben Querschnitt hat wie die übrigen Öffnungen der Mehrlochblende, führt diese Maßnahme dazu, daß in dem wandnahen Bereich, in den die Zündvorrichtung reicht, insgesamt über einen winkelmäßig engen Bereich eine geringere Strömungsge­ schwindigkeit der Verbrennungsgase auftritt, obwohl ins­ gesamt der Verbrennungs-Durchsatz durch das Mischrohr unverändert bleibt. Da nur eine der Öffnungen im Ge­ samt-Querschnitt geringfügig versetzt ist, ergibt sich auch keine ernsthafte Störung der Gesamt-Strömungsver­ hältnisse, wie dies bei Anordnungen zu beobachten sein kann, bei denen jede zweite Öffnungen gegenüber den benachbarten Öffnungen in Richtung auf den zentralen Durchlaß der Mehrlochblende versetzt ist. Eine sol­ che Anordnung ist beispielsweise der DE-PS 29 18 416 zu entnehmen, bei welcher die Öffnungen der Mehr­ lochblende nicht mehr auf einem gemeinsamen Kreis um den zentralen Durchlaß angeordnet sind, sondern schon fast eine quadratische Anordnung bilden.

Wesentlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß insgesamt eine möglichst geringe Störung der Strömung im Mischrohr über den Gesamtquerschnitt er­ folgt, daß aber diese geringfügige Störung gezielt dazu führt, daß unmittelbar angrenzend an die Wand und über einen engen Winkelbereich eine Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit eintritt.

Es genügt im übrigen eine relativ geringe Versetzung der einen Öffnung in Richtung auf das Zentrum der Mehr­ lochblende; so kann vorgesehen sein, daß der Teilkreisdurchmesser der versetzten Öffnung um mindestens etwa 3% beispielsweise etwa 10%, kleiner ist als der Teilkreisdurchmesser al­ ler übrigen Öffnungen.

Auch bei dieser Anordnung erweist es sich als vorteil­ haft, wenn die Radialebene der einen Öffnung mit ge­ ringerem Abstand vom Durchlaß der Mehrlochblende winkelmäßig gegenüber der Radialebene des Zündbereiches versetzt ist und wenn die Versetzung dem Ablenkwinkel der Gemischströmung um die Mischrohrlängsachse ent­ spricht, der zwischen der Mehrlochblende und dem Zünd­ bereich auftritt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der nä­ heren Erläuterung: Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnitt-Teilansicht eines Brenners,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einem abgewandelten Ausführungs­ beispiel eines Brenners.

Die Erfindung bezieht sich auf Brenner für flüssigen oder gas­ förmigen Brennstoff und wird nachfolgend am Beispiel eines Blaubrenners erörtert, also eines Brenners, bei dem Öl mit blauer Flamme vollständig verbrannt wird. Die erwünschte Zündverbesserung läßt sich beispielsweise mit den beschriebenen konstruktiven Maßnahmen auch bei Gelbbrennern erzielen.

Der in der Zeichnung dargestellte Brenner umfaßt ein zylin­ drisches Brennergehäuse 1, das durch eine im folgenden als Mehrlochblende 2 bezeichnete Wand in eine stromaufwärts gelegene Vorkammer 3 und in eine stromabwärts gelegene Brennkammer 4 unterteilt wird. Die Mehrlochblende 2 weist einen zentralen Durchlaß 5 auf, in den eine Düse 6 eingesetzt ist, die mit einer Brennstoffzufuhrleitung 7 verbunden ist. Die Längsachse der Düse 6 fällt mit der Längsachse des Brennergehäuses zusammen.

Stromabwärts der Mehrlochblende 2 schließt sich an diese ein zylindrisches Mischrohr 8 an, welches über Umfangs­ schlitze 9 eine Verbindung zwischen seinem den Mischraum bildenden Innenraum 10 und einem als Rezirkulationsraum dienenden Ringraum 11 bildet, der das Mischrohr 8 konzen­ trisch umgibt.

Eine Zündeinrichtung 12 ist von der Vorkammer 3 durch die Mehrlochblende 2 hindurchgeführt und endet an einem wand­ seitigen Fenster 13 des Mischrohres 8. Dabei ist das Ende der Zündeinrichtung 12 etwa auf dem Umfang des Mischrohres 8 angeordnet, also in unmittelbarer Nähe der Wand des Misch­ rohres 8.

Auf einem den zentralen Durchlaß 5 in der Mehrlochblenede 2 konzentrisch umgebenden Teilkreis ist eine Anzahl von Öff­ nungen 14 mit jeweils kreisförmigem Querschnitt angeordnet, die eine Verbindung zwischen der Vorkammer 3 und dem vom Mischrohr 8 umgebenen Innenraum 10 in der Brennkammer 4 herstellen. Alle Öffnungen 14 weisen denselben Querschnitt auf, lediglich eine einzige Öffnung 15 hat einen gegenüber den anderen Öffnungen herabgesetzten Durchmesser, so daß der Querschnitt dieser einen Öffnung 15 geringer ist als der Querschnitt der übrigen Öffnungen 14. Diese eine Öffnung 15 mit verringertem Querschnitt liegt in einer Radialebene A, die gegenüber der Radialebene B versetzt ist, in der die Zündeinrichtung 12 endet (Fig. 2). Der Winkel zwischen den beiden Radialebenen A und B ist so groß gewählt, daß die durch die Öffnung 15 mit verringertem Querschnitt einströmende Verbrennungsluft auf dem Strömungsweg zwischen der Mehrlochblende 2 und dem Ende der Zündeinrichtung 12 in Umfangsrichtung eine Bewegung um den Winkel α erfährt, das heißt, daß die durch die Öffnung 15 einströmende Ver­ brennungsluft beim Erreichen der Zündeinrichtung 12 sich gerade in der Radialebene 8 befindet.

Im Betrieb strömt durch die Düse 6 Brennstoff, beispiels­ weise Gas oder Öl, in den Innenraum 10. Die Düse kann bei der Verwendung von Öl als Zerstäuberdüse ausgebildet sein. Durch die Öffnungen 14 und 15 wird Verbrennungsluft in den Innenraum 10 des Mischrohres eingeleitet, so daß sich Brennstoff und Verbrennungsluft in dem Innenraum 10 innig vermischen. Durch den geringeren Querschnitt der Öffnung 15 wird dabei durch diese Öffnung 15 etwas weniger Verbren­ nungsluft in das Mischrohr eingeleitet als durch jede der anderen Öffnungen 14. Dies führt stromabwärts der Öffnung 15 zu einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit, und zwar nur in einem winkelmäßig eng begrenzten und sehr wandnahen Bereich. Dieser Bereich zieht sich wie ein Stromfaden schraubenlinienförmig an der Innenseite des Mischrohres 8 entlang und passiert genau die Ebene 9 an der Stelle, an der die Zünd­ einrichtung 12 endet. In diesem Bereich ist aufgrund der verringerten Strömungsgeschwindigkeit eine höhere Zuverläs­ sigkeit der Zündung erreichbar als dies in anderen Quer­ schnitten des Mischrohres möglich wäre, in denen die Strö­ mungsgeschwindigkeit höher ist. Da die Strömung insgesamt weitgehend laminar ist, bleibt der Strömungsfaden geringe­ rer Strömungsgeschwindigkeit auch über den Abstand zwischen Mehrlochblende 2 und Zündeinrichtung 12 im wesentlichen erhalten.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist weit­ gehend gleich aufgebaut wie das der Fig. 1 oder 2. Ein­ ander entsprechende Teile tragen daher dieselben Bezugs­ zeichen. Es unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß eine Öff­ nung mit geringerem Querschnitt nicht vorgesehen ist, sondern daß alle Öffnungen 14 denselben Querschnitt haben. Eine einzige Öffnung 16 ist aber in Richtung auf den Durchlaß 5 in der Mehrlochblende 2 nach innen versetzt, so daß der Teilkreis­ durchmesser, auf dem diese eine Öffnung 16 liegt, beispiels­ weise um mindestens etwa 3% kleiner ist als der Teilkreis­ durchmesser der übrigen Öffnungen 14. Allein diese Maßnahme führt dazu, daß in dem stromabwärts der Mehrlochblende hinter der Öffnung 16 gelegenen wandnahen Bereich eine geringere Strömungsgeschwindigkeit auftritt als im übrigen Querschnittsbereich, das heißt mit dieser konstruk­ tiven Maßnahme wird im Ergebnis auch in einem winkelmäßig eng begrenzten, wandnahen Bereich des Mischrohres 8 die Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt. In gleicher Weise wie die Öffnung 15 ist die Öffnung 16 winkelmäßig gegenüber der Ebene B versetzt, in der sich die Zündeinrichtung 12 befindet.

Aufgrund der sehr einfachen konstruktiven Maßnahmen wird es auf diese Weise ermöglicht, die Zündzuverlässigkeit des Brenners zu erhöhen, so daß die geräuschmindernden Maß­ nahmen, die an sich der Zündzuverlässigkeit entgegenlaufen, in vollem Umfange erhalten bleiben können.

Claims (7)

1. Verfahren zum Verbrennen gasförmigen oder flüssigen Brennstoffs zur Heißgaserzeugung mit einer Düse in einem Brenner, aus der ein Brennstoffstrahl in ein Mischrohr eintritt, mit einer den Auslaß der Düse um­ gebenden Mehrlochblende, die ein Brennergehäuse in eine stromaufwärts gelegene, die Düse aufnehmende Vor­ kammer und eine stromabwärts gelegene, das Mischrohr aufnehmende Brennkammer unterteilt, mit einem zentra­ len Durchlaß in der Mehrlochblende für den Durchtritt des aus der Düse austretenden Brennstoffstrahles und mit einer Anzahl von den Durchlaß umgebenden Öffnungen in der Mehrlochblende, durch welche Verbrennungsluft aus der Vorkammer in das Mischrohr eintritt, sowie mit einer Zündeinrichtung zur Zündung des Brennstoff- Luft-Gemisches stromab der Mehrlochblende, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches in einem winkelmäßig begrenzten Querschnittsbereich nahe der Wand des Mischrohres gegenüber der Strö­ mungsgeschwindigkeit im übrigen Mischrohr-Querschnitt herabsetzt und die Zündung in dem wandnahen Quer­ schnittsbereich niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit vornimmt.

2. Brenner zur Durchführung des Verfahrens des Anspru­ ches 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Öff­ nungen (15) in der Mehrlochblende (2) gegenüber al­ len übrigen Öffnungen (14) einen kleineren Quer­ schnitt aufweist (Fig. 2).

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der einen Öffnung (15) etwa mindestens 10% kleiner ist als der der übrigen Öffnungen (14).

4. Brenner nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialebene (A) der einen Öffnung (15) mit geringerem Querschnitt winkelmäßig gegenüber der Radialebene (B) des Zündbereiches ver­ setzt ist und daß die Versetzung dem Ablenkwinkel (α) der Gemischströmung um die Mischrohrlängsachse entspricht, der zwischen der Mehrlochblende (2) und dem Zündbereich auftritt.

5. Brenner zur Durchführung des Verfahrens des Anspru­ ches 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Öff­ nungen (16) in der Mehrlochblende (2) gegenüber al­ len übrigen Öffnungen (14) in Richtung auf den zen­ tralen Durchlaß (5) in der Mehrlochblende (2) ver­ setzt ist (Fig. 3).

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilkreisdurchmesser der versetzten Öff­ nung (16) um mindestens etwa 3% kleiner ist als der Teilkreisdurchmesser aller übrigen Öffnungen (14).

7. Brenner nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialebene (A) der einen Öffnung (16) mit geringerem Abstand zum Durchlaß (5) winkelmäßig gegenüber der Radialebene (B) des Zündbereiches versetzt ist und daß die Versetzung dem Ablenkwinkel (α) der Gemischströmung um die Mischrohrlängsachse entspricht, der zwischen der Mehrlochblende (2) und dem Zündbereich auftritt.