DE3907460C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für den Betrieb mit vorerwärmter Luft, mit einem Brennerkopf, dem Brenn­ gas über ein Gasrohr, das in den Mengenstrom des austre­ tenden Brenngases bestimmenden Gasdüsen endet, zuströmt und an dem die Luft und das Brenngas gemischt und ge­ zündet werden, mit einem Wärmetauscher, der stromauf der Gasdüsen angeordnet ist und in dem das Brenngas durch die vorerwärmte Luft so stark erwärmbar ist, daß das Mischungs­ verhältnis von Brenngas und Luft, unabhängig von Änderungen der Lufttemperatur, annähernd konstant bleibt, und mit einem Strömungsteiler, der die Luft in zwei Teilströme aufteilt, von denen der eine am Gasrohr außen entlang strömt. Dieser Gasbrenner ist insbesondere als impulsgesteuerter, Ein/Aus-betriebener Industrie-Brenner einsetzbar.

Ein derartiger Gasbrenner ist aus der US-PS 46 57 504 be­ kannt. Im Falle des in dieser Druckschrift beschrie­ benen Gasbrenners wird das Brenngas durch ein Gasrohr, an dessen freiem Ende eine Gasdüse vorgesehen ist, zum Brenner­ kopf geleitet. Die Luft wird durch aus dem Ofen ausströmen­ des Abgas vorerwärmt. Der bereits über eine bestimmte Strecke vorerwärmte Luftstrom wird in zwei Teilströme aufgeteilt, Von denen einer unmittelbar in einen den Außenmantel des Brenn­ gas führenden Gasrohres umgebenden Ringkanal geführt wird. Mittels dieses Teilstromes wird das durchströmende Brenngas vorerwärmt. Beim Verlassen dieses Ringkanals wird dieser Teilstrom wieder mit dem anderen Teilstrom der vorerwärmten Luft zusammengeführt, bevor der wiedervereinigte Luftstrom im Bereich des Brennerkopfs mit dem vorerwärmten Brenngas, dessen in den Brennerkopf austretender Mengenstrom durch die Gasdüse bestimmt wird, zusammengeführt, gemischt und gezündet wird. Infolge der Vorerwärmung des Brenngases im Gasrohr bleibt das Mischungsverhältnis zwischen Brenngas und Luft unabhängig von Änderungen der Lufttemperatur nahezu konstant. Der Wärmeübergang zwischen der vorerwärmten Luft und dem Brenngas findet im Falle dieses Gasbrenners aus­ schließlich durch den Gasrohrmantel statt. Darüber hinaus nimmt an diesem Wärmeübergang im wesentlichen nur derjenige der beiden Teilströme der vorerwärmten Luft teil, der in dem das Gasrohr umgebenden Ringkanal geführt wird. Um die für die Konstanthaltung des Mischungsverhältnisses zwischen Luft und Brenngas erforderliche Übertragungsstrecke zu erhalten, müssen der Ringkanal und derjenige Abschnitt des Gasrohres, an dem der Wärmeübergang stattfindet, lang sein. Hierdurch ergeben sich für den Gas­ brenner vergleichsweise große Abmessungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsge­ mäßen Gasbrenner für den Betrieb mit vorerwärmter Luft so zu gestalten, daß sein Raumbedarf wesentlich verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zum einen wird durch die Anordnung des Zentralrohres inner­ halb des Gasrohres bzw. die Führung eines Teilstromes der vorerwärmten Luft durch dieses Zentralrohr die Wärmeaus­ tauschfläche zwischen Brenngas und Luft je Längeneinheit erheblich vergrößert. Darüber hinaus wird erreicht, daß beide Teilströme der vorerwärmten Luft am Wärmeaustausch mit dem Brenngas wirksam teilnehmen, wobei der Wärmeaus­ tausch zwischen dem einen Teilstrom und dem Brenngas durch das Zentralrohr und zwischen dem anderen Teilstrom und dem Brenngas durch das Gasrohr stattfindet. Hierdurch kann die für den Wärmeaustausch erforderliche Baulänge des Gasbren­ ners im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verrin­ gert werden.

Die Gasdüsen sind stromab des Wärmetauschers angeordnet und bilden so den wesentlichen Teil des Gesamtdurchfluß­ widerstandes; von allen in Strömungsrichtung hintereinan­ der angeordneten Teilwiderständen des gasführenden Rohr­ systems werden nur sie von Brenngas mit erhöhter Temperatur durchflossen.

Da der Mengenstrom eines erwärmten Gases durch ein gegebenes Rohrsystem wegen der mit der Gastemperatur veränderlichen Dichte temperaturabhängig ist, kann sich an ihnen der Mengenstrom in Abhängigkeit von der Gastemperatur verändern. Hierzu ist eine möglichst genaue Dimensionierung der Gasdüsen erforderlich. Ihr Strömungsquer­ schnitt muß wesentlich kleiner sein als jeder andere Strömungsquerschnitt im einspeisenden Rohrsystem.

Da das Brenngas wegen der Gefahr der Crackung und Rußbil­ dung nicht so hoch wie die vorerwärmte Luft erhitzt wer­ den kann, bietet sich die Erhitzung durch Wärmetausch mit der vorerwärmten Luft an, weil hierdurch sichergestellt werden kann, daß die Gastemperatur kritische Werte nicht überschreitet. Die damit verbundene unvollständige Anpas­ sung der Medienströme an die Höhe der Vorerwärmung der Luft kann in Kauf genommen werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-4 angegeben.

Wenn bei der Ausführungsform gemäß Patentanspruch 3 die Gasdüsen in das Zentralrohr nahe seines stromab angeordneten Endes münden, kann das koaxial austretende Brenngas-Luft-Gemisch unmittelbar am Rohraustritt am Verbrennungsvorgang teilnehmen.

Ein Verfahren zum Betreiben des Gasbrenners ist im Anspruch 5 beschrieben. Durch die Maßnahme nach Anspruch 5 kann bei großer Wärmeaustauschfläche mit einfachen Mitteln eine zwei­ stufige Verbrennung realisiert werden, mittels der die Flam­ mentemperatur und damit die unerwünschte Bildung von Stick­ oxiden reduziert werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von vier Ausführungsbei­ spielen des Gasbrenners unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungs­ beispiel des Gasbrenners gemäß Linie C-D in Fig. 2;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gasbrenner gemäß Linie A-B in Fig. 1;

Fig. 3 bis 5 einen Längsschnitt durch ein zweites, drittes und viertes Ausführungsbeispiel des Gasbrenners.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gasbrenner strömt die durch ein Rohr 1 einfließende vorerwärmte Luft teils durch ein Brennerrohr 2 an einem mit Rippen 9 versehenen Gasrohr 3 vorbei, teils durch ein Zentralrohr 4 in einen Brennraum 5 ein. Die durchtretende Luftmenge ist bei gleich­ bleibendem Vordruck eine Funktion des Durchflußwiderstands, der Austrittsquerschnitte und der Lufttemperatur. Das durch ein Rohr 6 fließende Brenngas wird im Gasrohr 3 erwärmt und strömt über Gasdüsen 7 in den Brennraum 5 ein, wo es sich mit dem eine Stauscheibe 8 durchfließenden Luftstrom ver­ mengt und verbrennt. Bei gleichbleibendem Vordruck ist der Gasmengendurchsatz ebenfalls eine Funktion des Widerstands, des Austrittsquerschnitts und der Gastempera­ tur.

Da die Gastemperatur der Lufttemperatur folgt, bleibt das Verhältnis der austretenden Mengenströme nahezu gleich, weit­ gehend unabhängig von der Vorwärmtemperatur der Luft. Mithin bleibt ein einmal durch Vordrucke und geometrische Konstruk­ tionsparameter vorgegebenes Mischungsverhältnis von Brenn­ gas und Luft trotz Änderungen der Vorwärmtemperatur der Luft unverändert, wenn nur der Gesamtquerschnitt der Gasdüsen 7 deutlich kleiner ist als jeder andere vor der Einmündung in das Rohr 6 liegende Leitungsquerschnitt.

Fig. 3 zeigt einen Gasbrenner ähnlich dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten, jedoch ist das wärmetauschende Gasrohr 3 zur Vergrößerung seiner Oberfläche gewellt ausgebildet.

Fig. 4 zeigt einen Gasbrenner, bei dem in den zentralen Luftstrom durch Gasdüsen 10 Brenngas eingeleitet wird, das direkt am Austritt verbrennt.

Fig. 5 zeigt einen Gasbrenner, bei dem das Brenngas in einem aus mehreren Röhren 11 bestehenden Rekuperator vor vorgewärmt wird.

Claims (5)

1. Gasbrenner für den Betrieb mit vorerwärmter Luft, mit einem Brennerkopf, dem Brenngas über ein Gasrohr (3), das in den Mengenstrom des austretenden Brenngases bestimmenden Gasdüsen (7, 10) endet, zuströmt und an dem die Luft und das Brenngas gemischt und gezündet werden, mit einem Wärmetau­ scher, der stromauf der Gasdüsen (7) angeordnet ist und in dem das Brenngas durch die vorerwärmte Luft so stark er­ wärmbar ist, daß das Mischungsverhältnis von Brenngas und Luft, unabhängig von Änderungen der Lufttemperatur, annähernd konstant bleibt, und mit einem Strömungsteiler, der die Luft in zwei Teilströme aufteilt, von denen der eine am Gasrohr (3) außen entlang strömt, dadurch gekennzeichnet, daß inner­ halb des den Wärmetauscher bildenden Gasrohres (3) achspa­ rallel ein Zentralrohr (4) angeordnet ist, das den anderen der beiden Teilströme der Luft aufnimmt und zum Brennerkopf leitet.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher eine durch Rippen, Stifte oder Wellungen vergrößerte Oberfläche besitzt.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gasdüsen (10) in das Zentralrohr (4) münden.

4. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasrohr (3) in mehrere parallele oder gewendelte Röh­ ren (11) unterteilt ist.

5. Verfahren zum Betreiben des Gasbrenners nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr als Teilstrom ein Anteil an der Gesamtluftmenge in Höhe von 25-50% durch­ fließt, der sich erst stromab mit dem am Brennerkopf austre­ tenden, mit dem anderen Teilstrom gebildeten unterstöchiome­ trischen Brenngas-Luft-Gemisch vermengt.