DE4105894A1

DE4105894A1 - Brenner, insbesondere atmosphaerischer vormisch-gasbrenner

Info

Publication number: DE4105894A1
Application number: DE19914105894
Authority: DE
Inventors: Hans-Albrecht Kohlmann; Winfried Uckelmann
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1991-08-29
Also published as: CH683635A5

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere einen atmosphärischen Vormisch-Gasbrenner, mit wenigstens einem langgestreckten, unterhalb einer Brennkammer angeordneten Brennerrohr, dessen Rohrwandung an ihrer dem Inneren der Brennkammer zugewendeten Oberseite scharenweise angeordnete Brennstoffaustrittsöffnungen für einen dem Innern des Bren nerstabes zugeführten Brennstoff, insbesondere ein über Düse und Mischrohr zugeführtes Brennstoff-Luftgemisch, aufweist und mit mindestens einem, sich zumindest über die zwischen den Scharen der Hauptflammen bildenden Brennstoffaustritts öffnungen des Brennerrohres verbleibenden Freibereiche bzw. über die Halteflammen erstreckenden, aus hitzefestem und wärmeleitfähigem Material bestehenden Kühlstab, der in einem Abstand oberhalb der Oberseite der Rohrwandung angeordnet ist.

Bei solchen Brennern ist es gelungen, durch die Anordnung von Kühlstäben, z. B. Keramik- oder Stahlstäben, wasserge füllten Rohren od. dgl., in der Brennkammer oder direkt an den Brennerstäben die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich der Brennerflamme abzuleiten und dadurch einer Überhitzung des Brenners, die zur Bildung von Stickoxiden führen kann, zu vermeiden. Eine optimale Anordnung dieser Kühlstäbe ist aber für die NO_x- und auch CO-Emission des Brenners von entscheidender Bedeutung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, solche Kühlstäbe derart anzuordnen und zu bemessen, daß sie die ihnen zuge dachte Aufgabe optimal zu erfüllen vermögen. Um die bestmög liche Position solcher Kühlstäbe zu gewährleisten, ist nicht nur auf die Lage und Anordnung der scharenweise gegliederten Brennstoffaustrittsöffnungen der Oberseite der Rohrwandung zu achten, sondern auch auf zahlreiche andere Parameter, wie auf die Höhe der an den Austrittsöffnungen gebildeten Flam men sowie auf den Durchmesser und den Abstand der Kühlstäbe voneinander und vom Brennerrohr.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben definierten Aufgabe vorgesehen, daß der Abstand X₁ des Kühlstabes von der Ober seite des Brennerrohres 0,6 bis 0,8 der Flammenhöhe h be trägt, daß der Kühlstab von der Flammenmittellinie in einem Abstand X₂ angeordnet ist, der zwischen 0,15 und 0,9 der Flammenhöhe h liegt und daß der Durchmesser des Kühlstabes D mindestens ein Viertel der Flammenhöhe h beträgt.

Dank dieser Anordnung sind die Kühlstäbe optimal befähigt, Wärme aus den durch Überhitzung besonders gefährdeten Berei chen des Brenners abzuleiten und dadurch der Emission von NO_x und CO wirksam entgegenzutreten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Durchmesser D des Kühlstabes maximal das 1,45fache der Flammenhöhe h. Vorzugsweise für ungekühlte, zwischen den Flammenscharen angeordnet, Kühlstäbe soll der Durchmesser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h liegen.

Um die Wärme sicher abführen zu können, kann der Durchmesser des Kühlstabes je nachdem in welchem Bereich der Kühlstab angeordnet ist, bis zum 1,45fachen der Flammenhöhe h be tragen. Der obere Bereich des erfindungsgemäßen Durchmes ser-Bemessungsintervalles ist für ungekühlte, gegebenenfalls hohle Kühlstäbe zu verwenden.

Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung soll für am Randbereich angeordnete, für nur eine Flammschar vorgesehene Kühlstäbe der Durchmesser D zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegen.

Da die am Rand angeordneten Kühlstäbe thermisch weniger be lastet sind, kann der Durchmesser dieser Kühlstäbe im unteren Bereich des erfindunsgemäßen Durchmesser-Bemessungsin tervalles liegen.

Nachfolgend soll anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 ein zylindrisches Brenner rohr. Fig. 2 ein im wesentlichen im Querschnitt rechteckiges Brennerrohr und Fig. 3 einen Brennerrost bildende Brennerrohre mit ebener Oberseite mit den erfindungsgemäß positionier ten Kühlstäben.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Brennerrohr 1 mit einer Flamme 2. Die Höhe der Flamme 2 wird mit h bezeichnet. In einer Entfernung X₂ von der Brennerwandung 3 und in einem Abstand X₂ von der Flammenmittellinie 4 sind Kühlstäbe 5 mit einem Durchmesser D angeordnet. Diese in der Brennkammer oder direkt an den Brennerstäben 1 angeordneten Kühlstäben 5 leiten die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich der Brenner flamme 2 ab und vermeidet dadurch eine Überhitzung des Bren ners und damit eine Bildung von Stickoxiden. Damit diese Kühlstäbe 5 ihre Aufgabe optimal erfüllen können und dadurch die Emission von NO_x und CO auf ein Minimum beschränken, ist die richtige Anordnung und Dimensionierung der Kühlstäbe von entscheidender Bedeutung.

Es hat sich gezeigt, daß bei der räumlichen Anordnung der Kühlstäbe insbesondere die Flammenhöhe h ein wichtiges Ver gleichsmaß darstellt. Aufgrund dieser Tatsache wurde ver sucht. Verhältniszahlen für die Positionierung der Kühlstäbe 5 über den Brennerstäben 1 zu ermitteln, für welche die Schadstoffemission des Brenners möglichst niedrig ist. Es hat sich ergeben, daß das Verhältnis des Abstandes X₁ des Kühlstabes 5 von der Oberseite der Brennerwandung 3 zur Flammenhöhe h zwischen 0,6 und 0,8 liegen muß und daß das Verhältnis des Abstandes X₂ des Kühlstabes 5 von der Flam menmittellinie 4 zur Flammenhöhe h im Bereich zwischen 0,15 und 0,9 zu wählen ist. Gleichzeitig muß noch der Durchmesser D des Kühlstabes 5 mindestens ein Viertel der Flammenhöhe h betragen. Werden diese Werte eingehalten, so ist sicherge stellt, daß die Schadstoffemission im unteren, möglichen Bereich liegt und z. B. die NOx-Emision einen Wert unter 75 ppm aufweist.

Als Maxiamlwert für den Durchmesser D des Kühlstabes 5, wo bei hier die Wärmetransportfähigkeit des Stabes, also das Material, die Kühlung, die Form wie z. B. Rohrform u. dgl., zu berücksichtigen ist, wurde der Wert mit 1,45 der Flammenhöhe h festgesetzt.

Werden diese erfindungsgemäßen Verhältnisangaben als Glei chungen dargestellt, so ergibt sich:
Für den Abstand X₁ der Kühlstäbe 5 von der Brennerwandung 3:

X₁ = (0,6 - 0,8) · h (1)

Für den Abstand X₂ des Kühlstabes 5 von der Flammenmittellinie 4:

X₂ = (0,5 - 0,9) · h (2)

Für den Durchmesser D des Kühlstabes 5:

D = (0,25 - 1,45) · h (3)

Für die Wahl des Durchmessers D des Kühlstabes 5 ist, wie schon erwähnt, die Wärmetransportfähigkeit aufgrund seines Materials, seiner Form (Voll- oder Hohlstab) sowie der Be reich seiner Anordnung maßgebend.

Für ungekühlte, zwischen den Flammenscharen 2 angeordnete, hohle Kühlstäbe 5 soll der Durchmesser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h, für am Randbereich des Brennerstabes 1 angeordnete, volle Kühlstäbe 5 zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegen.

Aus dem Abstand X₂ des Kühlstabes 5 von der Flammenmittellinie 4, der bei einem Brennerrohr gemäß Fig. 1 mit zylindrischer oder kegelförmiger Oberfläche ungefähr dem Bogenmaß zwischen Flammen- und Kühlstabmittellinie 6 entspricht, kann auch der erforderliche Abstand 7 zwischen zwei benachbarten Scharen von Brennstoffaustrittsöffnungen des Brennerrohres 1 ermittelt werden.

Bei der Ausführungsform in Fig. 2 hat das Brennerrohr 1 bei spielsweise einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und bloß die mit den Brennstoffaustrittsöffnungen versehene Brennerwandung 3 ist zylindrisch gekrümmt. Zwischen den bei den in Längsrichtung erstreckenden Scharen von Brennerflam men 2 sind Halterflammen 8 vorgesehen.

Im Rahmen der Erfindung können gemäß Fig. 3 auch Brennerrohre 1 mit ebener Brennerwandung 3 verwendet werden. Die Kühlstäbe 5 sind dann bei Anordnung mehrerer solcher zuein ander paralleler, einen Brennerrost bildender Brennerrohre 1 zwischen diesen in einem Abstand X₂ von der Flammenmittel linie 4 und in einem Abstand X₁ von der ebenen Brennerwan dung 3 angeordnet. Der erforderliche Abstand zwischen zwei Brennerstäben 1 ist dann durch den doppelten Abstand X₂ ge geben.

Claims

1. Brenner, insbesondere atmosphärischer Vormisch-Gas brenner, mit wenigstens einem langgestreckten, un terhalb einer Brennerkammer angeordneten Brennerrohr, dessen Rohrwandung an ihrer dem Inneren der Brenn kammer zugewendeten Oberseite scharenweise angeord nete Brennstoffaustrittsöffnungen für einen dem In nern des Brennerstabes zugeführten Brennstoff, ins besondere ein über Düse und Mischrohr zugeführtes Brennstoff-Luftgemisch, aufweist und mit mindestens einem, sich zumindest über die zwischen den Scharen der Hauptflammen bildenden Brennstoffaustrittsöff nungen des Brennerrohres verbleibenden Freibereiche bzw. über die Halteflammen erstreckenden, aus hitze festem und wärmeleitfähigem Material bestehenden Kühlstab, der in einem Abstand oberhalb der Obersei te der Rohrwandung angeordnet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstand X₁ des Kühlstabes (5) von der Oberseite (3) des Brennerrohres 0,6 bis 0,8 der Flammenhöhe h beträgt, daß der Kühlstab (5) von der Flammenmittellinie (4) in einem Abstand X₂ angeord net ist, der zwischen 0,15 bis 0,9 der Flammenhöhe h liegt und daß der Durchmesser D des Kühlstabes (5) mindestens ein Viertel der Flammenhöhe h beträgt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser D des Kühlstabes (5) maximal das 1,45fache der Flammenhöhe h beträgt.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise für ungekühlte, zwischen den Flammen scharen (2) angeordnete, Kühlstäbe (5) der Durchmes ser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h liegt.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für am Randbereich angeordnete, für nur eine Flam menschar (2) vorgesehene Kühlstäbe (5) der Durchmes ser D zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegt.