DE4125226A1 - Vormischgasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vormischgasbrenner mit mindestens einem mit einem von einer Gasdüse und einem Mischrohr erzeugten Gas-Luft-Gemisch beaufschlagten Brennerrohr, das mit radialen Gemischaustrittsöffnungen versehen ist, die entlang mindestens einer Mantellinie des Brennerrohres angeordnet sind.

Bei der Bildung von Stickoxiden sind zwei Bildungsmechanismen von Bedeutung. Eine davon erfolgt aufgrund von Sauerstoffman­ gel in der primären Verbrennungszone und der daraus folgenden Bildung von Radikalen. Dieser Anteil der Stickoxidemission wird ab als "promptes" NO_x bezeichnet. Daraus abgeleitet er­ gibt sich die Zielsetzung, zur Vermeidung der Bildung von Stickoxiden, möglichst schnell Sauerstoff in die primäre Ver­ brennungszone eindiffundieren zu lassen.

Bei den bisherigen Brennern der eingangs erwähnten Art sind die meist in Form von Schlitzen ausgebildeten Gemischaus­ trittsöffnungen paketweise angeordnet, wobei stets Gruppen mit einer bestimmten Anzahl von Schlitzen zusammengefaßt sind und zwischen diesen Gruppen Abschnitte ohne Gemischaustritts­ öffnungen vorhanden sind. Dadurch kann aber ein größerer Teil der Sekundärluft, die von unten in den Bereich der Flammen aufsteigt, erst nach einer Umlenkung in tangentialer Richtung der Brennerrohre gegen deren obere Mitte zu und einer weite­ ren Umlenkung in axialer Richtung in die Flammen der paket­ weise angeordneten Gemischaustrittsöffnungen gelangen und in die Flammen eindiffundieren. Dadurch erfolgt aber eine nur ungenügende Versorgung der Flammen mit Sekundärluft, so daß es bei den bekannten Brennern zu einer beträchtlichen "prompten" NO_x-Bildung kommt.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Brenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem ein rasches Eindiffundieren von Sekundärluft in die Flam­ men des Brenners sichergestellt ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß alle Ge­ mischaustrittsöffnungen in durchgehend gleichbleibenden Ab­ ständen voneinander entlang der jeweiligen Mantellinie des Brennerrohres von nahezu einem Brennerrohrende zum anderen angeordnet sind und die gesamte Fläche aller Gemischaus­ trittsöffnungen maximal 10%, vorzugsweise weniger als 7,5% der projizierten Fläche des Brennerrohres beträgt.

Durch diese Maßnahmen ist sichergestellt, daß die Sekundär­ luft beim Aufsteigen aufgrund der Thermik die Ablenkung le­ diglich tangential gegen die obere Mitte der Brennerrohre zu erfolgt und die Sekundärluft daher rasch in die Flammen eindiffundieren kann. Dadurch wird aber ein Sauerstoffmangel in der primären Verbrennungszone der Flammen vermieden und damit die Bildung von "prompten" NO_x vermindert.

Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung von Gemischaustrittsöffnungen ist folgender:
Wenn zur Kühlung der Flammen Flammenkühlstäbe eingesetzt wer­ den, so wirken diese über ihre gesamte Länge und nicht, wie bei den bekannten Lösungen, nur in den Bereichen, in denen eine Flammengruppe berührt wird.

Weiter kann vorgesehen sein, daß die Gemischaustrittsöffnun­ gen in zwei entlang von Mantellinien des Brennerrohres ange­ ordneten Reihen von sich in Umfangsrichtung des Brennerrohres erstreckenden länglichen Schlitzen angeordnet sind, wobei die Schlitze in den beiden Reihen jeweils fluchtend verlaufen, und neben den äußeren Rändern der Schlitze in deren Längsachsen angeordnete Bohrungen gebildet sind, die ebenfalls entlang von Mantellinien des Brennerrohres angebracht sind.

Bei einer solchen Anordnung der Gemischaustrittsöffnungen er­ gibt sich eine Ausbildung der Flammenfront, bei der die Se­ kundärluft leicht eindiffundieren kann.

Eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Gemischaustritts­ öffnungen, bei der sich eine für das Eindiffundieren von Sekundärluft in die Flammen günstige Ausbildung der Flammen­ front einstellt, ergibt sich, wenn die Gemischaustrittsöff­ nungen durch in zwei entlang von Mantellinien des Brennerroh­ res angeordneten Reihen von sich in Umfangsrichtung des Bren­ nerrohres erstreckenden länglichen Schlitzen und zwischen diesen Reihen von Schlitzen in den Achsen der Schlitze und auf einer Mantellinie des Brennerrohres angeordnete Bohrungen gebildet sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Brennerrohr,

Fig. 2 bis 7 Projektionen von verschiedenen Anordnungen der Gemischaustrittsöffnungen eines Brennerrohres und

Fig. 8 eine Variante des Brennerrohres.

Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, sind die Gemischaus­ trittsöffnungen 1 des Brennerrohres 2 als Schlitze ausgebil­ det, die entlang einer Mantellinie 5 des Brennerrohres ange­ ordnet sind, wobei sich jeder einzelne Schlitz mit seiner Längsseite in Umfangsrichtung des metallischen Brennerrohres erstreckt.

Bei der Ausbildung nach der Fig. 2 sind die Gemischaus­ trittsöffnungen als Schlitze 3, die in sich entlang zweier Mantellinien des Brennerrohres 2 erstreckenden Reihen A, B angeordnet und erstrecken sich in Umfangsrichtung des Bren­ nerrohres 2. Dabei sind die Schlitze 3 in den beiden Rei­ hen A, B fluchtend zueinander angeordnet.

Neben den äußeren Rändern der Schlitze 3 sind noch zu beiden Seiten der Schlitze 3 Bohrungen 4 angeordnet, die fluchtend mit den Schlitzen 3 und entlang zweier Mantellinien des Bren­ nerrohres 2 angebracht sind.

Bei einem gemäß der Fig. 2 aufgebauten Brenner wurden über eine Länge von 244 mm in jeder Reihe A, B 123 Schlitze 3 samt Bohrungen 4 angebracht, die eine Gesamtfläche von 615 mm² aufweisen. Die Länge des Brennerrohres beträgt dabei 250 mm und der Durchmesser 30 mm.

Bei diesem Brenner ergibt sich somit ein Anteil der Fläche der Gemischaustrittsöffnungen von 8,2% an der projizierten Fläche des Brennerrohres. Bei gleicher Konfiguration der Ge­ mischaustrittsöffnungen und einem größeren Durchmesser des Brennerrohres, das üblicherweise einen zwischen 30 mm und 60 mm betragenden Durchmesser aufweist, ergibt sich ein entsprechend geringerer Flächenanteil für die Gemischaus­ trittsöffnungen. Gleiches gilt für übliche Längen die zwi­ schen 250 mm und 270 mm betragen.

Die Ausführungsform nach der Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 2 nur dadurch, daß der Abstand zwischen den Schlitzen je einer Reihe größer gewählt ist und sich da­ her eine geringere Gesamtfläche der Schlitze 3 und Boh­ rungen 4 ergibt. Die Abmessungen der Schlitze waren in bei ausgeführten Brennern ist beiden Fällen gleich. Die Schlitze wiesen eine Länge von 4 mm und eine Breite von 0,5 mm und die Bohrungen 4 einen Durchmesser von je 0,8 mm auf, wobei das Brennerrohr einen Durchmesser von 30 mm und eine Länge von 250 mm aufwies.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 4 sind die Bohrungen 4 zwischen zwei Reihen A, B der Schlitze 3 angeordnet.

Bei einem Brenner mit der aus der Fig. 4 ersichtlichen Kon­ figuration ergab sich eine Gesamtfläche der Durchbrechungen von 734 mm² bei den oben bereits erwähnten Abmessungen des Brennerrohres. Dabei ergibt sich ein Anteil der Flächen aller Durchbrechungen an der projizierten Fläche des Brennerrohres von 9,8%.

Weitere Möglichkeiten der Anordnung von Gemischaustrittsöff­ nungen, beziehungsweise von Schlitzen 3 und Bohrungen 4, die jeweils an den Seitenrändern der Schlitze 3, in deren Achsen liegen und entlang zweier Mantellinien des Brennerrohres 2 angeordnet sind, sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt, wo­ bei sich diese Lösungen lediglich im Abstand der Schlitze 3 voneinander unterscheiden.

Bei nach den Fig. 5 und 6 ausgeführten Brennern, bei denen die Brennerrohre 2 eine Länge von 250 mm und einen Durch­ messer von 30 mm und die Schlitze 3 eine Länge von 6 mm und eine Breite von 0,5 mm und die Bohrungen einen Durchmesser von 0,8 mm aufwiesen ergaben sich daher Flächenanteil von 6,4% der projizierten Fläche des Brennerrohres 2, beziehungsweise ein solcher von 8,7%.

Eine gegenüber der Anordnung nach der Fig. 6 abgewandelte Ausführungsform zeigt die Fig. 7, nach der bei jedem zweiten Schlitz 3 zu denen beiden Seiten zwei Bohrungen 4 angeordnet sind, wobei die weiteren Bohrungen ebenfalls auf den Achsen der Schlitze 3 und auf zwei Mantellinien des Brennerrohres 2 liegen.

Bei dieser Lösung, bei der die Abmessungen der des Brenner­ rohres und der Schlitze 3, sowie der Bohrungen 4 beibehalten wurden, ergibt sich ein Anteil der Gesamtfläche der Ge­ mischaustrittsöffnungen von 9,85 an der projizierten Fläche.

Bei allen diesen Brennern konnte im Betrieb eine wesentliche Verminderung des NO_x-Ausstoßes gegenüber den Werten von her­ kömmlichen Brennern festgestellt werden.

Die Fig. 8 zeigt ein abweichendes Brennrohr 6, das aus dem eigentlichen Brennerrohr 2 und dem vorgeschalteten Mischrohr 7 besteht, das am Verbrennungsvorgang nicht teilnimmt. Es weist einen Injektoreinsatz 8 auf, in den eine Gasdüse 9 Gas einbläst. Die Gemischaustrittsöffnungen erstrecken sich wie auch bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 7 von nahezu einem Ende des Brennerrohres 2 bis nahezu zu dessen anderem Ende 11, die möglichen Abstände 12, 13 der äußersten Gemischaustrittsöffnungen zu den Enden betragen das 3- bis 4fache der Breite einer Gemischaustrittsöffnung.

Claims (5)

1. Vormischgasbrenner mit mindestens einem mit einem von einer Gasdüse und einem Mischrohr erzeugten Gas-Luft-Gemisch beaufschlagten Brennerrohr, das mit radialen Gemischaustrittsöffnungen versehen ist, die entlang mindestens einer Mantellinie des Brennerrohres angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß alle Gemischaustrittsöffnungen (3, 4) in durchgehend gleichbleibenden Abständen voneinander entlang der jeweiligen Mantellinie des Brennerroh­ res (2) von nahezu einem Brennerrohrende zum ande­ ren angeordnet sind und die gesamte Fläche aller Gemischaustrittsöffnungen (3, 4) maximal 10%, vor­ zugsweise weniger als 7,5% der projizierten Fläche des Brennerrohres (2) beträgt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischaustrittsöffnungen (3, 4) in zwei entlang von Mantellinien des Brennerrohres (2) an­ geordneten Reihen von sich in Umfangsrichtung des Brennerrohres (2) erstreckenden länglichen Schlit­ zen (3) angeordnet sind, wobei die Schlitze (3) in den beiden Reihen (A, B) jeweils fluchtend verlau­ fen, und neben den äußeren Rändern der Schlitze (3) in deren Längsachsen angeordnete Bohrungen (4) ge­ bildet sind, die ebenfalls entlang von Mantellinien des Brennerrohres (2) angebracht sind.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischaustrittsöffnungen (3, 4) durch in zwei entlang von Mantellinien des Brennerrohres (2) angeordneten Reihen von sich in Umfangsrichtung des Brennerrohres (2) erstreckenden länglichen Schlit­ zen (3) und zwischen diesen Reihen von Schlit­ zen (3) in den Achsen der Schlitze (3) und auf ei­ ner Mantellinie des Brennerrohres (2) angeordnete Bohrungen (4) gebildet sind.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gemischaustrittsöffnungen (3, 4) durch eine entlang einer Mantellinie des Brennerrohres (2) an­ geordnete Reihe von sich in Umfangrichtung des Brennerrohres (2) erstreckenden Schlitzen (3) und zu beiden Seiten eines jeden Schlitzes (3) entlang zweier Mantellinien des Brennerrohres (2) angeord­ nete Bohrungen (4) gebildet sind.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben jedem zweiten Schlitz zu beiden Seiten je eine weitere Bohrung (4) angeordnet ist, wobei diese weiteren Bohrungen (4) entlang zweier Mantel­ linien des Brennerrohres (2) angeordnet sind und auf den Achsen der Schlitze (3) liegen.