DE4201059C2 - Flammrohr für einen Brenner für vergasten flüssigen Brennstoff - Google Patents
Flammrohr für einen Brenner für vergasten flüssigen BrennstoffInfo
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- F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
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Description
Die Erfindung betrifft ein Flammrohr für einen Brenner für vergasten flüssigen
Brennstoff, mit einem umlaufenden Rohrmantel, der einen von hinten
mit Brennstoff und und Primär- sowie Sekundärluft beaufschlagbaren,
vorne offenen Brennraum begrenzt und in dem wenigstens eine zum
Brennrauum hin offene, einen gleichmäßig auf den Umfang verteilten
Gesamtquerschnitt aufweisende Lufteinmündung für einen
Sekundärluftstrom vorgesehen ist, welcher wenigstens ein
Versorgungskanal zugeordnet ist.
Die DE 40 20 237 A1 zeigt ein gattungsbildendes Flammrohr. Zur
Bildung eines Ringspaltes ist ein das Flammrohr umgebender
rohrförmiger Mantel vorgesehen. Die Sekundärluft wird vom
Luftzuführungsraum durch den Ringspalt und durch Bohrungen in der
Wand des Flammrohrs im wesentlichen radial dem Flammenstrahl
zugeführt. Dies hat neben dem positiven Effekt, insbesondere den
CO-Anteil der Abgase zu verringern, auch zur Folge, daß die
Vergasung des Brennstoffes und die Ausbildung des Flammenstrahls
gestört werden kann.
Das DE-GM 89 09 288 beschreibt eine Einrichtung zum Rückführen von
Verbrennungsprodukten, bei der im Brennerrohr Düsen für die Zufuhr
von Sekundärluft vorgesehen sind. Im Bereich der Austrittsöffnungen
der Düsen sind weitere Öffnungen zur Injektion von
Verbrennungsprodukten vorgesehen. Durch Unterdruck an den Düsen soll
also die Injektion des Abgases und auf diese Weise eine
Minimierung der Schadstoffemission erreicht werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Flammrohr
gattungsgemäßer Art zu schaffen, bei dem bei rußfreier Verbrennung
und vergleichsweise geringer Schadstoffemission keinerlei Störung
der Vergasung des Brennstoffs und der Ausbildung des Flammstrahls
durch den Sekundärluftstrom auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Diese Maßnahmen ermöglichen, daß der dem Brennraum getrennt
zuführbare Sekundärluftstrom in einem bestimmten
Abschnittsbereich des Flammrohrs eingeführt werden kann, so daß sich
eine gezielte Beimischung eines Teils der Verbrennungsluft zu dem im
Flammrohr sich ausbildenden Flammenstrahl erreichen läßt. Da hier
nicht die gesamte Verbrennungsluft in der Vergasungszone des
Brennstoffs aufgeheizt werden muß, wird die Vergasung des
Brennstoffs gewährleistet. Zudem führt der Sekundärluftstrom zu
einer Senkung der Flammentemperatur durch kleinere Wärmestromdichten
entlang des Ausbrandweges sowie zu einer Kühlung des Flammrohrs. Die
vorteilhaften Folgen davon sind eine optimale Verbrennung mit einer
Minimierung der Schadstoffemissionen und Rußfreiheit des Abgases und
damit insgesamt ein verbesserter, feuerungstechnischer Wirkungsgrad.
Dadurch daß der Abstand der Lufteinmündung in das Flammrohr vom
vorderen Ende des Flammrohrs höchstens die Hälfte, vorzugsweise höchstens
ein Drittel der Gesamtlänge des Flammrohrs beträgt, ist
sichergestellt, daß vom Sekundärluftstrom keinerlei Störung der
Vergasung des Brennstoffs und Ausbildung des Flammstrahls ausgeht.
Da der in das Flammrohr einmündende Sekundärluftstrom zumindest eine
axiale Richtungskomponente aufweist, läßt sich ein schlanker
Flammenstrahl erreichen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der
übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die Ausbildung entsprechend Anspruch 3 ergibt sich nicht nur eine besonders kompakte
Anordnung, sondern die den Rohrmantel durchströmende Sekundärluft
führt in vorteilhafter Weise auch zu einer Kühlung des Rohrmantels
in dem der Sekundärlufteinmündung vorgeordneten Bereich. Zudem
ermöglichen diese Maßnahmen auf einfache Weise die Speisung des
Primärluftstroms und des Sekundärluftstroms durch ein und dieselbe
Luftquelle, sowie
eine besonders gleich
mäßige Beaufschlagung des Flammenstrahls auf dem gesamten
Umfang, wodurch örtliche Schadstoffnester verhindert
werden.
Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 4 ergibt sich
eine innere, d. h. dem vorderen Flammrohrende vorgeordne
te, radiale Stirnfläche, die die Luft
einmündung enthalten kann. Es läßt sich daher auf einfa
che Weise eine axiale Richtungskomponente der eingeleite
ten Sekundärluft erzielen.
In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein,
eine Leiteinrichtung nach Anspruch 6
vorzu
sehen. Hiermit läßt sich auf einfache Weise eine radiale
Ablenkung des Sekundärluftstroms erreichen.
Vorteilhaft kann der Rohrmantel entsprechend Anspruch 8
als
Profilrohr ausge
bildet sein. Dies ermöglicht eine besonders leichte, mas
searme Ausführung und ergibt dennoch genügend Fleisch im
Bereich der Versorgungskanäle.
Gleichzeitig ergibt sich
eine zylindrische Innenkontur des Rohrmantels, wodurch
Turbulenzen und tote Ecken vermieden werden.
Die Radial
ausneh
mungen nach den Ansprüchen 9 bis 11 ermöglichen in vorteilhafter Weise
eine Rezirkulation von Rauchgasen in den Brennraum
hinein, wodurch die Schadstoffproduktion weiter
vermindert werden kann.
Ihre Anordnung wird durch die
Ausbildung der der Lufteinmündung zugeordneten
Versorgungseinrichtung als axiale Bohrungen erleichtert.
Ausführungs
beispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch ein
Flammrohr,
Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch ein weiteres
Flammrohr,
Fig. 3 eine Stirnansicht der Anordnung gemäß Fig. 2
und
Fig. 4 einen Teillängsschnitt durch ein
Flammrohr in mehrteiliger Bauart.
Das der Fig. 1 zugrundeliegende Flammrohr besteht aus
einem umlaufenden, beispielsweise als Keramikformling
ausgebildeten Rohrmantel 1, der an seinem hinteren Ende
mit einem Stützflansch 2 versehen ist, mittels dessen das
Flammrohr beim Einbau in einen Brenner etwa an ein Stütz
rohr angeflanscht werden kann. Der Rohrmantel 1 umgibt
einen Brennraum 3, der im Bereich des vorderen Rohrendes
offen ist und im Bereich des hinteren Rohrendes durch
einen zur Rohrachse koaxialen Primärluftstrom und in die
sen in Form eines hierzu koaxialen Sprühkegels
eingespritzten Brennstoff beaufschlagt werden kann. Im
Brennraum 3 erfolgt die Aufbereitung
eines Gemisches, das einen Flammenstrahl speist, der über
die offene, vordere Stirnseite des Flammrohrs aus diesem
herausbrennt.
Das Flammrohr ermöglicht gleichzeitig eine
umfangsseitige Einleitung eines gleichmäßig auf den Um
fang verteilten Sekundärluftstroms. Hierzu ist der Rohr
mantel 1 mit gleichmäßig auf seinen Umfang verteilten,
axialen Bohrungen 4 versehen, die von der hinteren Rohr
stirnseite ausgehen und im Bereich der vorderen Rohrhälf
te in den Brennraum 3 einmünden. Die Bohrungen 4 können
bis zur vorderen Stirnseite des Rohrmantels 1 durchgehen.
Im dargestellten Beispiel enden die Bohrungen 4 an einem
nach innen gehenden, stufenförmigen Absatz 5 des Rohrman
tels 1. Die vorderen Endquerschnitte der Bohrungen 4 bil
den insgesamt eine der Sekundärluft zugeordnete
Lufteinmündung 6. Diese befindet sich
in einer Radialebene, so daß sich eine axiale
Strömungsrichtung der hierüber in den Brennraum 3 einströ
menden Sekundärluft ergibt.
Die Lufteinmündung 6 befin
det sich im Bereich der vorderen Hälfte des Rohrmantels
1. Durch Versuche wurde für den Abstand l der Lufteinmün
dung 6 vom vorderen Ende des Rohrmantels 1 in Bezug auf
die Gesamtlänge L des Rohrmantels 1 folgende Bemessungs
regel ermittelt:
l/L < = 0,5.
Zweckmäßig befindet sich dabei die Lufteinmündung 6 im
hinteren Bereich der vorderen Hälfte der Gesamtlänge L, so
daß sich für das vorstehend genannte Verhältnis etwa der
Wert 0,3 ergibt. Der Eingangsquerschnitt am hinteren Ende
der Bohrungen 4 ergibt insgesamt einen Anschlußquer
schnitt 7, nach dem sich die Sekundärluftmenge bemißt.
Diese wird im Verhältnis zur Primärluftmenge
so bemessen, daß eine optimale Verbrennung erreicht
wird. Der der Sekundärluft zugeordnete Anschlußquer
schnitt 7 und ein der Primärluft zugeordneter Anschluß
querschnitt, etwa in Form einer zentralen Ausnehmung
einer den Brennraum 3 rückwärtig abdeckelnden Blende, kön
nen durch dieselbe Luftquelle, etwa in Form eines der
Blende vorgeordneten Stauraums, oder durch verschiedene
Luftquellen beaufschlagt werden.
Die Ausführung gemäß Fig. 2
und 3 entspricht vom Grundsatz her der vorstehend be
schriebenen Flammrohrausführung. Nachstehend wird dement
sprechend in erster Linie auf die Unterschiede eingegan
gen, wobei für einander entsprechende Teile gleiche Be
zugszeichen Verwendung finden.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 ist der Rohrman
tel 1 im Bereich der Lufteinmündung 6 doppelwandig ausge
bildet. Es ergibt sich dementsprechend ein der Luftein
mündung 6 vorgeordneter, außen und innen durch voneinan
der distanzierte Rohrwandungen 1a, 1b begrenzter, vorne
offener Ringraum 8, in den die Bohrungen 4 einmünden. Die
durch das vordere, offene Ende des Ringraums 8 gebildete
Lufteinmündung 6 besitzt hier die Form eines umlaufenden
Ringspalts. Mit Hilfe des Ringraums 8 wird trotz der um
fangsseitigen Beabstandung der Bohrungen 4 eine Ver
gleichmäßigung des über die Lufteinmün
dung 6 in den Brennraum 3 eintretenden Sekundärluftstroms
über dem gesamten Umfang erreicht. Hinsichtlich des Ver
hältnisses des Abstands l der Lufteinmündung 6 vom vorde
ren Rohrende in Bezug auf die Gesamtlänge L gilt die
oben bereits erwähnte Bemessungsregel. Im dargestellten
Beispiel ergibt sich für das angegebene Verhältnis der
Wert 0,35.
Die in einer Radialebene angeordnete Lufteinmündung 6 ist
durch eine nachge
ordnete Leiteinrichtung 9 abgeschirmt, die als trichter
förmig umlaufende Manschette ausgebildet ist, die an die
äußere Rohrwandung 1a angesetzt ist. Die Leiteinrichtung
9 bewirkt eine Ablenkung des aus der Lufteinmündung 6 in
axialer Richtung austretenden Sekundärluftstroms nach ra
dial innen. Im dargestellten Beispiel beträgt der Trich
terwinkel γ der Leiteinrichtung 9 etwa 30°. Es wären aber
auch kleinere und größere Trichterwinkel
denkbar. Eine Leiteinrichtung vorliegender Art
könnte selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der
Ausführung gemäß Fig. 1 vorgesehen sein.
Die den Ringraum 8 begrenzenden Rohrwandungen 1a, 1b sind
als an einen massiven, hinteren Rohrabschnitt, der von
den Bohrungen 4 durchsetzt ist, angesetzte, axiale Krägen
ausgebildet, wobei der die innere Rohrwandung 1b bildende
Kragen zur Erzielung des Abstands l gegenüber dem die
äußere Rohrwandung 1a bildenden Kragen einfach entspre
chend verkürzt ist. Der hintere, massive Rohrabschnitt
kann als Zylindermantel mit zylindrischer Innen- und
Außenoberfläche ausgebildet sein. Im dargestellten Aus
führungsbeispiel ist lediglich eine zylindrische Innen
oberfläche 10 vorgesehen. Die Außenoberfläche ist zwecks
Materialeinsparung und Gewichtserleichterung als Profil
rohr 11 mit einer gewellten Oberfläche ausge
bildet, die, wie am besten aus Fig. 3 erkennbar ist,
Wellenberge 11a und Wellentäler 11b enthält. Die axialen
Bohrungen 4 können dabei, wie Fig. 3 weiter zeigt, im
Bereich der Wellenberge 11a vorgesehen sein, so daß sich
genügend, die Bohrungen 4 umgebendes Fleisch ergibt. Die
Wellentäler 11b sind stirnseitig, wie Fig. 2 erkennen
läßt, durch Stirnwände abgeschlossen. Eine ähnliche Pro
filrohrausführung im hinteren, von den Bohrungen 4 durch
setzten Bereich könnte auch im Zusammenhang mit der Aus
führung gemäß Fig. 1 Anwendung finden.
Im Bereich zwischen den axialen Bohrungen 4 sind radiale
Ausnehmungen 12 vorgesehen, die als Rezirkula
tionsöffnungen fungieren, über die Verbrennungsprodukte
von außerhalb des Flammrohrs in den
Brennraum 3 hinein rezirkulieren können. Die
Radialausnehmungen 12 sind
gleichmäßig auf den Umfang verteilt. Im darge
stellten Beispiel befinden sich die Radialausnehmungen 12
im Bereich der Wellentäler 11b und sind
so zwischen den Bohrungen 4 positioniert, daß sich hier
mit keine Verschneidung ergibt. Die Ausbildung der der
Lufteinmündung 6 zugeordneten Versorgungseinrichtung als
in Umfangsrichtung voneinander distanzierte Bohrungen 4
erleichtert die Anbringung der
Radialausnehmungen
12. Diese sind im Bereich des hinteren Drittels der Gesamt
länge L
positioniert. Rezirkulationsöffnungen vorstehend umrisse
ner Art könnten selbstverständlich auch bei der Anordnung
gemäß Fig. 1 vorgesehen sein, die ebenfalls eine durch
axiale Bohrungen gebildete, der Lufteinmündung 5 zugeord
nete Versorgungseinrichtung enthält.
Das der Fig. 4 zugrundeliegen
de Flammrohr besitzt im Gegensatz zu den vorstehend be
schriebenen Beispielen einen mehrteilig aufgebauten
Rohrmantel 1. Der prinzipielle Aufbau entspricht jedoch
den vorstehend beschriebenen Beispielen. Nachstehend wird
daher in erster Linie auf die Unterschiede eingegangen,
wobei für einander entsprechende Teile gleiche Bezugszei
chen wie oben Verwendung finden.
Das der Fig. 4 zugrundeliegende Flammrohr besteht aus
einem mehrschaligen Rohrmantel 1 mit einer eine äußere
Rohrwandung 1a bildenden, äußeren Muffe, in die eine ko
axial hierzu angeordnete, innere Muffe eingesetzt ist,
die eine innere Rohrwandung 1b bildet. Die beiden
Muffen sind so dimensio
niert, daß sich zwischen ihnen ein umlaufender Ringraum 8
ergibt, an dessen vorderem Ende eine ringspaltförmige
Lufteinmündung 6 vorgesehen ist, über die ein Sekundär
luftstrom in den Brennraum 3 eingeleitet werden kann. Die
die äußere Rohrwandung 1a bildende Muffe ragt über die
die innere Rohrwandung 1b bildende Muffe nach vorne hin
aus, so daß sich ein Abstand l der Lufteinmündung 6 vom
vorderen Ende des Rohrmantels 1 ergibt. Für diesen Ab
stand l gilt im Verhältnis zur Gesamtlänge L die oben im
Zusammenhang mit der Fig. 1 angegebene Bemessungsregel.
Die die äußere Rohrwandung 1a bildende Muffe ist im Bereich der
Lufteinmündung 6 stufenförmig nach innen abgesetzt. Die
Lufteinmündung 6 wird durch die vordere Stirnseite der
die innere Rohrwandung 1b bildenden Muffe und die dieser
zugewandte Stirnseite im Bereich der Stufe 5 begrenzt,
an die sich nach vorne ein Kragen
13 anschließt.
Der hier bis zum hinteren Ende des Rohrmantels 1 durchge
hende Ringraum 8 fungiert als der Lufteinmündung 6 zuge
ordneter Versorgungskanal. Dieser geht hier im Bereich
des hinteren Endes in einen erweiterten Ringraum 14 über,
der an eine Luftquelle angeschlossen ist. Hierbei kann es
sich um dieselbe Luftquelle handeln, die auch zur
Speisung des Primärluftstroms dient, oder um eine hiervon
unabhängige Luftquelle. Dasselbe gilt selbstverständlich
auch für die oben geschilderten Beispiele.
Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen ist jeweils
lediglich eine Lufteinmündung 6 vorgesehen. Es wäre aber
auch denkbar, mehrere derartige Lufteinmündungen 6 in
axialer Staffelung vorzusehen, um eine besonders feinfüh
lige Anpassung an spezielle Verbrennungsbedürfnisse zu
ermöglichen. Die im Zusammenhang mit dem ersten Beispiel
angegebene Bemessungsregel würde dabei für sämtliche
Lufteinmündungen gelten.
Claims (14)
1. Flammrohr für einen Brenner für vergasten flüssigen Brennstoff, mit einem
umlaufenden Rohrmantel (1), der einen von hinten mit Brennstoff
und Primär- sowie Sekundärluft beaufschlagbaren, vorne offenen
Brennraum (3) begrenzt und in dem wenigstens eine zum Brennraum
(3) hin offene, einen gleichmäßig auf den Umfang verteilten
Gesamtquerschnitt aufweisende Lufteinmündung (6) für einen
Sekundärluftstrom vorgesehen ist, welcher wenigstens ein
Versorgungskanal zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Lufteinmündung (6) derart in einer Radialebene
befindet, daß der über die Lufteinmündung (6) in den Brennraum
(3) eintretende Sekundärluftstrom zumindest eine axiale
Richtungskomponente aufweist, und daß der Abstand (l) der
Lufteinmündung (6) vom vorderen Ende des Rohrmantels (1)
höchstens die Hälfte der Gesamtlänge (L) des Rohrmantels (1)
beträgt.
2. Flammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand (l) der Lufteinmündung (6) vom vorderen Ende des
Rohrmantels (1) höchstens ein Drittel der Gesamtlänge (L) des
Rohrmantels (1) beträgt.
3. Flammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Versorgungskanal bzw. die Versorgungskanäle (4, 8) im Bereich
des Rohrmantels (1) verläuft bzw. verlaufen und daß die
Lufteinmündung (6) als umlaufender ringspalt ausgebildet ist.
4. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (1) im Bereich der
Lufteinmündung (6) stufenförmig abgesetzt ist.
5. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der über die Lufteinmündung (6) in den
Brennraum (3) eintretende Sekundärluftstrom eine axiale und
radiale Richtungskomponente aufweist.
6. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Lufteinmündung (6) eine
Leiteinrichtung (9), insbesondere in Form einer trichterförmig
umlaufenden Manschette, vorgesehen ist.
7. Flammrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rohrmantel (1) zumindest in seinem hinteren Bereich massiv
ausgeführt ist und mit zur Lufteinmündung (6) führenden
Bohrungen (4) als Versorgungskanäle versehen ist.
8. Flammrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Rohrmantel (1) zumindest in seinem hinteren, von den axial
ausgebildeten Bohrungen (4) durchsetzten Bereich als eine
gewellte Außenkontur (11a, 11b) aufweisendes Profilrohr (11)
ausgebildet ist und daß die Bohrungen (4) im Bereich der
Wellenberge (11a) angeordnet sind.
9. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (1) gleichmäßig am Umfang
verteilte Radialausnehmungen (12) als Rezirkulationsöffnungen
aufweist.
10. Flammrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Radialausnehmungen (12) im Bereich zwischen den Bohrungen (4)
plaziert sind.
11. Flammrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mit
den Bohrungen (4) unverschnittenen Radialausnehmungen (12) im
Bereich der Wellentäler (11b) plaziert sind.
12. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Radialausnehmungen (12) im
Bereich der hinteren Hälfte der Gesamtlänge (L) des Rohrmantels (1),
insbesondere im Bereich des hinteren Drittels, vorgesehen sind.
13. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest eine Lufteinmündung (6) mit einer
eigenen vom Primärluftstrom unabhängigen Luftquelle verbindbar
ist.
14. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rohrmantel (1) aus Keramik gebildet ist.
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