DE4208611C2

DE4208611C2 - Atmospheric gas burner with a shaft-shaped housing that guides an air flow

Info

Publication number: DE4208611C2
Application number: DE19924208611
Authority: DE
Inventors: Theo Dipl Phys Jannemann
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EON Ruhrgas AG
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: DE4208611A1

Description

Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner mit einem schachtförmigen, einen Luftstrom führenden Gehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an atmospheric gas burner a shaft-shaped housing which carries an air flow the preamble of claim 1.

Aus der DE-PS 31 13 416 ist ein derartiger Gasbrenner bekannt, der dazu dient, einen Gebläseluftstrom durch Mischen mit den Verbrennungsabgasen direkt zu erhitzen, z. B. zur Verwendung in Trocknungsgeräten. Die Gasdüse und der Mischrohreintritt sind durch eine haubenartige Luftströmungsführung vor einem unmittelbaren Zutritt der Gebläseluftströmung geschützt, damit die Verbrennungsluftansaugung durch den Impuls des aus der Gasdüse in das Mischrohr strömenden Brenngases in einer von der Gebläseluftströmung unabhängigen Bypass-Strömung stattfindet. Der Brennerkopf besteht aus einer quer im Gehäuse liegenden scheibenförmigen Brennerplatte, aus der das Gemisch in Gehäuselängsrichtung in eine an die Brennerplatte sich anschließende zylinderförmige Strömungsführung als Gehäuseeinsatz austritt, an deren stromab offenen Austrittsende die Verbrennungsabgase mit dem außenseitig die Strömungsführung umströmenden aufzuheizenden Gebläseluftstrom zusammengeführt werden. In der zylinderförmigen Strömungsführung kann stromab hinter der Brennerplatte ein wassergekühlter Wärmetauscher vorgesehen sein, der von den Verbrennungsabgasen durchströmt wird, bevor diese sich am Austrittsende der Strömungsführung mit dem aufzuheizenden Gebläseluftstrom vermischen. Bei dieser Gasbrennerkonstruktion kann mit der den axialen Gemischaustritt an der Brennerplatte umgebenden zylinderförmigen Strömungsführung der außenseitige Strömungsquerschnitt für den Gebläseluftstrom gleichgroß gebildet werden wie der Strömungsquerschnitt für die Gebläseluft auf der Außenseite der den Mischrohreintritt umgebenden haubenartigen Strömungsführung, damit in der Umgebung des Mischrohreintritts und am Abgasaustrittsende der zylinderförmigen Strömungsführung der gleiche Druck herrscht und der Gasbrenner unabhängig von der Menge und Geschwindigkeit des Gebläseluftstromes mit schadstoffarmer, insbesondere stickoxidarmer Abgaserzeugung betrieben werden kann.Such a gas burner is known from DE-PS 31 13 416 known, which is used to mix a fan air flow to heat directly with the combustion gases, e.g. B. for Use in drying devices. The gas nozzle and the Mixing tube entry are through a hood-like Air flow guidance before direct access to the Fan air flow protected so that the Combustion air intake through the impulse from the gas nozzle fuel gas flowing into the mixing tube in one of the Blower air flow independent bypass flow takes place. The burner head consists of a cross located in the housing disc - shaped burner plate from which the mixture in Longitudinal housing in a to the burner plate itself subsequent cylindrical flow as Housing insert emerges at its downstream open end the combustion exhaust gases with the flow guidance on the outside flowing around to be heated fan air flow merged become. In the cylindrical flow guide can downstream a water-cooled heat exchanger behind the burner plate be provided, which flows through the combustion exhaust gases is before this is at the outlet end of the flow guide mix with the fan air flow to be heated. At this Gas burner construction can with the axial mixture outlet on the burner plate surrounding cylindrical Flow guidance of the outside flow cross section for the Blower airflow are formed the same size as that Flow cross section for the fan air on the outside of the hood-like surrounding the mixing tube inlet Flow guidance, so in the vicinity of the mixing tube inlet and at the exhaust gas outlet end of the cylindrical flow guide the pressure is the same and the gas burner is independent of the amount and speed of the fan air flow with Low pollutant, in particular low nitrogen oxide, exhaust gas generation can be operated.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen atmosphärischen Gasbrenner so auszubilden, daß bei Einsatz in einer senkrecht angeordneten, zylinderförmigen, wassergekühlten Brennkammer eines Heizkessels oder dergleichen unabhängig von dem in der Brennkammer bzw. in dem angeschlossenen Schornstein herrschenden Zug eine stabile schadstoffarme Verbrennung bei modulierender Regelbarkeit der Brennerleistung erreicht werden kann.The object of the invention is a generic Train atmospheric gas burners so that when used in a vertically arranged, cylindrical, water-cooled Combustion chamber of a boiler or the like regardless of in the combustion chamber or in the connected chimney prevailing train a stable low-pollution combustion modulating controllability of the burner output can be achieved can.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung des Gasbrenners gemäß Anspruch 1 gelöst.This task is accomplished by training the gas burner solved according to claim 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gasbrenners ist im Unteranspruch angegeben.An advantageous embodiment of the invention Gas burner is specified in the subclaim.

Durch die Anwendung des Brennzylinders, wie er zum Beispiel für einen Gasbrenner aus dem DE-GM 86 05 654 an sich bekannt ist, wird die Beheizung eines als Wärmetauscher in Form eines zylindrischen Brennkammerwassermantels ausgebildeten Gehäuses günstiger und wird die Bauhöhe des schachtförmigen Gehäuses niedriger als bei der Anwendung eines atmosphärischen Flächenbrenners mit scheibenförmiger Brennerplatte nach Art der DE-PS 31 13 416. Ein zur Beheizung einer senkrecht angeordneten, zylinderförmigen, wassergekühlten Brennkammer eines Heizkessels einsetzbarer Gasbrenner geht aus der DE-PS 37 31 846 hervor.Through the use of the combustion cylinder, for example known for a gas burner from DE-GM 86 05 654 is the heating of a heat exchanger in the form of a cylindrical combustion chamber water jacket trained housing cheaper and the height of the shaft-shaped housing lower than when using an atmospheric Surface burner with disc-shaped burner plate in the manner of DE-PS 31 13 416. One for heating a vertical arranged, cylindrical, water-cooled combustion chamber a gas burner usable gas burner is from DE-PS 37 31 846 forth.

Der Durchmesser des zylinderförmigen Gehäuseeinsatzes ist so viel größer bemessen als der Durchmesser des in den Gehäuseeinsatz hineinragenden Brennzylinders, daß die Abgase zunächst vom Brennzylinderumfang durch Auftrieb zum geschlossenen Ende des Gehäuseeinsatzes hin aufsteigen und nach Umlenkung wieder an der Innenwand des Gehäuseeinsatzes zu dessen offenem unteren Ende abwärts strömen. Durch diese beim Brennerbetrieb entstehende Auftriebsströmung der Abgase im Gehäuseeinsatz kann ein beim Betrieb des Gasbrenners eintretender Anstieg des Strömungswiderstandes am Gemischaustritt auf dem Umfang des Brennzylinders zumindest teilweise wieder kompensiert werden. Die Auftriebsströmung kann durch die Wahl der Höhe des zylinderförmigen Gehäuseeinsatzes genau festgelegt werden und bleibt auch relativ konstant durch seine Abkopplung von der Sekundärluftströmung, die in dem Gehäuse zur Außenseite des Brennzylinders strömt und vor Erreichen des unteren offenen Endes des zylinderförmigen Gehäuseeinsatzes radial nach außen zu dem ringförmigen Strömungskanal als Abgaskanal zwischen Gehäuseeinsatz und Gehäuseinnenwandung ausweichen muß. Der Gehäuseeinsatz kann hierfür den Brennzylinderumfang über seine gesamte axiale Länge oder gegebenenfalls auch nur über einen Teil der axialen Länge in einem radialen Abstand umhüllen.The diameter of the cylindrical housing insert is dimensioned so much larger than the diameter of the in the Housing insert protruding combustion cylinder that the exhaust gases first from the circumference of the combustion cylinder through buoyancy to climb up the closed end of the housing insert and after Redirection again on the inner wall of the housing insert flow down the open lower end. Through this at Burner operation creates buoyancy flow of the exhaust gases in the Housing insert can be used when operating the gas burner occurring increase in flow resistance on At least mixture escapes on the circumference of the combustion cylinder partially compensated again. The buoyancy flow can by choosing the height of the cylindrical housing insert are precisely defined and remain relatively constant its decoupling from the secondary air flow that is in the Housing flows to the outside of the combustion cylinder and in front Reaching the lower open end of the cylindrical Housing insert radially outward to the annular Flow duct as an exhaust duct between the housing insert and Dodge the inner wall of the housing. The housing insert can for this the combustion cylinder circumference over its entire axial length or possibly only over part of the axial length envelop at a radial distance.

Die vorgenannte Abkopplung bewirkt eine weitgehende Unabhängigkeit der Sekundärluftströmung von unterschiedlichen Brennerbelastungen, so daß ein modulierender Betrieb des Gasbrenners bis herunter zu ca. 40% der Nennbelastung möglich ist ohne Wirkungsgradeinbußen und auch mit niedrigen Schadstoffemissionen.The above-mentioned decoupling has a far-reaching effect Independence of the secondary air flow from different ones Burner loads, so that a modulating operation of the Gas burner down to approx. 40% of the nominal load possible is without loss of efficiency and also with low Pollutant emissions.

Mit der Anordnung des einen geschlossenen Brennkammerteil bildenden Gehäuseeinsatzes in einem als Brennkammerwassermantel ausgebildeten Gehäuse wird weiterhin erreicht, daß durch die Strahlungswärme des Brennzylinders und des heißen Gehäuseeinsatzes einer Abgaskondensation und daraus resultierenden Korrosionserscheinung an den Wärmeaustauschflächen im oberen, besonders gefährdeten Teil des Gehäuses bzw. Brennkammerwassermantels entgegengewirkt wird.With the arrangement of a closed combustion chamber part forming housing insert in a combustion chamber water jacket trained housing is still achieved by that Radiant heat of the combustion cylinder and the hot one Housing use of an exhaust gas condensation and from it resulting corrosion on the Heat exchange surfaces in the upper, particularly vulnerable part of the Housing or combustion chamber water jacket is counteracted.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Axialschnitt dargestellt.In the drawing is a preferred embodiment the invention shown in an axial section.

Der atmosphärische Gasbrenner enthält ein senkrecht angeordnetes schachtförmiges Gehäuse 1 mit dem Lufteintritt am unteren Gehäuseende und mit dem Abgasaustritt am oberen Gehäuseende. In dem Gehäuse sind zwei aus Gasdüse 2 und Mischrohr 3 bestehende Systeme vorhanden, die in einen gemeinsamen Brennzylinder 4 münden, aus dem das Gemisch radial aus einer Vielzahl von Austrittsöffnungen am Zylinderumfang zur Flammenbildung austritt. Die Gasdüsen 2 und die Mischrohreintritte 5 sind von einer haubenartigen Strömungsführung 6 umgeben und gegenüber dem offenen unteren Gehäuseende und dem eintretenden Luftstrom abgedeckt. Die atmosphärische Verbrennungsluftansaugung in die Mischrohreintritte 5 ist dadurch weitgehend von einem im Gehäuseinnenraum herrschenden Kaminzug unabhängig. Stromab hinter dem Brennzylinder 4 ist im Gehäuseinnenraum ein zylinderförmiger Gehäuseeinsatz 7 angeordnet, dessen Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser des Brennzylinders 4 und der in einem Abstand von der geschlossenen Brennzylinderstirnseite 8 durch eine Querwand 9 verschlossen ist. Der Gehäuseeinsatz 7 hat eine solche Länge, daß er den Brennzylinderumfang über dessen gesamte axiale Länge in einem radialen Abstand umhüllt. Mit der Gehäuseinnenwandung, die im wärmebeaufschlagten Bereich durch einen Wassermantel 10 gekühlt ist, begrenzt der Gehäuseeinsatz 7 einen ringzylindrischen, von Abgas beaufschlagten Strömungskanal 11, der mit Wärmeübertragungsrippen der wassergekühlten Gehäuseinnenwandung durchsetzt ist. Der Gehäuseeinsatz 7 bildet einen nach oben geschlossenen oberen Teil der von dem Gehäuse 1 umgebenen Brennkammer. The atmospheric gas burner contains a vertically arranged shaft-shaped housing 1 with the air inlet at the lower end of the housing and with the exhaust gas outlet at the upper end of the housing. In the housing there are two systems consisting of gas nozzle 2 and mixing tube 3 , which open into a common combustion cylinder 4 , from which the mixture emerges radially from a plurality of outlet openings on the cylinder circumference for flame formation. The gas nozzles 2 and the mixing tube inlets 5 are surrounded by a hood-like flow guide 6 and covered with respect to the open lower housing end and the incoming air flow. The atmospheric combustion air intake into the mixing tube entries 5 is thus largely independent of a chimney draft prevailing in the interior of the housing. Downstream of the combustion cylinder 4 , a cylindrical housing insert 7 is arranged in the interior of the housing, the diameter of which is significantly larger than the diameter of the combustion cylinder 4 and which is closed at a distance from the closed end 8 of the combustion cylinder by a transverse wall 9 . The housing insert 7 has a length such that it envelops the circumference of the combustion cylinder over its entire axial length at a radial distance. With the housing inner wall, which is cooled in the heat-affected area by a water jacket 10 , the housing insert 7 delimits a ring-cylindrical flow channel 11 , which is acted upon by exhaust gas and is penetrated by heat transfer fins of the water-cooled housing inner wall. The housing insert 7 forms an upwardly closed upper part of the combustion chamber surrounded by the housing 1 .

Beim Brennerbetrieb entsteht ein Auftrieb der Abgase aus der unmittelbaren Nähe des Brennzylinderumfangs in den geschlossenen oberen Bereich des Gehäuseeinsatzes 7, aus dem die Abgase in einer vom Brennzylinder 4 radial entfernten Umkehrströmung zum unteren offenen Ende des Gehäuseeinsatzes 7 zurückströmen. Dieser Auftrieb der Abgase bewirkt einen zumindest teilweisen Ausgleich der beim Brennerbetrieb am Gemischaustritt auf dem Umfang des Brennzylinders 4 entstehenden Strömungswiderstandszunahme, und aufgrund der Abschirmung gegenüber der vom unteren Lufteintritt zum oberen Abgasaustritt des Gehäuses 1 hochsteigenden Sekundärluftströmung bleibt der Abgasauftrieb vom Brennzylinder 4 in den geschlossenen Bereich des Gehäuseeinsatzes 7 verhältnismäßig konstant, so daß unabhängig von dem die Sekundärluftströmung erzeugenden Kaminzug optimale und im wesentlichen konstant bleibende Strömungsverhältnisse in der Bypass-Strömung von den Mischrohreintritten 5 bis zum Gemischaustritt am Brennzylinderumfang eingestellt werden können, um eine schadstoffarme und insbesondere stabile Verbrennung des Brenngases zu erhalten.During burner operation, a lift of the exhaust gases from the immediate vicinity is formed of the combustion cylinder circumference in the closed upper portion of the housing insert 7, to flow back from the exhaust gases in a radially remote from the combustion cylinder 4 reverse flow to the lower open end of the housing insert. 7 This buoyancy of the exhaust gases brings about an at least partial compensation for the increase in flow resistance occurring on the periphery of the combustion cylinder 4 at the mixture outlet at the mixture outlet, and due to the shielding against the secondary air flow rising from the lower air inlet to the upper exhaust outlet of the housing 1 , the exhaust gas lift from the combustion cylinder 4 remains in the closed area of the housing insert 7 is relatively constant, so that regardless of the chimney draft generating the secondary air flow, optimal and essentially constant flow conditions in the bypass flow from the mixing tube inlets 5 to the mixture outlet on the circumference of the combustion cylinder can be adjusted in order to ensure low-pollutant and, in particular, stable combustion of the fuel gas receive.

Claims

1. Atmospheric gas burner with a shaft-shaped housing ( 1 ) carrying an air flow, in which at least one gas nozzle ( 2 ) with a downstream conically expanded mixing tube ( 3 ) and a subsequent burner head with a plurality of mixture outlet openings and a latter arranged coaxially with the burner head and the combustion zone is arranged behind the cylindrical housing insert ( 7 ) surrounding the burner head, which on the outside forms an annular flow channel ( 11 ) with the housing ( 1 ), characterized in that the burner head consists of heating a vertically arranged, cylindrical, water-cooled combustion chamber there is a combustion cylinder ( 4 ) with a radial mixture outlet and a downstream end face ( 8 ) and that the housing insert ( 7 ) is designed with a diameter exceeding the combustion cylinder diameter and downstream at a distance from the end face ( 8 ) of the combustion cylinder d is closed by a transverse wall ( 9 ) and envelops the combustion cylinder ( 4 ) over at least part of its axial length.

2. Atmospheric gas burner according to claim 1, characterized in that the flow channel ( 11 ) surrounding the housing ( 1 ) is formed by a water-cooled, flue gas side finned heat exchanger wall.