DE4327497A1 - Zerstäuberdüse für einen Brenner sowie Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäuberdüse für einen Brenner mit einer Einlaßöffnung für einen Brenn­ stoffstrom, Abstrahlkanälen für einen Zerstäubergas­ strom, einem Düsenraum, in den die Einlaßöffnung und die Abstrahlkanäle münden und in dem der Brennstoffstrom mit dem Zerstäubergasstrom mischbar ist, und einer Auslaß­ öffnung, durch die hindurch der gemischte Brennstoff-/ Zerstäubergasstrom aus dem Düsenraum der Zerstäuberdüse strömt; des weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen mit einer derartigen Zerstäuberdüse ausgerüsteten Brenner.

Bei derartigen Zerstäuberdüsen bzw. Brennern wird der durch das Zerstäubergas verdrallte Brennstoff-/Zerstäubergasstrom stromab der Zerstäuberdüse, d. h. nach seinem Austritt aus der Zerstäuberdüse, mit einem Verbrennungsluftstrom beauf­ schlagt. Der Verbrennungsluftstrom hat normalerweise einen anderen Strömungsdruck als der Zerstäubergasstrom und ver­ läuft normalerweise außen an der Zerstäuberdüse vorbei. So­ wohl für den Zerstäubergasstrom als auch für den Verbren­ nungsluftstrom muß jeweils ein aufwendiges Luftverteilungs­ system sowie ein Verdichteraggregat vorgesehen werden. Dem­ entsprechend ergibt sich bei dem bekannten Brenner ein ver­ gleichsweise großer technischer Aufwand für die Zurverfü­ gungstellung sowohl des Zerstäubergas- als auch des Ver­ brennungsluftstroms.

Des weiteren hat sich herausgestellt, daß bei den herkömm­ lichen Brennern sehr häufig Beschädigungen der Flammrohre auftraten. Dies geht darauf zurück, daß die Vereinigung zwi­ schen dem Brennstoff-/Zerstäubergasstrom und dem Verbrennungs­ luftstrom in einem nahe dem Innenumfang des Flammrohres angeordneten Mischungsbereich erfolgt, was zu einer plötzlich auftretenden Temperaturerhöhung im Flammrohr bzw. in dessen Wandung führt. Diese Temperaturerhöhung erfolgt bei bekannten gattungsgemäßen Brennern mit einem Temperaturgradienten von ca. 200 Grad C/mm Rohrlänge; der Temperaturgradient ist deshalb so groß, weil der durch den nahe ihm stattfindenden Verbrennungsvorgang bereits erheblich erhitzte Brennstoff-/ Zerstäubergasstrom in dem genannten Mischbereich bzw. Misch­ abschnitt mit der kalten Verbrennungsluft zusammentrifft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zerstäuber­ düse für einen Brenner und damit einen Brenner zu schaffen, die bzw. der mit erheblich geringerem technischen Aufwand realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zerstäuberdüse eine Nebenauslaßöffnung aufweist, durch die hindurch Zerstäubergas unter Umgehung des Düsenraums der Zerstäuberdüse aus dieser abströmt und daß der Strömungs­ querschnitt der Abstrahlkanäle und der Nebenauslaßöffnung ausreichend groß ist, um die für den Verbrennungsvorgang erforderliche Verbrennungsluft durch die Abstrahlkanäle mit dem bzw. als Zerstäubergas in den Düsenraum der Zerstäuber­ düse abzustrahlen bzw. durch die Nebenauslaßöffnung der Zer­ stäuberdüse aus dieser abzulassen. Bei dieser Ausgestaltung, bei der sowohl das Zerstäubergas als auch das Verbrennungsgas durch die Zerstäuberdüse dem Brennstoffstrahl bzw. dem Brenn­ stoff-/Zerstäubergasstrom beigemischt werden, entfällt die Notwendigkeit zweier unabhängiger Gas- bzw. Luftzufuhrsysteme. Des weiteren kann ein Verdichteraggregat entfallen. Weiter­ hin kann ein den Brenner in seiner hänge in ungünstiger Wei­ se vergrößerndes Zwischenteil für die Verbrennungs- bzw. Sekundärluft entfallen, wodurch sich darüber hinaus die Mon­ tage des Brenners erheblich vereinfacht. Da zur Einleitung des Zerstäuber- und Verbrennungsgases zusätzlich die Neben­ auslaßöffnung zur Verfügung steht, kann der Druck, mit dem die Zerstäuberdüse bzw. eine Zerstäubergaszufuhrleitung beaufschlagt ist, vergleichsweise niedrig sein. Dennoch wird durch die Zerstäubergasdüse sowohl die für die Zerstäubung als auch die für die Stöchiometrisierung der Verbrennung erfor­ derliche Gasmenge eingeleitet.

Sofern die Abstrahlkanäle in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des aus der Einlaß­ öffnung austretenden Brennstoffstroms angeordnet sind und ihre Längsachsen einen Abstand zur Hauptströmungs- bzw. Mittelachse des Brennstoffstroms aufweisen, ergibt sich ein besonders intensiver Zerstäubungs- und damit kombinierter Verdrallungsvorgang.

Die vermischte und verdrallte Brennstoff-/Zerstäubergas­ strömung schmiegt sich an die den Düsenraum ausbildende Wandung an und tritt in gewünschter Weise im wesentlichen in Radialrichtung in bezug auf die Hauptströmungsachse aus der Auslaßöffnung des Düsenraums aus, wenn sich der Düsen­ raum in Hauptströmungsrichtung des aus der Einlaßöffnung austretenden Brennstoffstroms erweitert.

Günstige Verhältnisse bei der Einstrahlung der Zerstäuber­ gasstrahlen durch die Abstrahlkanäle und bei der Verdrallung und Anschmiegung der Strömung aus Zerstäubergas und Brenn­ stoff werden insbesondere erreicht, wenn der Düsenraum einen einlaßöffnungsseitigen, etwa zylindrischen Eingangsabschnitt, in den die Abstrahlkanäle münden, und einen sich trompeten­ artig erweiternden auslaßöffnungsseitigen Ausgangsabschnitt aufweist. Hierdurch wird eine nahezu vollständige Anschmie­ gung der die Auslaßöffnung verlassenden Strömung erreicht.

Eine konstruktiv in einfacher Weise verwirklichbare Ausge­ staltung der erfindungsgemäßen Zerstäuberdüse ergibt sich, wenn die Zerstäubergasdüse ein die Einlaßöffnung, die Ab­ strahlkanäle, den Düsenraum und die Auslaßöffnung ausbilden­ des Düseninnenteil und ein das Düseninnenteil im Abstand um­ gebendes Düsenaußenteil aufweist, dessen Vorderinnenkante mit der Vorderaußenkante des Düseninnenteils die ringförmige Nebenauslaßöffnung ausbildet.

Besonders günstige Strömungs- und Mischungsverhältnisse er­ geben sich in demjenigen Bereich, in dem der aus der Auslaß­ öffnung der Innendüse austretende Brennstoff-/Zerstäubergas­ strom auf den aus der Nebenauslaßöffnung austretenden Ver­ brennungsgasstrom trifft, wenn sich die Innenmantelfläche des Düsenaußenteils trompetenartig erweitert. Hierdurch er­ gibt sich auch für den letztgenannten Verbrennungsgasstrom eine radiale Ausströmung in bezug auf die Hauptströmungs­ achse der Zerstäuberdüse.

Die Parallelität der beiden aus der Zerstäuberdüse aus treten­ den Strömungen gewährleistet eine gute Durchmischung der bei­ den genannten Strömungen.

Sofern auf der Außenmantelfläche des Düseninnenteils Radial­ vorsprünge ausgebildet sind, auf deren freien Enden das Dü­ senaußenteil geführt ist, ergibt sich zum einen eine in ein­ facher Weise durchführbare Montage der Zerstäuberdüse und zum anderen eine exakte und korrekte Positionierung des Dü­ senaußenteils in bezug auf das Düseninnenteil.

Mittels einer schrägen Anordnung der Radialvorsprünge in bezug auf die Hauptströmungsrichtung der Zerstäuberdüse kann der durch die Nebenauslaßöffnung austretende Gasstrom in gewünschter Weise verdrallt werden.

Die erfindungsgemäße Zerstäuberdüse kann in einfacher Weise an hinsichtlich ihres Heizwerts differierende Brenngase an­ gepaßt werden, wenn der Strömungsquerschnitt der Nebenaus­ laßöffnung variierbar ist. Die erfindungsgemäße Zerstäuber­ düse bzw. der mit der erfindungsgemäßen Zerstäuberdüse aus­ gerüstete Brenner ist nicht auf den Einsatz von Reichgasen, wie z. B. Propan, Butan, Erdgas od. dgl., beschränkt. Die Heiz­ leistung des erfindungsgemäßen Brenners ist auch bei Einsatz von Gasen mit niedrigen Brennwerten vergleichsweise hoch.

In einfacher Weise läßt sich eine Verstellung des Strömungs­ querschnitts der Nebenauslaßöffnung erreichen, wenn das Dü­ seninnenteil und das Düsenaußenteil in Hauptströmungsrich­ tung zueinander versetzbar sind.

Eine derartige in Axialrichtung erfolgende Versetzung des Düseninnenteils und des Düsenaußenteils kann in konstruktiv einfacher Weise verwirklicht werden, wenn das Düseninnenteil fest mit einem Innenrohr einer an die Zerstäuberdüse ange­ schlossenen Zerstäubergaszufuhrleitung verbunden ist, wobei das Innenrohr einen Außengewindeabschnitt aufweist, der in einem Innengewindeteil, das fest mit einem fest mit dem Düsenaußenteil der Zerstäuberdüse verbundenen Außenrohr der Zerstäubergaszufuhrleitung verbunden ist, verstellbar ist. So kann z. B. durch eine Rückwärtsversetzung des Düseninnen­ teils der Spalt zwischen einer Außenkante der Auslaßöffnung des Düseninnenteils und der Innenwandung der Nebenauslaßöff­ nung verkleinert werden.

Wenn das den Brenner ofenseitig koaxial umgebende Flammrohr an einem nahe seinem Befestigungsabschnitt und stromauf des eigentlichen Verbrennungsbereichs des Brenners angeordneten Umfangsabschnitt mit mehreren in Umfangrichtung des Flamm­ rohres zueinander beabstandeten Radialdurchlässen ausgebil­ det ist, kann aufgrund des bei der Verbrennung und wegen einer Einschnürung des Flammrohres auftretenden Überdrucks eine Strömung von Verbrennungsgasen in Richtung auf die Radialdurchlässe erzeugt werden, mittels der eine gleich­ mäßig ansteigende Erwärmung der Wandung des Flammrohres in Strömungsrichtung bewerkstelligbar ist. Durch die genannten Maßnahmen kann der Temperaturgradient, mit dem die Tempera­ tur in der Wandung des Flammrohres in Strömungsrichtung an­ steigt, auf ca. 10 Grad C/mm Rohrlänge reduziert werden.

Um zu vermeiden, daß das Flammrohr im Bereich seines Be­ festigungsabschnitts zu stark erwärmt wird, kann eine ab­ kühlende Gegenströmung erzeugt werden, indem in der Zer­ stäubergaszufuhrleitung stromab des Befestigungsabschnitts des Flammrohres Durchlaßbohrungen ausgebildet werden.

Wenn koaxial zum vorzugsweise aus Siliciumkarbid ausge­ bildeten Flammrohr innerhalb desselben ein Quarzrohr ange­ ordnet ist, kann das Flammrohr durch das vergleichsweise unempfindliche Quarzrohr auch bei im Betrieb zuweilen auf­ tretenden unsymmetrischen Ausströmverhältnissen gegen unzu­ lässige lokale thermische Überbelastungen geschützt werden.

Eine Brenngasdüse kann in einfacher Weise gegen eine Öldüse ausgetauscht werden, wenn die Brenngas- bzw. Öldüse mittels eines in Strömungsrichtung vorgespannten Spannrohres in An­ lage an die Zerstäuberdüse drückbar ist. Zum Austausch der betreffenden Düse und ihren Ersatz durch die jeweils andere Düse muß dann lediglich der Andruck zwischen der betreffen­ den Düse und der Zerstäuberdüse aufgehoben werden, wonach die genannte Düse in einfacher Weise ausgetauscht werden kann. Der erfindungsgemäße Brenner ist somit sowohl als Gas- als auch als Ölbrenner betreibbar.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Ausführungs­ form unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Düseninnenteil einer erfindungsgemäßen Zerstäuberdüse;

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Düseninnenteil gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Düseninnenteils;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein Düsenaußenteil der erfindungsgemäßen Zerstäuberdüse;

Fig. 6 eine Vorderansicht des in Fig. 5 dargestellten Düsenaußenteils; und

Fig. 7 eine Seitenansicht des in den Fig. 5 und 6 dargestellten Düsenaußenteils.

In einem in Fig. 1 dargestellten Brenner, der sowohl mit einem Brenngas als auch mit Öl betreibbar ist, wird Brenn­ gas bzw. Öl aus einer Brenngas- bzw. Öldüse 1 abgestrahlt und in einer Zerstäuberdüse 2 mit einem Zerstäubergas ge­ mischt und von Zerstäubergasstrahlen verdrallt; mit dem Zerstäubergas und durch die Zerstäuberdüse 2 wird der aus der Brenngas- bzw. Öldüse 1 abgestrahlte Brennstoffstrom auch mit dem Verbrennungsluftstrom beaufschlagt.

Die Brenngas- bzw. Öldüse 1 ist über einen Düsenhalter 3 an eine Brenngas- bzw. Ölzufuhrleitung 4 angeschlossen, in der nicht dargestellte Ventile vorgesehen sind und die an eine ebenfalls nicht dargestellte Brennstoffpumpe ange­ schlossen ist; hierdurch wird die Brenngas- bzw. Öldüse 1 mit einem einstellbaren Brennstoffstrom versorgt. Die Brenn­ gas- bzw. öldüse 1 dient zur Dosierung eines Brennstoff­ strahls und ist darüber hinaus in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß der sie verlassende Brennstoffstrahl mit einem um seine Hauptströmungsachse 5 herum gerichteten Drall beaufschlagt ist. Im Falle des Gasbetriebs des vorstehend ge­ schilderten Brenners können in der Brenngaszufuhrleitung 4 Wirbulatoren bzw. eine Wirbulatoreinrichtung vorgesehen sein, um die Drallwirkung zu erzeugen.

In Strömungsrichtung des Brennstoffstrahls ist hinter der Brenngas- bzw. Öldüse 1 die Zerstäuberdüse 2 angeordnet. Die Zerstäuberdüse 2 besteht im wesentlichen aus dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Düseninnenteil 6 und dem in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Düsenaußenteil 7.

Das Düseninnenteil 6 hat einen der Brenngas- bzw. Öldüse 1 zugeordneten Anschlußabschnitt 8, und eine Einlaßöffnung 9, durch die hindurch der die Brenngas- bzw. Öldüse 1 verlas­ sende Brennstoffstrahl in den Innenraum des Düseninnenteils 6 eindringt. Der Innenraum des Düseninnenteils 6 gliedert sich in einen etwa zylindrischen, einlaßöffnungsseitigen Eingangsabschnitt 10 und einen sich daran anschließenden, sich trompetenartig erweiternden Ausgangsabschnitt 11. Der trompetenartig sich erweiternde Ausgangsabschnitt 11 endet in einer Auslaßöffnung 12, durch die hindurch der vermischte und verdrallte Brennstoff-/Zerstäubergasstrom aus dem Düsen­ innenteil 6 der Zerstäuberdüse 2 austritt.

In dem aus dem Eingangsabschnitt 10 und dem Ausgangsabschnitt 11 bestehenden Düsenraum 10, 11 des Düseninnenteils 6 der Zerstäuberdüse 2 findet die Vermischung und Verdrallung des aus der Brenngas- bzw. Öldüse 1 austretenden Brennstoffstroms mit einem Zerstäubergasstrom statt. Zur Einleitung des Zer­ stäubergasstroms weist das Düseninnenteil 6 der Zerstäuber­ düse 2 Abstrahlkanäle 13 auf, die nahe dem einlaßöffnungs­ seitigen Ende des Eingangsabschnitts 10 des Düsenraums 10, 11 angeordnet und etwa in Radialrichtung der Zerstäuberdüse 2 verlaufend ausgebildet sind. Die Abstrahlkanäle 13 sind im gleichen Umfangsabstand zueinander um die Mittelachse des Düsenraums 10, 11 bzw. die Hauptströmungsachse 5 des Brenn­ stoffstrahls herum angeordnet. Die Längsachsen 14 der Ab­ strahlkanäle 13 schneiden jedoch nicht die senkrecht zu ihnen verlaufende Mittelachse bzw. Hauptströmungsachse 5, sondern sind mit einem Abstand 15 parallel versetzt zu die Mittelachse bzw. die Hauptströmungsachse 5 schneidenden Ra­ dien angeordnet, wie sich insbesondere aus Fig. 3 ergibt, die einen Querschnitt durch das Düseninnenteil 6 im Bereich der Abstrahlkanäle 13 zeigt.

Auf der Außenmantelfläche des Düseninnenteils 6 der Zer­ stäuberdüse 2 sind - etwa im Bereich des Übergangs vom etwa zylindrischen Eingangsabschnitt 10 zum trompetenartig sich erweiternden Ausgangsabschnitt 11 des Düsenraums 10, 11 Radialvorsprünge 16 mit gleichen Abständen zueinander aus­ gebildet. Auf den freien Enden dieser Radialvorsprünge 16 ist das Düsenaußenteil 7 mit seiner Innenmantelfläche 17 gehaltert. Die Radialvorsprünge 16 sind bezüglich der Haupt­ strömungsachse 5 abgeschrägt, wie sich insbesondere aus Fi­ gur 4 ergibt. Zwischen der Außenmantelfläche des Düseninnen­ teils 6 und der Innenmantelfläche 17 des Düsenaußenteils 7 ist ein im Querschnitt ringförmiger Strömungsspalt ausge­ bildet, der in einer Nebenauslaßöffnung 18 der Zerstäuber­ düse 2 endet. Diese Nebenauslaßöffnung 18 wird durch die Vor­ derinnenkante 19 des Düsenaußenteils 7 und die Vorderaußen­ kante 20 des Düseninnenteils 6 begrenzt und ist demgemäß ringförmig.

Die Innenmantelfläche 17 des Düsenaußenteils 7 ist im Be­ reich vor der Nebenauslaßöffnung 18 sich trompetenartig er­ weiternd ausgebildet, so daß sich eine Parallelität zwi­ schen dem aus der Nebenauslaßöffnung 18 der Zerstäuber­ düse 2 austretenden Zerstäubergasstrom und dem aus der Auslaßöffnung 12 des Düseninnenteils 6 austretenden Zer­ stäubergas-/Brenngasstrom ergibt. Hierdurch und durch die aufgrund der in bezug auf die Hauptströmungsachse 5 schrä­ gen Anordnung der Radialvorsprünge 16 erzeugten Verdrallung dem aus der Nebenauslaßöffnung 18 austretenden Zerstäuber­ gasstroms ergibt sich eine vorteilhafte Vermischung dieses Zerstäubergasstroms mit dem Zerstäubergas-/Brennstoffstrom, ohne daß die im wesentlichen radiale Abströmung aus der Zer­ stäuberdüse 2 gestört würde.

Das Düsenaußenteil 7 ist in Axialrichtung der Zerstäuber­ düse 2 bewegbar auf den auf der Außenmantelfläche des Düsen­ innenteils 6 ausgebildeten Radialvorsprüngen 16 gehaltert. Demgemäß ist es möglich, das Düseninnenteil 6 in bezug auf das Düsenaußenteil 7 in Axialrichtung der Zerstäuberdüse 2 zu bewegen. Hierdurch wird der Strömungsquerschnitt der Nebenauslaßöffnung 18 der Zerstäuberdüse 2 variiert. Durch Variation dieses Strömungsquerschnitts kann derjenige An­ teil des der Zerstäuberdüse 2 zugeführten Zerstäubergases variiert werden, der durch die Abstrahlkanäle 13 in den Eingangsabschnitt 10 des Düseninnenteils 6 eingeleitet wird. Somit ist eine Anpassung der Zerstäuberdüse 2 an die unter­ schiedliche Qualität von der Zerstäuberdüse 2 zugeführten Zerstäubergasen möglich.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine die Zerstäuberdüse 2 an eine nicht dargestellte Druckgas­ quelle anschließende Zerstäubergaszufuhrleitung 21 als Ringleitung ausgebildet, deren Innenrohr 22 fest mit dem Anschlußabschnitt 8 des Düseninnenteils 6 der Zerstäuber­ düse 2 verbunden ist, während ein Außenrohr 23 der Zerstäuber­ gaszufuhrleitung 21 fest mit dem Düsenaußenteil 7 der Zer­ stäuberdüse 2 verbunden ist. Das Innenrohr 22 weist einen Außengewindeabschnitt 24 auf, der mit einem fest mit dem Außenrohr 23 der Zerstäubergaszufuhrleitung 21 verbundenen Innengewindeteil 25 in Gewindeeingriff ist. Durch Drehung des Innenrohrs 22 kann somit die Axialstellung des Düsen­ innenteils 6 der Zerstäuberdüse 2 in bezug auf das Düsen­ außenteil 7 der Zerstäuberdüse 2 geändert und damit der Öffnungsquerschnitt der Nebenauslaßöffnung 18 verändert werden.

Wie bereits vorstehend erläutert, ist die Zerstäuberdüse 2 über die im Brennerbereich koaxial zur Brenngas-/Ölzufuhr­ leitung 4 verlaufende ringförmige Zerstäubergaszufuhrlei­ tung 21 an die im einzelnen nicht dargestellte Druckgas­ quelle angeschlossen. Als Zerstäuber- bzw. Druckgas kann z. B. Luft, Sauerstoff oder Wasserdampf dienen. Der Zer­ stäubergasstrom wird auf die Abstrahlkanäle 13 und die Ne­ benauslaßöffnung 18 der Zerstäuberdüse 2 aufgeteilt; aus den Abstrahlkanälen 13 trifft der Zerstäubergasstrom mit hoher Geschwindigkeit quasi tangential bzw. sekantial auf den im Eingangsabschnitt 10 des Düsenraums 10, 11 des Dü­ seninnenteils 6 befindlichen Brennstoffstrahl und beauf­ schlagt diesen demgemäß mit einem Drall, der dem ursprüng­ lichen, durch die Brenngas- bzw. Öldüse vorgegebenen Drall des Brennstoffstrahls gleichsinnig oder entgegengesetzt sein kann. Hierdurch entsteht der gut durchmischte, den Düsenraum 10, 11 der Zerstäuberdüse 2 und dessen Auslaß­ öffnung 12 etwa radial zur Mittelachse 5 des Düsenraums 10, 11 verlassende Brenngas-/Zerstäubergas- bzw. Öl-/Zerstäuber­ gasstrom.

Die Strömungsquerschnitte der Abstrahlkanäle 6 sind gemein­ sam mit dem Strömungsquerschnitt der Nebenauslaßöffnung 18 der Zerstäuberdüse 2 ausreichend groß, um eine Beaufschla­ gung des Brennstoffstroms auch mit dem Verbrennungsgas, z. B. Verbrennungsluft, in dem Maße zuzulassen, daß der eigent­ liche Verbrennungsvorgang bei stöchiometrischen Verhältnis­ sen abläuft. Das gesamte zur Durchführung einer einwand­ freien Verbrennung erforderliche Verbrennungsgas wird dem Brennstoffstrom somit durch die Zerstäuberdüse 2 mit dem bzw. als Zerstäubergasstrom zugemischt.

Der eigentliche Verbrennungsvorgang erfolgt in einem den Gas- bzw. Ölbrenner koaxial umgebenden und in Strömungs­ richtung über den Brenner vorstehenden Flammrohr 26.

Infolge der durch den auferlegten Drall verursachten Zentri­ fugalkräfte strömt der gemischte Brenngas-/Zerstäubergas­ bzw. Öl-/Zerstäubergasstrom entlang der nach außen gekrümmten Hüllfläche des Ausgangsabschnitts 11 des Düsenraums 10, 11 der Zerstäuberdüse 2 und verläßt ihn in vornehmlich radialer Richtung, d. h. etwa senkrecht zur Hauptströmungsachse 5 des aus der Brenngas- bzw. Öldüse 1 austretenden Brennstoff­ strahls unter Ausbildung eines achsnahen, rotationssymme­ trischen Raums statischen Unterdrucks. Auch der die Neben­ auslaßöffnung 18 verlassende Zerstäubergasstrom ist etwa radial zur Hauptströmungsachse 5 bzw. Mittelachse 5 der Zerstäuberdüse 2 gerichtet. Ein Teil des brennenden, hoch­ erhitzten Gemisches wird unter Ausbildung eines Toroids in den genannten achsnahen Raum statischen Unterdrucks zu­ rückgesaugt, wo es sich dem radial abströmenden Brenngas-/ Zerstäubergas- bzw. Öl-/Zerstäubergasstroms beimengt, auf diesen einen Teil seiner fühlbaren Wärme überträgt und so ggf. zur Verdampfung des Ölnebels beiträgt.

Die aus dem Düseninnenteil 6 und dem Düsenaußenteil 7 be­ stehende Zerstäuberdüse 2 trennt den Innenraum des Flammrohres 26 in einen - in Strömungsrichtung des Brennstoffstroms ge­ sehen - stromab der Auslaßöffnung 12 und der Nebenauslaß­ öffnung 18 der Zerstäuberdüse 2 und einen entsprechend strom­ auf dieser Öffnungen 12, 18 angeordneten Bereich. Der eigent­ liche Verbrennungsvorgang findet in dem stromab der Auslaß- 12 und Nebenauslaßöffnung 18 der Zerstäuberdüse 2 angeord­ neten Bereich des Flammrohres 26 statt. Am freien Ende des stromauf der Auslaß- 12 und Nebenauslaßöffnung 18 der Zer­ stäuberdüse 2 angeordneten Bereichs des Flammrohres 26 ist dessen Befestigungsabschnitt 27 ausgebildet, mittels dem das Flammrohr 26 konzentrisch um den Brenner an der Ofen­ wandung angebracht ist.

Unmittelbar des Befestigungsabschnitts 27 ist das Flamm­ rohr 26 mit Radialdurchlässen 28 ausgebildet, die ring­ förmig über dem betreffenden Umfangsabschnitt des Flamm­ rohres 26 angeordnet sind.

Im Flammrohr 26 herrscht im Bereich des Verbrennungsvorgangs und aufgrund einer das stromabwärtige Ende des Flammrohres 26 ausbildenden Einschnürung 29 Überdruck; deshalb wird Verbrennungsprodukt in einem geringfügigen Ausmaß durch einen zwischen dem Außenumfang der Zerstäuberdüse 2 und dem Innen­ umfang des Flammrohres 26 vorhandenen Ringspalt 30 in den stromauf der Auslaß- 12 und Nebenauslaßöffnung 18 der Zer­ stäuberdüse 2 angeordneten Bereich des Flammrohres 26 ge­ drückt; diesen Bereich verläßt das betreffende Verbrennungs­ produkt durch die Radialdurchlässe 28. Hierdurch wird das Flammrohr 26 erwärmt, wodurch ein zu starker Temperatur­ gradient im Flammrohr 26 am Anfang des eigentlichen Ver­ brennungsbereichs vermieden wird.

Eine unzulässige Erwärmung des Befestigungsabschnitts 27 des Flammrohres 26 wird durch den Aufbau einer Gegenströmung vermieden. Die Gegenströmung besteht aus durch entsprechend stromauf im Außenrohr 23 der Zerstäubergaszufuhrleitung 21 ausgebildete Durchlaßbohrungen 31 aus der Zerstäubergaszu­ fuhrleitung 21 ausströmendem Zerstäubergas, welches in Rich­ tung auf die Radialdurchlässe 28 den Befestigungsabschnitt 27 des Flammrohrs 26 durchströmt und das Flammrohr 26 mit dem Verbrennungsgas durch die Radialdurchlässe 28 verläßt.

Mit dieser Ausgestaltung des Flammrohres 26 läßt sich ein Temperaturgradient in der Wandung des Flammrohres 26 zwischen dem Befestigungsabschnitt 27 und dem Verbrennungsbereich des Flammrohres 26 von ca. 10 Grad C/mm Rohrlänge erreichen, bei dem das üblicherweise aus Siliciumkarbid hergestellte Flamm­ rohr 26 eine im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem Temperaturgradienten von bis zu 200 Grad C/mm Flammrohr­ länge auftreten, beträchtlich erhöhte Lebensdauer aufweist. Sofern bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Verdrallung des Brennstoffs, die auf den Brennstoffstrahl im Düsenraum 10, 11 ausgeübte Verdrallung und die Verdral­ lung der aus der Nebenauslaßöffnung 18 austretenden Zer­ stäubergasströmung gleichsinnig sind, kann der Brenner als Flachflammenbrenner ohne Brennerstein verwendet werden, wo­ bei sich die Flamme aufgrund des Koandaeffekts an die Ofen­ wand anlegt. Die Verdrallung eines Brenngases erfolgt hier­ bei durch die im Brenngaszuführungsrohr angeordnete Wirbu­ latoreinrichtung.

Der vorstehend beschriebene Brenner kann sowohl mit Brenngas als auch mit Öl betrieben werden. Die Brenngasdüse läßt sich durch eine Öldüse ersetzen oder umgekehrt, indem ein Schraub­ teil 32 außer Gewindeeingriff mit dem Außengewindeabschnitt 24 des Innenrohrs 22 der Zerstäubergaszufuhrleitung 21 herausgedreht wird, wodurch die mittels einer Feder 33, die sich einseitig am Schraubteil 32 abstützt, über ein Spann­ rohr 34, gegen das die Feder 33 mit ihrem anderen Ende drückt, und den Düsenhalter 3 auf die Brenngas- bzw. Öldüse 1 übertragene und diese in fester Anlage an die Zerstäuber­ düse 2 drückende Vorspannung aufgehoben wird. Nach Aufhebung dieser Vorspannung kann in einfacher Weise die Brenngas- bzw. Öldüse 1 durch eine andere Öl- bzw. Brenngasdüse 1 ersetzt werden.

Claims (16)

1. Zerstäuberdüse für einen Brenner, mit einer Einlaß­ öffnung (9) für einen Brennstoffstrom, Abstrahlkanälen (13) für einen Zerstäubergasstrom, einem Düsenraum (10, 11), in den die Einlaßöffnung (9) und die Abstrahlkanä­ le (13) münden und in dem der Brennstoffstrom mit dem Zerstäubergasstrom mischbar ist, und einer Auslaßöff­ nung (12), durch die hindurch der gemischte Brennstoff-/ Zerstäubergasstrom aus dem Düsenraum (10, 11) der Zer­ stäuberdüse (2) strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (2) eine Nebenauslaßöffnung (18) aufweist, durch die hindurch Zerstäubergas unter Umgehung des Düsen­ raums (10, 11) der Zerstäuberdüse (2) aus dieser abströmt, und daß der Strömungsquerschnitt der Abstrahlkanäle (13) und der Nebenauslaßöffnung (18) ausreichend groß ist, um die für den Verbrennungsvorgang erforderliche Verbrennungs­ luft durch die Abstrahlkanäle (13) mit dem bzw. als Zer­ stäubergas in den Düsenraum (10, 11) der Zerstäuberdüse (2) abzustrahlen bzw. durch die Nebenauslaßöffnung (18) der Zerstäuberdüse (2) aus dieser abzulassen.

2. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, bei der die Abstrahl­ kanäle (13) in unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Hauptströmungsachse (5) des aus der Einlaßöffnung (9) aus­ tretenden Brennstoffstroms angeordnet sind und ihre Längs­ achsen (14) einen Abstand (15) zur Hauptströmungs- bzw. Mittelachse (5) des Brennstoffstroms bzw. des Düsenraums (10, 11) aufweisen.

3. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1 oder 2, bei der sich der Düsenraum (10, 11) in Hauptströmungsrichtung des aus der Einlaßöffnung (9) austretenden Brennstoffstroms er­ weitert.

4. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Düsenraum (10, 11) einen einlaßöffnungsseitigen, etwa zylindrischen Eingangsabschnitt (10), in den die Abstrahl­ kanäle (13) münden, und einen sich trompetenartig erwei­ ternden auslaßöffnungsseitigen Ausgangsabschnitt (11) auf­ weist.

5. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ein die Einlaßöffnung (9), die Abstrahlkanäle (13), den Düsenraum (10, 11) und die Auslaßöffnung (12) ausbildendes Düseninnenteil (6) und ein das Düseninnenteil (6) im Abstand umgebendes Düsenaußenteil (7) aufweist, dessen Vorderinnen­ kante (19) mit der Vorderaußenkante (20) des Düseninnenteils (6) die ringförmige Nebenauslaßöffnung (18) ausbildet.

6. Zerstäuberdüse nach Anspruch 5, bei der sich die Innen­ mantelfläche (17) des Düsenaußenteils (7) trompetenartig erweitert.

7. Zerstäuberdüse nach Anspruch 5 oder 6, bei der auf der Außenmantelfläche des Düseninnenteils (6) Radialvorsprünge (16) ausgebildet sind, auf deren freien Enden das Düsen­ außenteil (7) geführt ist.

8. Zerstäuberdüse nach Anspruch 7, bei der die Radialvor­ sprünge (16) schräg zur Hauptströmungsachse (5) der Zer­ stäuberdüse (2) angeordnet sind.

9. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der der Strömungsquerschnitt der Nebenauslaßöffnung (18) variier­ bar ist.

10. Zerstäuberdüse nach Anspruch 9, bei der das Düseninnen­ teil (6) und das Düsenaußenteil (7) in Hauptströmungsrich­ tung zueinander versetzbar sind.

11. Zerstäuberdüse nach Anspruch 10, bei der das Düseninnen­ teil (6) fest mit einem Innenrohr (22) einer an die Zerstäu­ berdüse (2) angeschlossenen Zerstäubergaszufuhrleitung (21) verbunden ist, wobei das Innenrohr (22) einen Außengewinde­ abschnitt (24) aufweist, der in einem Innengewindeteil (25), das fest mit einem fest mit dem Düsenaußenteil (7) der Zer­ stäuberdüse (2) verbundenen Außenrohr (23) der Zerstäuber­ gaszufuhrleitung (21) verbunden ist, verstellbar ist.

12. Brenner mit einer Brennstoffdüse (1), die mittels einer Brennstoffzufuhrleitung (4) mit Brennstoff versorgbar ist und aus der ein Brennstoffstrahl abstrahlbar ist, gekenn­ zeichnet durch eine Zerstäuberdüse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Brenner nach Anspruch 12, bei dem ein ihn ofenseitig koaxial umgebendes Flammrohr (26) an einem nahe seinem Be­ festigungsabschnitt (27) und stromauf des eigentlichen Ver­ brennungsbereichs des Brenners angeordneten Umfangsabschnitt mit mehreren in Umfangsrichtung des Flammrohres (26) zuein­ ander beabstandeten Radialdurchlässen (28) ausgebildet ist.

14. Brenner nach Anspruch 13, bei dem in der Zerstäubergas­ zufuhrleitung (21) stromab des Befestigungsabschnitts (27) des Flammrohres (26) Durchlaßbohrungen (31) ausgebildet sind.

15. Brenner nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem koaxial zum vorzugsweise aus Siliciumkarbid ausgebildeten Flammrohr (26) innerhalb desselben ein Quarzrohr angeordnet ist.

16. Brenner nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Brennstoffdüse (1) mittels eines in Strömungsrichtung vorge­ spannten Spannrohres (34) in Anlage an die Zerstäuberdüse (2) drückbar ist.