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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betriftt Venturi-Rohre, die den Strom eines
Fluids ansaugen, wenn ein ansaugender Strom eines anderen Fluids
hindurch geführt
wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren industrielle Brenner und
insbesondere Brenner, die Venturi-Rohre verwenden, um den Strom
von einem oder von mehren der Bestandteile einer brennbaren Mischung
anzusaugen und eine solche Mischung für die Einleitung in eine Brennzone
dadurch herzustellen. Die Erfindung betriftt auch Brennervorrichtungen,
die zum Herstellen und zur Verarbeitung von sauerstoffreichen brennbaren
Mischungen in der Lage sind.
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Der Stand
der Technik
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Es
sind Venturi-Rohre für
das Ansaugen des Stromes von einem Fluid (das angesaugte Fluid) durch
den Strom eines anderen Fluids (das ansaugende Fluid) bekannt. Diese
Vorrichtungen bestehen im Allgemeinen aus einem Rohr, das ein Einlassende,
einen Kehlebereich und ein Auslassende hat. Allgemein gesprochen,
hat die Kehle eine kleinere Strömungsfläche als
das Einlassende, wodurch ein Niederdruckbereich an der Kehle bereitgestellt
wird. Das ansaugende Fluid fließt
von dem Einlassende der Venturi-Vorrichtung
zu dem Auslassende durch das Rohr hindurch, und eine Quelle des
angesaugten Fluids steht in Fluidverbindung mit dem Niederdruckbereich,
der in der Kehle der Vorrichtung durch den Strom des ansaugenden
Fluids erzeugt wird. So wird das angesaugte Fluid in die Kehle gezogen
und mischt sich mit dem ansaugenden Fluid.
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Venturi-Rohre
sind in Brennern besonders nützlich,
in denen ein Strom eines flüssigen
Brennstoffs verwendet wird, um einen Strom von Luft anzusaugen,
um dadurch eine Mischung aus dem Brennstoff und der Luft in der
Venturi-Vorrichtung zu erzeugen. Manchmal ist es jedoch nützlich,
die Verbrennungsluft zu benutzen, um einen Strom des Brennstoffs
anzusaugen. Alternativ kann ein Strom von Luft oder Brennstoff durch
die Venturi-Vorrichtung benutzt werden, um einen Strom zurückgeführten Abgases oder
anderen Verdünnungsmittels
anzusaugen, um die Flammtemperatur zu steuern und so die Produktion
von NOx zu beeinflussen.
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Trotz
ihrer sehr verbreiteten Nutzung weisen Venturi-Rohre noch bestimmte
Einschränkungen
auf. An erster Stelle wird die Kapazität der Venturi-Vorrichtung für das Ansaugen
eines Stromes von angesaugtem Fluid durch den verfügbaren Druck
des ansaugenden Fluids und der Menge von letzterem, die für eine gegebene
Anwendung erforderlich ist, begrenzt. Zusätzlich hängt die Länge einer leistungsfähigen Venturi-Vorrichtung gewöhnlich direkt
mit dem Durchmesser der Kehle zusammen. Die physikalischen Abmessungen
der Arbeitsumgebung können somit
einen begrenzenden Einfluss auf die Kapazität der Venturi-Rohre haben.
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In
einem allgemeineren Sinne ist die Verringerung und/oder die Unterdrückung von
NOx in industriellen Brennern immer ein
wünschenswertes Ziel
gewesen. Eine gewisse Unterdrückung
von NOx ist in der Vergangenheit erzielt
worden, indem man ein primäres
brennbares mageres Brennstoff-Luft-Gemisch in Verbindung mit einer
Stufentrennung eines Teils des gasförmigen Brennstoffs verwendete.
Brennstoffmagere Primärmischungen sind
in einigen Anwendungen möglicherweise
wünschenswert,
weil der Luftüberschuss
eine Last liefert, um Flammtemperaturen zu verringern, wodurch NOx verringert wird. Stufengetrenntes Gas kann
dann entweder von den Gasspitzen, die um die Peripherie des Brenners
angeordnet sind, oder von einer Mittelgasspitze, die aus der Mitte
des stromabwärts
liegenden Endes der Brennerdüse
hervorsteht, in die Brennzone eingeführt werden. Der Sekundärbrennstoff
wird mit dem Luftüberschuss
in einer Umgebung, in der Abgase als Verdünnungsmittel vorhanden sind,
verbrannt. Diese Anordnungen sind nicht immer in der Verringerung
von NOx auf wünschenswerte Niveaus erfolgreich
gewesen.
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In
einigen Fällen
wird eine magere Brennstoffprimärmischung
mit einer verhältnismäßig hohen Geschwindigkeit
aufgrund der Extramasse in die Brennzone, die durch den Luftüberschuss
bereitgestellt wird, eingeführt.
Eine solche Geschwindigkeit kann manchmal so hoch sein, dass die
Flammengeschwindigkeit überschritten
wird, wodurch eine instabile Flammumgebung bereitgestellt wird.
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In
der DE-A-3811477 wird ein Gasbrenner beschrieben, in dem eine Gas-Luft-Mischung über verschiedene
Mischrohre in das Einlassende der Brennkammer eingeführt wird.
Gas wird über
entsprechende Düsen
so in die Einlassenden der Mischrohre geleitet, dass Luft mit dem
Gas mitgeführt
wird. Die Einlassenden der Einlassrohre befinden sich auf verschiedenen
Ebenen, wobei zum Beispiel die Mischrohre hinsichtlich der Brennkammer
radial ausgerichtet sind. Ein Gasbrenner, in dem eine längliche Brennkammer
mit einer Gas-Luft-Mischung über
drei Mischrohre versorgt wird, die parallel zueinander und in der
Länge voneinander
beabstandet entlang der Brennkammer positioniert sind, ist in der AT-B-398338
offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit den Prinzipien und den Konzepten der Erfindung wird eine zusammengesetzte
Venturi-Struktur zur Verfügung
gestellt, welche umfasst:
ein Venturi-Bündel, das wenigstens zwei Venturi-Rohre
enthält,
wobei jedes der Venturi-Rohre
einen länglichen
Haupt-Venturi-Körperabschnitt,
der eine Leitung bildet, einen Venturi-Einlass und einen Venturi-Auslass
hat, und jedes der Venturi-Rohre so eingerichtet und eingerichtet
ist, dass es den Strom eines angesaugten Materials ansaugt, indem
ein ansaugendes Fluid hindurchgeleitet wird, so dass entsprechende
Mischungen angesaugter Materialien und ansaugender Fluide über die
Auslasse abgeleitet werden;
einen länglichen Sammler, der so eingerichtet
und angeordnet ist, dass er die entsprechenden Gemische ansaugender
Fluide und angesaugter Materialien aufnimmt, die aus den Venturi-Rohren
abgeleitet werden und die Gemische sammelt und miteinander mischt,
um einen einzelnen gemischten Strom der Fluide und der Materialien
herzustellen, wobei der Sammler eine Außenumfangswand, die eine innere Mischkammer
begrenzt, ein Einlassende, ein Auslassende und eine in Längsrichtung
verlaufende Mittelachse hat, die zwischen den Enden verläuft;
dadurch
gekennzeichnet, dass die länglichen Haupt-Venturi-Körperabschnitte
im wesentlichen parallel zu der Mittelachse angeordnet sind und
dass entsprechende längliche
Röhrensegmente
für die Venturi-Rohre
so eingerichtet und angeordnet sind, dass sie das Einlassende des
Sammlers mit den Venturi- Auslassen
verbinden und in Verbindung bringen, wobei jedes der Röhrensegmente
einen Einlass, der mit dem Auslass eines entsprechenden Venturi-Rohres
verbunden ist, und einen Auslass hat, der mit dem Einlassende des
Sammlers verbunden ist, und jedes Segment so angeordnet ist, dass
es sich von dem Einlassende des Sammlers weg in einem Winkel relativ
zu der Mittelachse nach außen
erstreckt, so dass der Einlass des Röhrensegmentes sowie der Einlass
des entsprechenden Venturi-Rohres an Positionen angeordnet sind,
die von der Mittelachse radial um eine größere Strecke als die Strecke von
der Achse zu der Stelle beabstandet sind, an der der Auslass des
Röhrensegmentes
mit dem Sammler verbunden ist.
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Wünschenswerter
Weise kann die Struktur zumindest drei, oftmals zumindest sechs
und in einigen Fällen
in Abhängigkeit
von den Anforderungen einer bestimmten Anwendung selbst mehr als
sechs Venturi-Rohre aufweisen. Es ist ein wichtiger Zweck der vorliegenden
Erfindung, praktische Lösungen
für die
Probleme, die heutzutage noch auf dem Gebiet der Brenner bestehen,
insbesondere für
solche, die die übermäßige Produktion
von NOx einschließen, zur Verfügung zu
stellen. Somit stellt die Erfindung eine Struktur und Methodik zur
Verfügung,
die darauf gerichtet sind, die Probleme zu behandeln und zu verringern,
die Venturi-Rohre im allgemeinen betreffen. Wegen der vergrößerten Fläche, die
von der Vielzahl der Venturi-Rohre bereitgestellt wird, kann ein
gegebenes Volumen des ansaugenden Fluids einen größeren Strom
von dem angesaugten Material extrahieren. Außerdem besitzen die Kehlen
der Venturi-Rohre in einem Bündel
für einen
gegebenen Strom eines ansaugenden Fluids kleinere Kehlen, und sie
können
somit von kleinerer Länge
sein.
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Jedes
der Venturi-Rohre des Bündels
kann einen Einlass, eine Kehle und einen Auslass haben, und jedes
kann eingerichtet und angeordnet sein, den Strom eines angesaugten
Materials durch Durchgang eines ansaugenden Fluids durch dasselbe
zu verursachen. Dieser Vorgang stellt in jedem Venturi-Rohr eine
jeweilige Mischung aus dem angesaugten Material und dem ansaugenden
Fluid her, wobei die Mischung sodann von den Auslassen der jeweiligen
Venturi-Rohre ausgestoßen
werden kann. Der Sammler weist ein Einlassende auf, das an den Auslässen des
Venturi-Rohres angeschlossen und in Fluidverbindung mit diesen angeordnet
ist. So können
die jeweiligen Mischungen aus dem ansaugenden Fluid und dem angesaugten
Material, die von den Auslässen
ausgestoßen
werden, gesammelt und vermischt werden, um einen einzelnen Mischstrom für das Ausstoßen aus
einem Auslassende des Sammlers darzustellen. Das das Ausstoßen aus
einem Auslassende des Sammlers darzustellen. Das angesaugte Material
kann am häufigsten
ein Fluid-Material sein; jedoch kann das angesaugte Material in Übereinstimmung
mit den weiteren Aspekten und Betrachtungen der Erfindung ein festes
fließfähiges Material,
wie zum Beispiel ein Puder oder ein Flockenmaterial, sein.
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Die
Venturi-Rohre der zusammengesetzten Venturi-Struktur der Erfindung
können
wünschenswerter
Weise, aber nicht notwendigerweise, in Form von länglichen,
im wesentlichen geraden Röhren
vorliegen. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, können die
Röhren
im wesentlichen in einem parallelen Verhältnis zueinander angeordnet
sein. Die Venturi-Rohre können
ebenso im wesentlichen die gleiche physikalische Kapazität aufweisen;
jedoch ist auch dieses keine notwendige oder kritische Eigenschaft
der Erfindung, und tatsächlich
gibt es viele Anwendungen, in denen es für mindestens eines der Venturi-Rohre
eines gegebenen Bündels
wünschenswert
sein kann, dass es eine andere physikalische Kapazität als ein
anderes der Venturi-Rohre dieses gleichen Bündels besitzt.
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In
einem anderen wichtigen Aspekt der Erfindung kann die zusammengesetzte
Venturi-struktur ein
Bestandteil einer neuartigen Brennerbaugruppe sein. In Übereinstimmung
mit diesem Aspekt der Erfindung kann die Brennerbaugruppe zusätzlich zu dem
Venturi-Bündel und
dem Sammler eine Brennerspitze einschließen, die an einem Auslassende
des Sammlers angebracht ist und mit diesem in Fluidverbindung steht.
So kann die Spitze für
das Empfangen des einzelnen Mischstromes von Fluiden von dem Sammler
und für
das Leiten desselben in eine Brennzone angeordnet sein.
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In
einer wichtigen Ausführungsform
der Erfindung kann die Spitze länglich
und eingerichtet und angeordnet sein, um den einzelnen Mischstrom
aus der Spitze heraus und in einer im Allgemeinen radialen Richtung
relativ zu einer Längsachse
der Spitze in die Brennzone zu leiten. Eine solche Spitze kann wünschenswerter
Weise so konfiguriert sein, dass sie eine runde flache Flamme erzeugt,
die die Spitze umgibt.
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In
einer anderen wichtigen Ausführungsform der
Erfindung kann die Spitze länglich
und eingerichtet und angeordnet sein, um den einzelnen Mischstrom
aus der Spitze heraus und in einer im Allgemeinen axialen Richtung
relativ zu einer Längsachse
der Spitze in die Brennzone zu leiten. Diese Spitze kann wünschenswerter
Weise so konfiguriert sein, dass sie eine zylinderförmige Flamme
erzeugt, die sich entlang der Achse erstreckt.
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Allgemein
kann das ansaugende Fluid entweder ein gasförmiger Brennstoff oder Luft
sein; jedoch kann wünschenswerter
Weise zumindest eines der Venturi-Rohre für den Betrieb mit einem gasförmigen Brennstoff
als dem ansaugenden Fluid eingerichtet und angeordnet sein. Wenn
ein gasförmiger Brennstoff
als das ansaugende Fluid verwendet wird, kann entweder Luft oder
zurückgeführtes Abgas
das angesaugte Fluid darstellen. Wünschenswerter Weise kann mindestens
eines der Venturi-Rohre eingerichtet und angeordnet sein, um mit
Luft als dem angesaugten Fluid zu funktionieren. Wenn somit ein gasförmiger Brennstoff
als das ansaugende Fluid benutzt wird, und Luft das angesaugte Fluid
ist, kann der einzelne Mischstrom, der in dem Sammler erzeugt wird,
eine Mischung aus flüssigem
Brennstoff und Luft umfassen. Ähnlich
kann, wenn ein gasförmiger
Brennstoff als das ansaugende Fluid benutzt wird und zurückgeführtes Abgas
das angesaugte Fluid ist, der einzelne Mischstrom eine Mischung
aus flüssigem
Brennstoff und Abgas umfassen. Für
einige Anwendungen kann ein gasförmiger
Brennstoff als das ansaugende Fluid benutzt werden, um einen Strom von
Luft in einem Venturi-Rohr eines gegebenen Bündels anzusaugen und einen
Strom von Abgas in einem anderen Venturi-Rohr des Bündels anzusaugen. Der einzelne
Mischstrom kann somit eine Mischung aus flüssigem Brennstoff, Luft und
aus zurückgeführtem Abgas
umfassen. Eines oder mehrere der Venturi-Rohre des Bündels können eingerichtet und
angeordnet werden, um mit einem Verdünnungsmittel als dem angesaugtem
Fluid zu funktionieren, wodurch der einzelne Mischstrom einen flüssigen Brennstoff
und ein Verdünnungsmittel
umfasst. Das Verdünnungsmittel
kann Dampf oder Stickstoff oder CO2 oder
ein anderes verfügbares
Gas sein, das im Vergleich zu dem Verbrennungsreaktionsprozess relativ
träge ist.
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In Übereinstimmung
mit einem wichtigen Aspekt der Erfindung kann der Sammler vorzugsweise länglich und
so eingerichtet sein, dass er eine Mittelachse umfasst, die sich
zwischen den Enden desselben erstreckt. Wünschenswerter Weise kann die Baugruppe
auch ein mittleres Brennstoffrohr einschließen, das sich durch den Sammler
entlang der Mittellinie von dem letzteren erstreckt. Idealer Weise kann
das mittlere Brennstoffrohr sich auch durch die Brennerspitze hindurch
erstrecken, und es kann dasselbe einen stromabwärts liegenden Endbereich aufweisen,
der aus einer zentral lokalisierten Öffnung an einem stromabwärts liegenden
Ende der Brennerspitze herausragt. In Überein stimmung mit einem bevorzugten
Aspekt der Erfindung kann die Baugruppe eine Brennstoffdüse einschließen, die
an dem stromabwärts
liegenden Endbereich des mittleren Brennstoffrohres gelegen ist.
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Idealer
Weise kann das Einlassende des Sammlers ein jeweiliges offenes Segment
für jedes der
Venturi-Rohre des Bündels
einschließen,
und die Auslässe
der Venturi-Rohre können
jeder an einem jeweiligen Segment angeschlossen sein. Die Segmente
können
in einer Reihe angeordnet werden, die sich um das mittlere Brennstoffrohr
erstreckt, so dass die Mischströme
gleichmäßig in dem
Inneren des Sammlers verteilt werden. Wenn die Spitze für das Leiten
des einzelnen Mischstromes aus der Spitze heraus und in die Brennzone
hinein in einer im Allgemeinen radialen Richtung relativ zu einer
Längsachse
der Spitze eingerichtet und angeordnet ist, kann die Brennstoffdüse wünschenswerter
Weise eingerichtet und angeordnet sein, Sekundärbrennstoff der Brennzone zur
Verfügung
zu stellen. Wenn auf der anderen Seite die Spitze für das Leiten
des einzelnen Mischstromes aus der Spitze heraus und in die Brennzone
hinein in einer im Allgemeinen axialen Richtung relativ zu einer
Längsachse
der Spitze eingerichtet und angeordnet ist, kann die Brennstoffdüse wünschenswerter
Weise eingerichtet und angeordnet sein, eine kontinuierliche Primärflamme
an einer Position in der Zone zur Verfügung zu stellen, die axial
von dem stromabwärts
liegenden Ende der Spitze beabstandet ist. Idealer Weise kann in
dem letzteren Fall die Brennstoffdüse an einer Stelle positioniert werden,
an der sie weit genug von dem stromabwärts liegenden Ende der Spitze
in der Brennzone beabstandet ist, so dass dem einzelnen Mischstrom
ermöglicht
wird, sich auszudehnen und sich derart auf eine Geschwindigkeit
zu verlangsamen, dass seine Geschwindigkeit, wenn er in die Nähe der Brennstoffdüse kommt,
nicht größer als
die unterstützende
Geschwindigkeit der Flamme ist.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung wird eine Brennerbaugruppe zur Verfügung gestellt,
die eine Brennerrohrstruktur umfasst, die die Venturi-Struktur einschließt. Die
Brennerrohrstruktur schließt
eine längliche
Brennerleitung ein, die beabstandete Einlass- und Auslassenden besitzt.
Eine solche Leitung kann ein Venturi-Rohr sein. Alternativ kann
sie einfach ein hohles Rohr oder eine Röhre sein. Die Leitung kann
im Allgemeinen für
das Leiten einer brennbaren gasförmigen
Mischung, die einen Fluid-Brennstoff,
vorzugsweise in Form eines gasförmigen
Brennstoffs, und Sauerstoff, vorzugsweise in Form von Luft, umfasst,
von dem Einlassende derselben entlang zu dem Auslassende eingerichtet
und angeordnet sein. In Übereinstimmung
mit diesem Aspekt der Erfindung kann eine Brennerspitze an dem Auslassende
der Leitung bereitgestellt werden, und eine solche Brennerspitze
kann wünschenswerter Weise
eine Mittelachse und ein stromabwärts liegendes Ende besitzen,
das von dem Auslassende der Leitung beabstandet ist. Die Spitze
kann im Allgemeinen für
das Empfangen der brennbaren Mischung von der Leitung und das Leiten
derselben durch eine oder mehr Öffnungen
an dem stromabwärts
liegenden Ende der Spitze und in eine Brennzone in einer Richtung
im Allgemeinen entlang der Achse der Spitze angeordnet und eingerichtet
sein.
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Die
Baugruppe dieses Aspekts der Erfindung kann weiterhin ein längliches
mittleres Brennstoffrohr einschließen, das sich durch die Spitze
und entlang der Achse erstreckt. Dieses Brennstoffrohr kann wünschenswerter
Weise aus der Spitze in einer axialen Richtung durch das stromabwärts liegende
Ende der letzteren herausragen, und das Brennstoffrohr kann einen
stromabwärts
liegenden Endbereich aufweisen, der in der Brennzone in einem beabstandeten
Verhältnis
relativ zu dem stromabwärts
liegenden Ende der Brennerspitze positioniert ist. Die Öffnung oder
die Öffnungen
an dem stromabwärts
liegenden Ende der Spitze können
um das Brennstoffrohr herum angeordnet sein, wodurch die Mischung,
die in die Brennzone geleitet wird, im Allgemeinen in Form eines
Zylinders ausgebildet sein kann, der das Brennstoffrohr umgibt und
sich nach außen
aus dem stromabwärts
liegenden Ende der Spitze entlang der Achse in Richtung zu dem stromabwärts liegenden Endbereich
des Brennstoffrohres erstreckt. Idealer Weise schließt die Baugruppe
eine Brennstoffdüse auf
dem stromabwärts
liegenden Endbereich des Brennstoffrohres ein, der an einer Stelle
in der Zone positioniert ist, die von dem abwärts liegenden Ende der Brennerspitze
hinreichend weit entfernt ist, um der Mischung zu ermöglichen,
sich auszudehnen, nachdem sie das stromabwärts liegende Ende der Spitze
verlassen hat, und sich auf eine Geschwindigkeit zu verlangsamen,
die kleiner als die Flammengeschwindigkeit davon ist, bevor sie
in die Nähe
der Brennstoffdüse
kommt. In dieser Form der Erfindung kann die Brennerbaugruppe wünschenswerter
Weise in Situationen benutzt werden, in denen die brennbare Mischung
eine extrem magere Mischung aus Brennstoff und Luft umfasst.
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In
einer besonderen Brennerbaugruppe wird eine im Allgemeinen kuppelförmige Brennerspitze zur
Verfügung
gestellt. Die Brennerspitze schließt wünschenswerter Weise ein im
Allgemeinen ringförmiges
Unterteil ein, das eine Mittelachse und eine Mehrzahl von länglichen,
nebeneinander liegenden, entlang des Umfangs beabstandeten, longitudinal gebogenen
Rippen besitzt, die sich in einer Richtung entlang der Achse erstrecken.
Die Rippen können jede
ein erstes Ende, das auf dem Unterteil angebracht ist, und ein zweites
Ende, das von dem Unterteil beabstandet ist, aufweisen, wobei die
zweiten Enden näher
als die ersten an der Achse positioniert sind. Das Unterteil und
die Rippen bilden zusammen einen Bereich innerhalb der Spitze, der
für das
Empfangen eines Stromes einer Mischung aus Luft und Fluid-Brennstoff
geeignet ist, und die Rippen alleine bilden eine Vielzahl von gebogenen
Schlitzen dazwischen aus, die der Mischung ermöglichen, von dem Bereich innerhalb
der Spitze und nach außen
in eine Brennzone außerhalb
der Brennerspitze sowohl in eine radiale Richtung als auch in eine
Richtung zu fließen,
die einen Vektor einschließt,
der sich entlang der Achse erstreckt. Die Brennerspitze kann einen Kronenbereich
umfassen, der mit den zweiten Enden der Rippen verbunden ist, und
ein solcher Kronenbereich kann eine Mehrzahl von axial und radial
sich erstreckenden Unterbrechungen enthalten, die mit jeweiligen
Schlitzen so ausgerichtet sind, dass die Luft/Fluid-Brennstoffmischung,
welche durch die Unterbrechungen fließt, im Verhältnis zu der Luft/Fluid-Brennstoffmischung,
welche die Schlitze durchfließt,
eine ausgeprägt
axiale Stromrichtung aufweist. Diese Unterbrechungen können wünschenswerter Weise
so positioniert werden, dass sie verursachen, dass die Luft/Fluid-Brennstoffmischung,
die dadurch fließt,
einen Vorstufenmischbereich außerhalb
der Brennzone erzeugt. Der Kronenbereich kann ebenso eine axial
ausgerichtete Öffnung
aufweisen, um eine Gasdüse
darin aufzunehmen.
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Die
Venturi-Vorrichtung kann einen Bestandteil eines Brenners zum Zuführen einer
brennbaren Mischung zu einer Brennerdüse darstellen, um einen einzelnen
brennbaren gemischten Strom der Fluide bereitzustellen. Idealer
Weise können
das erste und das zweite ansaugende Fluid jeweils ein gasförmiger Brennstoff
sein, und es können
das erste und das zweite angesaugte Fluid jeweils Luft sein. Alternativ kann
das erste angesaugte Fluid Luft sein, und es kann das zweite angesaugte
Fluid zurückgeführtes Abgas
oder ein anderes Verdünnungsmittel,
wie Dampf oder Stickstoff oder CO2 oder
irgend ein anderes träges
Gas, sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Aufrissansicht einer Brennerbaugruppe, die ein zusammengesetztes
Multi-Venturi-Bündel
einschließt,
das die Konzepte und Prinzipien der Erfindung verkörpert;
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2 ist
eine Ansicht, die 1 ähnlich ist, außer dass
die Baugruppe teils im Querschnitt gezeigt ist, um die Innenbestandteile
aufzudecken;
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3 ist
eine obere Draufsicht der Brennerbaugruppe von 1;
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4 ist
eine Querschnittsansicht im wesentlichen entlang der Linie 4–4 von 2;
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5 ist
eine Querschnittsansicht im wesentlichen entlang der Linie 5–5 von 2;
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6 ist,
teilweise im Querschnitt, eine Aufrissansicht, die einen Teil eines
alternativen zusammengesetzten Multi-Venturi-Bündels, das die Konzepte und
Prinzipien der Erfindung verkörpert,
einschließt;
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7 ist
eine vergrößerte Detailansicht,
die den eingekreisten Bereich 7 des zusammengesetzten Venturi-Bündels von 6 veranschaulicht;
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8 ist
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Brennerspitze,
die die Konzepte und die Prinzipien der Erfindung verkörpert, und
die in Verbindung mit einem zusammengesetzten Venturi-Bündel der
Erfindung verwendet werden kann, um eine Brennerbaugruppe darzustellen;
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9 ist
eine obere Draufsicht der Brennerspitze von 8;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
einer Brennerspitze, die die Konzepte und die Prinzipien der Erfindung verkörpert, und
die in Verbindung mit einem zusammengesetzten Venturi-Bündel der
Erfindung verwendet werden kann, um eine Brennerbaugruppe darzustellen;
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11 ist
eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Brennerbaugruppe, die
die Konzepte und Prinzipen der Erfindung verkörpert;
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11A ist eine Teilansicht, die eine alternative
Anordnung der Brennerbaugruppe von 11 zeigt;
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12 ist
eine schematische Ansicht von noch einer anderen Ausführungsform
von einer Brennerbaugruppe, die die Konzepte und Prinzipien der Erfindung
verkörpert;
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13 ist,
teilweise im Querschnitt, eine Aufrissansicht, die den stromabwärts liegenden
Teil von noch einer anderen Brennerbaugruppe veranschaulicht, die
die Konzepte und Prinzipien der Erfindung verkörpert;
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14 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
welche die Einzelheiten des Brennerbaugruppenteils von 13 veranschaulicht;
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15 ist
eine obere Draufsicht der Brennerbaugruppe von 13;
und
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16 ist
eine schematische Ansicht einer Brennerbaugruppe, die der Brennerbaugruppe
der 11 und 11A ähnlich ist,
außer
dass das mittlere Venturi-Bündel
von dem peripheren Venturi-Bündel
umgeben ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Anzahl von neuen Merkmalen zur
Verfügung,
die entweder in Kombination oder für sich nützlich sind. Insbesondere sind
diese Merkmale in Zusammenhang mit Brennern und/oder Brennerbaugruppen,
die eingerichtet sind, Fluid-Brennstoffe zu verbrennen, nützlich.
Diese Fluid-Brennstoffe können
Heizöl
oder dergleichen sein, aber sie können vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff
wie Erdgas, Propan, Butan oder Wasserstoff oder dergleichen sein.
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Eine
Brennerbaugruppe, die Prinzipien und Konzepte der Erfindung verkörpert, wird
in den 1 bis 5 veranschaulicht, in denen
sie durch die Bezugsziffer 20 gekennzeichnet wird. Die
Brennerbaugruppe 20 schließt eine äußere, im Allgemeinen zylinderförmige Ummantelung 22 und
eine Reihe peripher angebrachter Sekundärbrennstoffdüsen 24,
die an eine Brennstoff-Ringleitung 26 angeschlossen sind,
ein. Wie in den 2, 4 und 5 gesehen
werden kann, schließt
die Baugruppe 20 weiterhin eine zusammengesetzte Venturi-Struktur 28 ein, die,
wie gezeigt, ein Venturi-Bündel 30 einschließt, das
von sechs unterschiedlichen und getrennten Venturi-Rohren 32 gebildet
wird. Jedes der Venturi-Rohre 32 hat einen Einlass 34 an
dem unteren oder stromauf liegenden Ende desselben (wie sie in 2 dargestellt
sind), eine Kehle 6 und einen Auslass 38 an seinem
oberen oder stromabwärts
liegenden Ende. Wie in den 2, 4, 6 und 7 gesehen
werden kann, sind die Einlassendenbereiche 35 der Venturi-Rohre,
die sich von den Einlässen 34 zu den
Kehlen 6 erstrecken, nach außen hin erweitert und im wesentlichen
kegel- oder glockenförmig.
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Die
einzelnen Venturi-Rohre 32 können herkömmliche venturiartige Strukturen
sein, die den Fachleuten in der Brennertechnik weithin bekannt sind,
und dieselben können
jedes so eingerichtet werden und angeordnet sein, dass es den Strom
eines angesaugten Materials einfach verursacht, indem man ein ansaugendes
Fluid dadurch führt. Durch
dieses Phänomen
wird eine jeweilige Mischung aus angesaugtem Material und dem ansaugenden
Fluid in dem Venturi-Rohr erzeugt und durch den Auslass 38 am
stromabwärts
liegenden Ende des Venturi-Rohrs ausgestoßen.
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Die
Struktur 28 schließt
auch einen Sammler 40 ein, der ein Einlassende 42 hat,
das, wie in 2 gezeigt, mit den Auslässen 38 der
Venturi-Rohre 32 verbunden ist und mit diesen in Fluid-Verbindung steht.
Wie von den Fachleuten erkannt wird, können die oberen Enden 39 der
Venturi-Rohre 32, die den Auslässen 38 benachbart
sind, eine passende Form, wie in 5 schematisch
gezeigt, so aufweisen, dass sie eine glatte Übergangszone 41 zur
Verfügung
zu stellen, in der die Auslässe 38 sich
mit dem Einlassende 42 des Sammlers 40 verbinden.
Aufgrund einer solchen Anordnung werden die jeweiligen Mischungen,
welche die Auslässe 38 an
den stromabwärts
liegenden Enden der Venturi-Rohre verlassen, in dem Sammler 40 gesammelt
und gemischt, um dadurch einen einzelnen Mischstrom zu bilden. Um
den Mischbetrieb zu erleichtern, kann der Sammler 40 wie
gezeigt mit einem radial erweiterten Bereich 43 versehen
werden.
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Obgleich
das Venturi-Bündel
in den 2, 4 und 5 bildlich
dargestellt wird, wie es sechs verschiedene Venturi-Rohre einschließt, ist
es für
die Fachleute offensichtlich, dass das Bündel ebenso gut nur zwei Venturi-Rohre
einschließen kann,
die für
einen parallelen Strom angeordnet sind. Andererseits kann das Bündel in
Abhängigkeit
von den Not wendigkeiten einer gegebenen Anwendung sogar mehr als
sechs Venturi-Rohre, zum Beispiel zwölf oder mehr Venturi-Rohre
einschließen.
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Wie
es für
die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich ist, können die
ansaugenden Fluide für die
Venturi-Rohre unterschiedlich sein. Auch die angesaugten Materialien
brauchen nicht alle dieselben zu sein. In dem Fall von einem Brenner
zum Beispiel kann das ansaugende Fluid ein Brennstoff, wie ein gasförmiger fossiler
Brennstoff oder Wasserstoff sein, während das angesaugte Material
ein Fluid, wie zum Beispiel Luft oder ein verbrennungsträges Verdünnungsmittel,
wie zum Beispiel ein zurückgeführtes Abgas,
Dampf, CO2 oder Stickstoff, sein kann. Alternativ
kann das ansaugende Fluid Luft sein, während das angesaugte Material
ein flüssiger
Brennstoff oder ein Verdünnungsmittel
sein kann. In jedem Fall werden die jeweiligen Mischungen, die in
den einzelnen Venturi-Rohren 32 hergestellt werden, in
dem Sammler 40 stark gemischt, um so einen einzelnen Mischstrom
zu erzeugen, der, wenn das Venturi-Bündel 30 in einem Brenner
benutzt wird, ein Oxidationsmittel, einen flüssigen Brennstoff und ein passendes Verdünnungsmittel
enthalten kann.
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Zwecks
des Verwendens der Konzepte und der Prinzipien der vorliegenden
Erfindung in Zusammenhang mit Brennern kann das ansaugende Fluid ein
Fluid, vorzugsweise ein gasförmiger
Brennstoff sein, und das angesaugte Material kann wünschenswerter
Weise ein sauerstoffhaltiges Gas, vorzugsweise Luft, sein. Zu diesem
Zweck kann die Brennerbaugruppe 20 mit einer Reihe Brenngas-Einlassrohren 44 versehen
werden, die an einer allgemeinen Brennstoffquelle angeschlossen
werden können,
die in den Zeichnungen nicht gezeigt wird. Die Brennergruppe 20 kann
ebenso mit einer Reihe von Stellrädern 46, wünschenswerter
Weise mit einem Stellrad 46 für jedes Venturi-Rohr 32 versehen
werden. Jedes dieser Stellräder 46 ist
für das
Verschieben eines jeweiligen Steuerelements 48 in einer
herkömmlichen Weise
in Richtung zu und weg von dem Einlass 34 eines entsprechenden
Venturi-Rohrs 32 bedienbar, um so die Menge an Luft zu
steuern, die resultierend aus dem unter Druck gesetzten Brenngas,
das über
das Einlassrohr 44 in den Einlass 34 fließt, von
einem umgebenden Luftkasten in das entsprechende Venturi-Rohre 32 hineingezogen
werden kann. Der Luftkasten wird im Allgemeinen durch die Bezugsziffer 50 in 1 bezeichnet.
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In
der oben beschriebenen Anordnung wird, wenn Brenngas in ein jeweiliges
Venturi-Rohr durch ein
entsprechendes Rohr 44 ausgestoßen wird, Luft von dem Luftkasten 50 durch
den Spalt 52 zwischen jedem Einlass 34 und dem
entsprechenden Element 48 in den Einlass 34 gezogen.
Die Menge von Luft, die in den Einlass 34 gezogen wird,
kann gesteuert werden, indem man die Breite des Spaltes 52 verändert, indem
man das Element 48 mit dem entsprechenden Stellrad 46 anhebt
und/oder absenkt. Diese Luft, die resultierend aus dem Brenngas,
das durch das Rohr 44 in den Einlass 34 fließt, in den
Einlass 34 gezogen wird, verbindet sich mit dem Brenngas, das
von dem Rohr 44 ausgestoßen wird, um so eine Mischung
aus Brenngases und Luft zu erzeugen, die durch das Venturi-Rohr 32 fließt und von
dem Venturi-Rohr 32 über
den Auslass 38 ausgestoßen wird.
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Die
Einzelheiten der Luftsteuerung sind besonders gut in den 6 und 7 veranschaulicht, in
denen dieselben als Bestandteile einer Brenneranordnung von drei
Venturi-Rohren gezeigt
werden. Es sollte in dieser letzteren Hinsicht erwähnt werden, dass
die Venturi-Rohre 32, die Rohre 44, die Stellräder 46 und
die Steuerelemente 48 in den 6 und 7 im
wesentlichen dieselben wie die entsprechenden Bestandteile der Baugruppe 20 in
den 1 und 2 sind. Somit wird, wenn die
Stellräder 46 in
eine Richtung gedreht werden, der Spalt 52 verbreitert,
und wenn sie in eine entgegengesetzte Richtung gedreht werden, wird
der Spalt 52 verengt. Die Anordnung der 6 und 7 schließt auch eine
mittlere Brennstoffversorgungsröhre 70 ein,
die Zwecken dient, die unten besprochen werden.
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Die
einzelnen jeweiligen Mischungen von den Venturi-Rohren 32 werden
in dem Sammler 40 gesammelt und vermischt, um einen einzelnen Mischstrom
von Brenngas und Luft zur Verfügung
zu stellen, der dann in eine Brennerspitze 54 für die Verteilung
in eine Brennzone 56 geleitet werden kann, die im Allgemeinen
das obere Ende 58 der Brenneranordnung 20 umgibt.
Wie in 2 gesehen werden kann, kann der Sammler 40 sich
vorzugsweise in einer Richtung entlang der mittleren Längsachse 60 der
Brennerbaugruppe 20 erstrecken, und derselbe kann einen
Auslass oder ein stromabwärts
liegendes Ende 62 besitzen, worauf die Brennerspitze 54 positioniert
werden kann.
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Die
Venturi-Rohre 32 können
für einen
parallelen Strom vorzugsweise in dem Bündel 30 angeordnet
werden, und die jeweiligen Mischungen, die in den Venturi-Rohren
erzeugt werden, werden in einen gemeinsamen Sammler 40 eingespeist,
worin dieselben vereinigt werden, um eine einzelne brennbare Vormischung
darzustellen, die Luft und Brennstoff umfasst. Diese Vormischung
wird dann in die gemeinsame Vormischungsspitze 54 geleitet,
die an dem stromabwärts
liegenden Ende 62 des Sammlers angebracht ist. Die Vormischungsspitze 54 kann
auf eine solche Weise konstruiert sein, dass der Druck innerhalb
der Spitze im wesentlichen derselbe wie der Druck ist, der normalerweise
vorherrschend sein würde,
wenn nur ein einzelnes Venturi-Rohr eingesetzt würde. Dieses gewährleistet
einen Druckabfall, der mit der Geschwindigkeit des Gases assoziiert
ist, der konsistent mit dem ist, der mit einem einzelnen Venturi-Rohr
assoziiert ist. Der Gebrauch der mehrfachen Venturi-Rohre ermöglicht die
Verwendung von mehrfachen Gasrohrübergängen (Injektoren), die ihrerseits
Luft in den einzelnen Gasstrahl mit der gleichen Rate diffundieren
lassen. Die zusätzliche Fläche von
drei (oder abhängig
von den bestimmten Notwendigkeiten einer gegebenen Anwendung mehr)
einzelnen Strahlen ermöglicht
eine beträchtliche
Zunahme von Luft, die in den Strahl diffundiert wird. Dieses erlaubt
auch, dass durch den Impuls der Strahlen mehr Luft in die Öffnung des
Venturi-Rohrs mitgeführt
wird, weil die Mitführrate
des angesaugten Fluids direkt mit der Fläche des ansaugenden Stromes
variiert. Die zusätzliche
Luft, die mitgeführt
wird, ist eine Funktion der Anzahl von Gasstrahlen, die eingesetzt
werden, sowie des Impulses des Gases, sobald es den Gasrohrübergang
(den Injektor) verlässt.
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In
einer der Ausführungsformen
der Erfindung kann, wie mit Bezug auf die 1, 2 und 3 oben
beschrieben, das Venturi-Bündel 30 sechs
der Venturi-Rohre 32 einschließen. In anderen, gleichermaßen wertvollen
Formen der Erfindung, kann das Bündel 30 zwei
oder mehr, drei oder mehr oder sogar mehr als sechs Venturi-Rohre
einschließen.
Zum Beispiel ist in den 6 und 7 eine Brennerbaugruppe
veranschaulicht, die drei Venturi-Rohre verwendet. Die einzige Beschränkung in
dieser Hinsicht ist, dass die Venturi-Rohre jedes Bündels in einen gemeinsamen
Sammler 40 ausstoßen,
in dem die einzelnen Mischungen von den jeweiligen Venturi-Rohren
zusammengemischt werden können,
um einen einzelnen Mischstrom zu bilden. In der Ausführungsform,
die oben beschrieben wird, wird das ansaugende Fluid als ein Brenngas
beschrieben, und das angesaugte Fluid wird als Luft beschrieben.
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In
einer bevorzugten Form der Erfindung können die jeweiligen Kapazitäten der
einzelnen Venturi-Rohre dieselben sein. In Übereinstimmung mit der Breite
der Betrachtung der Erfindung brauchen die einzelnen Venturi-Rohre
eines gegebenen Bündels
jedoch nicht identisch zu sein. Das heißt, die Kapazität von einem
oder mehreren der Venturi-Rohre
eines gegebenen Bündels
kann von der Kapazität von
einem oder von mehreren Venturi-Rohren desselben Bündels verschieden
sein. Außerdem
kann das ansaugende Fluid von einem oder von mehreren der Venturi-Rohre
eines gegebenen Bündels
von dem ansaugenden Fluid von einem oder von mehreren Venturi-Rohren
desselben Bündels
verschieden sein. Zusätzlich
kann das angesaugte Fluid von einem oder von mehreren der Venturi-Rohre
eines gegebenen Bündels
von dem angesaugten Fluid von einem oder von mehreren anderen Venturi-Rohren desselben
Bündels
verschieden sein. Nur als ein Beispiel in dieser Hinsicht kann das
angesaugte Fluid von einem Venturi-Rohr eines gegebenen Bündels Luft
sein, während
das angesaugte Fluid eines anderen Venturi-Rohrs desselben Bündels Abgas
oder ein Verdünnungsmittel,
wie Stickstoff oder Dampf, sein kann. Des Weiteren und als ein anderes
Beispiel für einen
Brenner könnte
das ansaugende Fluid Luft sein, und das angesaugte Fluid könnte ein
Brenngas sein. Wie leicht von denjenigen, die gewöhnliche Kenntnisse
in der Brennertechnologie besitzen, erkannt wird, gibt es eine große Anzahl
von möglichen Kombinationen
der Venturi-Kapazitäten, des
ansaugenden Fluids und des angesaugten Fluids, die in einem einzelnen
Venturi-Bündel
in Übereinstimmung mit
den Konzepten und den Prinzipien der Erfindung nützlich eingesetzt werden könnten.
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Die
Zahl der Venturi-Rohre, die zu jeder möglichen gegebenen Zeit für irgendeine
gegebene Anwendung zu verwenden sind, wird durch die Wärmefreisetzung
des Brenners sowie die Geometrie des Brenners, die für die Anwendung
gewünscht wird,
bestimmt. In Anwendungen mit extrem geringen NOx können ein
oder mehrere Venturi-Rohre verwendet werden, um Abgase aus dem Ofen
zu ziehen, während
die restlichen Venturi-Rohre
für Gas
und Luft verwendet werden können.
Die Ofenabgase können
dann mit der Brennstoff- und Luftmischung von den anderen Venturi-Rohren
in dem Sammler 40 vermischt werden, und so wird Masse dem
gesamten Verbrennungsstrom hinzugefügt. Das zusätzliche Beladen der Flamme,
das durch die zusätzliche
Masse verursacht wird, senkt zusammen mit der Geschwindigkeitsverminderung
der Reaktionskinetik die Flammtemperatur und senkt die Emissionen
von NOx. Dieses Konzept zusammen mit dem
Gebrauch einer homogenen vorgemischten Mischung aus Gas und Luft
als das Primärbrennelement
in anderen Brennerkonstruktionen kann gut zu der Verringerung der
Emissionen von NOx in anderen Arten von
Brenner führen
und außerdem
einen breiten Bereich von Wärmefreisetzungen
zur Verfügung
stellen.
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Der
Gebrauch von einer Vielzahl von Venturi-Rohren, um eine Vormischung
des Brennstoffs und der Luft zu liefern, erleichtert das Bereitstellen
einer extrem mageren Brennstoffvormischung. Eine solche extrem magere
Brennstoffvormischung kann wünschenswerter
Weise lediglich etwa 55% oder so oder möglicherweise sogar weniger
von dem erforderlichen gesamten Brennstoff enthalten, während sie oftmals
den gesamten Sauerstoff enthält,
der für
das Verbrennen des gesamten Brennstoffs erforderlich ist. Der Rest
des Brennstoffs kann dann als Sekundärbrennstoff über stufengetrennte
Düsen zugeführt werden.
Dieses Konzept der extrem mageren Vormischung, das das Verhältnis von
Gas zu Luft Gas gerade oberhalb der unteren Verbrennungsgrenzen hält, stellt
eine maximale Beladung auf der Wärme zur
Verfügung,
die durch die Primärflamme
erzeugt wird. Die mehrfache Venturi-Anordnung erleichtert das Konzept
der extrem mageren Vormischung bei Maximierung der Möglichkeit
der Stufung eines reichen Rohgasstromes als stufengetrenntes Gas.
Der diffuse Vormischungsgasstrom, der mit dem Abgas gekoppelt ist,
das von den gestuften Gasstrahlen mitgeführt wird, hat neue Möglichkeiten
für die
Verringerung von NOx erschlossen. Es ist
beobachtet worden, dass die Emissionsleistung für NOx in
dieser Konstruktion des Brenners so niedrig wie 3 ppm pro Vol ist.
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Wie
zuvor angegeben, ist die Fläche
der mehrfachen Strahlen, die getrennt werden und in unabhängigen konvergierenden
glockenförmigen
Einlässen 35,
wie in den 2, 4, 5 und 6 veranschaulicht,
enthalten sind, in dem Mitführen
von Luft viel leistungsfähiger.
Dieses ist in der zusätzlichen
Strahlfläche
und in der Abnahme des Durchmessers, die durch Trennen eines großen Strahls
in einige kleine Strahlen erzeugt wird, begründet. Die Größe des Strahles
wird als Funktion des Durchmessers des Ausgangs und der Divergenz
des Strahles in dem umgebenden Fluid verringert. Der Streuungswinkel,
der hauptsächlich
eine Funktion der Konstruktion des Gasausgangs ist, wird auch durch
die Fläche
des Strahles bestimmt. Jeder Strahl, der unter Verwendung unterschiedlicher
Gasausgänge
und mehrfacher Venturi-Rohre erzeugt wird, wird, wenn er mit dem
gleichen Brennstoffdruck zugeführt
wird, mit derselben Rate Luft mitführen und diffundieren lassen.
Diese Rate der Diffusion/des Mitführens erhöht die Fähigkeit des Brenners einen
sehr mageren Brennstoff oder eine extrem magere Vormischung zu liefern.
Ob gleich nicht gewünscht,
kann die Zusammensetzung der Vormischung von dem Multi-Venturi-Bündel auf
den Punkt justiert werden, an dem sich die Mischung unterhalb der
Entflammbrkeitsgrenzen befindet. Indem man die Zusammensetzung der
Vormischung gerade innerhalb der Entflammbakeitsgrenzen des verbrennenden
Brennstoffs hält,
ist es möglich,
die Masse an Luft, die dann die thermische Last der Flamme maximiert,
zu maximieren. Die zusätzliche
thermische Last verringert die Flammtemperatur und verringert folglich
die thermische NOx Bildung.
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Eine
andere Ausführungsform
einer Brennerbaugruppe, die die Prinzipien und die Konzepte der
Erfindung verkörpert,
wird schematisch in 11 veranschaulicht, in der sie
durch das Bezugszeichen 120 gekennzeichnet wird. In 11 sind
Bestandteile, die im wesentlichen dieselben sind, wie Bestandteile,
die im Zusammenhang mit den 1 bis 5 identifiziert
werden, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In 11 wird
das Venturi-Bündel 30 gezeigt,
wie es nur zwei Venturi-Rohre 32 aufweist; jedoch könnte, wie
oben erklärt,
das Bündel 30 von 11 ebenso
gut drei oder vier oder mehr Venturi-Rohre besitzen, wobei die einzige Beschränkung der
verfügbare
Raum ist. Die Venturi-Rohre 32 schließen jedes,
wie in 11 gezeigt, ein längliches,
im wesentlichen gerades Rohr 64 ein, welches sich zwischen
der Kehle 36 und dem Auslass 38 erstreckt. Und
wie gesehen werden kann, sind die Rohre 64 im wesentlichen
parallel im Verhältnis
zu einander angeordnet. Insbesondere sind die Rohre 64 für einen
parallelen Strom der Fluide angeordnet. Es sollte in dieser letzten
Hinsicht jedoch angemerkt werden, dass die Anordnung, die in 11 gezeigt wird,
für die
Leistungsfähigkeit
des Bündels 30 nicht wesentlich
ist. Eher ist es, wie von den Fachleuten erkannt wird, keine Notwendigkeit,
dass die stromabwärts
liegenden Teile 64 des Venturi-Rohrs gerade sind, oder
dass dieselben parallel im Verhältnis
zu einander positioniert werden.
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Die
Brennerspitze 154 der Brennerbaugruppe von 11,
die detaillierter in 10 veranschaulicht wird, erstreckt
sich vorzugsweise in einer Richtung entlang der Achse 60,
und dieselben ist dafür eingerichtet
und angeordnet, den einzelnen Mischstrom des Brennstoffs und der
Luft, der von dem Sammler 40 empfangen wird, nach außen in die Zone 56 in
einer Richtung entlang der Achse 60 zu leiten. Zu diesem
Zweck kann die Spitze 154 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 66 in
dem stromabwärts liegenden
Ende 67 davon versehen werden, wobei die Öffnungen 66 so
positioniert werden, um den Mischstrom aus Brennstoff und Luft entlang
der Achse 60 zu leiten, wie es am besten in 11 gesehen werden
kann.
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Von
den Venturi-Rohren 32 wird jedes, wie in 11 gezeigt,
mit einer Versorgung an Brennstoffgas über eine Einlassröhre oder
einen Gasrohrübergang 68 versehen,
und der Luftstrom kann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben
unter Verwendung beweglicher Steuerelemente 48 (die Stellräder 46 sind
in 11 nicht gezeigt) gesteuert werden. So kann in
der Ausführungsform
von 11 Brenngas das ansaugende Fluid sein, und Luft
ist das angesaugte Fluid. Die Baugruppe 120 von 11 kann ebenso
mit einem länglichen
mittleren Primärbrennstoffrohr 70 versehen
werden, das sich wie gezeigt entlang der mittleren Achse 60 der
Baugruppe 120 erstreckt und aus einer Bohrung 69 in
dem stromabwärts
liegenden Ende 67 der Spitze 154 herausragt. Ein
kleines Venturi-Rohr 72 wird an dem stromauf liegenden
Ende 74 von Rohr 70 zur Verfügung gestellt, und eine Versorgung
an Primärbrennstoff
für Rohr 70 wird über einen
Einlassbrennstoffrohrübergang
oder -röhre 76 zur
Verfügung
gestellt. So wird verursacht, dass eine Primärmischung aus Luft und Brennstoff entlang
dem Rohr 70 in Richtung zu einer Primärdüse 78 strömt, die
auf einem stromabwärts
liegenden Endbereich 80 des Rohrs 70 positioniert
ist, der sich in der Brennzone 56 befindet. Es sollte hier
angemerkt werden, dass in Übereinstimmung
mit der Erfindung, während
das Material, das an die Düse 78 geliefert
wird, wünschenswerter
Weise eine Luft/Brennstoff-Vormischung sein kann, es auch möglich ist,
dass zu Stabilisationszwecken Rohbrennstoff an die Düse 78 geliefert
werden kann.
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Wie
in 11 gesehen werden kann, werden die Öffnungen 66 das
Rohr 70 umgebend angeordnet. Somit ist, wenn die brennbare
Mischung des Brennstoffs und der Luft von der Spitze 154 durch
die Öffnungen 66 ausgestoßen wird,
dieselbe in Form eines Zylinders, der sich, das Rohr 70 umgebend,
in Richtung zu der Düse 78 erstreckt.
Nach der Zündung
der brennbaren Mischung wird eine im Allgemeinen zylinderförmige Flamme,
die sich entlang der Achse 60 erstreckt, erzeugt.
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Ein
Flammenhalter 82 ist, für
einen Zweck, der im folgenden besprochen wird, an dem Rohr 70 gerade
unterhalb der Düse 78 angebracht.
Die Einzelheiten bestimmter bevorzugter Ausführungsformen des Flammenhalters 82 und
der Düse 78 sind
in den 13 und 14 gezeigt.
Jedoch sollte bemerkt werden, dass die Brennerspitze 254,
die in 13 veranschaulicht wird, von
der Brennerspitze 154 von 11 sich
darin unterscheidet, dass die letztere eine Mehrzahl von Öffnungen 66 in
der Endwand 156 derselben aufweist, während die Brennerspitze 254 lediglich
eine zylinderförmige
Form besitzt, die sich im wesentlichen an ihrem stromabwärts liegenden
Ende 256 weit öffnet.
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Mit
Bezug auf 13 kann der Flammenhalter 82 wünschenswerter
Weise eine konische Form aufweisen, wobei die Spitze 84 desselben
von der Düse 78 wegzeigt.
Wünschenswerter
Weise kann die Spitze 84 sich ungefähr 8 Inch über dem oberen Ende 256 der
Spitze 254 befinden. In einer besonders bevorzugten Form
der Erfindung kann der Flammenhalter 82 einen äußeren Durchmesser
von 4" aufweisen,
wenn das Rohr 70 aus einer Röhre von 1" Durchmesser gebildet wird, und derselbe
kann aus einer geformten Platte gebildet werden, die an dem Rohr 70 durch
Heftzweckschweißungen
oder Klemmschrauben oder dergleichen angebracht ist. Der eingeschlossene
Winkel α zwischen
der Achse 60 und dem Mantel 83 des Kegels des
Flammenhalters 82 kann wünschenswerter Weise 45° betragen.
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In
seiner am meisten bevorzugten Form kann der Halter 82 eine
Mehrzahl ¼" Bohrungen 86 aufweisen,
die darin in einem Muster verteilt sind, das das Rohr 70 umgibt.
Diese Bohrungen 86 können idealer
Weise von hinreichender Größe und Anzahl sein,
so dass ungefähr
30 Prozent der Fläche
des Halters 82 einen geöffneten
Bereich darstellen. Es sollte in dieser Hinsicht jedoch bemerkt
werden, dass in Übereinstimmung
mit den Prinzipien und den Konzepten der Erfindung der geöffnete Bereich
von weniger als ungefähr
10% bis zu mehr als ungefähr
75% der Fläche
des Halters 82 reichen kann. Hierfür kann in Übereinstimmung mit der Erfindung
der Halter in Abhängigkeit
von dem Durchmesser der Hauptbrenneröffnung in dem Ofen eine Vielzahl
von unterschiedlichen Durchmessern aufweisen. Der Durchmesser des
Halters 82 kann so von einem Viertel des Durchmessers der
Hauptbrenneröffnung
in dem Ofen bis zu demselben Durchmesser wie die Hauptbrenneröffnung in
dem Ofen variieren. Weiterhin kann der Winkel α von von etwa 30° oder kleiner
bis zu ungefähr
80° oder
mehr reichen. Es sollte ebenso im Zusammenhang mit dem Vorangehenden
bemerkt werden, dass die Form des Halters 82 nicht kritisch
ist, und beinahe jegliche Form verwendet werden kann, solange dieselbe
zu der Ablenkung der brennbaren Mischung fähig ist, welche die Spitze 154, 254 verlässt, und
einen niedrigen Druck 300 stromabwärts von dem Flammenhalter 82 erzeugt,
der dazu dient, die brennbare Mischung in eine Stagnations-, Niedriggeschwin digkeitszone
zu ziehen, in der die Zündung
stabilisiert und aufrechterhalten werden kann.
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Die
Düse 78 kann
in wünschenswerter
Weise in der Form ausgebildet sein, die in 14 veranschaulicht
wird, in der sie gezeigt wird, wie sie ein Unterteil 88,
das aus einem gebohrten und maschinell bearbeiteten Stück eines
sechseckigen Stabs hergestellt ist, und ein zylinderförmig geformtes
oberes Schalenteil 90, das ein offenes oberes Ende 92 aufweist,
umfasst. Das Unterteil 88 kann mit Bohrungen 94 versehen
sein, und das Schalenteil 90 kann mit Bohrungen 96 versehen
sein, wobei die Bohrungen 94, 96 so dimensioniert
und positioniert sein können, wie
es notwendig ist, um die Resultate zu erzielen, die für die Düse 78 für das Bereitstellen
der gewünschten
Primärflamme
gewünscht
werden. Das Schalenteil 90 schützt die Flamme davor, durch
umgebende Gasströme
von dem offenen Ende 87 des Unterteils 88 aus
ausgeblasen zu werden. Wenn solche Ströme nicht vorhanden sind, kann
es möglich sein,
dass das Schalenteil 90 nicht notwendig ist.
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Die
Anordnung, die schematisch in den 11, 13 und 14 veranschaulicht
ist, liefert eine extrem gute NOx-Leistung.
Wie oben erklärt, ermöglicht das
Multi-Venturi-Konzept das Bereitstellen einer extrem mageren Brennstoffvormischung, die
für sich
zu einer erheblichen NOx-Reduktion führt. Wenn
das Multi-Venturi-Konzept mit der Anordnung der 11, 13 und 14 verbunden
wird, kann sogar resultierend aus der Niedriggeschwindigkeitszonen-Stabilisierung
der extrem mageren Vormischung noch weniger NOx erreicht
werden.
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Mit
Bezug wiederum auf 11 wird es häufig bevorzugt, dass nur ein
kleiner Teil, möglicherweise
nicht mehr als ungefähr
10%, und wünschenswerter
Weise 2% oder weniger, des gesamten Brennstoffs über einen Rohrübergang 76 eingeführt wird und
verwendet wird, Luft aus dem Luftkasten 50 herauszuziehen.
Der Brennstoff und die Luft werden in dem Rohr 70 vorgemischt,
das oben durch die Mitte des Brenners verläuft. Wie oben erwähnt, kann
es in einigen Fällen
wünschenswert
sein, einen Rohbrennstoff über
das Rohr 70 zu liefern. Das Rohr 70 verläuft durch
die Primärvormischungsgasspitze 154 und
endet in der abgeschirmten Düse 78,
die sich in einigem Abstand über
der Primär-
oder Hauptvormischungsspitze 154 befindet. Dieser Abstand
kann in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit und dem Druck der Vormischung, wenn sie
die Spitze 154 verlässt,
und der Größe des Brenners
von kleiner als ungefähr
3 Inch (7,6 cm) bis zu 15 Inch (38,1 cm) oder mehr variieren. So
wird eine kleine Primärflamme
in der erhöhten
Düse 78 an
einer Position über
dem oberen Ende 156 der Hauptvormischungsspitze 154 hergestellt.
Der kegelförmige
Flammenhalter 82, der aus einer perforierten Platte hergestellt
ist, befindet sich gerade unter der erhöhten Düse 78, um einen Ort
für die
Hauptvormischungsmischung von der Spitze 154 zur Verfügung zu
stellen, die in die primäre
stabilisierende Flamme zu ziehen ist, die angrenzend an die Primärdüse 78 erzeugt
wird. So stellen der Kegel 82 und die Primärdüse 78 einen
Mechanismus für
das Aufrechterhalten einer stabilen Flamme in der extrem mageren
Brennstoffvormischung, die von Spitze 154 geliefert wird,
zur Verfügung.
Sobald eine stabile Flamme hergestellt worden ist, kann die Primärflamme,
die an dem Auslassende 92 von der Düse 78 erzeugt wird,
ausgelöscht
werden, um eine sogar noch größere NOx-Reduktion zur Verfügung zu stellen.
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Das
Lokalisieren der Primärflamme
in der oben beschriebenen Weise in einem erheblichen Abstand von
dem Auslass der Hauptbrennerspitze 154 stellt eine Gelegenheit
für die
Luft/Brennstoff-Hauptmischung zur Verfügung, sich auszudehnen und
sich zu verlangsamen, nachdem sie die Hauptspitze 154 verlassen
hat. Dieses Verlangsamen der Vormischung auf eine Geschwindigkeit,
die nicht größer als die
Flammengeschwindigkeit ist, ist für die Stabilisierung der extrem
mageren Brennstoffvormischungs-Flamme wünschenswert. Ein bedeutendes Problem,
das auftritt, wenn eine extrem magere brennbare Mischung des Brennstoffs
benutzt wird, besteht darin, dass die Flammengeschwindigkeit direkt
mit dem Brennstoffinhalt variiert. Somit ist die Flammengeschwindigkeit
in einer extrem mageren Mischung des Brennstoffs sehr niedrig. Die
Mischungstemperatur kann ebenso die Flammengeschwindigkeit beeinflussen,
wobei höhere
Temperaturen in höheren
Flammengeschwindigkeiten resultieren und umgekehrt. Das heißt, wenn
die brennbare Mischung ein extrem magerer Brennstoff ist, wodurch sie
einen sehr großes Überschuss
an Luft enthält, kann
die Geschwindigkeit des Stromes, der aus der Hauptbrennerspitze
herauskommt, die Flammengeschwindigkeit überschreiten, eine Bedingung,
die in dem Ausblasen der Flamme von der Brennerspitze aus resultiert.
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Durch
Verzögern
der Zündung,
bis, nachdem die Brennstofflufthauptmischung von der Spitze ausgetreten
ist und sich in den Ofenraum ausgedehnt hat, diese sich in der Ge schwindigkeit
verlangsamt hat und zusätzlich
durch Strahlung von der heißen Umgebung
aufgeheizt worden ist, wird eine Situation erzeugt, in der die Flammengeschwindigkeit
noch einmal die Stromgeschwindigkeit übersteigt, und die Flamme wird
folglich leicht in einem stabilen Zustand in der stabilisierenden
Zone gehalten, die durch die erhöhte
Düse 78 und
den Halter 82 bereitgestellt wird. Die Zündung und
die Verbrennung des Hauptgases in Art eines Niedergeschwindigkeitszonen-Ausgleichs
in einem erheblichen Abstand von dem Hauptvormischungsspitzenauslass
erzeugt eine zuvor unerreichbare NOx-Reduktionsleistung,
die sich 5 ppm für
Erdgas und sogar weniger als 3 ppm für ein raffiniertes gemischtes
Brenngas (z. B. 25% Wasserstoff, 25% Propan, 50% Methan) annähert. Zusätzlich zu
dem Vorangehenden führt
die bereits verdünnte
Brennstoffmagervormischung Ofenabgasprodukte mit, nachdem sie die
Hauptspitze verlassen hat und während
sie sich ausdehnt und sich verlangsamt, und sie wird dadurch sogar
noch mehr vor der Zündung
verdünnt.
Dieses trägt
auch zu der größeren NOx-Reduktion bei.
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In Übereinstimmung
mit der Anordnung, die in 11 veranschaulicht
wird, kann es möglich
sein, das mittlere Venturi-Rohr 72 recht mager aber innerhalb
der stabilen Entflammbarkeitsgrenzen zu betreiben und das umgebende
Multi-Venturi-Rohr/den gemeinsamen Sammler 140 mit sehr
sehr mageren Mischungen zu betreiben, die sogar unterhalb der Entflammbarkeitsgrenzen
sein können
und von der Ofentemperatur abhängen
müssen,
um die Oxidation des Brennstoffs zu vollenden.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der Erfindung, kann die Brennstoff/Luft-Mischung in dem Rohr 70 durch
eine Bündelanordnung zugeführt werden,
die eine Mehrzahl von Venturi-Rohren 32 enthält. Diese
Anordnung wird schematisch in 11A veranschaulicht.
In diesem Fall schließt
die gesamte Baugruppe wünschenswerter Weise
zwei verschiedene Venturi-Bündel,
ein äußeres, das
eine Luft/BrennstoffVormischung an die Brennerspitze 154 liefert,
und ein inneres, das eine Luft/Brennstoff-Vormischung an das Rohr 70 liefert, ein.
Eine andere alternative Anordnung, in der das innere Multi-Venturi-Bündel vollständig von
dem äußeren Venturi-Bündel umgeben
wird, ist schematisch in 16 veranschaulicht.
Wie in 16 gezeigt, schließt das äußere Venturi-Bündel die
Venturi-Rohre 32 und den gemeinsamen Sammler 140 ein,
während
das innere Venturi-Bündel
die Venturi-Rohre 72 und den gemeinsamen Sammler 340 einschließt. In diesen
Fällen,
in denen die Anordnung ein inneres Multi-Venturi-Bündel einschließt, das
sich innerhalb eines äußeren Multi-Venturi-Bündels befindet,
kann das innere Bündel
innerhalb der stabilen Entflammbarkeitsgrenzen betrieben werden,
und das äußere Bündel kann
so betrieben werden, dass es die Bedingungen, die für eine NOx-Reduktion benötigt werden, maximiert. Es
wird erwogen, dass diese Art einer Anordnung den Aufbau von sehr
großen
Brenner erleichtert, die so viel wie sechs oder mehr Venturi-Rohre
in dem inneren Bündel
und so viel wie zwölf oder
mehr Venturi-Rohre
in dem äußeren Bündel aufweisen.
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Mit
Bezug jetzt auf 12, kann gesehen werden, dass
die Prinzipien und Konzepte der Erfindung auch auf radiale Brenner
anwendbar sind, in denen die Vormischung radial von der Spitze 354 zugeleitet
wird. In dieser Hinsicht wird Bezug auf die parallele US-Anmeldung mit der
Anmeldungsnummer 09/803.808, eingereicht am 12. März, 2001,
genommen, die in ihrer Ganzheit der Offenbarung hiermit hierin durch
spezielle Referenz darauf aufgenommen wird. So schließt die Brennerbaugruppe 320,
der schematisch in 12 gezeigt wird, die Brennerspitze 354 ein,
die sich in einer Richtung ausdehnt, welche sich axial durch die
Brennerbaugruppe erstreckt, und dieselbe ist eingerichtet und angeordnet,
den einzelnen Mischstrom, der von dem Sammler 40 empfangen
wird, in die Brennzone 56 in eine im Allgemeinen radiale
Richtung relativ zu der Achse 60 zu leiten. Somit ist die
Brennerspitze 354 eingerichtet und angeordnet, um eine
runde flache Flamme herzustellen, die die Spitze 354 umgibt.
Mit weiterem Bezug auf 12, kann die Baugruppe 320 ebenso
ein mittleres Rohr 170 einschließen, um über eine Düse 178 der Brennzone
Sekundärbrennstoff
zuzuführen.
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In
einer besonders bevorzugten Form der Erfindung kann die Brennerspitze 354 eine
Konfiguration darstellen, die in den 8 und 9 veranschaulicht
wird, aus denen erkannt werden kann, dass die Spitze 354 ein
im Allgemeinen ringförmiges Unterteil 98 und
eine zentrale Achse 100 besitzt. Des Weiteren besitzt die
Spitze 354 eine Mehrzahl länglicher, nebeneinander befindlicher,
entlang des Umfangs beabstandeter, longitudinal gebogener Rippen 102.
Die Rippen 102 haben jeweilige erste Enden 104,
die auf dem Unterteil 98 angebracht sind, und jeweilige
zweite Enden 106, die von dem Unterteil 98 beabstandet
sind. Wie gesehen werden kann, sind die zweiten Enden 106 näher an der
Achse 60 als die ersten Enden 104 positioniert.
Die Rippen 102 und das Unterteil 98 bilden einen
Bereich 108 innerhalb der Spitze 354, der für das Empfangen
eines Stromes der einzelnen Mischung aus Brennstoff und Luft von
dem Sammler 40 einrichtet ist.
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Die
Rippen 102 bilden eine Vielzahl von gebogenen Schlitze 110 dazwischen
aus. Wie aus den 8 und 9 gesehen
werden kann, werden diese Schlitze 110 so angeordnet und
positioniert, dass der Mischung in dem Bereich 108 ermöglicht wird, von
dem Bereich 108 und nach außen in die Brennzone 56 außerhalb
der Spitze 354 sowohl in eine radiale Richtung als auch
in eine Richtung, die einen Vektor einschließt, der sich entlang der Achse 60 erstreckt,
zu fließen.
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In
der bevorzugten Form derselben, die in den 8 und 9 veranschaulicht
ist, kann die Spitze 354 ebenso ein Kronenteil 112 einschließen, das
mit den jeweiligen zweiten Enden 106 der Spitze 354 verbunden
ist. Wünschenswerter
Weise kann das Kronenteil 112 eine Mehrzahl von axial und
radial sich ausdehnenden Unterbrechungen 114 einschließen, die
an bestimmten der Schlitze 110 ausgerichtet sind, so dass
die Mischung, die den Bereich 108 durch die Unterbrechungen 114 verlässt, eine
ausgeprägtere
axiale Strömungsrichtung
als die Mischung hat, die den Bereich 108 durch die Schlitze 110 selbst verlässt. Idealer
Weise können
die Unterbrechungen 114 so positioniert werden, dass sie
bewirken, dass die axial gerichtete Mischung dadurch fließt, um einen
Vorstufen-Mischbereich 116 (siehe 12) zu erzeugen,
der sich außerhalb
der Brennzone 56 befindet, wobei die Mischung aus Brennstoff
und Luft, welche die Unterbrechungen 114 durchfließt, in dem Bereich 116 in
einer Richtung herumkreisen kann, die durch die Pfeile 115 angezeigt
wird, so dass sie mit Abgas verdünnt
wird, bevor sie zu der Brennzone zurückgeführt wird, um verbrannt zu werden.
Im Vergleich dazu wird die Richtung des Stromes der Vormischung,
die durch die Schlitze 110 fließt, schematisch durch die Pfeile 117 veranschaulicht.
In einer besonders bevorzugten Form der Erfindung kann das Kronenteil 112 der
Spitze 354 mit einer axial ausgerichteten, eine mittlere
Gasdüse
aufnehmenden Öffnung 118 versehen
werden.
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In
einem Aspekt stellt die Erfindung einen radialen Wandbrenner zur
Verfügung,
der ein zusammengesetztes Venturi-Bündel einschließt und daher zum
Erzielen einer hohen Wärmefreisetzung
mit einer 100%-igen Vormischung fähig ist. Dieses ist nicht vor
der vorliegenden Erfindung möglich
gewesen. In der Vergangenheit lagen die höchsten erreichbaren Wärmefreisetzungen
mit Sekundärluft
um 1,7 MMBTU/h (1,79 GJ/h). Jedoch soll bemerkt werden, dass Sekundärluft gewöhnlich mehr
NOx erzeugt, als wenn die gesamte Luft in
Form der Luft/Brennstoff-Vormischung in den Venturi-Abschnitt geliefert
wird. Diese Grenze ist jetzt mit der neuen Konstruktion, die hierin offenbart
wird, nieder gerissen worden, die ein zusammengesetztes Venturi-Bündel einschließt, das aus
einer Mehrzahl von Venturi-Rohren besteht, die in einem einzelnen
Bündel
für einen
parallelen Fluidstrom angeordnet sind.
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Die
Erfindung stellt geringes NOx mit stufengetrenntem
Brennstoff, geringe Geräusche
in einigen Konfigurationen, stufengetrennte Gasströme, die
das Abgas außerhalb
des Brenners mitführen,
sofortige NOx-Verminderung, Einfachheit
des Betriebes ohne Sekundärluftjustagen,
ein kurzes Flammenprofil, große
Umlageverhältnisse
mit zusätzlichen
Vormischungsspitzengeschwindigkeiten, eine hohe Stabilität, minimale
CO-Emissionen, eine
kühlere
Vormischungsspitze (mit einem zusätzlichen Massenstrom und größerer Wärmeübertragung)
und minimale Rückschlagsprobleme
mit zusätzlicher
Spitzengeschwindigkeit zur Verfügung.
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Die
Erfindung betrifft eine Multi-Venturi-Konstruktion, die unter anderem
einen Luftüberschuss für extrem
magere Brennstoffmischungen für
Vormischungsanwendungen zur Verfügung
stellen kann. Insbesondere kann die Erfindung entweder in Zusammenhang
mit radialen Wandbrennern oder mit Brennern nützlich sein, die eine axiale
Flamme liefem. Die Erfindung ist auch in Zusammenhang mit großen Prozessheizungsbrennern
nützlich,
in denen die primäre
brennbare Mischung aus 100% oder aus einer teilweisen Vormischung
als einen Mechanismus für
die NOx-Reduktion hergestellt ist. Aber
es soll auch bemerkt werden, dass die Multi-Venturi-Konstruktion
der Erfindung eine allgemeine Anwendbarkeit hat und für den allgemeinen
Gebrauch extrapoliert werden kann, wann immer Venturi-Rohre erforderlich
sind. Insbesondere arbeitet die Multi-Venturi-Konstruktion der Erfindung, um mehr
Luft als zuvor als möglich
erachtet durch eine erhöhte
Massenübertragung
und Diffusion mitzuführen.
Außerdem
besitzt die Multi-Venturi-Konstruktion
der Erfindung eine vorteilhafte Anwendung für typische Tank- und Behälterbelüften, Luftmanagement,
Transport und Management von Feststoffen und überall, wo ein kurzes Venturi-Rohr
erforderlich sein kann, um große
Massen von Materialien zu bewegen.
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Früher waren
radiale Wandbrenner nicht ohne den Gebrauch von irgendeiner anderer
Luftquelle zum Erreichen von Wärmefreisetzungen über 1,5
MMBtu/h (1,5895 GJ/h) in der Lage. Mit dem parallelen Gebrauch von
mehrfachen Venturi-Rohre sind mit der richtigen Geometrie und Aufmerksamkeit auf
Einzelheiten, um sicherzustellen, dass die Wechselwirkung zwischen
den Venturi-Rohren minimiert wird, Wärmefreisetzungen gut oberhalb
von 10 MMBtu/h (19,6 GJ/h) erreichbar.
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In
einer Konfiguration in Übereinstimmung mit
der Erfindung ist es möglich,
die Erfindung auf modulare Brenner anzuwenden, in denen Venturi-Ejektoren
hinzugefügt
werden können,
um die Kapazität
zu erhöhen
oder NOx zu verringern. In diesem Konzept
kann ein Brenner mit mehrfachen Venturi-Rohren installiert werden,
und er kann zu einem späteren
Zeitpunkt mit zusätzlichen
Venturi-Rohre verbessert werden, um die Kapazität zu erhöhen oder Dampf oder Abgas oder
andere träge
Gase hinzuzufügen,
um NOx zu verringern. In einer anderen Konfiguration
ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, gerade Abgas als Verdünnungsmittel
zu verwenden, um NOx zu verringern, sondern
sie kann mit jedem möglichen
anderen Verdünnungsmittel verwendet
werden, das Masse hinzufügt,
um die Flamme zu löschen.
Solche Verdünnungsmittel
können
von jedem trägen
Gas, wie Stickstoff oder Dampf oder CO2,
bis zu Niedrig-BTU-Brennstoffen,
wie raffiniertes PSA-Gas oder anderen brennstoffbeladenen Dampf-
oder Gasströmen
mit irgendeinem Prozentsatz des brennbaren Gases darin, reichen.
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In
anderen Konfigurationen kann die vorliegende Erfindung für viele
unterschiedliche Konfigurationen von Prozessheizungsbrennern verwendet werden,
die auf dem Boden oder an dem Dach des Ofens anstatt an der Seitenwand
angebracht werden können.
Diese können
Flammen erzeugen, die freistehend und rund oder flach sind. Sie
können
in Öfen arbeiten,
in denen es nicht erforderlich ist, dass die Wand durch die Flamme
geheizt wird.
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In
weiterhin anderen Konfigurationen können anstelle von Brennstoff
als den antreibenden Fluid in einem oder in mehr der Ejektoren Dampf
oder andere komprimierte Verdünnungsgase,
wie sie oben gekennzeichnet sind, als das antreibende Fluid verwendet
werden.
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Typische
radiale Wandbrenner verwenden die antreibende Kraft eines einzelnen
Gasrohrübergangs,
um Luft von der Atmosphäre
einzukoppeln. Dieses neue Konzept des parallelen Verwendens von
mehrfachen Venturi-Rohren oder Ejektoren fügt der Verbrennungsindustrie
eine neue Dimension hinzu. Die Pluspunkte der vorliegenden Erfindung,
wenn Sie auf die Brennertechnologie angewendet wird, sind die folgenden:
- (1) kürzere
Flamme wegen der besseren Gleichförmigkeit des Gases und der
Luft;
- (2) große
Umlageverhältnisse
sind möglich
(10:1 im Vergleich mit 3:1 für
Vorrichtungen aus dem Stand der Technik);
- (3) geringere Geräusche
um den Brenner herum;
- (4) Kacheln weisen keine heißen Stellen auf, die durch
brennende Strahlen erzeugt werden, die sich zu der Kachel bohren;
- (5) für
die 100%-ige Vormischung ist kein Sekundärregister erforderlich;
- (6) Brennerbetrieb ist sehr stabil;
- (7) Brenner ist in der Lage, substöchiometrisch ohne Rückschlag
zu arbeiten;
- (8) Fähigkeit,
sowohl sofortiges als auch thermisches NOx durch
Abgasinjektion und -mischung zu senken;
- (9) Stufung von Brennstoff wird leicht mit einer einzelnen internen
oder mehrfachen radialen Spitzen erreicht;
- (10) Rückschlag
bei flüchtigen
Brennstoffen wird durch höhere
Spitzengeschwindigkeiten minimiert; und
- (11) wesentlich größere Wärmefreisetzungen,
als vormals für
möglich
gehalten wurde, werden erzielt.
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In Übereinstimmung
mit den Konzepten und den Prinzipien der Erfindung kann ein Brenner,
der das neue zusammengesetzte Venturi-Bündel enthält, das Gegenstand der vorherigen
Offenbarung ist, für ein
Aufwärts-,
Abwärts-
oder Horizontalbrennen konstruiert werden. Außerdem kann der Multi-Venturi-Brenner
der Erfindung für
das Brennen brennbarer Fluide, wie Heizöl, benutzt werden. Dementsprechend
kann der Brenner mit minimaler Schwierigkeit und mit minimalen physikalischen Änderungen
für Kombinationsverbrennungsanordnungen
verwendet werden. Es sollte auch bemerkt werden, dass der Brenner
der Erfindung leicht für
eine Vielzahl von Formen anpassbar ist. Zum Beispiel könnte der
Brenner in einer rechteckigen oder einen anderen gewünschten
Form, anstelle der runden Flammenkonstruktion, die oben beschrieben
wurde, konstruiert werden.
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Es
ist auch aus der vorangehenden Beschreibung klar, dass die Erfindung
den Gebrauch eines Venturi-Bündels
in Verbindung mit einem mittleren Brennstoffrohr erwägt, welches
entweder eine Brennstoff-/Luftvormischung einer mittleren primären Flammdüse oder
reinen Brennstoff einer mittleren Düse, die Sekundärbrennstoff
an eine Brennzone liefert, zur Verfügung stellt.
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Es
ist auch klar, dass die Erfindungsprinzipien und die Konzepte der
Erfindung angewendet werden können,
um eine große
Brenneranordnung zur Verfügung
zu stellen, die ein inneres Multi-Venturi-Bündel einschließen kann,
das sich innerhalb eines äußeren Mult-Venturi-Bündels befindet.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Anzahl von neuen Merkmalen zu
Verfügung,
die entweder in Kombination oder alleine in Zusammenhang mit Brennern
und/oder Brennerbaugruppen, die zum Brennen von Fluid-Brennstoffen
eingerichtet sind, nützlich
sind. Diese flüssigen
Brennstoffe können Heizöl oder dergleichen
sein, aber vorzugsweise können
sie ein gasförmiger
Brennstoff, wie Erdgas, Propan, Butan oder Wasserstoff oder dergleichen, sein.