DE69722093T2 - Emissionsarmer Wirbelbrenner - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brenner und betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, einen Brenner mit niedriger NOx-Emission, und zwar einen solchen, der eine Gaswirbeltechnik anwendet, um eine vollständige oder im wesentlichen vollständige Verbrennung zu unterstützen.
  • Die US-A-3 685 740 beschreibt einen Sauerstoff-Brennstoff-Brenner der Raketenbrennerbauart mit einer zylindrischen Brennkammer mit offenem Auslassende und einer Brennerplatte mit getrennten Sauerstoff- und Brennstofföffnungen, welche das entgegengesetzte Ende der Kammer bildet, wobei die projizierten Längsachsen der Sauerstofföffnungen in konvergierenden Richtungen zur Längsachse der Kammer verlaufen, aber von dieser versetzt und diese nicht schneidend verlaufen, so daß Punkte auf den betreffenden Achsen, welche der Kammerachse am weitesten angenähert sind, eine querpositiortierte Ebene zwischen der Brennerplatte und dem Kammerauslaß definieren, wobei weiter die projizierten Längsachsen der Brennstofföffnungen im wesentlichen parallel zur Kammerachse verlaufen, um Sauerstoff und Brennstoff in und jenseits der Ebene der Größenannäherung zu vermischen, und Mittel zum Verstellen der Längsposition der Brennerplatte auf der Kammerachse und dadurch zum Positionieren der Ebene der Größenannäherung in Bezug auf den Kammerauslaß zum Bestimmen des Brenneraustrittsflammenbilds vorhanden sind. Ein solcher Brenner weist auch einen Kühlwassermantel auf, der zur Spitze des Brenners hin verläuft, um die Spitze während des Brennerbetriebs zu kühlen. Während dieser Brenner eine Anzahl verschiedener Flammenmuster erzeugen kann, tendieren diese Muster dazu, turbulent zu sein, und sind deshalb für gewisse Anwendungen nicht geeignet. Es ist außerdem anzumerken, daß dieser Brenner für eine vollständige Vermischung von Sauerstoff und Brennstoff ausgelegt ist, so daß heiße, vollständig verbrannte Flammengase den Brenner verlassen. Dementsprechend benötigt die Brennerspitze Kühlung und folglich wird die Gesamtbrennereffizienz verringert, da ein Teil der Brennwärme an die Kühlflüssigkeit im Kühlmantel verloren geht. Des weiteren ist dieser Brenner wegen der hohen Mischrate und der Tatsache vergleichsweise geräuschvoll, daß jedes Geräusch im Brennergehäuse noch verstärkt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brenner zu schaffen, der die mit der oben erwähnten Anordnung verbundenen Probleme verringert und möglicherweise eliminiert.
  • Die US-A-4 475 885 bezieht sich auf einen Brenner mit einstellbarer Flamme, der zwei Gruppen von Luftkanälen benutzt. Die Öffnungen der einen Gruppe verlaufen im wesentlichen parallel zur Brennermittelachse. Die Öffnungen der anderen Gruppe sind mit Bezug auf die Brennerachse schräg gestellt, so dass sie eine Wirbelströmung erzeugen. Der Schnittwinkel zwischen jedem Kanal der ersten Gruppe und einem entsprechenden Kanal der zweiten Gruppe beträgt zwischen 45° und 65°.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Sauerstoff-Brennstoff-Brenner mit einem Außenmantel (12) vorgesehen, der ein erstes Einlassende (12a), ein zweites Auslassende (12b) für den Brennflammenaustritt, und eine Längsachse X hat, weiter mit Brennstoffzufuhrmitteln (14, 18, 20) zum Einleiten eines Brennstoffstroms in das Einlassende (12a) und Leiten desselben in Richtung zum Auslassende (12b) hin, Sauerstoffzufuhrmitteln (22, 24, 26) zum Einleiten von Sauerstoff in das Einlassende (12a) und zum Leiten desselben in Richtung zum Auslassende (12b) hin, wobei die Brennstoffzufuhrmittel (14, 18, 20) einen im wesentlichen mittigen Auslaß (18) mit einer divergierenden konischen Innenfläche (20) aufweisen, über welche der Brennstoff geleitet wird, während er daraus austritt, und wobei die Sauerstoffzufuhrmittel (22, 24, 26) eine Mehrzahl von Sauerstoffauslässen (22) aufweisen, die umfangsmäßig beabstandet um die Brennstoffzufuhrmittel (14, 18, 20) herum angeordnet und radial einwärts in Richtung zum Auslassende (12b) hin abgewinkelt und relativ zur Achse X schräg gestellt sind, um so einen wirbelnden konvergierenden Sauerstoffkegel zu erzeugen, der den Brennstoffstrom in einer ersten stromaufwärtigen Zone desselben schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffzufuhrauslässe (22) radial einwärts zwischen einem Winkel a zwischen 5 und 10° relativ zur Achse X verlaufen.
  • Durch Kombinieren der aerodynamisch gesteuerten Verzögerung der Strömungsmischung und der Laminarisierung der Strömung mit der inneren Rezirkulation (d. h. innerhalb der Flamme) der Verbrennungsgase und Oxidationsmittel zeigt ein solcher Brenner eine geringe Produktion von CO-NOx- und Rußemissionen (zum Beispiel NOx-Werte unter 500 Milligramm/Meter3 bei einer Ofentemperatur von 1600°C und bis zu 2,5 MW Leistung), und die konische Düsenauslegung reduziert die Geräuschmenge von den 120 dB des Standes der Technik auf 87 dB bei 1,5 MW. Es ist sehr einfach, die Form der vom Brenner emittierten Flamme schnell zu ändern, und aufgrund der reduzierten Rußbildung bei Verwendung des Brenners (weil Brenngase und Oxidationsmittel aufgrund des Wirbeleffekts innerhalb der Flamme intern rezirkuliert werden, wird Ruß rückstandsfrei im letzten Teil der Flamme verbrannt) wird eine sehr leuchtende Flamme erzeugt. Der Brenner erzeugt eine Flamme mit zwei Verbrennungsbereichen: eine erste, an den Brennstoffauslaß angrenzende, brennstoffreiche Zone, und eine zweite hintere Zone, in welcher die Hauptverbrennung stattfindet und wo der größte Teil der Wärme erzeugt wird. Diese Distanzierung der Hauptverbrennung vom Brenner verhindert eine Überhitzung des Brenners und der angrenzenden feuerfesten Materialien, wodurch die Notwendigkeit für eine Wasserkühlung derselben entfällt. Vorzugsweise sind die Sauerstoffzufuhrauslässe unter einem Winkel Θ zwischen 20 bis 30° relativ zur Achse X schräg gestellt.
  • Vorteilhafterweise divergieren die Brennstoffzufuhrmittel unter einem Winkel Ø zwischen 30 bis 40° relativ zur Achse X.
  • Vorzugsweise beträgt der Winkel Ø zwischen 30 und 45°.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Anordnung weist der Brenner Mittel zum Verändern der Axialposition der Brennstoff- und Sauerstoffauslässe innerhalb der Brennkammer auf um dadurch das Strömungsbild des Brenners zu verändern.
  • Zweckmäßigerweise sind die Brennstoff- und Sauerstoffzufuhrmittel in einer Brennerplatte innerhalb der Brennkammer montiert, und die Brennerplatte ist längs der Achse X axial verschiebbar, um dadurch die Axialposition der Brennstoff- und Sauerstoffauslässe innerhalb der Brennkammer zu verändern.
  • In gewissen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, zusätzliche Luft oder Sauerstoffangereicherte Luft zur Verbrennung einzusetzen. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß eine Mehrzahl von Luftauslässen mit Umfangsabständen um die Sauerstoffauslässe vorgesehen wird, wobei die Luftauslässe so konfiguriert sind, daß sie eine Luftströmung radial einwärts relativ zur Achse X und relativ dazu schräg gestellt erzeugen. Die Luftauslässe sind vorzugsweise in den gleichen Richtungen wie die Sauerstoffauslässe schräg gestellt.
  • Der Brennstoffauslaß kann ein Brennölauslaß oder Brenngasauslaß sein, und die Sauerstoffzufuhrmittel können Sauerstoff, Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft zuführen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nunmehr lediglich beispielshalber unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt:
  • 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines Sauerstoff-Brennstoff-Brenners, der die Erfindung verkörpert,
  • 2 eine Querschnittsdarstellung des in 1 dargestellten Brennerblocks, wobei das zugehörige Strömungsmuster dargestellt ist,
  • 3 eine Draufsicht des Brennerblocks in Richtung des Pfeils T in 2,
  • 4 eine Stirnansicht des Brennerblocks in Richtung des Pfeils A in 2,
  • 5 eine weitere Querschnittsdarstellung des Brennerblocks, wobei das zugeordnete Strömungsmuster dargestellt ist,
  • 6 eine Stirnansicht des Brennerblocks in Richtung des Pfeils W in 5,
  • 7 eine graphische Darstellung der Geschwindigkeit des Sauerstoffs bei dessen Austritt aus den Auslässen,
  • 8 eine graphische Darstellung der NOx-Konzentration der Brennflamme,
  • 9a eine Querschnittsdarstellung einer alternativen Ausführungsform eines Brennerblocks, und
  • 9b eine Stirnansicht des Brennerblocks nach 9a.
  • Der beispielshalber in 1 dargestellte Sauerstoff-Brennstoff-Brenner 10 weist einen rohrförmigen bzw. zylindrischen Mantel 12 mit einem ersten Einlassende 12a, einem zweiten Auslassende 12b zum Brennflammenauftrag, und eine Längsachse X und ein mittiges Brennstoffzufuhrrohr 14 auf, das zwischen dem Einlassende 12a und dem Auslassende 12b verläuft, an welchem Punkt ein am besten in den 2 bis 6 zu sehender Brennerblock (bzw. eine Brennerplatte) 16 angeschlossen ist. Das Brennstoffzufuhrrohr 14 endigt in einem im wesentlichen mittigen Auslaß 18, der auf der Achse X positioniert ist, und der eine allgemein divergierende konische Innenfläche 20 aufweist, über welche der Brennstoff gelangt, während er daraus austritt. Außerdem ist am Brennerblock eine Mehrzahl von Sauerstoffauslässen 22 vorgesehen, die mit Umfangsabständen um den Brennstoffzufuhrauslaß 18 angeordnet und zum Auslassende 12b hin radial einwärts unter einem Winkel verlaufen und relativ zur Achse X schräg gestellt sind, so daß ein wirbelnder konvergierender Sauerstoffkegel erzeugt wird, der den Brennstoffstrom in einer ersten stromaufwärtigen Zone Z1 schneidet. Wie man sieht, um noch einmal auf 1 Bezug zu nehmen, umfassen die Sauerstoffzufuhrmittel außerdem den zwischen dem Gehäuse 12 und dem Brennstoffzufuhrkanal 14 gebildeten Kanal24, wobei Sauerstoff durch den Einlaß 26 zugeführt und dann entlang des Kanals 24 geleitet wird, so daß er auf eine rückwärtige Fläche 16a des Brennerblocks 16 auftrifft, von wo aus der Sauerstoff in die Mehrzahl von Sauerstoffzufuhrauslässen 22 gelangt, die jeweils an einer innerhalb der konischen Fläche 20 gelegenen Stelle endigen.
  • Aus 2 ist ersichtlich, daß die Sauerstoffauslässe 22 jeweils radial einwärts unter einem Winkel α zwischen 5 und 10° relativ zur Achse X verlaufen, was darin resultiert, daß eine Sauerstoffströmung radial einwärts gerichtet wird, so daß sie die aus dem Auslaß 18 austretende Brennstoffströmung schneidet. Aus der Draufsicht nach 3 ist ersichtlich, daß jeder Sauerstoffauslaß 22 ebenfalls unter einem Winkel Θ zwischen 20 und 30° relativ zur Achse X schräg gestellt ist. 4 zeigt im einzelnen den Verlauf der Sauerstoffzufuhreinlässe 22 von der Fläche 16a zur Fläche 20. Die Winkel der Sauerstoffauslässe 22, die divergierende konische Form der Düse 20, und die Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen dem Sauerstoff und dem Brennstoff sind sehr wichtig und bestimmen die Menge der Emissionen und die Flammenform. Bezugnehmend mehr im einzelnen auf die 2 bis 6 ist zu erkennen, daß die Divergenz der Fläche 20 unter zwischen 30° und 40° (vorzugsweise zwischen 30° und 35°) den Brennstoff aus dem Auslaß 18 in gleichmäßiger Weise austreten läßt und einen vergleichsweise langen, engen geraden Strom mit im wesentlichen laminarer Strömungsform erzeugt. Dies steht in starkem Gegensatz zu vielen der Anordnungen aus dem Stand der Technik, bei denen der Brennstoff in einer Weise eingeleitet wird, bei der die Erzeugung eines turbulenten Strömungsbilds spezifisch beabsichtigt ist. Die Mehrzahl der Sauerstoffkanäle 22, die so positioniert sind, daß sie einen Sauerstoffstrom radial einwärts unter einem Winkel a zwischen 5° und 10° relativ zur Achse X erzeugen, ist so angeordnet, daß eine verzögerte Vermischung des Sauerstoffs mit dem Brennstoffstrom bewirkt wird, so daß die Zone Z1 als im wesentlichen brennstoffreicher Bereich aufrechterhalten wird, während die Zone Z2 als brennstoffarmer Bereich aufrecht erhalten wird. Diese Anordnung hat den Vorteil der Verzögerung der Bildung des leuchtenden Bereichs, der an einer Stelle etwa 300 Millimeter bis 500 Millimeter vom Brenner entfernt beginnt, wodurch eine Überhitzung des Brenners und irgendwelchen feuerfesten Materials vermieden wird. Infolgedessen ist diese Konstruktion in der Lage, die anfängliche Flammentemperatur bei unter 1200°C zu halten, und folglich ist eine Wasserkühlung des Brenners nicht notwendig. Temperaturen von bis zu 1650°C können aufgenommen werden, wenn Legierungen wie beispielsweise INCO-ALLOY, Cupronickel oder Monel 400 eingesetzt werden oder eine Wasserkühlung vorgesehen wird. Die brennstoffreiche Zone Z1 verläuft über eine Länge von etwa 300 Millimeter bis 500 Millimeter und endigt am Beginn der zweiten, etwas größeren Zone Z2, wo die Hauptverbrennung stattfindet. Die Ausdehnung der zweiten Zone Z2 kann dadurch gesteuert werden, dass der Winkel a verändert und die Düse bzw. der Brennerblock 16 innerhalb des Mantels bzw. Gehäuses 12 zurückgezogen wird. Während es sich versteht, daß der Winkel a im allgemeinen für irgendeine bestimmte Brennerauslegung festgelegt wird, kann die Position des Brennerblocks 16 längs der Achse X durch Betätigen eines Motors 36 (1) verändert werden, der widerum über ein Zahnstangen-Zahnrad-Getriebe 38, 40 den Brennstoffzufuhrkanal 14 und den Brennerblock 16 axial entlang der Achse X bewegt. Je weiter der Brennerblock 16 zurückgezogen wird, desto größer ist die Wirkung des Auslassendes 12b auf die Flammenform, wobei der Wirbeleffekt mit zunehmender Zurückziehung verringert wird. Diese Verringerung des Wirbels resultiert in einer entsprechenden Flammenlänge, und die Rezirkulation verändert sich, und folglich kann das Flammenbild so verändert werden, daß es dem Bedarf eines bestimmten Kunden angepasst werden kann. Wenn der Brennerblock 16 so positioniert ist, daß er bündig mit dem Auslassende 12b endigt, ergibt sich natürlich, wenn überhaupt, eine geringe Beeinflussung durch das Auslassende, und die Flammenform wird weitgehend durch die Form, Position und Winkel der Brennstoff- und Sauerstoffauslässe selbst bestimmt.
  • Unter näherer Bezugnahme auf die 3 und 4 ist ersichtlich, daß die Sauerstoffauslässe 22 auch unter einem Winkel Θ relativ zur Längsachse X schräg gestellt sind, so daß ein gewisses Maß an Wirbel in der Sauerstoffströmung erzeugt wird, die dann in Richtung des Pfeils R um die mittige Brennstoffströmung rotiert. Ein Winkel Θ von zwischen 20° und 30°, vorzugsweise zwischen 20° und 25°, teilt einen ausreichenden Wirbel mit, um eine solche Rezirkulationswirkung in der Brennzone Z2 zu erzeugen, daß irgendwelche verbleibenden unerwünschten Verbrennungsprodukte rezirkuliert und mit verbleibendem 02 vermischt werden, um eine vollständige bzw. im wesentlichen vollständige Verbrennung derselben zu ergeben, so daß eine beträchtliche Verringerung von NOx, CO und Ruß bewirkt wird, bevor die Flamme aus der Zone Z2 austritt.
  • Es wird nun noch einmal kurz auf 1 Bezug genommen. Ein Betätigungsorgan in Form eines Motors 36 und eine Zahnstangen-Ritzel-Anordnung 38, 40 sind am distalen Ende des Brennstoffkanals 14 angeordnet und Betätigbar, um diesen Kanal und die Brennerplatte 16 axial entlang der Achse X zu verschieben, um dadurch die Axialposition der Brennstoff- und Sauerstoffauslässe 18, 22 innerhalb der Brennkammer zu verändern und daher das Ausströmbild des Brenners selbst zu verändern, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Pumpen 34 und 42 nach 1 dienen zum Zuführen des Brennstoffs und des Sauerstoffs in die Brennkammer mit einem geforderten Strömungsdurchsatz, um die Erzeugung der notwendigen Strömungsbedingungen zu unterstützen. 7 zeigt ein typisches Geschwindigkeitsprofil des Sauerstoffs, während er aus den Auslässen 22 austritt, für eine Geschwindigkeit von 163,6 m/s innerhalb des Auslasses (die Geschwindigkeit des Sauerstoffs in den orthogonalen Richtungen x, y, z sind durch Bezugszeichen u, v bzw. w bezeichnet). Die Brennstoffströmung ist dazu proportional. 8 zeigt eine schematische Darstellung der NOx-Verteilung in der Zone Z1 und der Zone Z2, woraus erkennbar ist, daß erwartet werden kann, daß NOx fortschreitend durch die Zone Z1 ansteigt und dann fortschreitend durch die Zone Z2 abfällt.
  • Im Betrieb reduziert der vorliegende Brenner die Bildung von Stickstoffoxiden durch Kombinieren einer verzögerten Vermischung von Brennstoff und Sauerstoff mit Laminarisierung der Strömung und einer internen Rezirkulation. Dieses Verfahren resultiert in der Erzeugung von zwei Verbrennungsbereichen Z1, Z2, nämlich zuerst einer sehr brennstoffreichen Zone von etwa 300 Millimeter bis 500 Millimeter Länge, und zweitens einer größeren Zone, in welcher die Hauptverbrennung stattfindet. Beide Zonen haben ihre eigenen Eigenschaften, wobei die erste Zone Z1 von sehr niedriger Temperatur und geringer Leuchtkraft ist, was folglich die Bildung von NOx und die Überhitzung des Brenners und/oder irgendeines angrenzenden feuerfesten Materials verhindert, während die benachbarte Zone Z2 etwas heißer ist. Wie oben beschrieben, kann die Ausdehung der zweiten Zone Z2 durch den Winkel der Sauerstofföffnungen und das Zurückziehen des Düsenbrennerblocks 16 innerhalb des Mantels 12 gesteuert werden. Die Zone Z2 ist sehr leuchtstark, und der Hauptteil des Brennstoffs wird vollständig verbrannt, was mindestens teilweise auf einem Rezirkulationseffekt beruht, der durch den Sauerstoffwirbel um den Brennstoffstrom erzeugt wird. Infolgedessen wird die Erzeugung von NOx verhindert und gebildeter, die Leuchtkraft steigernder Ruß ohne Rückstände verbrannt. Es sind NOx-Werte von unter 500 Milligramm/Meter3 bei einer Ofentemperatur von 1400°C und bis zu 1,5 MW Leistung erreicht worden, bei ähnlichen NOx-Werten bei einer Ofentemperatur von 1600°C und 2,6 MW Leistung. Des weiteren ist diese Düsenkonstruktion in der Lage, die Ge räuschpegel von den 120 dB des Standes der Technik auf etwa 94 dB für eine Brennerausgangsleistung von etwa 1,5 MW zu verringern.
  • Der Radialwinkel α der Sauerstoffauslässe 22 erzeugt die Eigenschaft der verzögerten Vermischung und eines transparent blauen, anfänglich eine niedrigere Temperatur aufweisenden Teils der Flamme, und der Schrägstellungswinkel Θ erzeugt die Eigenschaft der Drallzahl und der entsprechenden internen Rezirkulation innerhalb der rußigen Flamme. Eine Veränderung des Winkels a beeinflusst und steuert dadurch die Flammenlänge und die NOx-Bildung, während eine Veränderung des Winkel Θ die Flammenbreite, die Leuchtkraft und die NOx-Bildung beeinflusst. Der Brennstoffauslaß 18 ist im Durchmesser relativ zu herkömmlichen Brennern groß und erzeugt das gewünschte Geschwindigkeitsverhältnis von 2 : 1 zwischen der Sauerstoffgeschwindigkeit und der Brennstoffgeschwindigkeit. Der Konuswinkel Ø von zwischen 30° und 40°, vorzugsweise zwischen etwa 30° und etwa 35°, erzeugt eine vollständige Stabilisierung der Flamme über einen breiteren Bereich von Strömungen (d. h. einem breiten Einstellbereich) sowie die Verringerung der betrieblichen Geräuschpegel.
  • Es wird nun auf die 9a und 9b Bezug genommen, in denen gleiche Teile, wie bereits vorstehend beschrieben, mit einem Hochstrich bezeichnet sind, und wo eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.
  • Mit umfangsmäßigen Abständen um die Sauerstoffauslässe 22' herum ist eine Vielzahl von Luftauslässen 50 zur Zufuhr von Luft oder Sauerstoff-angereicherter Luft in den Verbrennungsprozeß angeordnet. Die Luftauslässe 50 sind relativ zur Achse X einwärts abgewinkelt, aber unter einem Winkel, der etwas größer als a ist, so dass sie zur Flamme in Richtung zur Schnittstelle zwischen der ersten und der zweiten Zone Z1 und Z2 (siehe 5) konvergieren. Die Luftauslässe 50 sind auch in der gleichen Richtung wie die Sauerstoffauslässe 22' schräg gestellt (siehe 9b), um so zu dem vorteilhaften Wirbeleffekt beizutragen, der durch die Schrägstellung der Sauerstoffauslässe 22' erzeugt wird. Es kann gleichermaßen vorteilhaft sein, um eine weitere Turbulenz zu begünstigen, die Luftausläs se 50 in der Gegenrichtung zur Schrägstellung der Sauerstoffauslässe 22' schräg zu stellen (nicht dargestellt).
  • Bei der Ausführungsform nach den 9a und 9b umfassen die Brennstoffzufuhrmittel eine Kappenbaugruppe 52 (deren Frontende den ersten, innersten Teil der divergenten konischen Fläche 20' bildet), die koaxial mit der Achse X' und lösbar innerhalb des Brennerblocks 16' montiert ist. Dies ist eine besonders vorteilhafte Anordnung, da sie den schnellen Austausch der Kappenbaugruppe 52 zur Wartung oder Reparatur oder zur Veränderung des Winkels der ersten divergenten konischen Fläche ermöglicht, was wünschenswert sein kann, wenn die Art des zum Brenner zugeführten Brennstoffs verändert werden soll.
  • Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, sind Mittel zur Veränderung der Strömungen des Brennstoffs, des Sauerstoffs und der Luft in und folglich auch aus dem Brenner vorgesehen, um den Verbrennungsprozeß für eine bestimmte Anwendung fein einzustellen.
  • Zusätzlich zu weiteren oben erwähnten Vorteilen ist ein Brenner nach der Erfindung zur Verwendung in der Glas- und in der Metallindustrie sowie allgemein zur Wärmebehandlung geeignet; er kann in zylindrischen (Dreh-)Öfen oder in kastenförmigen Öfen eingesetzt werden.

Claims (12)

  1. Sauerstoff-Brennstoff-Brenner mit einem Außenmantel (12), der ein erstes Einlassende (12a), ein zweites Auslassende (12b) für den Brennflammenaustritt und eine Längsachse X hat, weiter mit Brennstoffzufuhrmitteln (14, 18, 20) zum Einleiten eines Brennstoffstroms in das Einlassende (12a) und Leiten desselben in Richtung zum Auslassende (12b) hin, Sauerstoffzufuhrmitteln (22, 24, 26) zum Einleiten von Sauerstoff in das Einlassende (12a) und zum Leiten desselben in Richtung zum Auslassende (12b) hin, wobei die Brennstoffzufuhrmittel (14, 18, 20) einen im wesentlichen mittigen Auslaß (18) mit einer divergierenden konischen Innenfläche (20) aufweisen, über welche der Brennstoff geleitet wird, während er daraus austritt, und wobei die Sauerstoffzufuhrmittel (22, 24, 26) eine Mehrzahl von Sauerstoffauslässen (22) aufweisen, die umfangsmäßig beabstandet um die Brennstoffzufuhrmittel (14, 18, 20) herum angeordnet und radial einwärts in Richtung zum Auslassende (12b) hin abgewinkelt und relativ zur Achse X schräg gestellt sind, um so einen wirbelnden konvergierenden Sauerstoffkegel zu erzeugen, der den Brennstoffstrom in einer ersten stromaufwärtigen Zone desselben schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffzufuhrauslässe (22) radial einwärts unter einem Winkel a zwischen 5 und 10 Grad relativ zur Achse X abgewinkelt sind.
  2. Sauerstoff-Brennstoff-Brenner nach Anspruch 1, wobei die Sauerstoffzufuhrauslässe (22) unter einem Winkel θ zwischen 20 und 30 Grad relativ zur Achse X schräg gestellt sind.
  3. Sauerstoff-Brennstoff-Brenner nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Brennstoffzufuhrmittel unter einem Winkel Ø zwischen 30 und 40 Grad relativ zur Achse X divergieren.
  4. Sauerstoff-Brennstoff-Brenner nach Anspruch 3, wobei der Winkel Ø zwischen 30 und 35 Grad beträgt.
  5. Sauerstoff-Brennstoff-Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit Mitteln (36, 38, 40) zum Variieren der Axialposition der Brennstoff- und Sauerstoffauslässe (18, 22) um das Flammenaustrittsbild des Brenners zu verändern.
  6. Sauerstoff-Brennstoff-Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brennstoff- und Sauerstoffzufuhrauslässe (18, 22) in einem Brennerblock (16) gebildet sind und der Brennerblock (16) axial entlang der Achse X verschiebbar ist, um dadurch die Axialposition der Brennstoff- und Sauerstoffauslässe (18, 22) relativ zum zweiten Auslaßende (12b) des Brenners zu verändern.
  7. Sauerstoff-Brennstoff-Brenner nach Anspruch 6, wobei der mittige Brennstoffauslaß (18) und mindestens der innerste Teil der divergierenden konischen Fläche (20) Teil eines einheitlichen Elements bilden, das lösbar am Brennerblock (16) montierbar ist.
  8. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter mit Mitteln (50) zum Ausblasen zum Luft aus dem Auslassende in Richtung des Brennflammenaustritts.
  9. Brenner nach Anspruch 8, wobei die Luftausblasmittel eine Mehrzahl von Luftauslässen (50) aufweisen, die umfangsmäßig beabstandet um die Sauerstoffauslässe (22) angeordnet sind.
  10. Brenner nach Anspruch 9, wobei die Luftauslässe (52) radial einwärts relativ zur Achse X abgewinkelt sind.
  11. Brenner nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Luftauslässe (52) relativ zur Achse X schräg gestellt sind.
  12. Brenner nach Anspruch 11, wobei die Luftauslässe (52) in der gleichen Richtung wie die Sauerstoffauslässe bezüglich der Achse X schräg gestellt sind.
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