DE69908023T2

DE69908023T2 - Verbesserung an Verbrennungsgeräten mit mehreren Verbrennungsluftzufuhrkanälen

Info

Publication number: DE69908023T2
Application number: DE69908023T
Authority: DE
Inventors: Jacques Pizant
Original assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Current assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: FR2780488B1; ES2198869T3; DE69908023D1; EP0967437B1; FR2780488A1; EP0967437A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung von Verbrennungsvorrichtungen mit mehreren Leitungen zur Förderung von Oxidationsmitteln.
Der technische Bereich, auf den sich die Erfindung erstreckt, ist die Herstellung von Verbrennungsvorrichtungen mit Brennern wie zum Beispiel Heizkessel, Heißgasgeneratoren, Öfen etc.
Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsvorrichtungen, die einen oder mehrere feste und/oder pulverförmige bzw. flüssige Brennstoffe verwenden und wenigstens einen Brenner umfassen, der mit wenigstens zwei koaxialen Förderleitungen für gasförmige Oxidationsmittel verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Anlagen zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie, bei denen die Abgase von Motoren oder Turbinen von einem oder mehreren Brennern erhitzt und als Oxidationsmittel genutzt werden, um anschließend zur Erzeugung von Dampf, Warmwasser oder Heißgas verwendet zu werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes System zur Regelung der den Brennern zugeführten Menge des Oxidationsmittels vorzuschlagen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brenner mit mehreren Oxidationsmittelkreisläufen oder -leitungen. Bei derartigen Anlagen transportiert eine Hauptleitung einen Oxidationsmittelstrom, in der Regel als Primär-Oxidationsmittel bezeichnet, der den Brennerkopf umgibt und zu diesem koaxial verläuft. Eine oder mehrere weitere Leitungen mit ringförmigem Querschnitt verlaufen um die Hauptleitung und transportieren einen Oxidationsmittelstrom oder -fluss, der als Sekundär- oder gegebenenfalls als Tertiär-Oxidationsmittel bezeichnet wird.
Die Kombination dieser verschiedenen Oxidationsmittelströme, bei denen die Geschwindigkeit und Ausrichtung der daraus resultierenden, in der Brennkammer austretenden Oxidatinsmittelstrahlen vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten dürfen, ermöglicht die Herstellung von leistungsfähigen Verbrennungsanlagen und die Kontrolle der Verbrennung, insbesondere der Form und Stabilität der Flamme, sowie des Gehalts an verschiedenen Verbrennungsrückständen, insbesondere an Stickoxid- und Kohlenmonoxid-Rückständen, deren Entstehung begrenzt werden muss.
Im Allgemeinen ist eine Regelung der in einer Leitung zirkulierenden Oxidationsmittelmenge mit Hilfe von einem oder mehreren schwenkbaren Schiebern vorgesehen, die zum Beispiel im Wesentlichen aus einer flachen Klappe bestehen, die um eine in der Ebene der Klappe enthaltene Hauptachse schwenkbar ist. Diese Art von Schiebern weist gewisse Nachteile auf, insbesondere was ihre im Verhältnis zu der zugeführten Oxidationsmittelmenge beträchtlichen Abmessungen sowie ihre geringen Leistungen in Bezug auf Stabilität und Linearität anbetrifft. Darüber hinaus sind diese Schieber für eine parallele Anordnung mehrerer Schieber zur Regelung großer, variabler Mengen eines gasförmigen Oxidationsmittels schlecht geeignet.
Im Übrigen ist die Verwendung von einem oder zwei verschiebbaren Schiebern zur Versorgung eines Brenners mit Luft bekannt:

– Das Patent FR 1.561.182 (Foyers Turbine) beschreibt eine zylinderförmige Zwinge, die mit Hilfe einer Kardanaufhängung an einer Tragschiene aufgehängt ist;
– die Dokumente GB 2.136.554 (Volcano) und E 128085 (Forney) beschreiben Brenner, die mit zwei an Schienen aufgehängten, verschiebbaren Schiebern ausgestattet sind.

Diese Vorrichtungen weisen jedoch Nachteile auf: Die an einer Schiene aufgehängten Schieber können während ihrer Verschiebung aufgrund der in Bezug auf die Längsachse der Verschiebung versetzten Lage der Tragschiene blockieren. Außerdem hat sich gezeigt, dass diese verschiedenen Systeme keine zuverlässige, präzise und stabile Regelung der Position des Schiebers in jeder (partiellen) Öffnungsposition der Leitung, die sie verschließen können, erlauben. Diese bekannten Vorrichtungen ermöglichen keine effektive und präzise Regelung der Menge des Oxidationsmittels, die jeder der Leitungen des Brenners zugeführt wird.
Ferner beschreibt das Patent FR 2.188.780 (Pillard) einen verschiebbaren Schieber, bei dem eine in Bezug auf eine innere, feststehende Zwinge bewegliche äußere Zwinge von Drehzapfen, die an parallelogrammartigen Gestängen angebracht sind, getragen wird, welche eine Verlagerung (Verschiebung) ohne jegliche Berührung und Reibung gewährleisten. In der Praxis hat sich auch hier gezeigt, dass diese Vorrichtung keine stabile und präzise Regelung der den Schieber durchquerenden Luftmenge ermöglicht, da diese Schieber in der Praxis (nach dem "Alles-oder-Nichts-Prinzip") verwendet werden, um einen Luftdurchlass entweder vollständig zu schließen oder vollständig zu öffnen.
Eine präzise, stabile und zuverlässige Regelung der jeder Leitung eines Brenners zugeführten Menge des Oxidationsmittels ist jedoch erforderlich, um einerseits einen im Verlauf der Zeit variablen Wärmeleistungsbedarf zu gewährleisten, und dies insbesondere bei jedem der Brenner einer Verbrennungsvorrichtung mit mehreren Brennern, die von einer gemeinsamen Oxidationsmittel-Förderleitung gespeist werden, und andererseits um eine gleichmäßige Verbrennung durch genaue Kontrolle der Geschwindigkeiten der Einleitung der Primär- und Sekundärluft in den Brennraum zu gewährleisten sowie die Entstehung von unerwünschten Rückständen (insbesondere Stickoxid) zu begrenzen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brenner und eine Verbrennungsvorrichtung vorzuschlagen, die mit einem verbesserten System zur Regelung der Oxidationsmittelmenge ausgerüstet sind.
Die Erfindung besteht darin, einen Brenner vorzuschlagen, der mit wenigstens zwei Förderleitungen für gasförmige Oxidationsmittel verbunden ist und wenigstens zwei zylinderförmige, verschiebbare Schieber umfasst, um die unabhängige Regelung der jeweiligen Menge des Oxidationsmittels zu ermöglichen, die durch ringförmige und/oder ringförmig in jeder dieser Oxidationsmittel-Förderleitungen angeordnete Öffnungen zugeführt wird. Der Brenner umfasst eine Hauptleitung zur Zufuhr eines Primär-Oxidationsmittels (Luft), in der innen koaxial ein Rohr zum Einspritren des Brennstoffs verläuft, das in einer oder mehreren Düsen endet, und einen Stabilisator mit einer Nabe, die um die Leitung eine Blende bildet und versetzt hinter den Düsen angeordnet und mit Umfangsrippen versehen ist, wobei der Brenner ferner eine Leitung zur Zufuhr eines Sekundär-Oxidationsmittels (Luft) umfasst, die um die Hauptleitung verläuft. Jeder Schieber wird von einer Gelenkstruktur getragen, die wenigstens zwei oder drei parallelogrammartige Gestänge aufweist.
Der erfindungsgemäße Brenner ermöglicht es, eine gleichmäßige, belastungsarme Verbrennung in sehr unterschiedlichen Betriebsbereichen zu gewährleisten und die Stabilität der Flamme voll zu nutren, die aus der in dem Patent FR 2.122.820 beschriebenen Stabilisierungsvorrichtung resultiert, welche die Erzeugung eines torischen Wirbels ermöglicht, der sich am Ansatz und in der Umgebung der Flamme entründet und die Haftung, Entzündung und Qualität der Flamme verbessert.
Vorzugsweise sind die zylinderförmigen Schieber koaxial und in Richtung ihrer gemeinsamen Längsachse verschiebbar angebracht und weisen im Wesentlichen gleiche Durchmesser auf.
Dank der Präsenz von wenigstens zwei Schiebern kann die Regelung der Menge des in den Leitungen zirkulierenden und/oder zugeführten Oxidationsmittels zum einen für jede Leitung unabhängig erfolgen, um die Einspritzgeschwindigkeiten des Oxidationsmittels in die Brennkammer bei vorgegebenen Werten zu halten, und zum anderen mit größerer Präzision in einem größeren Variationsbereich der Mengen und mit variablen Drücken bei der Oxidationsmittelzufuhr ausgeführt werden.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht folglich darin, einen Schieber mit parallelogramartigem Gestänge für jeden der Kreisläufe eines Brenners mit zwei getrennten Luftkreisläufen zu verwenden, zum Beispiel um die Stickoxidemissionen durch Luftabstufungen zu verringern oder Turbinengase oder die Umgebungsluft in Anlagen zur gleichzeitigen Erzeugung zweier Energiearten zu nutren.
Eine weitere Verbesserung besteht darin, diese Schieber zur Regelung der Mengen in jedem der Kreisläufe zu verwenden, indem die partielle Öffnungsposition reguliert und dabei die Tatsache ausgenutzt wird, dass das parallelogrammartige Gestänge eine präzise und zuverlässige Regelung ohne Reibung und Spiel erlauben. Diese Regelung wird erleichtert, wenn im Bereich der Öffnungen ein perforiertes oder mit Nuten versehenes Gitter angeordnet wird, das die allmählich zunehmende Öffnung des Durchgangsquerschnitts verbessert.
Optimale Leistungen im Hinblick auf die Stabilität und Präzision der Regelung der partiellen Öffnung des Schiebers werden mit Hilfe einer verformbaren Dichtung erzielt, die einen Kontakt zwischen der feststehenden Zwinge und der beweglichen Zwinge in jeder beliebigen Position des Schiebers gewährleistet. Bei dieser Dichtung handelt es sich vorzugsweise um eine ringförmige Metallbürste, welche in eine ringförmige Nut der beweglichen Zwinge eingefügt ist, die zu ihrer Versteifung dient.
Dank der zylindrischen Form der Schieber sowie der ringförmigen Auslegung bzw. Anordnung der Einlassöffnungen der Leitungen, die sie ganz oder teilweise verschließen können, kann in den Leitungen eine gleichmäßige Verteilung der Oxidationsmittelgeschwindigkeiten und/oder -ströme erreicht und somit eine gleichmäßige Einspritzung der verschiedenen in die Verbrennungskammer eintretenden Oxidationsmittelströme gemäß einer Rotationssymmetrie um die gemeinsame Achse der Schieber und Leitungen erzielt werden, und dies selbst dann, wenn das oder die Oxidationsmittel vor den Schiebern von einer nicht koaxialen Leitung, insbesondere einer (in Bezug auf diese Symmetrieachse) radial oder schräg verlaufenden Leitung geliefert werden. Diese Ergebnisse können mit Hilfe einer einfachen, robusten und in jeder der Einstellpositionen stabilen mechanischen Montage auf besonders einfache Weise erzielt werden, wenn Schieber in Form von koaxialen, zylinderförmigen, entlang ihrer gemeinsamen Achse verschiebbaren Zwingen vorgesehen werden, die unabhängig vom Grad der Öffnung der Schieber einen gleichmäßigen Fluss in den Oxidationsmittelleitungen nach den Schiebern gewährleisten.
Indem zylinderförmige, verschiebbare Schieber mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen werden, erhält man eine kompakte Struktur, die dank des größeren Durchmessers des äußeren Schiebers und des großen Durchgangsquerschnitts, den dieser verschließen kann, das Fließen einer großen Oxidationsmittelmenge ermöglicht. Diese Struktur ist zur Ausrüstung von Brennern geeignet, die jeweils mit zwei oder drei koaxialen Oxidationsmittel-Förderleitungen ausgestattet sind, die dazu bestimmt sind, – mit Hilfe von Düsen oder Klappen – gleichmäßige, axiale, konvergente oder divergente und eventuell kreisende Oxidationsmittelstrahlen in die Brennkammer zu leiten.
Der Kompaktheit der Montage kann insbesondere dadurch optimiert werden, dass eine Kreuzung (oder Überlappung oder Überlagerung) der Schieber und/oder ihres Trag-, Führungsund Verschiebemechanismus für bestimmte Öffnungspositionen vorgesehen wird. Diese Überlappung kann in der Öffnungsposition von zwei Schiebern erfolgen, deren Öffnungsbewegungen in entgegengesetrter Richtung verlaufen.
Die Kompaktheit der Montage mit zwei oder drei Schiebern (mit denen zwei oder drei Oxidationsmittelleitungen eines Brenners ausgerüstet sind) kann insbesondere dadurch optimiert werden, dass Schieber vorsehen werden, deren Durchmesser so ausgelegt sind, dass das Verhältnis des Durchmessers des äußeren Schiebers zum Durchmesser des inneren Schiebers kleiner oder gleich 2 (und größer als 1, außer in bestimmten Fällen, in denen die Durchmesser im Wesentlichen gleich sind) ist und insbesondere ca. 1,3 bis 1,6 beträgt.
Unter Durchmesser sind die entsprechenden Durchmesser des Querprofils des Schiebers zu verstehen, wenn der Querschnitt der Oxidationsmittelleitungen und der dazugehörigen Schieber nicht kreisförmig, sondern zum Beispiel quadratisch oder rechteckig ist.
Ein weiterer, sich aus der Erfindung ergebender Vorteil besteht darin, dass es die Erfindung im Fall einer Verbrennungsvorrichtung mit (mindestens) zwei Brennern, die von einer einzigen Leitung mit Oxidationsmittel gespeist werden, erlaubt, die an jede Leitung jedes Brenners gelieferte Oxidationsmittelmenge in einfacher, präziser und stabiler Weise im Allgemeinen auf denselben Wert zu regeln, sofern es sich um identische Brenner handelt, und so die mit einem derartigen Ausgleich der durch parallel angeordnete Schieber geregelten Oxidationsmittelmengen einhergehenden Schwierigkeiten zu lösen erlaubt.
Jeder Schieber kann mit Dichtungsmitteln versehen sein, die den Durchfluss von Oxidationsmitteln in geschlossener Position unterbinden (und/oder die „Verlustmenge" in dieser Position auf ein Minimum reduzieren). Diese Dichtungsmittel können einen Ring oder Flansch umfassen, der mit einem längs gerichteten Ende des Schiebers verbunden (oder an diesem befestigt oder in dieses integriert) ist. Dieser Ring vermag, mit einem feststehenden Ring (oder Flansch), der Bestandteil der Struktur der Vorrichtung ist, in Kontakt zu kommen (oder an diesem aufzuliegen), wenn sich der Schieber in geschlossener Position befindet. Eine Metalldichtung kann diesen an dem Schieber befestigten und (in Bezug auf die längs gerichtete Symmetrieachse des Schiebers) quer verlaufenden flachen Ring umfassen oder aus diesem bestehen. Wird dieser Ring aus einem Blech mit geringer Dicke von insbesondere ca. 0,5 bis 2 Millimeter hergestellt, kann sich der Ring leicht verformen, wenn er an dem feststehenden Ring der Struktur aufliegt, wodurch der Kontakt des anderen Endes des Schiebers an seinem gesamten Umfang mit einer zweiten Wand oder einem zweiten feststehenden Ring der Vorrichtung gewährleistet werden kann, wodurch folglich ein im Wesentlichen dichter Verschluss des Schiebers durch den Kontakt des Umfangs seiner beiden längs gerichteten Enden mit der feststehenden Struktur der Verbrennungsvorrichtung gewährleistet werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsart besteht die Struktur des zylinderförmigen Schiebers aus einem dünnen, insbesondere ca. 1 bis 3 Millimeter dicken Blech, das gerollt und verschweißt ist, um eine zylinderförmige Zwinge mit kreisförmigem Querschnitt zu bilden, die mit einer oder mehreren ringförmigen Verstärkungen bzw. Umfangsverstärkungen (oder Versteifungen) versehen ist, welche die Struktur des Schiebers versteifen, so dass man einen leichten Schieber mit einfachem Aufbau erhält. Diese Verstärkung kann durch einen Falz oder eine wellenförmige Umfangserhebung im Blech des Schiebers erzielt (oder gebildet) werden.
Die Präsenz der Dichtungs- und Verstärkungsmittel stellt beträchtliche Vorteile in Bezug auf die in dem Patent FR 2.188.780 beschriebenen Struktur dar. Die zylinderförmige Struktur dieser Schieber ermöglicht es, einen sehr großen Durchgangsquerschnitt und damit einen geringen Druckverlust zu gewährleisten.
Diese Struktur mit mehreren verschiebbaren Schiebern ist insbesondere für Anlagen zum Erhitzen von Abgasen von Motoren oder Gasturbinen in Anlagen zur gleichzeitigen Erzeugung zweier Energiearten geeignet.
Bei diesen Anlagen werden die Abgase des Motors oder der Turbine erhitzt und so ihre Verbrennung hervorgerufen. Während des Betriebs des Motors oder der Turbine werden diese Brenngase in großer Menge mit einer Temperatur von ca. 500°C an die Brenner geliefert. Während des Stillstands des Motors oder der Turbine wird der Brenner mit einer deutlich geringeren Menge Kaltluft gespeist. Das erfindungsgemäße System ermöglicht bei dieser Betriebsart durch den dichten Verschluss eines der Schieber eine Anpassung an diese Schwankungen der Betriebsart.
Diese Vorrichtung ist außerdem für Brenner mit Luftabstufung geeignet, bei denen ein erster Teil der Verbrennungsluft in der Mitte des Brenners eingespritzt und der andere Teil durch Düsen oder einen ringförmigen, zum Brenner koaxialen Raum auf einem Durchmesser, der ca. dem 1,2- bis 2fachen des Durchmessers der inneren Leitung entspricht, eingespritzt wird. Diese Brenner sind zur Reduzierung der Stickoxidemissionen bestimmt.
Die Trag-, Führungs- und Bewegungsmittel jedes zylinderförmigen, verschiebbaren Schiebers bestehen aus einer Gelenkstruktur mit zwei oder drei parallelogrammartigen Gestängen, die vorzugsweise von einem jedem Schieber zugeordneten Zylinder unter der Kontrolle einer Steuereinheit betätigt wird und sich außen um die zylinderförmige, bewegliche Wand jedes Schiebers erstreckt. Alternativ wird diese Struktur manuell betätigt.
Die verformbare parallelogrammartige Struktur, die durch Gelenke (oder Drehzapfen) mit dem zylinderförmigen Schieber verbunden ist, ist besonders dazu geeignet, Schieber zu tragen, die Staub oder Ruß ausgesetzt sind. Wie in dem Patent FR 2.188.780 beschrieben, wird die Struktur im Wesentlichen gebildet aus:

– zwei Gabeln, die im Wesentlichen die Form eines halben Kreisbogens aufweisen und um den Schieber angeordnet und jeweils um zwei Drehzapfen gelenkig gelagert sind, die sich um feststehende Achsen drehen;
– zwei mit Gelenken versehene Schwingarme, die die beiden auf derselben Seite des Schiebers angeordneten Enden der Gabeln miteinander verbinden;
– zwei diametral entgegengesetzte Drehzapfen, die den Schieber tragen und in der Mitte der Schwingarme angeordnet sind;
– Mittel zum gleichzeitigen Drehen der beiden Gabeln um ihre Drehzapfen sowie wenigstens eine Vorrichtung zum Führen des Schiebers, die von zwei Armen gebildet wird, welche um feststehende Drehzapfen gelenkig gelagert sind, wobei die Enden der beiden Arme durch einen Gelenkschwingarm miteinander verbunden sind, der in seiner Mitte einen außerhalb des Schiebers befestigten Drehzapfen trägt.

Zum besseren Verständnis der mit der Erfindung verbundenen Vorteile dient die nun folgende Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung zeigen, jedoch keinen einschränkenden Charakter haben.
In diesen Zeichnungen sind identische oder vergleichbare Elemente in jeder der Figuren mit demselben Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
1 zeigt eine Teilansicht in Form eines Querschnitts einer Verbrennungsvorrichtung mit einem Brenner, der mit zwei Oxidationsmittel-Förderleitungen verbunden ist, die jeweils mit einem zylinderförmigen, verschiebbaren Schieber versehen sind.
2 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Schiebersystems aus 1.
3 zeigt in vereinfachtem Querschnitt (und Längsschnitt) die Anwendung der Erfindung auf einen Brenner, der mit Mitteln zur Rückführung der Verbrennungsrauchgase verbunden ist.
4 zeigt eine Teilansicht in Form eines Längsschnitts eines Brenners mit zwei Schiebern, die denselben Durchmesser aufweisen. 5 ist eine vergrößerte Teilansicht von 4, die welche die an jedem Ende mit Dichtungsbürsten versehene bewegliche Zwinge eines Schiebers zeigt.
Insbesondere mit Bezug auf 1 und 2 ermöglicht die Verbrennungsvorrichtung 1 die Erzeugung einer Flamme 2 in einer Brennkammer 3, die von Wänden 4 aus feuerfestem Material begrenzt wird.
In der Wand 4 ist eine beispielsweise zylinderförmige Öffnung 5 vorgesehen, die sich entlang der Hauptsymmetrieachse 7 des Brenners und der Verbrennungsvorrichtung erstreckt, und in der innen der Brenner 6 verläuft.
Dieser Brenner ist mit einer Leitung 8, die sich entlang der Längssymmetrieachse 7 erstreckt und einen (flüssigen oder pulverförmigen) Brennstoff bis zum Brennerkopf transportiert, sowie gegebenenfalls Leitungen 9 verbunden, die Gas (zum Beispiel Erdgas oder Flüssiggas) liefern.
Die Wand 4 umfasst eine zweite ringförmige Öffnung 10, die eine Leitung 11 zum Transport von Brenngas durch die Wand 4 begrenzt.
Eine feststehende Struktur, die im Wesentlichen eine zylinderförmige Zwinge 13 mit der Achse 7 und einen Flansch 14 umfasst, begrenzt eine Hauptleitung 12, die ebenfalls zum Transport von Oxidationsmittel bis zum Kopf 6a des Brenners 6 dient.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine durch die Wand 4 von der Kammer 3 getrennte Kammer 15, in der die Leitungen 8, 9 sowie ein Teil der Struktur 14, 13 des Brenners verlaufen, wobei in diese Kammer 15 die Gase (bzw. die als Oxidationsmittel dienende Luft) eingeleitet werden, die von einer Leitung 16 gemäß einer durch den Pfeil 17 dargestellten, radialen Flussrichtung geliefert werden.
Die in 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung umfasst einen inneren zylinderförmigen, verschiebbaren Schieber 21, der in 1 in der maximalen Öffnungsposition und in 3 in der Zwischenposition dargestellt ist, sowie einen äußeren zylinderförmigen, verschiebbaren Schieber 19, der in 1 und 3 in der geschlossenen Position dargestellt ist. Der Schieber 21 ermöglicht den Durchlass der Brenngase in Richtung des Pfeils 20 in den Hauptkanal 12 für den Transport des Oxidationsmittels bis zum Kopf des Brenners, wogegen der Schieber 19 die Zirkulation 18 des Oxidationsmittels zur zweiten Leitung bzw. zum zweiten Kanal 11 für den Transport des Oxidationsmittels bis in die Brennkammer 3 in der in 1 und 3 dargestellten Position unterbindet.
Der wie der Schieber 19 in Richtung der Achse 7 verschiebbar angebrachte Schieber 21 weist die Form einer zylinderförmigen Zwinge mit kreisförmigem Querschnitt auf, deren Ende 21a zum Verschließen des Durchgangs 33 durch Verschiebung mit einer Wand 23 in Kontakt kommen kann, die die Kammer 15 begrenzt, und durch die die Leitungen 8 und 9 sowie Stangen 24, welche die Schieber 19 und 21 in Bewegung versetzen, verlaufen.
Der Schieber 19 besteht aus einem gerollten Blech, das eine zylinderförmige Zwinge bildet, die im mittleren Teil (1) zur Verstärkung mit einer wellenförmigen Erhebung 19b versehen ist und sich von einem ersten Ende 19a, das mit einem Flansch 22 an der Wand 4 (in der in 1 dargestellten geschlossenen Position) in Kontakt ist, bis zu einem zweiten Ende (19d, 2) erstreckt, an dem sie mit einem ebenen Querblech 19c (1 und 3) versehen ist, das einen Flansch oder Ring bildet und an dem Flansch 14 anliegt (der Bestandteil der feststehenden Tragstruktur des Brenners und der Verbrennungsvorrichtung ist), um einen dichten Verschluss in dieser Position zu gewährleisten.
Jeder der Schieber 19 und 21 wird jeweils mit Hilfe von Stangen 27 und 29 (im Fall des Schiebers 19) getragen, geführt und in Bewegung versetzt, wobei diese (gabelförmigen) Stangen 27 und 29 durch ein Gelenk 27a, 29a mit einem mittleren Schwingarm 28 verbunden sind, an dem der Schieber 19 durch ein mittleres Gelenk 28a befestigt ist, um ein parallelogrammartiges Gestänge zu bilden. Zwei parallelogrammartige Gestänge, die, wie insbesondere in 2 dargestellt, in Bezug auf eine mittlere Längsebene symmetrisch angeordnet sind, sowie ein drittes parallelogrammartiges Gestänge 28, 34, das als Drehungsstabilisator dient, bilden das Führungssystem des Schiebers 19.
Jede der Gabeln 27, 29 in Form eines halben Kreisbogens ist mit Hilfe von zwei Drehzapfen 27b (bzw. 29b) (die symmetrisch auf beiden Seiten einer Längsebene angeordnet sind, in der sich die Achse 7 sowie die Achse der Steuerstange 24 befinden) in Bezug auf teilweise dargestellte Tragstäbe oder -stangen 35, die mit der feststehenden Struktur verbunden sind, gelenkig gelagert.
Die Zwinge des Schiebers 19 ist auf diese Weise an den drei Drehzapfen bzw. Gelenken 28a der drei Schwingarme 28 aufgehängt. Alternativ kann der dritte Schwingarm 28 des dritten Parallelogramms 34, 28 durch eine Führung ersetzt werden, welche die Drehung der Zwinge 19 verhindert.
Ein identisches oder kleiner ausgelegtes System mit Stangen oder Gabeln 30 und 32 sowie einem mittleren Schwingarm 31 erfüllt die Trag-, Führungs- und Bewegungsfunktionen des Schiebers 21 in derselben Weise. Die Schieber werden jeweils von zwei Zylindern 25 und 26 über eine Stange 24 betätigt, die durch die Wand 23 verläuft und eine Gelenkverbindung mit der gesteuerten Gabel 27 (bzw. 30) aufweist.
Mit Bezug auf 3 wird eine vergleichbare Vorrichtung mit doppeltem verschiebbarem Schieber in einer Verbrennungsvorrichtung verwendet, die mit Mitteln zur Rückführung der Rauchgase sowie einem Mischbrenner ausgerüstet ist.
Ein derartiger Brenner umfasst eine Hauptleitung 12 zur Zufuhr von Primärluft, Mittel 8 zum Einspritren von flüssigem Brennstoff in den Brennraum 3, die innen in der Hauptleitung 12 (in Richtung ihrer Achse) angeordnet sind, einen Flammenstabilisator 55, der koaxial innen in dieser Hauptleitung 12 angeordnet ist, sowie mehrere Öffnungen 63 zur Zufuhr von Sekundärluft, die sich außerhalb der Mittel 8 zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff sowie der Leitung 12 befinden. Zwischen den Mitteln 8 zum Einspritzen von flüssigem Brennstoff und den Öffnungen 13 zur Zufuhr von Sekundärluft sind Mittel 9 zum Einspritzen von gasförmigem Brennstoff ringförmig angeordnet. Diese können durch einen einzigen ringförmigen Durchgang 11 ersetzt werden, der ringförmig außerhalb der Einspritzmittel 9 und 8 angeordnet ist. Der Stabilisator 55 umfasst eine Nabe 55a, die um die Leitung 8 eine Blende bildet und versetzt hinter den Düsen angeordnet und mit Umfangsrippen 55b versehen ist.
Die Vorrichtung umfasst einen Ring 53, aus feuerfestem Material mit den gesamten Öffnungen für die Luftzufuhr, Brennstoffeinspritzung und Rauchgasrückführung, der so durch die feuerfeste Wand 4 des Brennraums 3 hindurch angeordnet ist, dass seine Vorderseite 53, durch die diese Öffnungen münden, in Bezug zu dieser übersteht.
Die Öffnungen 63 sind am Umfang versetzt zwischen den Öffnungen 74 zum Ansaugen der Rauchgase im Brennraum 3 angeordnet. Die Ansaugöffnungen 74 können durch einen einzigen ringförmigen Durchgang am Umfang ersetzt werden, durch die Präsenz mehrerer, versetzt angeordneter Öffnungen kann jedoch verhindert werden, dass erneut Sekundärluft in diese Rauchgasansaugöffnungen gesaugt wird und (umgekehrt) dass diese Zufuhr von Sekundärluft die Rauchgase daran hindert, (in Richtung des Pfeils 61) angesaugt und wieder zum Kopf des Brenners zurückgeführt zu werden. Diese beiden Medien tauschen ihre Wärme im Innern des Brenners dank einer gemeinsamen Wand 60₁ aus, die:

– einerseits einen Behälter 60 zur Verteilung der rückgeführten Rauchgase trennt, der auf einer Seite von den Öffnungen 74 zum Ansaugen der Rauchgase im Brennraum 3 gespeist wird und diese nach Abkühlung wieder in Leitungen 59 zum erneuten Einspritzen in den Brennraum einspritzt, durch die auch die Mittel 9 zum Einspritzen des gasförmigen Brennstoffs münden,
– und andererseits einen Behälter 64 zur Verteilung der Sekundärluft, der auf einer Seite von einer Zufuhrleitung 16 (Pfeil 18) nach dem Durchgang durch den Schieber 19 gespeist wird und auf einer anderen Seite die Sekundärluft (nach ihrer Erwärmung) über die Kanäle 11 in den Brennraum einspritzt, die in den oben definierten Öffnungen 63 enden.

Die Mittel 9 zum Einspritzen von gasförmigem Brennstoff und die Mittel zum erneuten Einspritzen der Rauchgase, die vorzugsweise koaxial sind und gemeinsame Öffnungen 9 aufweisen, sind ringförmig am Umfang um den Flammenstabilisator 55 angeordnet.
Um eine Abstufung der Luftzufuhr in Bezug auf die Flamme des flüssigen Brennstoffs zu erzeugen, münden die Öffnungen zum Einspritzen dieses Brennstoffs sowie die des gasförmigen Brennstoffs und die für die Zufuhr von Primärluft in den Boden einer Wanne 56. Diese ist in Bezug auf die feuerfeste Wand 53, die sie umgibt und durch die die Öffnungen 63 münden und außerdem die Rauchgase des Brennraums 2 angesaugt werden, vertieft angeordnet. Die Wanne kann die Form eines Kegelstumpfs aufweisen.
Die Mittel 9 zum Einspritzen des gasförmigen Brennstoffs können getrennte Zufuhrrohre sein, die ringförmig um die Mittel 8 zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs angeordnet sind und sich in der Zufuhrleitung 12 für die Primärluft befinden, oder durch Düsen ersetzt werden, die an einem einzigen, ringförmig am Umfang um das Mittel 8 zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs angeordneten Ring angebracht sind und von einem einzigen Zufuhrrohr gespeist werden.
Die Mittel 8 zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs können mehrere Öffnungen aufweisen, die mehrere separate Flammen im Brennraum 3 erzeugen, die entweder parallel zur Achse 7 des Brenners oder divergent und in Richtung der Öffnungen 63 für die Zufuhr von Sekundärluft ausgerichtet sind, um die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs nach einer ersten Verbrennungsphase mit der Primärluft zu verbessern.
Das erfindungsgemäße System mit verschiebbaren Schiebern kann auch vorteilhafterweise auf die in der Anmeldung EP 774 620 beschriebenen Brenner angewendet werden, die keine Rauchgasrückführungskreisläufe umfassen.
Wie in 4 dargestellt, erfolgt der Einlass von Oxidationsmittel in die Leitung 12 in Richtung des Pfeils 20 über kreisförmige Öffnungen 13a, die gleichmäßig in den hinteren Teil der feststehenden Zwinge 13 gebohrt sind. Diese Zwinge weist im vorderen Teil längliche, gebohrte Öffnungen 13b auf, die den Durchgang des Oxidationsmittels in Richtung des Pfeils 18 von der Kammer 15 in die Leitung 11 mit ringförmigem Querschnitt ermöglichen, die die Hauptleitung 12 umgibt.
Jede der beweglichen Zwingen des vorderen Schiebers 19 und des hinteren Schiebers 21 ist an jedem längs gerichteten Ende mit einer ringförmigen, wellenförmigen Erhebung versehen, die eine Nut begrenzt, welche eine Dichtungsbürste 99 (5) aufnimmt, die an der feststehenden Zwinge 13 aufliegt.
Wie in 1, 3, 4 dargestellt, trägt die Position des an der Wand 4 angeordneten "vorderen" Schiebers 19 – sowie der entsprechenden Öffnungen 13b – zur Kompaktheit des Brenners bei.

Claims

Brenner (6) für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe mit einer Hauptleitung (12) zur Zufuhr eines Primär-Oxidationsmittels (Luft), in der innen koaxial ein Rohr (8) zum Einspritzen des Brennstoffs verläuft, das in einer oder mehreren Düsen (6a) endet, und einem Stabilisator (55) mit einer Nabe (55a), die um die Leitung (8) eine Blende bildet und versetzt hinter den Düsen angeordnet und mit Umfangsrippen (55b) versehen ist, wobei der Brenner ferner eine Leitung (11) zur Zufuhr eines Sekundär-Oxidationsmittels (Luft) umfasst, die um die Hauptleitung (12) verläuft, sowie Schieber (19, 21) zur Regelung der den Leitungen (11, 12) zugeführten Menge des Oxidationsmittels, wobei der Brenner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schieber (19, 21) zwei zylinderförmige, verschiebbare Schieber (19, 21) umfassen, die jeweils von einer Gelenkstruktur getragen werden, die zwei oder drei Parallelogramm-Gelenkarme aufweist.
Brenner nach Anspruch 1, bei dem jeder der Schieber (19, 21) Dichtungsmittel (19a) umfasst, die eine verformbare Metalldichtung (99) aufweisen.
Brenner nach Anspruch 2, bei dem jeder der Schieber (19, 21) Umfangsversteifungen (19b) aufweist.
Brenner nach Anspruch 3, der einen Zylinder zum Betätigen eines jeden Schiebers umfasst, um das teilweise Öffnen eines jeden Schiebers in Abhängigkeit von Daten oder Signalen zu regeln, die von einer Steuereinheit geliefert werden.
Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem jeder Schieber zwei verformbare Metalldichtungen (99) aufweist, die an jedem Ende des Schiebers in einer wellenförmigen Erhebung oder einer Umfangsnut zur Verstärkung des Schieberblechs angeordnet sind, wobei die Dichtungen an der Außenseite einer feststehenden zylinderförmigen Zwinge (13) aufliegen, die eine der Leitungen (11, 12) begrenzt.
Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Schieber im Wesentlichen gleiche Durchmesser haben.
Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 6, der eine perforierte (13a, 13b) feststehende Zwinge (13) aufweist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der ferner mehrere Leitungen (9) zum Einspritzen des Brenngases umfasst, die teilweise innen in der Hauptleitung (12) um den Flammenstabilisator (55) verlaufen.
Verbrennungsvorrichtung, zum Beispiel eine Anlage zur gleichzeitigen Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie, die mehrere Brenner (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, die durch eine gemeinsame radial oder schräg verlaufende Leitung (16) mit Oxidationsmittel gespeist werden.
Verfahren zur Steuerung und Kontrolle des Betriebs von Brennern (6) einer Vorrichtung nach Anspruch 9, bei dem das teilweise Öffnen eines jeden Schiebers in Abhängigkeit von Daten oder Signalen geregelt wird, die von eine Steuereinheit geliefert werden.