DE8909202U1 - Mixing device for forced draught burners - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTE IN HANNOVERPATENT ATTORNEYS IN HANNOVER
Körting Hannover AG 378/52Körting Hannover AG 378/52
I iüscheinrichfcung für GebläsebrennerI iüscheinrichtungfcung for forced draught burners
jg Die Neuerung uetrifft eine Mischeinrichtung für Geblä-jg The innovation concerns a mixing device for blower
% sebrenner, bestehend aus einem Mischrohr als Durchlaß für die % % burner, consisting of a mixing tube as a passage for the %
I Verbrennungsluft, ds3 sich an seinem vcrueren Ende konisch verjüngt, und aus einer im Mischrohr 5·?. Bereich der konischen Verjüngung angeordneten Stauscheibe, die mittels einer Halterung so an einem Düsenstock befestigt ist, daß sie senkrecht zur Längsachse des Düsenstocks liegt, und mit diesem axial im Mischrohr verschiebbar ist, wobei die Stauscheibe aus einer kreisförmigen Scheibe mit einer zentralen Öffnung zur Einführung des Brennstoffs und eines ersten Teils der Verbrennungsluft in ci'jn 7ert brennungsraum, mit radialen Schrägschlitzen zur tangentialen I Einführung eines zweiten Teils eier Verbrennungsluft in den Ver-■ brennungsraum, und aus einem stirnseitig zum Verbrennungsraum &Igr; weisenden ning an ihrem Außenumfang besteht, zwischen dem und der [.. Innenwand des Mischrohres ein dritter Teil der Verbrennungsluft |; in den Verbrennungsraum einleitbar ist.I combustion air, which tapers conically at its front end, and a baffle plate arranged in the mixing tube 5·?. area of the conical taper, which is fastened to a nozzle assembly by means of a holder so that it lies perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle assembly, and can be moved axially with it in the mixing tube, the baffle plate consisting of a circular disk with a central opening for introducing the fuel and a first part of the combustion air into the combustion chamber, with radial oblique slots for the tangential introduction of a second part of the combustion air into the combustion chamber, and of a ring on its outer circumference pointing towards the combustion chamber at the front , between which and the inner wall of the mixing tube a third part of the combustion air |; can be introduced into the combustion chamber.
ff Einen solchen Aufbau weisen heute praktisch alle inff Today, practically all vehicles in
;' Gebläsebrennern verwendeten Mischeinrichtungen auf. Der Düsen-;' mixing devices used in forced draught burners. The nozzle
* stock mit der Stauscheibe .befindet sich dabei innerhalb eines* stock with the baffle plate .is located within a
■: Mischrohres, in das die Verbrennungsluft so eingeführt wird, daß■ : Mixing tube into which the combustion air is introduced so that
sie von hinten auf die Stauscheibe trifft und dabei teils durch &ngr; it hits the baffle plate from behind and is partly affected by &ngr;
die zentrale Öffnung, teils durch die radialen Schrägschlitze undthe central opening, partly through the radial oblique slots and
: teils durch Zwischenraum zwischen dem Ring am Außenumfang und dem ; Mischrohr in dem Verbrennungsraum gelangt. Im Bereich des Ringes : partly through the gap between the ring on the outer circumference and the ; mixing tube in the combustion chamber. In the area of the ring
der Stauscheibe verjüngt sich das Mischrohr nach innen, so daß durch axiale Verschiebung des Düsenstocks mit der Stauscheibe innerhalb des Mischrohres der Abstand zwischen dem Stauscheibenring und dem konisch verjüngten vorderen Ende des Mischrohres und damit die zugeführte Luftmenge variiert werden kann.The mixing tube tapers inwards due to the baffle plate, so that by axially displacing the nozzle assembly with the baffle plate within the mixing tube, the distance between the baffle plate ring and the conically tapered front end of the mixing tube and therefore the amount of air supplied can be varied.
Die Anordnung der Stauscheibe im Verbrennungsluftraum hat den Zweck, im Bereich der Flamme eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft und damit eine möglichst vollkommene Verbrennung vies Brennstoffs zu erreichen. Diese Durchmischung wird einerseits durch den tangential durch die radialen Schrägschlitze eingeführten Verbrennungsluftanteil und andererseits durch einen sich hinter der Stauscheibe ausbildenden Unterdruck bewirkt, durch den die Verbrennungsgase in einem turbulenten Strom zur Flammenwurzel zurückgeführt werden.The arrangement of the baffle plate in the combustion air chamber is intended to achieve a good mixing of fuel and air in the area of the flame and thus the most complete combustion of the fuel possible. This mixing is brought about on the one hand by the combustion air portion introduced tangentially through the radial oblique slots and on the other hand by a negative pressure that develops behind the baffle plate, through which the combustion gases are returned to the flame root in a turbulent flow.
Die verschiebbare Anordnung des Düsenstocks mit der Stauscheibe ist deshalb erforderlich, weil die Brenner in der Regel für einen Leistungsbereich ausgelegt werden und erst bei der Installation die Einstellung auf die bereitzustellende Wärmeleistung und jeweilige Kesselausbildung erfolgt, d.h. es wird die für die geforderte Wärmeleistung benötigte Brennstoffdüse eingebaut und dementsprechend durch Verschieben des Düsenstock;? die entsprechende Luftmenge eingestellt, die den Zwischenraum zwischen dem Stauscheibenring und dem Mischrohr durchströmen muß.The movable arrangement of the nozzle assembly with the baffle plate is necessary because the burners are usually designed for a power range and only during installation are they adjusted to the heat output to be provided and the respective boiler design, i.e. the fuel nozzle required for the required heat output is installed and the corresponding amount of air that must flow through the space between the baffle plate ring and the mixing tube is adjusted accordingly by moving the nozzle assembly.
Diese Mischeinrichtungen haben sich in der Praxis bewährt, jedoch hat sich gezeigt, daß mit der herkömmlichen Bauart der Stauscheiben und des Mischrohres die neueren strengen Forderungen hinsichtlich der Schadstoffbegrenzung der Abgase nur mit geringem Sicherheitsabstand erfüllbar sind.These mixing devices have proven themselves in practice, but it has been shown that with the conventional design of the baffle plates and the mixing pipe, the newer strict requirements regarding the limitation of exhaust gas pollutants can only be met with a small safety margin.
Der Neuerung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Mischeinrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß die Schadstoffe im Abgas, insbesondere der NO -GehaltThe innovation is therefore based on the task of designing a mixing device of the type described above in such a way that the pollutants in the exhaust gas, in particular the NO content
wesentlich vermindert werden und der feuerungstechnische Wirkungsgrad verbessert wird.can be significantly reduced and the combustion efficiency can be improved.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Neuerung dadurch gelöst, daß das Mischrohr an seinem konisch verjüngten vorderen Ende so weit radial einwärts gebogen ist, , daß der Auslaßdurchmesser kleiner als der Durchmesser der Stauscheibe ist, und daß die Hühe des Ringes der Stauscheibe mindestens so groß wie der Tnnenlochdurchmesser der Stauscheibe bemessen ist.According to the innovation, the task is solved in that the mixing tube is bent radially inwards at its conically tapered front end so that the outlet diameter is smaller than the diameter of the baffle plate and that the height of the ring of the baffle plate is at least as large as the barrel hole diameter of the baffle plate.
Die größere Höhe des Stauscheibenringes führt zu einem erhöhten Unterdruck und damit zu einer stärkeren Rezirkulation iir Bereich hinter der Stauscheibe, wodurch einerseits eine Erhöhung der Flammenstabilität bewirkt wird und andererseits die Flammentemperatur vermindert wird, was eine Reduktion der Stickoxidbildung zur Folge hat.The greater height of the baffle plate ring leads to an increased negative pressure and thus to a stronger recirculation in the area behind the baffle plate, which on the one hand increases the flame stability and on the other hand reduces the flame temperature, which results in a reduction in the formation of nitrogen oxides.
Das radial einwärts gebogene Mischrohrende bewirkt, dai? die Luftströmung zwischen Mischrohr und Stauscheibe eingeschnürt wird und mit erhöhter Energie radial in den Verbrennungsraum eintritt und damit etwa senkrecht auf die Flamme bzw. den Flammenkegel trifft. Hierdurch wird einerseits so viel mehr Luft zugeführt, daß der im Bereich der Flammenwurzel vorhandene Luftmang^l im hinteren Teil der Flamme kompensiert wird und somit die Verbrennung insgesamt überstöchiometrisch verläuft, und daß die Flamme verkürzt wird, so daß die Verweilzeit des Luftstickstcffs kürzer wird und bereits relativ früh der vollständige Ausbrand aller brennbaren Bestandteile gewährleistet ist. Ferner wird durch die ridiale Einströmung die Flamme gekühlt und dadurch ebenfalls die Stickoxidbildung behindert.The radially inwardly bent end of the mixing tube causes the air flow between the mixing tube and the baffle plate to be constricted and to enter the combustion chamber radially with increased energy and thus hit the flame or flame cone approximately vertically. This means that so much more air is supplied that the lack of air in the area of the flame root is compensated for in the rear part of the flame and thus the combustion is over-stoichiometric overall, and that the flame is shortened so that the residence time of the nitrogen in the air is shortened and the complete combustion of all combustible components is guaranteed relatively early. Furthermore, the radial inflow cools the flame and thus also prevents the formation of nitrogen oxide.
Die Neuerung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The innovation is explained in more detail below using an example shown in the drawing. The drawings show:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung des vorderen Bereichs einer Mischeinrichtung undFig. 1 is a cross-sectional view of the front area of a mixing device and
Fig. 2 eine Stirnansicht der Stauscheibenanordnung von Fig. 1.Fig. 2 is a front view of the baffle plate arrangement of Fig. 1.
Fig. 1 zeigt tin Mischrohr 1, dessen vorderes Ende 2 sich konisch verjüngt, und in dem zentral eine Brennerlanze 3 mit einer Brennstoffdüse 4 angeordnet ist. An der Brennerlanze ist mit Streben 5 eine Stauscheibe 6 befestigt, die mit der Brenner- &igr; lanze im Mischrohr 1 axial verschiebbar ist, und die an ihrem I Umfang in bekannter Weise mit einem Ring 7 versehen ist. Die ; Fig. 1 shows a mixing tube 1, the front end 2 of which tapers conically and in which a burner lance 3 with a fuel nozzle 4 is arranged centrally. A baffle plate 6 is attached to the burner lance by means of struts 5, which is axially displaceable with the burner lance in the mixing tube 1 and which is provided with a ring 7 on its circumference in a known manner .
Stauscheibe 6 besitzt in üblicher Weise eine zentrale Öffnung 8 , als Durchlaß für den Brennstoff und einen ersten Teil der Ver- j brennungsluft, und ferner sind in üblicher Weise zwischen der zentralen Öffnung und dem Außenrand der Scheibe radiale Schlitze 9 vorgesehen, die durch flügelartige Vorsprünge 10 gebildet wer- j den, die durch einen Drückvorgang in der Scheibe 6 angebracht werden. Dadurch wird in bekannter Weise ein zweiter Teil des Verbrennungsluftstroms in tangentialer Richtung in den Verbrennungsraum eingeleitet. Ein dritter Anteil der Verbrennungsluft strömt durch den Zwischenraum zwischen dem Ring 7 der Stauscheibe 6 und dem konisch verjüngten Teil 2 des Mischrohres. Durch axiale Verschiebung der Brennerlanze 3 mit der Stauscheibe 6 kann der dritte Verbrennungsluftanteil dosiert und an die jeweils geforderte Leistung des Brenners am Installationsort angepaßt werden. jjThe baffle plate 6 has a central opening 8 as a passage for the fuel and a first part of the combustion air, and radial slots 9 are also provided between the central opening and the outer edge of the plate, which are formed by wing-like projections 10 that are attached to the plate 6 by a pressing process. This leads to a second part of the combustion air flow being introduced into the combustion chamber in a tangential direction in a known manner. A third part of the combustion air flows through the space between the ring 7 of the baffle plate 6 and the conically tapered part 2 of the mixing tube. By axially moving the burner lance 3 with the baffle plate 6, the third part of the combustion air can be dosed and adapted to the required output of the burner at the installation location.
Während die Höhe des Ringes 7 bei bekannten Stauschei- 5 ben kleiner als der Durchmesser der zentralen Öffnung 8 ist, f. sieht die Neuerung vor, die Höhe des Ringes 7 mindestens so groß '§ wie den Durchmesser der Öffnung 8 zu bemessen. Hierdurch wird der '*'■ Unterdruck hinter der Stauscheibe 6 und damit die Rezirkulation erhöht, so daß die Flamme stabilisiert wird, d.h. daß die Flammenwurzel stärker an die Stauscheibe gebunden wird, und daß zugleich wegen der größeren Länge des Bereiches, in dem die Verbrennung unterstöchiometrisch erfolgt, eine Verminderung der Stickoxidbildung stattfindet. In der Praxis hat sich gezeigt, daß ein Verhältnis der Höhe H des Stauscheibenringes 7 zum Innenloch-While the height of the ring 7 in known baffle plates is smaller than the diameter of the central opening 8 , the innovation provides for the height of the ring 7 to be at least as large as the diameter of the opening 8. This increases the negative pressure behind the baffle plate 6 and thus the recirculation, so that the flame is stabilized, ie the flame root is more strongly bound to the baffle plate, and at the same time, due to the greater length of the area in which the combustion takes place substoichiometrically, a reduction in the formation of nitrogen oxide takes place. In practice, it has been shown that a ratio of the height H of the baffle plate ring 7 to the inner hole
&rgr;· durchmesser 8 der Stauscheibe von etwa 1,1:1 seht geringe NO- >· Werte zur Folge hat.&rgr;· diameter 8 of the baffle plate of about 1.1:1 results in very low NO- >· values.
Das vordere Ende 11 des verjüngten Teils 2 des Mischrohres 1 ist radial so weit nach innen eingebogen, daß der Auslaßdurchmesser des Mischrohres kleiner als der Durchmesser der Stauscheibe ist. Vorzugsweise ist der Auslaßdurchmesser des Mischrohres mindestens 10 mm kleiner als der Durchmesser der Stauscheibe. Hierdurch wird der dritte Verbrennungsluftanteil fast radial in den Verbrennungsraum eingeblasen, so daß dieser Teil der Verbrennungsluft praktisch senkrecht auf den Flammenkegel trifft. Da diese Einströmung der Luft im überstöchiometrischen Bereich erfolgt, wird die Flamme gekühlt und somit die Stickoxidbildung behindert und die vollständige Verbrennung aller brennbaren Bestandteile erreicht.The front end 11 of the tapered part 2 of the mixing tube 1 is bent radially inwards so far that the outlet diameter of the mixing tube is smaller than the diameter of the baffle plate. The outlet diameter of the mixing tube is preferably at least 10 mm smaller than the diameter of the baffle plate. As a result, the third combustion air portion is blown almost radially into the combustion chamber, so that this portion of the combustion air hits the flame cone practically perpendicularly. Since this inflow of air takes place in the overstoichiometric range, the flame is cooled and thus the formation of nitrogen oxide is prevented and the complete combustion of all combustible components is achieved.
: Versuche haben gezeigt, daß sich mit der neuerungsge-: Tests have shown that with the innovation
; mäßen Ausbildung der Mischeinrichtung im Vergleich zu bisher übliehen Mischeinrichtungen eine Reduzierung der NO -Eraissionswerte; the design of the mixing device compared to previously used mixing devices results in a reduction in NO emission values
i. &Lgr; i. &Lgr;
[&iacgr; von mehr als 2C% erreichen läßt.[&iacgr; of more than 2C% can be achieved.
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