DEP0015608DA - Verfahren und Vorrichtung zum Mischen von gasförmigen oder staubförmigen Brennstoffen mit Luft und Verbrennen des Gemisches. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen von gasförmigen oder staubförmigen Brennstoffen mit Luft und Verbrennen des Gemisches.

Zum Betrieb von mit Gas oder Kohlenstaub befeuerten Brennkammern ist es bereits bekannt, den Brennstoff und die zusätzliche Verbrennungsluft derart in die Brennkammer einzuführen, dass der aus dem zentral im Brennermundstück angeordneten Brennstoffkanal austretende Brennstoffstrahl von der aus einem Ringkanal austretenden Verbrennungsluft vollständig umgeben bzw. eingehüllt wird. Hierbei können auch die konzentrisch angeordneten Wege für den Brennstoff und die Verbrennungsluft miteinander vertauscht werden, so dass der Brennstoffringstrahl im Innern mit einem kompakten Luftstrahl ausgefüllt ist. Im letzteren Fall ist auch bereits vorgeschlagen worden, den ringförmigen Brennstoffstrahl seinerseits wiederum mit einem zweiten ringförmigen Luftstrahl zu umgeben, so dass der ringförmige Brennstoffstrahl innen und aussen in Verbrennungsluft eingebettet ist. In jedem Falle wird die Vermischung des Brennstoffes mit der zusätzlichen Verbrennungsluft in den Berührungszonen durch den Einbau von Leitwänden, Drallblechen o.dgl., durch welche die aus dem Brenner austretenden Ströme in eine schraubenförmige Umdrehung versetzt werden, wesentlich begünstigt.

Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass eine weitgehende, zur vollständigen Auflösung des Brennstoff- strahles ausreichende Tiefenwirkung nicht erzielt werden kann, weshalb die Vermischung von Brennstoff und zusätzlicher Verbrennungsluft noch viel zu wünschen übrig lässt.

Anstatt Brennstoff und Verbrennungsluft abwechselnd in konzentrisch sich gegenseitig einhüllenden Ringstrahlen in die Brennkammer einzuführen, ist es auch schon bekannt, den mittleren kompakten Brennstoff- oder Luftstrahl und die diesen konzentrisch umgebenden geschlossenen Ringstrahlen in eine Vielzahl von Einzelstrahlen oder -ströme aufzulösen, die entweder parallel aus dem Brennermund austreten oder in verschiedenen Richtungen, d.h. schraubenförmig mit entgegengesetztem Drall geführt werden.

Bei derartigen Brennerausführungen bestand aber der Nachteil, dass die parallelen Einzelströme wenig Neigung zeigten, sich miteinander zu vermischen, während schraubenförmig geführte Einzelströme infolge der erforderlichen Erhöhung der Luft- und Brennstoffdrücke einen sehr grossen Aufwand an zusätzlicher Energie bedurften, um den für eine zufriedenstellende Mischung erforderlichen Drall zu erzeugen.

Die Erfindung bezweckt, alle diese

Nachteile und Schwierigkeiten durch ein besonders zweckmässiges Verfahren zu beseitigen, welche sich gegenüber den bisher üblichen Verfahren durch eine wesentlich innigere Vermischung von Brennstoff und Luft unter weitestgehender Auflösung des Brennstoff- und Luftstromes und damit durch eine erheblichere Steigerung des Wirkungsgrades auszeichnet.

Dieser Erfolg wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass die einzelnen Strahlen der in Reihen von Einzelstrahlen aufgelösten Brennstoff- und Luftströme derart gerichtet werden, dass jeder Strahl des einen Stoffes in die Lücke je zweier nebeneinander liegender Strahlen des anderen Stoffes in oder schräg zur Brennerrichtung eingeblasen wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführung des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht darin, dass die Strahlen der zu mischenden Stoffe die Mäntel von einander durchdringenden Kegeln oder Pyramiden bilden. Ferner können die Strahlen eines der Stoffe auch einen Zylinder- oder Prismenmantel, die Strahlen des anderen Stoffes einen Kegel- oder Pyramidenmantel bilden, der den Zylinder- oder Prismenmantel des ersten Stoffes durchschneidet.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brennerausführung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass am Brennermundstück zwei konzentrische oder annähernd konzentrische Düsenringe angeordnet sind, die aus hinter und bzw. oder nebeneinander liegenden Kammern mit Brennstoff oder Luft gespeist werden und in Abständen wechselweise derart abgedeckt sind, dass der Austritt der Stoffe aus ihnen in Strahlen erfolgt, welche sich gegenseitig durchdringende Strahlenmäntel bilden.

Weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß seine Ausführung ohne besondere zusätzliche Mittel, wie Lenkwände, Drallwände, Prallflächen o.dgl. in einfachster Weise möglich ist, so daß also die Brennerabmessungen in kleinen Grenzen gehalten und verwickelte und kostspielige Brennerausführungen vermieden werden können. Durch eine sehr weitgehende Auflösung der Luft- und Brennstoffströme wird es nunmehr auch ermöglicht, für den jeweils vorliegenden Brennstoff stets das günstigste Brennstoff-Luftmischungsverhältnis einzustellen.

Beispielsweise wird der Durchmesser des Durchdringungskreises der Strahlenmäntel zweckmäßig so gewählt, daß er den Querschnitt des Brennermaules in einen von Fall zu Fall zu bemessenden inneren Kreis und äußeren Kreisring teilt, damit vom Kreuzungskreis ab die Verbrennung nach allen Seiten ungehindert schnell erfolgen kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigen

Abb. 1 eine Brennerausführung mit in zwei verschiedenen Ebenen angeordneten Düsenringen in einem waagerechten Längsschnitt,

Abb. 2 den Gegenstand der Abb. 1, jedoch mit in ein und derselben Ebene liegenden Düsenringen,

Abb. 3 und 4 je einen waagerechten Schnitt durch das Brennermundstück gemäß der Ausführung nach Abb. 1, jedoch mit abweichender Düsenstellung ohne und mit Düsenverlängerungsrohren,

Abb. 5 und 7 je einen waagerechten Schnitt durch das Brennermundstück gemäß der Ausführung nach Abb. 2, mit auf sämt- liche oder einen Teil der Düsen aufgesteckten Düsenverlängerungsrohren.

Abb. 6 stellt eine Draufsicht auf eine Hälfte des Brennermundstücks gemäß Abb. 5 dar.

Wie Abb. 1 und 2 erkennen lassen, umschließt das Brennergehäuse 1 zwei hintereinander liegende Kammern 2, 3, die unsymmetrisch zur Brennermittelachse 4 liegen und zweckmäßig eine keilförmige Gestalt haben. Die vordere, mit einem seitlichen Zuführungsstutzen 12 versehene Kammer 2 ist an der Stirnseite des Brenners durch einen abnehmbaren Deckel 5 nach außen verschlossen, an den ein Zünd- und Schaurohr 8 angegossen ist, dessen Mittelachse mit der Brennermittelachse 4 zusammenfällt. Dieses Rohr, das an seinem äußeren Ende mit einem verschwenkbaren Verschlußdeckel 6, beispielsweise aus temperaturbeständigem Glas u.dgl. versehen ist, dient zur Beobachtung und Reinigung des Brennermaules 7.

Die Kammer 3 mit seitlichem Zuführungsstutzen 13 bildet hinter der Kammer 2 einen Ringraum 14, der entweder durch die mit einer runden Öffnung 18 versehene, an der Brennkammerwand 15 befestigte Brennerabschlußplatte 16 - vgl. Abb. 1 - oder durch eine gleichzeitig die Kammer 2 gegen das Brennermaul 7 abdeckende Düsenplatte 20 verschlossen wird - vgl. Abb. 2 -.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 ist am hinteren Ende des Zünd- und Schaurohres 8 ein Düsenring 9 aufgekeilt, durch dessen Düsen 10 der Brennstoff oder die Verbrennungsluft aus der Kammer 2 in feinen Strahlen in das Brennermaul 7 austreten kann. Den oberen Abschluß des Ringraumes 14 bildet ein zweiter Düsenring 17 mit Düsen 19, der konzentrisch zu dem Düsenring 9 liegt. Beide Düsenringe 9, 17 liegen somit in zwei verschiedenen parallelen Ebenen, wobei der Außendurchmesser des inneren Düsenringes 9 annähernd mit dem Innendurchmesser des äußeren Düsenringes 18 übereinstimmt, eine Anordnung, die den Vorteil einer gedrängten Bauweise hat.

Im Gegensatz hierzu liegen bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 die beiden Düsenringe in ein und derselben Ebene. Zu diesem Zwecke sind die Düsen 10' und 19' auf zwei konzentrischen Kreisen angeordnet und werden durch unmittelbar in der Düsenplatte 20 vorgesehene Bohrungen gebildet.

Die aus den Düsen 10, 19 bzw. 10', 19' austretenden Brennstoff- und Luftstrahlen bilden einander durchdringende Strahlenmäntel, die je nach der Stellung der Düsenachsen und je nach der Form des Brennermundstückes entweder einen Kegel, eine Pyramide, einen Zylinder oder ein Prisma bilden. Außerdem sind die Düsen des einen Ringes gegenüber den Düsen des anderen Ringes so gegeneinander versetzt, daß jeder Strahl des einen Ringes in die Lücke je zweiter nebeneinander liegender Strahlen des anderen Ringes bläst. An dem Durchdringungs- oder Kreuzungskreis 24 (Abb. 6) vermischen sich die beiden Arbeitsmittel, wobei die einzelnen Stoffteilchen miteinander in innige Berührung kommen, so daß eine gute Verbrennung gewährleistet wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 bildet der innere Düsenring 9 einen spitzen Strahlenkegel 11, der von dem stumpfen Strahlenkegel 21 durchdrungen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 sind die Düsen 10 parallel zur Brennermittelachse 4 gerichtet, so daß die aus ihnen austretenden Strahlen einen Zylindermantel 22 bilden, der von dem Strahlenkegel 21 durchkreuzt wird. Die Ausführung nach Abb. 4 unterscheidet sich von der nach Abb. 3 nur dadurch, daß die Düsen 10 durch eingewalzte, eingeschweißte, eingeschraubte oder sonstwie befestigte Rohrstücke 23 verlängert worden sind, so daß die Luft und der Brennstoff erst am oder in der Nähe des Kreuzungskreises miteinander in Reaktion treten können.

In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 2, bei welchem die Düsen 10', 19' in einer ebenen Platte 20 angeordnet sind, haben die Düsen eine solche Richtung, daß aus den austretenden Strahlen zwei Kegelmäntel gebildet werden, deren Kegelspitzen nach entgegengesetzten Richtungen zeigen, eine Anordnung, die dadurch ermöglicht wird, daß bei dieser Ausführung das Brennermundstück und das Brennermaul viel weiter gehalten werden als bei der gedrängten Bauart nach Abb. 1 mit in zwei parallelen Ebenen angeordneten Düsenringen.

Die Düsen 10', 19' können auch in diesem Falle mit Aufsteckrohren 23 bis zum Kreuzungskreis oder bis in dessen Nähe verlängert werden. So zeigen Abb. 5 und 6 den Fall, in dem sämtliche Düsen mit Aufsteckrohren versehen sind, während in Abb. 7 nur die Düse 19' des äußeren Düsenringes mit Aufsteckrohren 23 versehen sind, die Düsen 10' des inneren Düsenringes dagegen keine Verlängerungsrohre aufweisen, da der Zweck der Erfindung gegebenenfalls auch dann erreicht wird, wenn nur eines der Brennmittel, zweckmäßig der Brennstoff, durch Düsenverlängerungsstücke bis zum Kreuzungskreis geführt wird.

Claims (10)

1.) Verfahren zum Mischen von gasförmigen oder staubförmigen Brennstoffen mit Luft und Verbrennen des Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Strahlen der in Reihen von Einzelstrahlen aufgelösten Brennstoff- und Luftströme derart gerichtet werden, dass jeder Strahl des einen Stoffes in die Lücke je zweier nebeneinander liegender Strahlen des anderen Stoffes in oder schräg zur Brennerrichtung eingeblasen wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen der zu mischenden Stoffe Mäntel von einander durchdringenden Kegeln oder Pyramiden bilden.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen des einen Stoffes einen Zylinder- oder Prismenmantel, die Strahlen des anderen Stoffes einen Kegel- oder Pyramidenmantel bilden, die den Zylinder- oder Prismenmantel des ersten Stoffes durchschneiden.

4.) Brenner zum Ausführen des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Brennermundstück zwei konzentrische oder annähernd konzentrische Düsenringe (9, 17) angeordnet sind, die aus hinter- oder nebeneinander liegenden Kammern (2, 3) mit Brennstoff oder Luft gespeist werden und in Abständen wechsel- weise derart abgedeckt sind, dass der Austritt der Stoffe aus ihnen in Strahlen erfolgt, welche sich gegenseitig durchdringende Strahlenmäntel bilden.

5.) Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrischen Düsenringe (9, 17) entweder in ein und derselben Ebene oder in verschiedenen parallelen Ebenen zu einander angeordnet sind.

6.) Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der Innendurchmesser des äusseren Düsenringes (17) und der Aussendurchmesser des inneren Düsenringes (9) ungefähr gleich gross ausgeführt sind.

7.) Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (10, 10', 19, 19') beider oder auch nur einer der beiden Düsenringe (9, 17) durch Aufsteckrohre (23) bis zum Durchdringungs- oder Kreuzungskreis (24) oder bis in dessen Nähe verlängert sind.

8.) Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff- und Luftkammer (2, 3) ringförmig von einer Seite zur anderen hin schräg ansteigend ausgebildet und an der Stelle des grössten Querschnittes mit je einem Stutzen (12, 13) für Brennstoff oder Luft versehen sind, welche senkrecht zur Brennerachse (4) am Gehäuse (1) angeschlossen sind.

9.) Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Brennraum zugekehrte Kammer (3) für Luft oder Brennstoff durch eine abschraubbare Vorstellplatte (16) und die dem Brennraum abgekehrte Kammer (2) für Brennstoff oder Luft durch einen abschraubbaren Brennerdeckel (5) abgeschlossen sind.

10.) Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden konzentrischen Düsenringe (9, 17) durch eine die Kammern (2, 3) nach der Brennkammerseite hin abdeckende Düsenplatte (20) mit Bohrungen (10', 19') ersetzt sind.