EP0235789A2 - Brenner für gasförmige Brennstoffe - Google Patents

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EP0235789A2
EP0235789A2 EP87102953A EP87102953A EP0235789A2 EP 0235789 A2 EP0235789 A2 EP 0235789A2 EP 87102953 A EP87102953 A EP 87102953A EP 87102953 A EP87102953 A EP 87102953A EP 0235789 A2 EP0235789 A2 EP 0235789A2
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mixer
mixture distribution
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Kurt Cremer
Norbert Kolberg
Ludwig DR.-Ing. Müller
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes

Definitions

  • the invention relates to a Bremnner for gaseous fuels with a mixer and a cylindrical, perforated burner jacket connected downstream of the mixer, which is closed at its end by a burner cover.
  • a burner of the type mentioned is known from US Pat. No. 1,026,982. This burner is intended to achieve a high burner output with a minimum of fuel and exhaust gas. In the meantime, further requirements have been placed on burners for gaseous fuels, which the known burner cannot meet:
  • the burners should be able to be operated with gases of different qualities without changes to the burner having to be made when the gas quality changes.
  • the burners should have great flame stability within the largest possible range of use for gases with different Wobbe indices.
  • the flame stability should be so great that load fluctuations of at least 39%, based on the nominal load, are possible.
  • the invention is therefore based on the object to provide a burner of the type mentioned, which has a high flame stability, so that it can be operated with gases, in particular natural gases, of different types.
  • the burner according to the invention is characterized in that a connection piece which widens conically towards the burner jacket is provided in connection with the overstoichiometric premixing mixer, and that the hexagonally arranged passage openings of the burner jacket, the thickness of which is less than 0.5 mm, have a hydraulic diameter of 0.8 to 1.5 mm.
  • the main advantage of the invention is the achievement of the object. It is also advantageous that the exhaust gases from the burner have an extremely low NO x content due to the over-stoichiometric mixing of fuel gas and air. In addition, the burner is structurally simple and can be operated without cooling.
  • the narrow end of the transition piece encloses the bores of the mixer designed as a hole mixer, the hole circle diameter of which is smaller than the diameter of the burner jacket.
  • a coaxial mixture distribution plate the thickness of which is at least 0.35 mm, is advantageously arranged within the burner jacket. It has holes whose hydraulic diameter is approximately 1 to 3 mm, preferably approximately 1 mm. This measure supports flame stability.
  • the mixture distribution plate also serves as a kickback protection. If the flames burning on the outside of the burner jacket blow back through this, a further blow back by the mixture distribution plate is prevented.
  • the diameter of the mixture distribution plate is 20 to 40 mm smaller than the diameter of the burner jacket.
  • the mixture distribution plate tapers towards the burner cover.
  • cylindrical or the conical mixture distribution plate extends only over the area of the burner jacket adjacent to the burner cover. This promotes the uniformity of the flame pattern.
  • the burner jacket and the mixture distribution plate consist of aluminum-containing nickel-free chrome steel.
  • the heat resistance is particularly good with this material.
  • the fuel gas flows through a gas nozzle 1 into a chamber 2 of a mixer 3 designed as a hole mixer.
  • the combustion air is supplied to the chamber 2 with the aid of a blower (not shown).
  • the mixture flows through holes 3 'and a conically widening transition piece 4 in a cylindrical burner jacket 5.
  • the thickness of the burner jacket is less than 0.5 mm.
  • the burner jacket 5 has hexagonally arranged passage openings, the hydraulic diameter of which is 0.8-1.5 mm.
  • the hexagonal arrangement of the passage opening 6 achieves a high degree of perforation and thus a high specific exit surface load.
  • the burner has a burner cover 7 at the upper end.
  • a coaxial mixture distribution plate 8 is arranged inside the burner casing 5 and tapers towards the burner cover 7. It is at least 0.35 mm thick and has holes 9, the hydraulic diameter of which is approximately 1 to 3 mm, preferably approximately 1 mm.
  • the cylindrical mixture distribution plate 8 does not extend over the entire burner jacket, but only over the area adjacent to the burner cover 7.
  • the diameter of the mixture distribution plate 8 is 20 to 40 mm smaller than the diameter of the burner jacket 5.
  • the burner jacket 5 and the mixture distribution plate 8 are made of 1.4725 (CrAl steel plate).

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Abstract

Brenner mit einer Mischkammer (2), an die sich ein zylindrischer, perforierter, an seinem Ende von einem Brennerdeckel (7) verschlossener Brennermantel (5) anschließt. Im Anschluß an die von einem Luftgebläse beaufschlagte überstöchiometrisch vormischende Mischkammer befindet sich ein sich konisch zum Brennermantel hin erweiterndes Übergangsstück (4). Der Brennermantel, dessen Stärke unter 0,5 mm liegt, weist hexagonal angeordnete Durchtrittsöffnungen (6) auf, deren hydraulischer Durch­messer 0,8 bis 1,5 mm beträgt.
Vorteilhafterweise ist innerhalb des Brennermantels ein koaxiales Gemischverteilungsblech (8), dessen Stärke mindestens 0,35 mm beträgt, angeordnet. Es weist Löcher (9) auf, deren hydraulischer Durchmesser ca. 1 bis 3 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Bremnner für gasförmige Brennstoffe mit einem Mischer und einem dem Mischer nachgeschalteten, zylindrischen, perforierten Brennermantel, der an seinem Ende von einem Brenner­deckel verschlossen ist.
  • Ein Brenner der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 1 026 982 bekannt. Mit diesem Brenner soll eine hohe Brennerleistung mit einem Minimum an Brennstoff und Abgas erreicht werden. Inzwischen werden an Brenner für gasförmige Brennstoffe weitere Anforderungen gestellt, die der bekannte Brenner nicht erfüllen kann: Die Brenner sollen mit Gasen unterschiedlicher Beschaffenheit betreibbar sein, ohne daß bei Änderung der Gasbeschaffenheit Änderungen am Brenner durchgeführt werden müssen. Innerhalb eines möglichst großen Ein­satzbereiches von Gasen mit verschiedenen Wobbe-Indizes sollen die Brenner eine große Flammenstabilität aufweisen.
  • Die Flammenstabilität soll so groß sein, daß Lastschwankungen von mindestens 39 %, bezogen auf die Nennlast, möglich sind.
  • Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine hohe Flammensta­bilität aufweist, so daß er mit Gasen, insbesondere Erdgasen, unterschiedlicher Beschaffenheit betreibbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Brenner nach der Erfindung da­durch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den von einem Luftgebläse beaufschlagten überstöchiometrisch vormischenden Mischer ein sich konisch zum Brennermantel hin erweiterndes Übergangsstück vorge­sehen ist und daß die hexagonal angeordneten Durchtrittsöffnungen des Brennermantels, dessen Stärke unter 0,5 mm liegt, einen hydrau­lischen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm aufweisen.
  • Der Hauptvorteil der Erfindung besteht in der Lösung der gestellten Aufgabe. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Abgase des Brenners aufgrund der überstöchiometrischen Vermischung von Brenngas und Luft einen äußerst geringen NOx-Gehalt aufweisen. Zudem ist der Brenner konstruktiv einfach aufgebaut und kann ohne Kühlung betrie­ben werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform umschließt das Übergangsstück mit seinem engen Ende die Bohrungen des als Lochmischer ausgebil­deten Mischers, deren Lochkreisdurchmesser kleiner als der Durch­messer des Brennermantels ist.
  • Vorteilhafterweise ist innerhalb des Brennermantels ein koaxiales Gemischverteilungsblech, dessen Stärke mindestens 0,35 mm beträgt, angeordnet. Es weist Löcher auf, deren hydraulischer Durchmesser ca. 1 bis 3 mm, vorzugsweise ca. 1 mm, beträgt. Mit dieser Maßnahme wird die Flammenstabilität unterstützt.
  • Das Gemischverteilungsblech erfüllt ferner die Funktion einer Rück­schlagsicherung. Wenn die außen am Brennermantel brennenden Flammen durch diesen zurückschlagen, wird ein weiteres Rückschlagen durch das Gemischverteilungsblech verhindert.
  • Es ist günstig, wenn der Durchmesser des Gemischverteilungsbleches 20 bis 40 mm kleiner als der Durchmesser des Brennermantels ist.
  • Inbesondere für Brenner größerer Leistung ist es vorteilhaft, wenn sich das Gemischverteilungsblech zum Brennerdeckel hin verjüngt.
  • Als besonders günstig hat sich erwiesen, wenn sich das zylindrische oder das konische Gemischverteilungsblech nur über den dem Brenner­deckel benachbarten Bereich des Brennermantels erstreckt. Dies för­dert die Vergleichmäßigung des Flammenmusters.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Brennermantel und das Gemisch­verteilungsblech aus aluminiumhaltigem nickelfreiem Chromstahl be­stehen. Die Wärmebeständigkeit ist bei diesem Material besonders gut.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungs­beispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
    • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners im Schnitt,
    • Fig. 2 die Unteransicht des Mischers nach Fig. 2,
    • Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bren­ners im Schnitt.
  • Entsprechend Fig. 1 und Fig. 2 strömt das Brenngas durch eine Gas­düse 1 in eine Kammer 2 eines als Lochmischer ausgebildeten Mischers 3. Die Verbrennungsluft wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Gebläses der Kammer 2 zugeführt. Das Gemisch strömt durch Bohrungen 3′ und ein sich konisch erweiterndes Übergangsstück 4 in einen zy­lindrischen Brennermantel 5. Die Stärke des Brennermantels liegt unter 0,5 mm. Der Brennermantel 5 weist hexagonal angeordnete Durch­trittsöffnungen auf, deren hydraulischer Durchmesser 0,8 - 1,5 mm beträgt. Durch die hexagonale Anordnung der Durchtrittsöffnung 6 wird ein hoher Perforationsgrad und damit eine hohe spezifische Austrittsflächenbelastung erreicht.
  • Der Brenner besitzt am oberen Ende einen Brennerdeckel 7. Innerhalb des Brennermantels 5 ist ein koaxiales Gemischverteilungsblech 8 angeordnet, das sich zum Brennerdeckel 7 hin verjüngt. Es ist min­destens 0,35 mm stark und weist Löcher 9 auf, deren hydraulischer Durchmesser ca. 1 bis 3 mm, vorzugsweise ca. 1 mm, beträgt.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform des Brenners er­streckt sich das zylindrische Gemischverteilungsblech 8 nicht über den gesamten Brennermantel, sondern nur über den dem Brennerdeckel 7 benachbarten Bereich. Der Durchmesser des Gemischverteilungsble­ches 8 ist 20 bis 40 mm kleiner als der Durchmesser des Brennerman­tels 5.
  • In nicht dargestellter Weise besteht die Möglichkeit, das gemäß Fig. 1 durchgehende Gemischverteilungsblech 8 zylindrisch und das gemäß Fig. 2 nur im Bereich des Brennerdeckels 7 angeordnete Ge­mischverteilungsblech 8 konisch auszubilden.
  • Bei beiden Ausfürungsformen bestehen der Brennermantel 5 und das Gemischverteilungsblech 8 aus dem Werkstoff 1.4725 (CrAl-Stahl­blech).

Claims (7)

1. Brenner für gasförmige Brennstoffe mit einem Mischer und einem dem Mischer nachgeschalteten, zylindrischen, perforierten Brennermantel, der an seinem Ende von einem Brennerdeckel ver­schlossen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Anschluß an den von einem Luftgebläse beaufschlagten, überstöchiometrisch vormischenden Mischer (3) ein sich konisch zum Brennermantel (5) hin erweiterndes Übergangsstück (4) vor­gesehen ist und daß die hexagonal angeordneten Durchtritts­öffnungen (6) des Brennermantels (5), dessen Stärke unter 0,5 mm liegt, einen hydraulischen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm auf­weisen.
2. Brenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Übergangsstück (4) mit seinem engen Ende die Bohrungen (3′) des als Lochmischer ausgebildeten Mischers (3) umschließt, deren Lochkreisdurchmesser kleiner als der Durchmesser des Brennermantels (5) ist.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
ein innerhalb des Brennermantels (5) angeordnetes koaxiales Gemischverteilungsblech (8), dessen Stärke mindestens 0,35 mm beträgt, mit Löchern (9), deren hydraulischer Durchmesser ca. 1 bis 3 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt.
4. Brenner nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des Gemischverteilungsbleches (8) 20 bis 40 mm kleiner als der Durchmesser des Brennermantels (5) ist.
5. Brenner nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich das Gemischverteilungsblech (8) zum Brennerdeckel (7) hin verjüngt.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich das Gemischverteilungsblech (8) nur über den dem Bren­nerdeckel (7) benachbarten Bereich des Brennermantels (5) er­streckt.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennermantel (5) und das Gemischverteilungsblech (8) aus aluminiumhaltigem nickelfreiem Chromstahl bestehen.
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