EP0235789B1 - Brenner für gasförmige Brennstoffe - Google Patents

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EP0235789B1
EP0235789B1 EP87102953A EP87102953A EP0235789B1 EP 0235789 B1 EP0235789 B1 EP 0235789B1 EP 87102953 A EP87102953 A EP 87102953A EP 87102953 A EP87102953 A EP 87102953A EP 0235789 B1 EP0235789 B1 EP 0235789B1
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EP
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burner
jacket
distribution plate
mixture distribution
mixer
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EP0235789A3 (en
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Hans Ing. Berg
Kurt Cremer
Norbert Kolberg
Ludwig DR.-Ing. Müller
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EON Ruhrgas AG
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Ruhrgas AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes

Definitions

  • the invention relates to a burner for gaseous fuels with a mixer which is adjoined by a transition piece which widens conically towards a flame holder, and a cylindrical burner jacket which is closed at its end by a burner cover and has hexagonal passage openings.
  • a burner of the type mentioned is known from GB-A 231 596.
  • the flames burn on a burner plate and heat a cone-shaped incandescent body.
  • the burner jacket mainly serves as protection against contact.
  • the requirement for burners for gaseous fuels is that 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 widest 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 known burner cannot meet this requirement.
  • 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 the burner jacket forms the flame holder, that the over-stoichiometric premixing mixer is acted upon by an air blower, that the 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, and that a coaxial mixture distribution plate is arranged within the burner jacket, the thickness of which is at least 0.35 mm, the mixture distribution plate being provided with holes whose hydraulic diameter is approximately 1 to 3 mm, preferably 1 mm is.
  • the main advantage of the invention is the achievement of the object. It is also advantageous that the exhaust gases of 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.
  • a burner is known from DE-OS 3 110 301, in which the cylindrical burner jacket forms the flame holder, in the interior of which a frustoconical mixture distribution plate is arranged.
  • the edges of each mixture outlet opening have irregular protrusions or tooth formations for flame stabilization. To manufacture them is technically complex. Above all, however, this measure is not sufficient to produce sufficient flame stability.
  • the mixture distribution plate also fulfills the function of a kickback protection. If the flames burning on the outside of the burner jacket kick back through this, further kick back is prevented by the mixture distribution plate.
  • the transition piece encloses with its narrow end 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.
  • 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 bores 3 'and a conically widening transition piece 4 into 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 jacket 5. that tapers towards the burner cap 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.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner für gasförmige Brennstoffe mit einem Mischer, an den sich ein Übergangsstück anschließt, das sich zu einem Flammenhalter hin konisch erweitert, und einem zylindrischen Brennermantel, der an seinem Ende von einem Brennerdeckel verschlossen ist und hexagonale Durchtrittsöffnungen aufweist.
  • Ein Brenner der eingangs genannten Art ist aus der GB-A 231 596 bekannt. Die Flammen brennen an einer Brennerplatte und erhitzen einen konosförmigen Glühkörper. Der Brennermantel dient hauptsächlich als Berührungsschutz. Inzwischen wird an Brenner für gasförmige Brennstoffe die Anforderung gestellt, daß die Brenner mit Gasen unterschiedlicher Beschaffenheit betreibbar sein sollen, 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. Diese Anforderung kann der bekannte Brenner nicht erfüllen.
  • 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 der Brennermantel den Flammenhalter bildet, daß der überstöchiometrisch vormischende Mischer von einem Luftgebläse beaufschlagt ist, daß die Durchtrittsöffnungen des Brennermantels, dessen Stärke unter 0,5 mm liegt, einen hydraulischen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm aufweisen, und daß innerhalb des Brennermantels ein koaxiales Gemischverteilungsblech angeordnet ist, dessen Stärke mindestens 0,35 mm beträgt, wobei das Gemischverteilungsblech mit Löchern versehen ist, deren hydraulischer Durchmesser ca. 1 bis 3 mm vorzugsweise 1 mm beträgt.
  • 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.
  • Aus der DE-OS 3 110 301 ist ein Brenner bekannt, bei dem der zylindrische Brennermantel den Flammenhalter bildet, in dessen Innerem ein kegelstumpfförmiges Gemischverteilungsblech angeordnet ist. Zur Flammenstabilisierung weisen die Ränder jeder Gemischaustrittsöffnung unregelmäßige Vorsprünge oder Zahnausbildungen auf. Diese herzustellen, ist fertigungstechnisch aufwendig. Vor allen Dingen aber genügt diese Maßnahme nicht, eine ausreichende Flammenstabilität zu erzeugen.
  • Erfindungsgemäß wird ein anderer Lösungsweg eingeschlagen, um eine noch höhere Flammenstabilität zu erreichen, und zwar werden die Durchmesser der Öffnungen von Brennermantel und Gemischverteilungsblech erfindungsgemäß dimensioniert. Das Verhältnis der Gemischdurchtrittsöffnungen zueinander bewirkt die verbesserte Flammenstabilität.
  • 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.
  • 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.
  • Es ist günstig, wenn der Durchmesser des Gemischverteilungsbleches 20 bis 40 mm kleiner als der Durchmesser des Brennermantels ist.
  • Insbesondere 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. 1,
    • 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.

Claims (6)

1. Brenner für gasförmige Brennstoffe mit einem Mischer, an den sich ein Übergangsstück anschließt, das sich zu einem Flammenhalter hin konisch erweitert, und einem zylindrischen Brennermantel, der an seinem Ende von einem Brennerdeckel verschlossen ist und hexagonale Durchtrittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennermantel (5) den Flammenhalter bildet, daß der überstöchiometrisch vormischende Mischer (3) von einem Luftgebläse beaufschlagt ist, daß die Durchtrittsöffnungen (6) des Brennermantels (5), dessen Stärke unter 0,5 mm liegt, einen hydraulischen Durchmesser von 0,8 bis 1,5 mm aufweisen, und daß innerhalb des Brennermantels (5) ein koaxiales Gemischverteilungsblech (8) angeordnet ist, dessen Stärke mindestens 0,35 mm beträgt, wobei das Gemischverteilungsblech mit Löchern (9) versehen ist, deren hydraulischer Durchmesser ca. 1 bis 3 mm, vorzugsweise 1 mm, beträgt.
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, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser des Gemischverteilungsbleches (8) 20 bis 40 mm kleiner als der Durchmesser des Brennermantels (5) ist.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet,
daß sich das Gemischverteilungsblech (8) zum Brennerdeckel (7) hin verjüngt.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet,
daß sich das Gemischverteilungsblech (8) nur über den dem Brennerdeckel (7) benachbarten Bereich des Brennermantels (5) erstreckt.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet,
daß der Brennermantel (5) und das Gemischverteilungsblech (8) aus aluminiumhaltigem nickelfreiem Chromstahl bestehen.
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