EP2442026A1 - High temperature burner for burner operating methods with two operational states - Google Patents
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- EP2442026A1 EP2442026A1 EP10187758A EP10187758A EP2442026A1 EP 2442026 A1 EP2442026 A1 EP 2442026A1 EP 10187758 A EP10187758 A EP 10187758A EP 10187758 A EP10187758 A EP 10187758A EP 2442026 A1 EP2442026 A1 EP 2442026A1
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- F23D2900/14—Special features of gas burners
- F23D2900/14003—Special features of gas burners with more than one nozzle
Definitions
- the present patent application relates to a high-temperature burner, and more particularly to a high-temperature burner for use in a NO x reduced-combustion burner operation method having a first start-up operation state and a second work operation state.
- the high-temperature burner for heating a furnace room operates at a working temperature in a first start-up operation state.
- a defined switching threshold temperature furnace space, duration of the first operating state, etc.
- Such a method is for example from the EP 0 343 746 A2 known.
- the burner does not work with a combustion chamber, but combustion air and fuel are passed directly into the furnace chamber, depending on the temperature in the furnace chamber.
- the burner is switched to a first operating state, in which the fuel is supplied via a first fuel supply before entering the furnace chamber of the combustion air, wherein the resulting mixture is introduced from the side wall of the furnace chamber in this spaced apart.
- the burner is switched to a second operating state by the first fuel supply is closed and a second fuel supply is opened.
- the second fuel supply opens at a predetermined distance from the combustion air supply and a predetermined distance from the wall of the furnace chamber in this.
- An above-mentioned method with two operating states is further from the EP 0 685 683 B1 known.
- the burner is switched to a first operating state.
- fuel is supplied to a combustion chamber via a first fuel supply, which ends in the vicinity of an outlet opening of an air supply device.
- the fuel is mixed with the supplied combustion air and the resulting mixture is ignited via an ignition electrode arranged in the chamber, whereupon it burns in the combustion chamber and heats a furnace chamber associated with the combustion chamber.
- the burner is switched to a second operating state by the first fuel supply is closed and a second fuel supply is opened.
- the second fuel supply ends approximately at the height of the outlet opening of the combustion chamber. In the second operating state, fuel is no longer supplied to the combustion chamber, so that the combustion process in the combustion chamber is substantially completely suppressed.
- a method for operating a high-temperature burner in which in a chamber, a fuel / combustion air mixture is formed and ignited by means of an ignition device, the combustion of the fuel / combustion air mixture is maintained in the chamber for a first period of time, then the fuel supply for a second period of time is reduced such that the combustion stops and remains exposed, wherein in the second period the temperature in the chamber drops below a first set temperature, and finally, after the temperature in the chamber has dropped below the first set temperature, increases the fuel supply is so that the combustion of the fuel / combustion air mixture is used due to the cooled chamber only when entering the furnace chamber and maintained.
- This high-temperature burner comprises a chamber opening into a combustion chamber, leading to the chamber combustion air supply and disposed in the chamber mixing device having a plurality of combustion air passages on at least two circles the mixing device are arranged.
- the mixing device itself shuts off the combustion air supply to the chamber, i.
- the combustion air passes through the mixing device into the part of the chamber in which the combustion (start operating state) or the mixing (working operating state) takes place.
- the center of the above circles on which the combustion air passages are arranged may coincide with or be offset from the axis of the chamber. It is also possible that the center of at least one circle coincides with the chamber axis, but the center of at least one further circle is offset from the chamber axis.
- At least one combustion air passage is arranged on each circuit, this arrangement (in the case of a circular-cylindrical configuration of the combustion air passages) being carried out such that the center of a given combustion air passage the respective circle lies.
- the arrangement of combustion air passages "on a circle” is to say that the openings of the combustion air passages are arranged on the circle - the circles themselves are not a structural feature of the burner.
- a plurality of combustion air passages is arranged on a circle, wherein it is preferable on the same consideration that the centers of the circles coincide with the chamber axis.
- the combustion air passages extend through the mixing device and are preferably made cylindrical, and from a production point of view, it is particularly preferred that these are designed circular-cylindrical.
- the high-temperature burner further comprises a fuel supply, which ends in a fuel discharge device downstream of the mixing device, that is, the fuel discharge device is arranged on the furnace chamber side of the mixing device.
- the fuel outlet device comprises a circular cylindrical jacket and an end face or bottom closing off the fuel outlet device, wherein the jacket has a plurality of fuel passages and at least one fuel passage is assigned to the end face, whereby this fuel passage can be arranged directly in the end face or spaced therefrom (see below) ) can be arranged.
- the fuel outlet device may be designed in one piece with the mixing device, or the fuel outlet device may be inserted into an opening in the mixing device.
- the geometry of the fuel passages is designed according to the geometry of the combustion air passages, i. a cylindrical or circular cylindrical configuration is preferred, but other designs (for example, conical) are possible.
- an ignition device is arranged in the chamber.
- the mixing device itself which is preferably made of a high-temperature resistant material such as ceramic or a corresponding steel alloy, is disc-shaped and is as fully as possible on the chamber wall, that is between the mixing device and the chamber wall remains in the high-temperature burner according to the invention no gap or annulus through which combustion air could enter the chamber.
- a high-temperature resistant material such as ceramic or a corresponding steel alloy
- combustion air passages are further arranged on the mixing device or the at least two circles such that an outer annular space of the mixing device is free of combustion air passages. Such an arrangement of the combustion air passages has the consequence that no combustion air enters the chamber itself in the vicinity of the chamber wall.
- the combustion air passages each have an angle of attack ⁇ x > 0 ° to the chamber axis and a radial swirl angle ⁇ x , wherein an angle of attack ⁇ a of the combustion air passages on the outermost circle is smaller than an angle ⁇ i of the combustion air passages on the innermost circle, and wherein the helix angle ⁇ a of the combustion air passages on the outermost circle is greater than the helix angle ⁇ i on the innermost circle, and wherein the helix angle on the outermost circle is between 5 ° and 60 °.
- the combustion air passages are further arranged such that the amount of combustion air passing through the combustion air passages increases radially outward, that is, the amount of combustion air passing through the combustion air passages on the innermost circle is lower than that through the combustion air passages on the combustion air passages outermost circle passing combustion air.
- the twisting of the combustion air provides stable combustion in the starting operating state of the combustion air-fuel mixture within the chamber, and the decrease of the helix angle from the outermost to the innermost circle ensures that fuel and combustion air inside the chamber are not mixed too much. Furthermore, the twisting is chosen so that in the working operating state, the combustion is not sucked into the chamber, but takes place at a convenient distance from the chamber outlet in the furnace chamber.
- the combination of the above measures has the consequence that in the start operating state, the flame generated in the chamber has no contact with the chamber wall, thereby ensuring that the temperature of the chamber wall during the start-up operating state does not rise above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture. Due to the duration of the start operating state heating of the chamber wall on the ignition temperature is excluded by the radiant heat of combustion.
- the transition to the working operating state is performed such that the fuel supply is turned off for a short time, so that the combustion in the chamber stops.
- the fuel supply is started again (of course, the ignition remains disabled) and prepared in the chamber fuel / combustion air mixture can not ignite in the chamber due to the non-existent ignition source (the chamber wall is not hot enough to ignite), but only at Entry into the furnace chamber whose temperature has been set accordingly in the start operating state.
- the method which can be carried out with the burner according to the invention therefore, it is not necessary to wait for a second period of time for conditions to prevail in the chamber which make it impossible to ignite the fuel / combustion air mixture.
- the end face of the fuel outlet device is assigned a plurality of fuel passages which are arranged in the end face itself and, if they are cylindrical, can be aligned parallel to the chamber axis.
- the fuel passages arranged in the end face of the fuel outlet device have an angle of attack away from the chamber axis between 0 ° and 30 °.
- the fuel passages are arranged on or in the end face and lateral surface of the fuel outlet device such that more than 60% of the fuel passing through the gas passages exits via the end face.
- the emerging through the fuel passages in the face fuel reacts by design preferably, with the combustion air exiting through the combustion air passages located on the outermost circle, and by the corresponding distribution of fuel passages, the reaction is promoted in the vicinity of the axis, that is, away from the chamber wall.
- the fuel outlet means comprises a fuel lance axially parallel to the chamber axis extending into the chamber and having the fuel passage at the lance end. At least 50% of the fuel is directed into the chamber via this lance.
- the high-temperature burner itself is exposed during startup and shutdown high temperature fluctuations, which also occur within a short period of time, so that in particular the material of the mixing device and the fuel outlet device and the chamber is exposed to high thermal requirements.
- the fuel outlet device has been found that it is preferred that the end face is beveled to the lateral surface, since voltages are better dissipated during heating and cooling of the fuel outlet device by this configuration of the fuel outlet device.
- the combustion air passages are arranged on a plurality of circles on the mixing device, wherein the center of the circles may coincide with the chamber axis or be offset therefrom.
- the combustion air passages are arranged on three circles on the mixing device, wherein the angle of attack increases from the outermost circle to the innermost circle and the radial twist angle decreases from the outermost circle to the innermost circle.
- the combustion air passages are arranged or dimensioned so that more than 75% of the combustion air amount at the outermost circle and less than 25% of the combustion air amount at the innermost circle pass through the mixer, such distribution of the passing air quantity being by the size and / or the number of combustion air passages can be achieved.
- the width of the annulus 20-40% corresponds to the average opening width of the combustion air passages on the outermost circle, wherein the average opening width in a circular cylindrical design of the combustion air passages corresponds to the diameter. It has been found that such a dimensioning of the circular space ensures ideal process control both in the start operating state and in the working operating state.
- FIG. 1 shows a first embodiment of the high-temperature burner according to the invention.
- the burner has a housing 1, into which a fuel line 3a and a combustion air line 2a open.
- the fuel line 3a passes in the housing 1 in a fuel supply 3, and the combustion air line 2a is in a combustion air supply 2 via.
- To the housing joins in the longitudinal direction of a chamber 4 made of a highly heat-resistant material, in which the fuel supply 3 and the combustion air supply 2 open.
- the chamber is made of ceramic materials or metal alloys.
- the chamber 4 opens via an outlet 5 in a furnace chamber 6 or a (not shown) arranged in the furnace chamber 6 jet pipe of an industrial burner.
- the outlet 5 is formed by a constriction of the chamber 4 in the vicinity of the mouth of the chamber 4 in the furnace chamber 6 and is preferably rotationally symmetrical about the axis of the chamber 4.
- the cross-section of the chamber decreases slightly up to the constriction at the outlet 5.
- the cross-section of the chamber may also be constant over its entire length up to the constriction.
- the fuel supply 3 ends at the in FIG. 1 illustrated embodiment in a fuel outlet device 9, which is arranged downstream of the mixing device 10.
- the fuel outlet device 9 is formed integrally with the mixing device 10, in other embodiments
- the fuel outlet device can be inserted into an opening in the mixing device 10, ie the mixing device and the fuel outlet device are then separate components of the burner.
- the fuel outlet device 9 comprises a circular-cylindrical jacket and an end face closing off the fuel outlet device to the chamber, the jacket and the end face having a plurality of fuel passages 9a, 9b.
- the combustion air supply 2 opens in the embodiment shown in the chamber 4, and in the chamber 4, a mixing device 10 is arranged, wherein the mixing device 10, the combustion air supply 2 terminates toward the chamber.
- the mixing device 10 is spaced from the combustion air supply / chamber transition, i. the chamber itself still serves upstream of the mixing device as an air supply.
- the mixing device 10 may also be arranged directly at the end of the combustion air supply 2. It is only important that the mixing device closes the combustion air supply 2 to the actual chamber 4 out.
- the mixing device 10 itself is disc-shaped and lies substantially fully on the wall of the chamber 4, i. it is no or only a minor combustion air passage at the outer periphery of the mixing device possible. However, a certain passage of air between the mixing device and the chamber wall can not be completely avoided since, due to production specifications, the outer diameter of the mixing device is always minimally less than the inner diameter of the chamber wall, since otherwise the mixing device would not be able to be introduced into the combustion chamber (the ratio of gap width / diameter mixing device) is always less than 0.5%).
- FIG. 2 shows a second embodiment of the high-temperature burner according to the invention, wherein this is modified compared to the first embodiment only in the area of the fuel outlet device 9.
- the fuel outlet device comprises a fuel lance 9c, which is designed to run parallel to the chamber axis and at its end of the lance, the fuel passage 9b.
- the end face of the fuel outlet device is associated with a plurality of fuel passages 9b
- the end face in this embodiment is therefore associated with only one fuel passage 9b.
- At least 50% of the fuel is conducted into the chamber 4 via the fuel lance 9c.
- FIGS. 3a, 3b . 4a, 4b . 4c and 5 show a plan view and a view obliquely from above of the mixing device of the first embodiment.
- the combustion air passages 21, 22, 23 to three (only in FIG. 2a shown), wherein the number and the dimension of the combustion air passages 21, 22, 23 from the innermost circle a on the middle circle b toward the outermost circle c increases.
- the twist angle of the combustion air passages decreases from the outermost circle c toward the innermost circle a ( ⁇ 1 > ⁇ 2 > ⁇ 3 ), and the twist angle ⁇ 3 of the combustion air passages 21 on the innermost circle c is 0 ° (see in particular FIGS. 4a-4c ).
- angles of incidence ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 of the combustion air passages 21, 22, 23 increase from the outermost circle c over the angle of incidence of the combustion air passages 22 on the middle circle b to the angle of incidence of the combustion air passages 21 on the innermost circle a toward ( ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ) (see in particular FIG. 5 ), wherein the angle of attack ⁇ 1, even on the outermost circle c is greater than 0 ° in order to ensure a steering of the flame in the start operating state into the interior of the chamber 4.
- the combustion air passages 21, 22, 23 are arranged on the mixing device, that the amount of combustion air passing through the mixing device 10 increases radially outwardly, this is achieved in the present case, that on the one hand from the inside out more combustion air passages per circle a, b, c and on the other hand from the inside to the outside larger combustion air passages per cycle are provided. In other embodiments, this can be achieved only by the number of combustion air openings per circle or only the change in dimension.
- the fuel leakage device 9 is embodied in one piece with the mixing device 10 and comprises a circular-cylindrical jacket and an end face which closes the fuel outlet device 9 toward the chamber 4.
- the end face is chamfered to the jacket, and thereby receives the downstream of the furnace chamber 6 facing surface of the mixing device arranged part of the fuel outlet means a pot-shaped shape.
- a plurality of fuel passages 9a, 9b are arranged in the lateral surface and the end face of the fuel outlet device 9, the fuel passages 9a arranged in the jacket being circular cylindrical and parallel to the surface of the mixing device, and the fuel passages 9b arranged in the end face of the fuel outlet device likewise circularly formed and have an angle of incidence away from the chamber (> 0 ° ⁇ 30 °).
- the mixing device 10 further comprises two circular openings 30, 40, which in the embodiments shown for receiving an ignition device 12 (not shown) and a (also not shown) flame monitoring device are provided.
- FIGS. 4a-4c illustrate the helix angles of the arranged on the circles a, b, c combustion air passages, wherein FIG. 4a a sectional view of FIG. 3a along B1 - B1, FIG. 4b a sectional view of FIG. 3a along B2 - B2 and Figure 4c a sectional view of FIG. 3a along B3 - B3.
- the twist angle of the combustion air passages decreases from the innermost circle a toward the outermost circle c, and the twist angle of the combustion air passage holes on the innermost ring is 0 ° with respect to the chamber axis.
- FIG. 5 is a schematic sectional view through a mixing device 10 of another embodiment in which the combustion air passages are arranged differently on or in the mixing device.
- the combustion air passages are also arranged on three circles, but the combustion air openings of adjacent circles are not offset from each other, but on a straight line from the center, so radially.
- the decrease of the angle of attack ⁇ x from the outermost circle to the innermost circle is shown again, in the illustrated embodiment, the angle of attack ⁇ 3 of the combustion air passages 21 on the innermost circle is greater than the angle ⁇ 2 of the combustion air passages 22 on the middle circle, which in turn is greater than the angle of attack ⁇ 1 of the combustion air passages 23 on the outermost circle.
- Mixing device 10 is shown formed integrally with the fuel outlet device 9, and both the lateral surface and the end face of the fuel outlet 9 comprise a plurality of fuel passages 9a, 9b, wherein arranged in the end face fuel passages 9b have an angle of attack away from the chamber axis. This causes the emerging fuel rather, ie closer to the end face and thus closer to the furnace chamber facing surface of the mixing device 10 come into contact with the combustion air, which ensures a more homogeneous mixing fuel / combustion air, as the fuel is distributed in a larger volume.
- FIGS. 3a, 3b and 4a-4c Mixing device 10 used in the embodiment shown are shown in the following table: Inner circle (a) Middle circle (b) Outer circle (c) Combustion air passages 6 10 12 Diameter passage / mm 5 7 13 Helix angle ⁇ / ° 0 25 45 Angle of attack ⁇ / ° 20 15 10 Circle / outside diameter mixing device 0.45 0.65 0.82 Pitch circle / mm 55 80 98
Abstract
Description
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft einen Hochtemperaturbrenner, und insbesondere einen Hochtemperaturbrenner zur Verwendung bei einem Brennerbetriebsverfahren zur NOx-reduzierten Verbrennung mit einem ersten Start-Betriebszustand und einem zweiten Arbeits-Betriebszustand.The present patent application relates to a high-temperature burner, and more particularly to a high-temperature burner for use in a NO x reduced-combustion burner operation method having a first start-up operation state and a second work operation state.
Bei dem oben genannten Verfahren arbeitet der Hochtemperaturbrenner zum Aufheizen eines Ofenraums auf eine Betriebs- bzw. Arbeitstemperatur in einem ersten Start-Betriebszustand. Beim Erreichen einer definierten Umschaltschwelle (Temperatur Ofenraum, Dauer des ersten Betriebszustandes etc.) wird in einen zweiten Betriebszustand, den Arbeits-Betriebszustand umgeschaltet, in welchem die NOx-reduzierte Verbrennung stattfindet.In the above method, the high-temperature burner for heating a furnace room operates at a working temperature in a first start-up operation state. Upon reaching a defined switching threshold (temperature furnace space, duration of the first operating state, etc.) is switched to a second operating state, the working operating state in which the NO x -reduced combustion takes place.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
Ein oben genanntes Verfahren mit zwei Betriebszuständen ist ferner aus der
Sobald der Ofenraum über die Zündtemperatur des Brennstoffes aufgeheizt ist, wird der Brenner in einen zweiten Betriebszustand geschaltet, indem die erste Brennstoffzuführung geschlossen wird und eine zweite Brennstoffzuführung geöffnet wird. Die zweite Brennstoffzuführung endet etwa auf der Höhe der Austrittsöffnung der Brennkammer. In dem zweiten Betriebszustand wird der Brennkammer kein Brennstoff mehr zugeführt, so dass der Verbrennungsvorgang in der Brennkammer im Wesentlichen vollständig unterdrückt wird.As soon as the furnace chamber is heated above the ignition temperature of the fuel, the burner is switched to a second operating state by the first fuel supply is closed and a second fuel supply is opened. The second fuel supply ends approximately at the height of the outlet opening of the combustion chamber. In the second operating state, fuel is no longer supplied to the combustion chamber, so that the combustion process in the combustion chamber is substantially completely suppressed.
Ferner ist aus der
Bedingt durch die bei diesem Verfahren verwendete Brenneranordnung ist die Einhaltung der oben genannten zweiten Zeitspanne notwendig, da, bedingt durch den Aufbau des bei dem Verfahren verwendeten Brenners, die Temperatur sowohl in der Kammer als auch der Kammerwandung während des ersten Betriebszustandes über die Zündtemperatur des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches ansteigt, und somit bei Nichteinhaltung der zweiten Zeitspanne kein Übergang in den zweiten Betriebszustand, bei dem die Verbrennung ausschließlich in dem Ofenraum stattfinden soll, möglich ist. Das Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch zündet bei Nichteinhaltung der zweiten Zeitspanne in der Kammer, und eine Verbrennung, die nicht ausschließlich in dem Ofenraum stattfindet, ist hinsichtlich der NOx-Reduzierung unerwünscht.Due to the burner assembly used in this method, compliance with the above-mentioned second period is necessary because, due to the structure of the burner used in the process, the temperature in both the chamber and the chamber wall during the first operating state over the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture increases, and thus in the absence of the second period, no transition to the second operating state, in which the combustion is to take place exclusively in the furnace chamber, is possible. The fuel / combustion air mixture ignites in the chamber if the second time period is not met, and combustion that does not take place exclusively in the furnace space is undesirable in terms of NO x reduction.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochtemperaturbrenner bereitzustellen, mit welchem ein Brennerbetriebsverfahren durchgeführt werden kann, welches einen Start-Betriebszustand und einen NOx-reduzierten Arbeits-Betriebszustand umfasst, welcher jedoch das Aussetzen der Verbrennung für eine zweite Zeitspanne zum Unterschreiten einer Solltemperatur in bzw. einer Kammer überflüssig macht.It is therefore an object of the present invention to provide a high-temperature burner with which a burner operating method can be carried out, which comprises a start-up operating state, and a NO x -reduced working operating state which, however, the loss of flame for a second period of time to below a set temperature in a chamber makes superfluous.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Hochtemperaturbrenner gemäß Patentanspruch 1. Dieser Hochtemperaturbrenner umfasst eine in einen Ofenraum mündende Kammer, eine zur Kammer führende Verbrennungsluftzuführung sowie eine in der Kammer angeordnete Mischeinrichtung, die eine Mehrzahl von Verbrennungsluftdurchgängen aufweist, die auf zumindest zwei Kreisen auf der Mischeinrichtung angeordnet sind. Die Mischeinrichtung selber schließt die Verbrennungsluftzuführung hin zu der Kammer ab, d.h. über die Mischeinrichtung gelangt die Verbrennungsluft in den Teil der Kammer, in dem die Verbrennung (Start-Betriebszustand) bzw. die Vermischung (Arbeits-Betriebszustand) stattfindet.The above-mentioned object is achieved by a high-temperature burner according to
Der Mittelpunkt der oben genannten Kreise, auf denen die Verbrennungsluftdurchgänge angeordnet sind, kann mit der Achse der Kammer zusammenfallen oder von dieser versetzt sein. Es ist auch möglich, dass der Mittelpunkt zumindest eines Kreises mit der Kammerachse zusammenfällt, der Mittelpunkt zumindest eines weiteren Kreises aber von der Kammerachse versetzt ist. Auf jedem Kreis ist zumindest ein Verbrennungsluftdurchgang angeordnet, wobei diese Anordnung (bei kreiszylindrischer Ausgestaltung der Verbrennungsluftdurchgänge) derart durchgeführt ist, dass der Mittelpunkt eines gegebenen Verbrennungsluftdurchganges auf dem jeweiligen Kreis liegt. Im Rahmen dieser Anmeldung soll die Anordnung von Verbrennungsluftdurchgängen "auf einem Kreis" besagen, dass die Öffnungen der Verbrennungsluftdurchgänge auf dem Kreis angeordnet sind - die Kreise selber sind kein bauliches Merkmal des Brenners.The center of the above circles on which the combustion air passages are arranged may coincide with or be offset from the axis of the chamber. It is also possible that the center of at least one circle coincides with the chamber axis, but the center of at least one further circle is offset from the chamber axis. At least one combustion air passage is arranged on each circuit, this arrangement (in the case of a circular-cylindrical configuration of the combustion air passages) being carried out such that the center of a given combustion air passage the respective circle lies. In the context of this application, the arrangement of combustion air passages "on a circle" is to say that the openings of the combustion air passages are arranged on the circle - the circles themselves are not a structural feature of the burner.
Aus herstellungstechnischer Sicht ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Verbrennungsluftdurchgängen auf einem Kreis angeordnet ist, wobei es aufgrund der gleichen Überlegung bevorzugt ist, dass die Mittelpunkte der Kreise mit der Kammerachse zusammenfallen.From a manufacturing point of view, it is preferred that a plurality of combustion air passages is arranged on a circle, wherein it is preferable on the same consideration that the centers of the circles coincide with the chamber axis.
Die Verbrennungsluftdurchgänge erstrecken sich durch die Mischeinrichtung und sind vorzugsweise zylindrisch ausgeführt, und aus produktionstechnischer Sicht ist es insbesondere bevorzugt, dass diese kreiszylindrisch ausgeführt sind.The combustion air passages extend through the mixing device and are preferably made cylindrical, and from a production point of view, it is particularly preferred that these are designed circular-cylindrical.
Der Hochtemperaturbrenner umfasst ferner eine Brennstoffzuführung, die in einer Brennstoffaustrittseinrichtung stromab der Mischeinrichtung endet, das heißt die Brennstoffaustrittseinrichtung ist auf der Ofenraumseite der Mischeinrichtung angeordnet. Die Brennstoffaustrittseinrichtung umfasst einen kreiszylindrischen Mantel sowie eine die Brennstoffaustrittseinrichtung abschließende Stirnfläche bzw. Boden, wobei der Mantel eine Mehrzahl von Brennstoffdurchgängen aufweist und der Stirnfläche zumindest ein Brennstoffdurchgang zugeordnet ist, wobei dieser Brennstoffdurchgang direkt in der Stirnfläche angeordnet sein kann oder von dieser beabstandet (siehe unten) angeordnet sein kann.The high-temperature burner further comprises a fuel supply, which ends in a fuel discharge device downstream of the mixing device, that is, the fuel discharge device is arranged on the furnace chamber side of the mixing device. The fuel outlet device comprises a circular cylindrical jacket and an end face or bottom closing off the fuel outlet device, wherein the jacket has a plurality of fuel passages and at least one fuel passage is assigned to the end face, whereby this fuel passage can be arranged directly in the end face or spaced therefrom (see below) ) can be arranged.
Die Brennstoffaustrittseinrichtung kann einstückig mit der Mischeinrichtung ausgeführt sein, oder die Brennstoffaustrittseinrichtung kann in eine Öffnung in der Mischeinrichtung eingesetzt sein. Die Geometrie der Brennstoffdurchgänge ist entsprechend der Geometrie der Verbrennungsluftdurchgänge ausgeführt, d.h. eine zylindrische bzw. kreiszylindrische Ausgestaltung ist bevorzugt, jedoch sind auch andere Ausführungen (beispielsweise konisch) möglich.The fuel outlet device may be designed in one piece with the mixing device, or the fuel outlet device may be inserted into an opening in the mixing device. The geometry of the fuel passages is designed according to the geometry of the combustion air passages, i. a cylindrical or circular cylindrical configuration is preferred, but other designs (for example, conical) are possible.
Zur Zündung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches während bzw. in dem Start-Betriebszustand ist in der Kammer eine Zündeinrichtung angeordnet.In order to ignite the fuel / combustion air mixture during or in the start operating state, an ignition device is arranged in the chamber.
Die Mischeinrichtung selber, die vorzugsweise aus einem hochtemperaturfesten Material wie beispielsweise Keramik oder einer entsprechenden Stahllegierung ausgeführt ist, ist scheibenförmig ausgebildet und liegt möglichst vollumfänglich an der Kammerwandung an, das heißt zwischen der Mischeinrichtung und der Kammerwandung verbleibt bei dem erfindungsgemäßen Hochtemperaturbrenner kein Spalt bzw. Ringraum, durch den Verbrennungsluft in die Kammer gelangen könnte.The mixing device itself, which is preferably made of a high-temperature resistant material such as ceramic or a corresponding steel alloy, is disc-shaped and is as fully as possible on the chamber wall, that is between the mixing device and the chamber wall remains in the high-temperature burner according to the invention no gap or annulus through which combustion air could enter the chamber.
Die Verbrennungsluftdurchgänge sind ferner derart auf der Mischeinrichtung bzw. den zumindest zwei Kreisen angeordnet, dass ein äußerer Ringraum der Mischeinrichtung frei von Verbrennungsluftdurchgängen ist. Eine derartige Anordnung der Verbrennungsluftdurchgänge hat zur Folge, dass in der Nähe der Kammerwandung keine Verbrennungsluft in die Kammer selber gelangt.The combustion air passages are further arranged on the mixing device or the at least two circles such that an outer annular space of the mixing device is free of combustion air passages. Such an arrangement of the combustion air passages has the consequence that no combustion air enters the chamber itself in the vicinity of the chamber wall.
Die Verbrennungsluftdurchgänge weisen jeweils einen Anstellwinkel βx > 0° zur Kammerachse und einen radialen Drallwinkel αx auf, wobei ein Anstellwinkel βa der Verbrennungsluftdurchgänge auf dem äußersten Kreis kleiner als ein Anstellwinkel βi der Verbrennungsluftdurchgänge auf dem innersten Kreis ist, und wobei der Drallwinkel αa der Verbrennungsluftdurchgänge auf dem äußersten Kreis größer als der Drallwinkel αi auf dem innersten Kreis ist und wobei der Drallwinkel auf dem äußersten Kreis zwischen 5° und 60° beträgt.The combustion air passages each have an angle of attack β x > 0 ° to the chamber axis and a radial swirl angle α x , wherein an angle of attack β a of the combustion air passages on the outermost circle is smaller than an angle β i of the combustion air passages on the innermost circle, and wherein the helix angle α a of the combustion air passages on the outermost circle is greater than the helix angle α i on the innermost circle, and wherein the helix angle on the outermost circle is between 5 ° and 60 °.
Die Verbrennungsluftdurchgänge sind ferner derart angeordnet oder bemessen, dass die durch die Verbrennungsluftdurchgänge durchtretende Verbrennungsluftmenge radial nach außen zunimmt, das heißt die durch den Verbrennungsluftdurchgang bzw. die Verbrennungsluftdurchgänge auf dem innersten Kreis durchtretende Verbrennungsluftmenge ist geringer als die durch den Verbrennungsluftdurchgang bzw. die Verbrennungsluftdurchgänge auf dem äußersten Kreis durchtretende Verbrennungsluftmenge.The combustion air passages are further arranged such that the amount of combustion air passing through the combustion air passages increases radially outward, that is, the amount of combustion air passing through the combustion air passages on the innermost circle is lower than that through the combustion air passages on the combustion air passages outermost circle passing combustion air.
Durch die erfindungsgemäße Kombination der oben vorgesehenen Maßnahmen hinsichtlich der Ausgestaltung der Mischeinrichtung, das heißt der Anordnung und räumlichen Ausführung der Verbrennungsluftdurchgänge hinsichtlich des Anstellwinkels, des Drallwinkels sowie der durchtretenden Verbrennungsluftmenge, ist sichergestellt, dass der Hochtemperaturbrenner für sowohl den Start-Betriebszustand als auch den Arbeits-Betriebszustand geeignet ist.The inventive combination of measures provided above in terms of the design of the mixing device, that is, the arrangement and spatial design of the combustion air passages with respect to the angle of attack, the angle of twist and the passing amount of combustion air, it is ensured that the high-temperature burner for both Start operating state and the working operating state is suitable.
Die Verdrallung der Verbrennungsluft sorgt für eine stabile Verbrennung im Start-Betriebszustand des Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisches innerhalb der Kammer, und die Abnahme des Drallwinkels vom äußersten zum innersten Kreis gewährleistet, dass Brennstoff und Verbrennungsluft im inneren der Kammer nicht zu stark vermischt werden. Ferner ist die Verdrallung so gewählt, dass in dem Arbeits-Betriebszustand die Verbrennung nicht in die Kammer gesaugt wird, sondern in einem günstigen Abstand von dem Kammeraustritt im Ofenraum stattfindet.The twisting of the combustion air provides stable combustion in the starting operating state of the combustion air-fuel mixture within the chamber, and the decrease of the helix angle from the outermost to the innermost circle ensures that fuel and combustion air inside the chamber are not mixed too much. Furthermore, the twisting is chosen so that in the working operating state, the combustion is not sucked into the chamber, but takes place at a convenient distance from the chamber outlet in the furnace chamber.
Eine zu starke Durchmischung des Brennstoffes sowie der Verbrennungsluft würde die Zündfähigkeit des entsprechenden Gemisches erhöhen und so dem Arbeits-Betriebszustand, in dem eine Verbrennung lediglich in den Ofenraum gewünscht ist, entgegenwirken. Durch die Ausgestaltung der Verbrennungsluftdurchgänge mit einem vom innersten Kreis zum äußersten Kreis abnehmenden Anstellwinkel, wobei dieser jedoch stets größer als 0° bezogen auf die Kammerachse ist, wird erreicht, dass die Flamme nach innen, das heißt zu der Kammerachse und weg von der Kammerwandung, gelenkt wird.Excessive mixing of the fuel and the combustion air would increase the ignitability of the corresponding mixture and thus counteract the working mode in which combustion is desired only in the furnace chamber. Due to the design of the combustion air passages with a decreasing from the innermost circle to the outermost circle attack angle, but this is always greater than 0 ° relative to the chamber axis, it is achieved that the flame inward, that is to the chamber axis and away from the chamber wall, is steered.
Bildlich gesprochen kann man sich bei Anordnung einer Mehrzahl von Verbrennungsluftdurchgängen auf jedem Kreis vorstellen, dass die Verbrennungsluft beim Durchströmen der Verbrennungsluftdurchgänge pro Kreis eine Art Kegel erzeugt, wobei der Kegel aufgrund des von außen nach innen größer werdenden Anstellwinkels außen länger und innen kürzer ist.Figuratively speaking, when arranging a plurality of combustion air passages on each circle, it can be imagined that the combustion air generates a kind of cone per circle as it flows through the combustion air passages, the cone being longer outside and shorter inside due to the larger angle of attack from outside to inside.
Indem die die Verbrennungsluftdurchgänge durchtretende Luftmenge von innen nach außen zunimmt, Brennstoff aber nur in der Nähe der Kammerachse zugeführt wird, wird erreicht, dass das Brennstoff/Verbrennungsluftgemisch von innen nach außen dünner (hinsichtlich des Brennstoffs) wird und "außen" eine nicht zündfähiges Gemisch vorliegt.By increasing the amount of air passing through the combustion air passages from the inside to the outside, but supplying fuel only in the vicinity of the chamber axis, it is achieved that the fuel / combustion air mixture becomes thinner from the inside out (in terms of the fuel) and "outside" becomes a non-ignitable mixture is present.
Die Kombination der oben genannten Maßnahmen hat zur Folge, dass im Start-Betriebszustand die in der Kammer erzeugte Flamme keinen Kontakt zur Kammerwand hat, wodurch sichergestellt ist, dass die Temperatur der Kammerwand während des Start-Betriebszustandes nicht über die Zündtemperatur des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches ansteigt. Aufgrund der Zeitdauer des Start-Betriebszustandes ist eine Erwärmung der Kammerwandung über die Zündtemperatur durch die Strahlungswärme der Verbrennung ausgeschlossen.The combination of the above measures has the consequence that in the start operating state, the flame generated in the chamber has no contact with the chamber wall, thereby ensuring that the temperature of the chamber wall during the start-up operating state does not rise above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture. Due to the duration of the start operating state heating of the chamber wall on the ignition temperature is excluded by the radiant heat of combustion.
Der Übergang in den Arbeits-Betriebszustand wird derart durchgeführt, dass die Brennstoffzufuhr kurzzeitig abgestellt wird, so dass die Verbrennung in der Kammer stoppt. Sogleich im Anschluss wir die Brennstoffzufuhr wieder angestellt (wobei natürlich die Zündeinrichtung deaktiviert bleibt) und das in der Kammer bereitete Brennstoff/Verbrennungsluftgemisch kann aufgrund der nicht vorhandenen Zündquelle (die Kammerwandung ist zur Zündung nicht heiß genug) nicht in der Kammer zünden, sondern erst bei Eintritt in den Ofenraum, dessen Temperatur in dem Start-Betriebszustand entsprechend eingestellt wurde. Bei dem mit dem erfindungsgemäßen Brenner durchführbaren Verfahren muss also nicht während einer zweiten Zeitspanne darauf gewartet werden, dass in der Kammer Bedingungen herrschen, die eine Zündung des Brennstoff/Verbrennungsluftgemisch unmöglich machen.The transition to the working operating state is performed such that the fuel supply is turned off for a short time, so that the combustion in the chamber stops. Immediately following we the fuel supply is started again (of course, the ignition remains disabled) and prepared in the chamber fuel / combustion air mixture can not ignite in the chamber due to the non-existent ignition source (the chamber wall is not hot enough to ignite), but only at Entry into the furnace chamber whose temperature has been set accordingly in the start operating state. In the case of the method which can be carried out with the burner according to the invention, therefore, it is not necessary to wait for a second period of time for conditions to prevail in the chamber which make it impossible to ignite the fuel / combustion air mixture.
Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochtemperaturbrenners ist der Stirnfläche der Brennstoffaustrittseinrichtung eine Mehrzahl von Brennstoffdurchgängen zugeordnet, welche in der Stirnfläche selber angeordnet sind und diese können, sofern sie zylindrisch ausgeführt sind, parallel zur Kammerachse ausgerichtet sein. Um eine bessere Durchmischung des Brennstoffs sowie der Verbrennungsluft in der Nähe der Brennstoffaustrittseinrichtung zu erreichen, ist es jedoch bevorzugt, dass die in der Stirnfläche der Brennstoffaustrittseinrichtung angeordneten Brennstoffdurchgänge einen Anstellwinkel weg von der Kammerachse zwischen 0° und 30° aufweisen. Bei der Anordnung der Brennstoffdurchgänge in der Brennstoffaustrittseinrichtung ist es ferner bevorzugt, dass die Brennstoffdurchgänge derart auf bzw. in der Stirnfläche und Mantelfläche der Brennstoffaustrittseinrichtung angeordnet sind bzw. verteilt sind, dass mehr als 60% des die Gasdurchgänge durchtretenden Brennstoffs über die Stirnfläche austritt. Der durch die Brennstoffdurchgänge in der Stirnfläche austretende Brennstoff reagiert konstruktionsbedingt bevorzugt mit der Verbrennungsluft, die durch die auf dem äußersten Kreis angeordneten Verbrennungsluftdurchgänge austritt, und durch die entsprechende Anordnung bzw. Verteilung der Brennstoffdurchgänge wird die Reaktion in der Nähe der Achse, also entfernt von der Kammerwand, gefördert.In one exemplary embodiment of the high-temperature burner according to the invention, the end face of the fuel outlet device is assigned a plurality of fuel passages which are arranged in the end face itself and, if they are cylindrical, can be aligned parallel to the chamber axis. In order to achieve a better mixing of the fuel and of the combustion air in the vicinity of the fuel outlet device, however, it is preferred that the fuel passages arranged in the end face of the fuel outlet device have an angle of attack away from the chamber axis between 0 ° and 30 °. In the arrangement of the fuel passages in the fuel outlet device, it is further preferred that the fuel passages are arranged on or in the end face and lateral surface of the fuel outlet device such that more than 60% of the fuel passing through the gas passages exits via the end face. The emerging through the fuel passages in the face fuel reacts by design preferably, with the combustion air exiting through the combustion air passages located on the outermost circle, and by the corresponding distribution of fuel passages, the reaction is promoted in the vicinity of the axis, that is, away from the chamber wall.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das insbesondere für sehr reaktive Brennstoffe (mit beispielsweise einem hohen Wasserstoffanteil) geeignet ist, umfasst die Brennstoffaustrittseinrichtung eine zur Kammerachse achsparallele, sich in die Kammer erstreckende Brennstofflanze, die den Brennstoffdurchgang am Lanzenende aufweist. Über diese Lanze werden zumindest 50% des Brennstoffes in die Kammer geleitet. Indem der achsparallele Eintritt des Brennstoffes auf einen Brennstoffdurchgang am Ende der Brennstofflanze konzentriert wird, kann auch die Verbrennung in der Nähe der Achse konzentriert werden. Es wird also verstärkt dafür gesorgt, dass die Verbrennung beabstandet von der Kammerwand stattfindet und so eine zu starke Erhitzung dieser unterbleibt.In an alternative embodiment, which is particularly suitable for highly reactive fuels (with, for example, a high hydrogen content), the fuel outlet means comprises a fuel lance axially parallel to the chamber axis extending into the chamber and having the fuel passage at the lance end. At least 50% of the fuel is directed into the chamber via this lance. By concentrating the axis-parallel entry of fuel onto a fuel passage at the end of the fuel lance, combustion near the axis can also be concentrated. It is therefore increasingly ensured that the combustion takes place at a distance from the chamber wall and thus prevents excessive heating of these.
Der Hochtemperaturbrenner selber ist beim Anfahren und Ausschalten hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt, die zudem innerhalb eines kurzen Zeitraumes auftreten, so dass insbesondere das Material der Mischeinrichtung sowie der Brennstoffaustrittseinrichtung und der Kammer hohen thermischen Anforderungen ausgesetzt ist. Hinsichtlich der Brennstoffaustrittseinrichtung hat sich gezeigt, dass es bevorzugt ist, dass die Stirnfläche zur Mantelfläche abgeschrägt ist, da durch diese Ausgestaltung der Brennstoffaustrittseinrichtung Spannungen beim Erhitzen und Abkühlen der Brennstoffaustrittseinrichtung besser abgeleitet werden.The high-temperature burner itself is exposed during startup and shutdown high temperature fluctuations, which also occur within a short period of time, so that in particular the material of the mixing device and the fuel outlet device and the chamber is exposed to high thermal requirements. With regard to the fuel outlet device has been found that it is preferred that the end face is beveled to the lateral surface, since voltages are better dissipated during heating and cooling of the fuel outlet device by this configuration of the fuel outlet device.
Die Verbrennungsluftdurchgänge sind auf einer Mehrzahl von Kreisen auf der Mischeinrichtung angeordnet, wobei der Mittelpunkt der Kreise mit der Kammerachse zusammenfallen oder von dieser versetzt sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsordnung sind die Verbrennungsluftdurchgänge auf drei Kreisen auf der Mischeinrichtung angeordnet, wobei der Anstellwinkel vom äußersten Kreis zum innersten Kreis zunimmt und der radiale Drallwinkel vom äußersten Kreis zum innersten Kreis abnimmt. Eine derartige Anordnung der Verbrennungsluftdurchgänge auf drei Kreisen hat zum einen den Vorteil, dass eine entsprechende Mischeinrichtung recht einfach zu fertigen ist. Zum anderen gewährleistet eine derartige Anordnung eine sehr gleichmäßige Verteilung der Verbrennungsluft in der Kammer, was wiederrum eine sehr gleichmäßige Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft bedingt. Eine solche gleichmäßige Vermischung gewährleistet eine entsprechend gleichmäßige Verbrennung im Startzustand - bei unzureichender Vermischung auftretende "lokale Explosionen", die die Verbrennung zur Kammerwandung drängen können, unterbleiben.The combustion air passages are arranged on a plurality of circles on the mixing device, wherein the center of the circles may coincide with the chamber axis or be offset therefrom. In a preferred embodiment, the combustion air passages are arranged on three circles on the mixing device, wherein the angle of attack increases from the outermost circle to the innermost circle and the radial twist angle decreases from the outermost circle to the innermost circle. A Such arrangement of the combustion air passages on three circles on the one hand has the advantage that a corresponding mixing device is quite easy to manufacture. On the other hand, such an arrangement ensures a very uniform distribution of the combustion air in the chamber, which in turn requires a very uniform mixing of fuel and combustion air. Such uniform mixing ensures a corresponding uniform combustion in the starting state - in case of insufficient mixing occurring "local explosions", which can force the combustion to the chamber wall, omitted.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Verbrennungsluftdurchgänge derart angeordnet oder bemessen sind, dass mehr als 75% der Verbrennungsluftmenge beim äußersten Kreis und weniger als 25% der Verbrennungsluftmenge am innersten Kreis die Mischeinrichtung durchtreten, wobei eine derartige Verteilung der durchtretenden Luftmenge durch die Größe und/oder die Anzahl der Verbrennungsluftdurchgänge erreicht werden kann. Bei einer derartigen Anordnung der Verbrennungsluftdurchgänge auf der Mischeinrichtung erhält man eine hinreichend stabile Flamme im Start-Betriebszustand und ferner wird unterstützt, dass in diesem Zustand die Verbrennung nicht an die Kammerwand gelangt.Further, it is preferable that the combustion air passages are arranged or dimensioned so that more than 75% of the combustion air amount at the outermost circle and less than 25% of the combustion air amount at the innermost circle pass through the mixer, such distribution of the passing air quantity being by the size and / or the number of combustion air passages can be achieved. With such an arrangement of the combustion air passages on the mixing device to obtain a sufficiently stable flame in the starting operating condition and further assists that in this state, the combustion does not reach the chamber wall.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Breite des Ringraums 20-40% der mittleren Öffnungsweite der Verbrennungsluftdurchgänge auf dem äußersten Kreis, wobei die mittlere Öffnungsweite bei einer kreiszylindrischen Ausführung der Verbrennungsluftdurchgänge dem Durchmesser entspricht. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Bemessung des Kreisraums eine ideale Verfahrensführung sowohl im Start-Betriebszustand als auch im Arbeits-Betriebszustand gewährleistet.In a preferred embodiment, the width of the annulus 20-40% corresponds to the average opening width of the combustion air passages on the outermost circle, wherein the average opening width in a circular cylindrical design of the combustion air passages corresponds to the diameter. It has been found that such a dimensioning of the circular space ensures ideal process control both in the start operating state and in the working operating state.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei:
-
eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hochtemperaturbrenners zeigt;Figur 1 -
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hochtemperaturbrenners zeigt;Figur 2 -
eine Draufsicht bzw. eine Ansicht von schräg oben der Mischeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels zeigen;Figuren 3a und 3b -
Figuren 4a - 4c Schnittansichten durch die in gezeigte Mischeinrichtung zeigen; undFiguren 3a und 3b -
eine schematische Ansicht einer Mischeinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels zur Veranschaulichung der Anstellwinkel zeigt.Figur 5
-
FIG. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the high-temperature burner according to the invention; -
FIG. 2 shows a schematic representation of a second embodiment of the high-temperature burner according to the invention; -
FIGS. 3a and 3b show a plan view and a view obliquely from above of the mixing device of the first embodiment; -
FIGS. 4a-4c Section views through the inFIGS. 3a and 3b show mixing device shown; and -
FIG. 5 a schematic view of a mixing device of another embodiment for illustrating the angle of attack shows.
Die Kammer 4 mündet über einen Auslass 5 in einem Ofenraum 6 oder einem (nicht gezeigten) in dem Ofenraum 6 angeordneten Strahlrohr eines Industriebrenners. Der Auslass 5 ist durch eine Einschnürung der Kammer 4 in der Nähe der Mündung der Kammer 4 in den Ofenraum 6 gebildet und ist vorzugsweise zu der Achse der Kammer 4 rotationssymmetrisch. Bei dem in
Die Brennstoffzuführung 3 endet bei dem in
Die Verbrennungsluftzuführung 2 mündet bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in die Kammer 4, und in der Kammer 4 ist eine Mischeinrichtung 10 angeordnet, wobei die Mischeinrichtung 10 die Verbrennungsluftzuführung 2 zur Kammer hin abschließt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Mischeinrichtung 10 von dem Übergang Verbrennungsluftzuführung/Kammer beabstandet, d.h. die Kammer selber dient stromauf der Mischeinrichtung noch als Luftzuführung. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Mischeinrichtung 10 aber auch direkt an dem Ende der Verbrennungsluftzuführung 2 angeordnet sein. Wichtig ist lediglich, dass die Mischeinrichtung die Verbrennungsluftzuführung 2 zu der eigentlichen Kammer 4 hin abschließt.The
Die Mischeinrichtung 10 selber ist scheibenförmig ausgebildet und liegt weitgehend vollumfänglich an der Wand der Kammer 4 an, d.h. es ist kein bzw. nur ein unbedeutender Verbrennungsluftdurchtritt bei dem Außenumfang der Mischeinrichtung möglich. Völlig vermeiden lässt sich ein gewisser Luftdurchtritt zwischen Mischeinrichtung und Kammerwand jedoch nicht, da aufgrund produktionstechnischer Vorgaben der Außendurchmesser der Mischeinrichtung stets minimal geringer als der Innendurchmesser der Kammerwandung ist, da ansonsten die Mischeinrichtung nicht in die Brennkammer einführbar wäre (das Verhältnis von Spaltbreite / Durchmesser Mischeinrichtung ist stets kleiner 0,5%).The mixing
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel, bei welchem der Stirnfläche der Brennstoffaustrittseinrichtung eine Mehrzahl von Brennstoffdurchgängen 9b zugeordnet ist, ist der Stirnfläche bei diesem Ausführungsbeispiel also lediglich ein Brennstoffdurchgang 9b zugeordnet.In contrast to the first embodiment, in which the end face of the fuel outlet device is associated with a plurality of
Über die Brennstofflanze 9c werden zumindest 50% des Brennstoffes in die Kammer 4 geleitet. Indem der achsparallele Eintritt des Brennstoffes auf einen Brennstoffdurchgang 9b am Ende der Brennstofflanze 9c konzentriert wird, kann auch die Verbrennung in der Nähe der Achse konzentriert werden. Es wird also verstärkt dafür gesorgt, dass die Verbrennung beabstandet von der Kammerwand stattfindet und so eine zu starke Erhitzung dieser unterbleibt.At least 50% of the fuel is conducted into the
Die Mischeinrichtung 10, und insbesondere die Anordnung der Verbrennungsluftdurchgänge auf bzw. in der Mischeinrichtung, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die
Wie den beiden
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verbrennungsluftdurchgänge 21, 22, 23 derart auf der Mischeinrichtung angeordnet, dass die die Mischeinrichtung 10 durchtretende Verbrennungsluftmenge radial nach außen zunimmt, wobei dies im vorliegenden Fall dadurch erreicht wird, dass zum einen von innen nach außen mehr Verbrennungsluftdurchgänge pro Kreis a, b, c und zum anderen von innen nach außen größere werdende Verbrennungsluftdurchgänge pro Kreis vorgesehen sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann dies auch nur über die Anzahl der Verbrennungsluftöffnungen pro Kreis oder lediglich die Veränderung der Abmessung erreicht werden.In the illustrated embodiment, the
Bei dem in den
Die Mischeinrichtung 10 umfasst ferner zwei kreisförmige Öffnungen 30, 40, die bei den gezeigten Ausführungsbeispielen für die Aufnahme einer (nicht gezeigten) Zündeinrichtung 12 und einer (ebenfalls nicht gezeigten) Flammüberwachungseinrichtung vorgesehen sind.The mixing
Die
Bei der in
Details der bei dem in den
Claims (8)
einer in einen Ofenraum (6) mündenden Kammer (4),
einer zur Kammer führenden Verbrennungsluftzuführung (2), einer in der Kammer angeordneten Mischeinrichtung (10), wobei die Mischeinrichtung (10) eine Mehrzahl von Verbrennungsluftdurchgängen (21, 22, 23) aufweist, die auf zumindest zwei Kreisen (a, b, c) auf der Mischeinrichtung (10) angeordnet sind,
einer Brennstoffzuführung (3), die in einer Brennstoffaustrittseinrichtung (9) stromab der Mischeinrichtung (10) endet,
wobei die Brennstoffaustrittseinrichtung (9) einen kreiszylindrischen Mantel sowie eine die Brennstoffaustrittseinrichtung (9) zur Kammer abschließenden Stirnfläche aufweist, wobei der Mantel eine Mehrzahl von Brennstoffdurchgängen (9a) aufweist und der Stirnfläche zumindest ein Brennstoffdurchgang (9b) von zugeordnet ist, und
einer in der Kammer (4) angeordneten Zündeinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet,
dass die Mischeinrichtung (10) scheibenförmig ausgebildet ist und an der Kammerwandung anliegt, wobei die Verbrennungsluftdurchgänge (21, 22, 23) derart auf der Mischeinrichtung angeordnet sind, dass ein äußerer Ringraum der Mischeinrichtung (10) frei von Verbrennungsluftdurchgängen ist, und
dass die Verbrennungsluftdurchgänge (21, 22, 23) jeweils einen Anstellwinkel βx > 0° zur Kammerachse und einen radialen Drallwinkel αy aufweisen,
wobei ein Anstellwinkel βa der Verbrennungsluftdurchgänge (23) auf dem äußersten Ring (c) kleiner als ein Anstellwinkel βi der Verbrennungsluftdurchgängen (21) auf dem innersten Ring ist (a),
wobei der Drallwinkel αa der Verbrennungsluftdurchgänge (23) auf dem äußersten (c) Ring größer als der Drallwinkel αi der Verbrennungsluftdurchgänge (21) auf dem innersten (a) Ring ist und wobei der Drallwinkel αa der Verbrennungsluftdurchgänge (23) auf dem äußersten Ring (c) zwischen 5 - 60° beträgt, und
wobei die Verbrennungsluftdurchgänge (21, 22, 23) derart angeordnet oder bemessen sind, dass die durch die Verbrennungsluftdurchgänge (21, 22, 23) durchtretende Verbrennungsluftmenge radial nach außen zunimmt.A high temperature combustor for use in a NO x reduced combustion burner operation method having a first startup operating state and a second workup operating state, with
a chamber (4) opening into a furnace chamber (6),
a combustion air supply (2) leading to the chamber, a mixing device (10) arranged in the chamber, the mixing device (10) having a plurality of combustion air passages (21, 22, 23) which are arranged on at least two circles (a, b, c) are arranged on the mixing device (10),
a fuel supply (3) which ends in a fuel outlet device (9) downstream of the mixing device (10),
wherein the fuel outlet device (9) has a circular-cylindrical jacket and an end face closing off the fuel outlet device (9), the jacket having a plurality of fuel passages (9a) and at least one fuel passage (9b) being associated with the end face, and
an ignition device (12) arranged in the chamber (4), characterized
that the mixing device (10) is disc-shaped and rests against the chamber wall, wherein the combustion air passages (21, 22, 23) are arranged on the mixing device such that an outer annular space of the mixing device (10) is free of combustion air passages, and
that the combustion air passages comprise (21, 22, 23) each have a setting angle β x> 0 ° relative to the chamber axis and a radial twist angle α y,
wherein an angle of incidence β a of the combustion air passages (23) on the outermost ring (c) is smaller than an angle of incidence β i of the combustion air passages (21) on the innermost ring (a),
wherein the helix angle α a of the combustion air passages (23) on the outermost (c) ring is greater than the helix angle α i of the combustion air passages (21) on the innermost (a) ring and wherein the helix angle α a of the combustion air passages (23) at the outermost Ring (c) is between 5 - 60 °, and
wherein the combustion air passages (21, 22, 23) are arranged or dimensioned such that the amount of combustion air passing through the combustion air passages (21, 22, 23) increases radially outward.
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