Brenner mit Brenngas-Rückführung für fließfähige Brennstoffe
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit Brenngas- Rückführung für fließfähige Brennstoffe (Heizöl, Gas) entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Brenner dieser Art (DE-A 32 41 730) ist das Mischrohr ein zylindrisches Rohr, dessen Durchmesser erheblich kleiner ist als der Durchmesser des Flammrohres, wodurch sich ein breiter Ringspalt ergibt. Die öffnungen für das überleiten von Brenngasen in das Misσhrohr sind in einem Abstand von dem dem Luftzuführungsrohr zugewandten Ende des Mischrohres
angeordnet, der dem 0,1-fachen bis 0,3-fachen Mischrohrdurchmesser entspricht. Bei dieser Ausführung muß der Spritzkegelwinkel der Brennstoffdüse verhältnismäßig klein sein, wenn eine Benetzung der Wand des zylindrischen Mischrohres vermieden werden soll. Bei einem kleinen Spritzkegelwinkel fliegen die
Brennstoff-Tröpfchen in einer Richtung, die nur einen kleinen Winkel mit der Richtung der einströmenden Verbrennungsluft bildet. Dadurch ist die Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft nicht optimal. Wird ein größerer Spitzkegelwinkel gewählt, so muß die Brennstoffdüse in einem verhältnismäßig großen Abstand von dem brennluftseitigen Ende des Mischrohres angeordnet werden, um eine weitgehende Vermischung mit der Verbrennungsluft zu erhalten, bevor der Brennstoff in die
Mischzone, d.h. in den Bereich des Mischrohres in Strömungsrichtung hinter den Brenngas-Zuführöffnungen, gelangt. Dies bedeutet wiederum, daß der Kern des Brennstoffstahls nicht weit in die Mischzone reichen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem eine verbesserte
Aufbereitung des Brennstoffes erreicht und eine rußfreie
Verbrennung sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist das Mischrohr durch seine Ausbildung als sich erweiternder Trichter an die Form des Spritzkegels des Brennstoffs angepaßt, so daß auch bei Wahl eines großen Spritzkegelwinkels praktisch keine Wandbenetzung eintreten kann. Bei einem großen Spritzkegelwinkel fliegen die Brennstofftröpfchen in der Randzone des Spritzkegels in einer Richtung, die einen verhältnismäßig großen Winkel mit der Richtung einschließt, in welcher die Verbrennungsluft in das Mischrohr einströmt, so daß eine sehr intensive Vermischung mit der Verbrennungsluft stattfindet. Dies ermöglicht auch eine Anordnung der Brennstoffdüse nahe dem brennluftseitigen Ende des Mischrohres, so daß sich der Einspritzstrahl weit in die
Mischzone hinein erstrecken kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlages gegenüber dem gattungsbildenden Stand der Technik besteht darin, daß durch die Anordnung der Wand des Flammrohres parallel zu und in einem
geringen Abstand von der Wand des Mischrohres ein enger konischer Ringspalt gebildet wird, durch den die Brenngase mit hoher Geschwindigkeit zu den Einströmöffnungen strömen, wobei sie an der Wand des Mischrohres entlangströmen und dieses auf eine hohe Temperatur erhitzen, wodurch die Aufbereitung des au zurückgeführten Brenngasen, Verbrennungsluft und Brennstoff bestehenden Gemisches in der Mischzone des Mischrohres erheblich verbessert wird. Das Ergebnis ist eine blaue Flamme ohne Rußbildung. Da der große Durchmesser des trichterförmigen Mischrohres nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des
Flammrohres, ist der Eintrittsquerschnitt des von den zurückge führten Brenngasen durchströmten Ringraumes trotz seiner verhältnismäßig geringen Breite groß genug, um eine ausreichende Menge an Brenngas zurückführen zu können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rückführbrenners gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Querschnitt des Mischrohres von Fig. 1 in der
Ebene der Brenngas-Einströmöffnungen,
Fig. 3 einen Längsschnitt eines Rückführbrenners entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiei, und
Fig. 4 einen Längsschnitt eines Rückführbrenners gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Der Brenner gemäß Fig. 1 weist ein an ein nicht gezeigtes Gebläse angeschlossenes Zuführungsrohr 1 für die Verbrennungsluft auf, in dem ein sich in Strömungsrichtung verengender Lufttrichter 2 angeordnet ist, der mit einer zentralen Halterung 4 für eine Brennstoffdüse 5 versehen ist. An den Lufttrichter 2 schließt sich ein trichterförmiges Mischrohr 6 a an, das in ein Flammrohr 7 hineinragt, welches mit seinem in der Zeichnung linken Ende in einem geschlitzen Endabschnitt 8 des Luftzuführungsrohres 1 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 9 eingesetzt und durch Festziehen einer den Endabschnitt 8 zusammen- spanneden Schraube 10 festgehalten ist. Die Innenwand des
Flammrohres 7 verläuft im Bereich des Mischrohres 6 parallel zur Wand des Mischrohres 6 und in geringem Abstand von dieser, wodurch ein verhöltnismäßig enger konischer Ringspalt 11 gebildet wird, der durch Bohrungen 12 in der Wand des Mischrodres 6 mit dessen Innenraum in Verbindung steht. Der Ringraum 11 ist zum Inneren des Flammrohres 7 offen, so daß Brenngase aus dem Flammrohr 7 durch die Bohrungen 12 in das Mischrohr 6 gelangen können. Diese Rückführung der heißen Brenngase wird durch die Injektorwirkung der mit hoher Geschwindigkeit in das Mischrohr 6 einströmenden Verbrennungsluft erreicht. Um die Vermischung der zurückgeführten Brenngase mit dem Gemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff zu verstärken, können die Bohrungen 12, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung schräg gestellt sein, so daß die Brenngase mit einem Drall in das Mischrohr 6 eintreten.
Die zurückgeführten Brenngase strömen mit relativ hoher Geschwindigkeit durch den engen Ringraum 11 nnd entlang der Wand
des Mischrohres 6, wodurch dieses stark aufgeheizt wird. In der Praxis ist diese Aufheizung so stark, daß das Mischrohr 6 auch bei einer Ausführung in Keramik rotglühend wird, wodurch eine sehr intensive Aufbereitung des die Mischkammer durchströmenden Gemisches aus zurückgeführten Brenngasen, Verbrennungsluft und Brennstoff stattfindet.
Der Kegelwinkel des trichterförmigen Mischrohres 6 entspricht vorzugsweise dem Spritzkelgelwinkel der Brennstoffdüse 5, so daß eine Benetzung der Wand der Mischkammer 6, die zu Rußbildung führen könnte, vermieden ist. Das Flammrohr 7 ist wie das Mischrohr 6 aus einem hochwärmebeständigen Werkstoff, vorzugsweise Keramik. Zur Zentrierung des Mischrohres 6 in dem Flammrohr 7 können radiale oder schräg gestellte Rippen 6a vorgesehen werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, bei dem gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch mit einem Strich, bezeichnet sind, unterscheidet sich von diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur dadurch, daß das Mischrohr 6 in einem geringen Abstand vom Ende des Lufttrichters 2 bzw. von der Stirnwand 13 des Flammrohres 7' angeordnet ist, wodurch ein Ringspalt 14 gebildet wird, durch den die heißen Brenngase aus dem Ringraum 11' in das Mischrohr 6' strömen können. Durch das Vorsehen des Ringspaltes 10 anstelle der Bohrungen 12 von Fig. 1 wird die Herstellung vereinfacht, da kein Bohren von Löchern erforderlich ist, und der Eintrittsquerschnitt für die zu rückgeführten Brenngase vergrößert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, bei dem wiederum gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 oder 2, jedoch mit einem Doppelstrich, bezeichnet sind, wird auf den Lufttrichter 2 von Fig. 1 und 2 verzichtet. Die Verbrennungsluft tritt direkt aus dem Luftzuführungsrohr 1" durch eine zentrale Öffnung 15 in der Stirnwand 13" des Flammrohres 7" in das Mischrohr 6" ein, und das Mischrohr 6" ist wie beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 in einem Abstand von der Stirnwand 13" angeordnet, so daß wiederum ein Ringspalt 14" gebildet ist, durch den die zurückgeführten Brenngase aus dem Ringraum 11" in das Mischrohr 6" einströmen können. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Mischrohr 6" mit einem zylindrischen Fortsatz 16 versehen, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Flammrohres 7", so daß die Brenngase durch den damit gebildeten Ringspalt 17 in den Ringraum 11" strömen können. Das Mischrohr 6" ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch mehrere, beipielsweise drei gleichmäßig über den Umfang verteilte, radial sich erstreckende Stifte 18, die sich durch entsprechende Löcher 19 in dem zylindrischen Fortsatz 16 erstrecken, mit dem Flammrohr 7" verbunden und in diesem zentriert. Dies erleichtert die Befestigung des Mischrohres 6" im Flammrohr 7" erheblich. Darüber hinaus wird durch den zylindrischen Fortsatz 16 die Heizfläche für das das Mischrohr 6" durchströmende Gemisch vergrößert. Außerdem erfolgt die Entnahme der Brenngase aus dem Flammrohr 7" aus einer Zone höheren Druckes als bei den vorangegangenen Beispielen, wodurch das Druckgefälle zu dem Überströmspalt 14" vergrößert wird, was wiederum eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und damit einen größeren Wärmeübergang zur Wand des Mischrohres 6"
sowie eine Vergrößerung der Menge der zurückgeführten Brenngase zur Folge hat.
Die dargestellten Brenner werden in üblicher Weise so an den nicht gezeigten Heizkessel angesetzt, daß das Flammrohr in den Feuerraum des Kessels hineinragt. Es ist bekannt, daß durch die Rückführung von Rauchgas die Bildung von Stickoxiden reduziert werden kann. Eine derartige Rauchgas-Rückführung kann auch bei den erfindungsgemäßen Brennern auf einfache Weise verwirklicht werden, indem, wie in Fig. 4 dargestellt, die Wand des Flammrohres 7" mit Durchbrüchen 20 versehen wird, durch welche das Rouchgas in das Flammrohr 7" eintreten kann. Diese Durchbrüche 20 sind in einem solchen axialen Abstand von dem Ende des
Mischrohres 6" angeordnet, daß kein Rauchgas in den Ringraum 11" gelangen kann, da hierdurch die erwünschte Reaktion der Brenngase mit dem Brennstoff-Luftgemisch beeinträchtigt werden könnte. Zusätzlich können die Durchbrüche schräg in Strömungsrichtung der Brenngase im Flammrohr 7" verlaufend angeordnet sein, so daß die Rauchgase schon aufgrund dieser Anordnung der Durchbrüche 20 von- dem Ringraum 11" bzw. dem Ringspalt 17 wegströmen. Selbstverständlich können derartige Durchbrüche 20 auch bei den Ausführungsbeispielen gem. Fig. 1 und 2 vorgesehen werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen bildet das Flammrohr 7 mit dem Mischrohr 6 eine Einheit, die durch Klemmung mittels der Spannschraube 10 mit dem Luftzuführungrohr 1 verbunden ist. Dadurch gestaltet sich die Wartung des Brenners äußerst einfach, da beispielsweise zum Auswechseln der Brennstoffdüse 5 lediglich
die Schraube 10 gelöst werden braucht, worauf die Einheit aus Flammrohr 7 und Mischrohr 6 abgezogen werden kann und die Brennstoffdüse 5 freiliegt.