WO1993025846A1 - Strahlungsbrenner für heizkessel - Google Patents

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WO1993025846A1
WO1993025846A1 PCT/DE1993/000506 DE9300506W WO9325846A1 WO 1993025846 A1 WO1993025846 A1 WO 1993025846A1 DE 9300506 W DE9300506 W DE 9300506W WO 9325846 A1 WO9325846 A1 WO 9325846A1
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Inventor
Hans Viessmann
Peter Hofbauer
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Viessmann Werke Gmbh & Co
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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
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
    • F23D14/145—Radiant burners using screens or perforated plates combustion being stabilised at a screen or a perforated plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/101—Flame diffusing means characterised by surface shape

Definitions

  • the invention relates to a radiant burner for Walkerkes ⁇ sel, consisting of a support plate with a gas supply line leading to a gas inflow opening in the support plate and with a curved burner surface arranged on the other side of the support plate made of wire mesh.
  • Radiation burners of this type are known, for example, from US Pat. No. 3,360,028.
  • the curved burner surface made of wire mesh has an elongated, approximately semi-cylindrical shape, as a result of which the circular gas inflow opening in relation to the burner surface inevitably becomes very small and this results in poor gas distribution, on which even a small slotted diaphragm behind the gas inflow opening does not make any significant difference changes.
  • such a burner is poorly suited for today's compact spatial shapes of combustion chambers or boilers, ie one would have to arrange several such semi-cylindrical burners in parallel next to one another in order to be able to approximately achieve a largely uniform radiation exposure of the combustion chamber walls involved . The same applies approximately to a burner according to US Pat. No. 3,291,187.
  • a radiation burner according to FR-A-1 361 509 which is practically spherical and also has a small gas inflow opening in relation to the size of the burner surface, also shows poor gas distribution.
  • the spherical shape results in considerable reflections on the burner connection side.
  • the object of the invention is to improve it in such a way that the largest possible gas inflow opening is available with respect to the size of the burner surface, the shape of the burner surface is as stable as possible in terms of its shape, and between the inflow opening and the burner surface a gas distribution as uniform as possible over the entire burner surface should be achievable.
  • a steel burner of the generic type according to the invention in that the burner surface is in the form of a hemisphere and is concentric with this and with a distance that is substantially smaller with respect to the hemispherical diameter of the burner surface and at least one also hemispherical and also am Support plate is attached gas distributor made of perforated sheet metal, and that the diameter of the gas inflow opening corresponds essentially to the diameter of the hemispherical gas distributor.
  • FIG. 1 shows in section a special embodiment of the burner as an integral unit with a boiler lock
  • Fig. 4 also in section the burner for atmospheric operation
  • Fig. 5 is a plan view of the burner according to Fig. 4 and 6 shows in section the arrangement of the burner in the combustion chamber of a boiler.
  • the radiant burner consists basically and in a known manner of a support plate 1 with a gas supply line 3 leading to a gas inflow opening 2 in the support plate 1 and with a curved burner surface 4 made of wire mesh arranged on the other side of the support plate 1.
  • the burner surface 4 is designed in the form of a hemisphere and concentrically below it and with a distance A which is considerably smaller with respect to the hemispherical diameter D of the burner surface 4, at least one gas distributor which is also hemispherical and also fastened to the support plate 1 5 is arranged from perforated sheet metal, and that the diameter D ⁇ of the gas inflow opening 6 essentially corresponds to the diameter D2 of the hemispherical gas distributor 5 (see FIG. 4).
  • the support plate 1 is provided with annular step embossments 7, to which the burner surface 4 and the at least one gas distributor 5 are connected with their peripheral edges 8.
  • the peripheral edge 8 of the burner surface 4 (see FIGS. 1, 2) is fastened to the supporting plate 1 simply by folding the peripheral edge of the supporting plate.
  • the support plate 1 is in relation to the gas supply side GS in the form of a formed on the burner axis 9 convexly curved gas guide funnel 10, which also forms a step embossing 7 at the outlet, which centers the inner gas distributor 5 '.
  • this gas distributor 5 ' has a small edge 7' that is piled up and serves as a centering for the second gas distributor 5 (see also FIG. 3).
  • FIG. 3 A special embodiment with regard to the fastening of the gas distributors 5, 5 'is illustrated in FIG. 3.
  • the outer gas distributor 5 is attached to the support plate, which is relatively extends close to the actual burner surface 4 formed by the wire mesh and is therefore also exposed to relatively high and changing heat loads which can lead to the fastening being torn.
  • Such cracks do not render the burner inoperable, but the gas distribution 5, 5 'required and as uniform as possible gas distribution for burning Such cracks or "leaky" locations interfere to a certain extent.
  • the burner according to FIG. 3 is designed such that when two gas distributors 5, 5 'are arranged, the width B of the peripheral edge 8 of the inner gas distributor 5' is essentially the radial distance A ⁇ of both gas distributors 5, 5 'plus the Width B ⁇ of the peripheral edge 8 'of the outer gas distributor 5 is fastened to that of the inner one, the peripheral edge 8' being fastened to that of the inner gas distributor 5 'near the attachment area AB of the inner gas distributor 5' on the supporting plate 1.
  • the outer gas distributor 5 is no longer in direct connection with the support plate 1, but is held by the peripheral edge of the inner gas distributor 5 ', which in turn is attached to the support plate 1 as far as possible from the burner surface.
  • the freedom of movement of the peripheral edge of the outer or near the burner surface of the distributor 5 is increased to a sufficient extent, and it is no longer possible for the outer gas distributor 5 to be torn off at the peripheral edge.
  • an additional carrier ring were arranged on the carrier, which would only be attached to the carrier on the inner circumference and on which the peripheral edges of the gas distributors would be fastened.
  • a further insulation ring 20 is arranged under the support plate 1 in the region of its outer circumference between the latter and the heat insulation ring 15, this lying on the inside against the outer step embossment 7 of the support plate 1, and finally this is Support plate * 1 with its outer peripheral edge fixed by an externally placed tensioning and insulation ring 17 on the heat insulation ring 15.
  • This training also contributes directly to the heat relief in this area, as gas can no longer escape and burn there.
  • Such a ring 17 could, moreover, be easily fitted onto the atmospheric burner according to FIG. 4, which of course is to be arranged in the horizontal position, as shown, in the lower region of a boiler burner shaft.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsbrenner für Heizkessel, bestehend aus einem Tragblech (1) mit zu einer Gaseinströmöffnung (2) im Tragblech (1) führenden Gaszufuhrleitung (3) und mit einer auf der anderen Seite des Tragbleches (1) angeordneten gewölbten Brennerfläche (4) aus Drahtgewebe. Nach der Erfindung ist die Brennerfläche (4) in Form einer Halbkugel ausgebildet und unter dieser ist konzentrisch und mit in bezug auf den Halbkugeldurchmesser (D) der Brennerfläche (4) wesentlich kleineren Abstand (A) mindestens ein ebenfalls halbkugelförmiger und ebenfalls am Tragblech (1) befestigter Gasverteiler (5) aus gelochtem Blech angeordnet. Der Durchmesser (D1) der Gaseinströmöffnung (6) entspricht im wesentlichen dem Druchmesser (D2) des halbkugelförmigen Gasverteilers (5). Mit einer solchen Ausbildung sind die Forderungen nach großer Gaseinströmöffnung, Stabilität der Brennerfläche und guter Gasverteilung für die Brennerfläche erfüllt.

Description

Strahlungsbrenner für Heizkessel
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsbrenner für Heizkes¬ sel, bestehend aus einem Tragblech mit zu einer Gaseinström¬ öffnung im Tragblech führenden Gaszufuhrleitung und mit einer auf der anderen Seite des Tragbleches angeordneten gewölbten Brennerfläche aus Drhatgewebe.
Derartige Strahlungsbrenner sind bspw. nach der US-A- 3 360 028 bekannt. Die gewölbte Brennerfläche aus Drahtgewebe hat hierbei eine langgestreckte, etwa halbzylindrische Form, wodurch die kreisförmig ausgebildete Gaszuströmöffnung in be¬ zug auf die Brennerfläche zwangsläufig sehr klein wird und sich dadurch eine schlechte Gasverteilung ergibt, an der auch eine kleine geschlitzte Blende hinter der Gaszuströmöffnung nichts wesentliches ändert. Außerdem ist ein solcher Brenner schlecht für die heutigen kompakten Raumformen von Brennkam¬ mern bzw. Heizkesseln geeignet, d.h., man müßte mehrere sol¬ cher halbzylindrischen Brenner parallel nebeneinander anord¬ nen, um eine weitgehend gleichmäßige Strahlungsbeaufschlagung der beteiligten Brennkammerwände angenähert erreichen zu kön¬ nen. Gleiches gilt in etwa auch für einen Brenner nach der US-A-3 291 187.
Eine ebenfalls schlechte Gasverteilung zeigt auch ein Strah¬ lungsbrenner nach der FR-A-1 361 509, der praktisch Kugelform und in bezug auf die Größe der Brennerfläche eine ebenfalls kleine GasZuströmöffnung hat. Außerdem ergeben sich durch die Kugelform beachtliche Rückstrahlungsbelastungen zur Brenner¬ anschlußseite hin.
Ausgehend von einem Strahlungsbrenner der gattungsgemäßen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen dahingehend zu verbessern, daß in bezug auf die Größe der Brennerfläche eine möglichst große Gaseinströmöffnung vorhanden, die Bren¬ nerfläche von ihrer Formgebung her möglichst stabil und zwi¬ schen Zuströmöffnung und Brennerfläche eine möglichst gleich¬ mäßige Gasverteilung auf die gesamte Brennerfläche erreichbar sein soll. Diese Aufgabe ist mit einem Stahlungsbrenner der gattungsge¬ mäßen Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brenner¬ fläche in Form einer Halbkugel ausgebildet und unter dieser konzentrisch und mit in bezug auf den Halbkugeldurchmesser der Brennerfläche wesentlich kleineren Abstand mindestens ein ebenfalls halbkugelförmiger und ebenfalls am Tragblech befe¬ stigter Gasverteiler aus gelochtem Blech angeordnet ist, und daß der Durchmesser der Gaseinströmöffnung im wesentlichen dem Durchmesser des halbkugelförmigen Gasverteilers ent¬ spricht.
Mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung sind alle gestellten Forderungen nach Kompaktheit, Stabilität und optimaler Gas¬ verteilung erfüllt.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich nach den Unteransprü¬ chen, deren Vorteile im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit erläutert werden.
Es zeigt schematisch
Fig. 1 im Schnitt eine besondere Ausführungsform des Bren¬ ners als integrale Einheit mit einem Heizkesselver¬ schluß;
Fig. 2 im Schnitt den "nackten" Brenner mit zwei Gasvertei¬ lern und dem Tragblech;
Fig. 3 im Schnitt eine besondere Ausführungsform des Bren¬ ners;
Fig. 4 ebenfalls im Schnitt den Brenner für atmosphärischen Betrieb;
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Brennernach Fig. 4 und Fig. 6 im Schnitt die Anordnung des Brenners in der Brenn¬ kammer eines Heizkessels.
Der Strahlungsbrenner besteht grundsätzlich und in bekannter Weise aus einem Tragblech 1 mit zu einer Gaseinströmöffnung 2 im Tragblech 1 führenden Gaszufuhrleitung 3 und mit einer auf der anderen Seite des Tragbleches 1 angeordneten gewölbten Brennerfläche 4 aus Drahtgewebe.
Für einen solchen Brenner ist nun aber wesentlich, daß die Brennerfläche 4 in Form einer Halbkugel ausgebildet und unter dieser konzentrisch und mit in bezug auf den Halbkugeldurch¬ messer D der Brennerfläche 4 wesentlich kleineren Abstand A mindestens ein ebenfalls halbkugelförmiger und ebenfalls am Tragblech 1 befestigter Gasverteiler 5 aus gelochtem Blech angeordnet ist, und daß der Durchmesser D-^ der Gaseinström¬ öffnung 6 im wesentlichen dem Durchmesser D2 des halbkugel¬ förmigen Gasverteilers 5 entspricht (siehe ?ig.4).
An dieser Ausbildung ändert sich grundsätzlich nichts, d.h., egal ob nun der Brenner mit Gebläse betrieben wird oder at¬ mosphärisch, d.h., etwas zu ändern ist nur die Art der GasZu¬ führung, wie sie bspw. für einen atmosphärischen Brenner in Fig. 4 dargestellt ist, der in diesem Falle nur einen Gasver¬ teiler 5 aufweist und an dem die Größe der Gaseinströmöffnung besonders deutlich wird.
Zwecks vorteilhafter Anbringbarkeit der halbkugelförmigen Brennerfläche 4 und der Gasverteiler 5, 5' ist das Tragblech 1 mit ringförmigen Stufenprägungen 7 versehen, an denen die Brennerfläche 4 und der mindestens eine Gasverteiler 5 mi ihren Umfangsrändern 8 angeschlossen sind. Der Umfangsrand 8 der Brennerfläche 4 (siehe Fig. 1, 2) ist dabei einfach durch Umfalzen des Tragblechumfangsrandes am Tragblech 1 befestigt.
Zwecks optimaler Gaseinleitung bei Gebläsebetrieb ist das Tragblech 1 zur Gaszufuhrseite GS hin in Form eines in bezug auf die Brennerachse 9 konvex gewölbten Gasführungstrichters 10 ausgebildet, der am Auslauf ebenfalls eine Stufenprägung 7 bildet, die den inneren Gasverteiler 5' zentriert. Beim Aus¬ führungsbeispiel nach Fig. 1, 2 hat dieser Gasverteiler 5' einen aufgebürdeten kleinen Rand 7' , der als Zentrierung für den zweiten Gasverteiler 5 dient(siehe auch Fig.3).
Ebenfalls für mit Gebläse betriebene Brenner hat es sich hin¬ sichtlich der Gasverteilung als vorteilhaft erwiesen, im In¬ nenraum 11 der halbkugelförmigen Brennerfläche 4 und vor dem Gasverteiler 5' im Trichter 10 ein Verdrängungskörper 12 an¬ zuordnen und vor der Öffnung 2 des Tragbleches 1 eine Gaszu- strömkammer 13 in Form eines gegen den Innenraum 11 offenen, spiral- oder schraubenlinienformig verlaufenden und sich im Querschnitt reduzierenden Gasführungskanales 14 vorzusehen, wie dies in den Fig. 1, 3 veranschaulicht ist, aus denen auch hervorgeht, daß das Tragblech 1 unter Zwischenanordnung eines Wärmeisolationsringes 15 mit einer Trägerplatte 16 verbunden und diese mit der GasZuströmkammer 13 versehen ist. Die Trä¬ gerplatte 16 bildet die Verschlußtür für die Brennkammer 18 eines "Kompaktheizkessels" 19, von dem in Fig. 6 nur das hier interessierende Oberteil dargestellt ist.
Eine besondere Ausführungsform bezüglich der Befestigung der Gasverteiler 5, 5' ist in Fig. 3 verdeutlicht. Abgesehen da¬ von, daß sich Strahlungsbrenner der vorbeschriebenen Art her¬ vorragend bewährt haben, und die damit bestückten Heizkessel eine nahezu stickoxydfreie Emission zeigen, kann sich jedoch ein gewisser Gefährdungsbereich dort zeigen, wo der äußere Gasverteiler 5 am Tragblech befestigt ist, der sich relativ nahe zur eigentlichen, vom Drahtgewebe gebildeten Brennerflai¬ che 4 erstreckt und somit auch relativ hohen und wechselnden Wärmebelastungen ausgesetzt ist, die zum Reißen der Befesti¬ gung führen können. Solche Risse machen zwar den Brenner nicht betriebsunfähig, aber die von den Gasverteilern 5, 5' zu fordernde, möglichst gleichmäßige Gasverteilung zur Bren- nerflache hin wird von solchen Rissen bzw. "undichten" Stel¬ len bis zu einem gewissen Grade gestört.
Um dem entgegenzuwirken, ist der Brenner gemäß Fig. 3 derart ausgebildet, daß bei Anordnung von zwei Gasverteilern 5, 5' die Breite B des Umfangsrandes 8 des inneren Gasverteilers 5 ' im wesentlichen der radialen Distanz A^ beider Gasverteiler 5, 5' zuzüglich der Breite B^ des Umfangsrandes 8' des äuße¬ ren Gasverteilers 5 auf dem des inneren befestigt ist, wobei der Ümfangsrand 8' auf dem des inneren Gasverteilers 5 ' nahe dem Ansatzbereich AB des inneren Gasverteilers 5 ' am Trag¬ blech 1 befestigt ist.
Durch diese Ausbildung steht der äußere Gasverteiler 5 nicht mehr in direkter Verbindung mit dem Tragblech 1, sondern wird vom Ümfangsrand des inneren Gasverteilers 5' gehalten, der seinerseits wiederum soweit wie möglich entfernt von der Brennerfläche am Tragblech 1 befestigt ist. Dadurch wird der Bewegungsspielraum des Umfangsrandes des äußeren, bzw. bren- nerflächennahen Verteilers 5 in ausreichendem Maße vergrö¬ ßert, und es kann nicht mehr zu Umfangsrandabrissen des äuße¬ ren Gasverteilers 5 kommen. Der gleiche Effekt wäre übrigens auch erreichbar, wenn man auf dem Träger einen zusätzlichen Trägerring anordnete, der nur am inneren Umfang am Träger be¬ festigt wäre und auf dem man die Umfangsränder der Gasvertei¬ ler befestigen würde.
Wie ferner aus Fig. 3 ersichtlich, ist unter dem Tragblech 1 im Bereich seines Außenumfanges zwischen diesen und dem Wär¬ meisolationsring 15 ein weiterer Isolationsring 20 angeord¬ net, wobei dieser innen an der äußeren Stufenprägung 7 des Tragbleches 1 anliegt, und schließlich ist das Tragblech* 1 mit seinem äußeren Ümfangsrand durch einen außen aufgesetzten Spann- und Isolationsring 17 am Wärmeisolationsring 15 fest¬ gelegt. Diese Ausbildung trägt ebenfalls unmittelbar zur Wärmeentlastung dieses Bereiches bei, da dadurch aus dem un- teren ringförmigen Randbereich der Brennerfläche4 kein Gas mehr austreten und dort brennen kann.
Ein solcher Ring 17 ließe sich übrigens auch ohne weiteres auf den atmosphärischen Brenner nach Fig. 4 aufstecken, der selbstverständlich in horizontaler Stellung, wie dargestellt, im unteren Bereich eines Heizkesselbrennschachtes anzuordnen ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Strahlungsbrenner für Heizkessel, bestehend aus einem Tragblech (1) mit zu einer Gaseinströmöffnung (2) im Tragblech (1) führenden Gaszufuhrleitung (3) und mit ei¬ ner auf der anderen Seite des Tragbleches (1) angeordne¬ ten gewölbten Brennerfläche (4) aus Drahtgewebe(4' ), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Brennerfläche (4) in Form einer Halbkugel ausge¬ bildet und unter dieser konzentrisch und mit in bezug auf den Halbkugeldurchmesser (D) der Brennerfläche (4) wesentlich kleineren Abstand (A) mindestens ein eben¬ alls halbkugelförmiger und ebenfalls am Tragblech (1) befestigter Gasverteiler (5) aus gelochtem Blech ange¬ ordnet ist, und daß der Durchmesser ( ^) der Gasein¬ strömöffnung (6) im wesentlichen dem Durchmesser (D2) des halbkugelförmigen Gasverteilers (5) entspricht.
2. Brenner nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Tragblech (1) mit ringförmigen Stufenprägungen (7) versehen ist, an denen die Brennerfläche (4) und der mindestens eine Gasverteiler (5) mit ihren Umfangsrän- dern (8) angeschlossen sind.
3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Tragblech (1) zur Gaszufuhrseite (GS) hin in Form eines in bezug auf die Brennerachse (9) konvex ge¬ wölbten Gasführungstrichters (10) ausgebildet ist.
4. Brenner nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Innenraum (11) der halbkugelförmigen Brennerflä¬ che (4) und vor dem Gasverteiler (5 ) im Trichter (10) ein Verdrängungskörper (12) angeordnet ist.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor der Öffnung (2) des Tragbleches (1) eine Gaszu¬ strömkammer (13) in Form eines gegen den Innenraum (11) offenen, spiral- oder schraubenlinienformig verlaufenden und sich im Querschnitt reduzierenden Gasführungskanales (14) angeordnet ist.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Tragblech (1) unter Zwischenanordnung eines Wär¬ meisolationsringes (15) mit einer Trägerplatte (16) ver¬ bunden und diese mit der GasZuströmkammer (13) versehen ist.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Anordnung von zwei Gasverteilern (5 , 5' ) die Breite (B) des Umfangsrandes (8) des inneren Gasvertei¬ lers (5') im wesentlichen der radialen Distanz (A^) bei¬ der Gasverteiler (5, 5') zuzüglich der Breite (B^) des Umfangsrandes (8') des äußeren Gasverteilers (5) auf dem des inneren befestigt ist, wobei der Ümfangsrand (8') auf dem des inneren Gasverteilers (5') nahe dem Ansatz¬ bereich (AB) des inneren Gasverteilers (5') am Tragblech (1) befestigt ist.
8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unter dem Tragblech (1) im Bereich seines Außenum- fanges zwischen diesen und dem Wärmeisolationsring (15) ein weiterer Isolationsring (20) angeordnet ist.
9. Brenner nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Isolationsring (20) innen an der äußeren Stufen¬ prägung (17) anliegt.
10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Tragblech (1) mit seinem äußeren Ümfangsrand durch einen außen aufgesetzten Spann- und Isolationsring (17) am Wärmeisolationsring (15) festgelegt ist.
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