WO1998001707A1 - Brenner - Google Patents

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WO1998001707A1
WO1998001707A1 PCT/EP1997/003545 EP9703545W WO9801707A1 WO 1998001707 A1 WO1998001707 A1 WO 1998001707A1 EP 9703545 W EP9703545 W EP 9703545W WO 9801707 A1 WO9801707 A1 WO 9801707A1
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WO
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burner
combustion
tube
chamber
core tube
Prior art date
Application number
PCT/EP1997/003545
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Wulfert
Friedrich Schmaus
Original Assignee
Loesche Gmbh
Walter Brinkmann Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Loesche Gmbh, Walter Brinkmann Gmbh filed Critical Loesche Gmbh
Priority to US09/214,418 priority Critical patent/US6019595A/en
Priority to JP10504772A priority patent/JP2000514171A/ja
Priority to BR9710202A priority patent/BR9710202A/pt
Priority to DE59703063T priority patent/DE59703063D1/de
Priority to EP97932774A priority patent/EP0907868B1/de
Publication of WO1998001707A1 publication Critical patent/WO1998001707A1/de

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Classifications

    • 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
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14002—Special features of gas burners of premix or non premix types, specially adapted for the combustion of low heating value [LHV] gas

Definitions

  • the invention relates to a burner for mixing and burning at least two combustion media, according to the preamble of claim 1.
  • combustion air and a lean gas in particular can be used as the fuel gas.
  • the burners comprise a plurality of burner nozzles, each a pipe which extends to supply a combustion medium to a combustion chamber, and an inflow device for the other combustion medium at the end of the pipe on the combustion chamber side can be provided.
  • a generic burner is known from US 5,267,850, in which a burner system and a combustion method for high temperature applications are described.
  • a burner nozzle of this burner a central high-speed fuel flow is generated, which is surrounded by a low-speed flow in the form of a ring.
  • Another burner is used in the hot gas generator, which emerges from DE 42 08 951 C2.
  • This known burner has tubes for supplying a combustion medium, the free ends of which are surrounded by outlet nozzles for the inflow of a second combustion medium.
  • This known arrangement a very good burnout result is already achieved with a short burner flame. Nevertheless, it is desirable to further improve the known burner in terms of burnout level and flame length.
  • the invention is based on the object of creating a burner which, with a short flame, ensures the most complete possible combustion of combustion media, even with very low calorific values.
  • a burner nozzle with at least three tubes arranged coaxially to one another is provided, namely an inner core tube, an outer tube and at least one intermediate tube arranged between them.
  • the tubes are spaced from one another in the radial direction to form annular gap channels through which combustion media can be conducted into the combustion chamber.
  • the flame on the burner nozzle can be adjusted in almost any desired manner.
  • more than two combustion media with different pressures can be used.
  • the at least three burner nozzle openings arranged concentrically to one another also ensure intensive mixing of the combustion media and thus a particularly large combustion surface. This results in a short flame and a very good burnout rate.
  • the staggered arrangement of the tubes in the axial direction to each other therefore allows an optimal temporally and spatially offset mixing of the gases.
  • An advantage of the burner according to the invention is the possibility of being able to operate it with so-called weak gas, which is a fuel gas with a relatively low calorific value.
  • weak gas which is a fuel gas with a relatively low calorific value.
  • a particularly good combustion result is achieved by the pipes extending into the combustion chamber at different distances.
  • the tubes of the burner nozzle therefore have a stepped arrangement.
  • the burner nozzle openings are offset from one another in the axial direction of the tubes.
  • the outer tube extends further into the combustion chamber than the intermediate tube.
  • the outer tube thus forms a lateral boundary of the burner nozzle, as a result of which the influence of adjacent burner nozzles on the mixing process is largely avoided.
  • the core tube extends further into the combustion chamber than the intermediate tube. In this way, the combustion media which flow out of the annular gap channels are initially mixed. After mixing in the side areas of the burner nozzle, an additional swirling and thus a particularly large contact area between the combustion media is achieved by the flow from the core tube.
  • the outer tube extends further into the combustion chamber than the core tube.
  • a chamber is provided for each combustion medium, which is connected to the line with each burner nozzle.
  • the individual chambers which are separate from one another, in turn have inlets through which the respective combustion medium flows into the associated chamber, the respective pressure of the combustion medium being able to be set in a simple manner in the chambers.
  • This embodiment is further developed in that three chambers are provided, of which a first chamber is connected to the core tube, a second chamber to the annular gap channel formed by the core tube and intermediate tube and a third chamber to the annular gap channel formed by the intermediate tube and outer tube.
  • a first combustion medium flows through the first chamber and the core tube into the combustion chamber.
  • the second combustion medium flows into the combustion chamber via the second chamber and the associated annular gap channel, while the third combustion medium is conducted through the third chamber and the other annular gap channel. This separate feed allows good mixing with three different combustion media.
  • An alternative embodiment is that two chambers are provided, one of which is connected to the core tube and an annular gap channel. The other chamber is then correspondingly connected to the one or more remaining annular gap channels.
  • two combustion media can flow into the combustion chamber through several separate burner nozzle openings, which leads to a high desired degree of swirling.
  • the burner nozzle has four tubes. In addition to the core tube opening, there are a total of three annular gap openings. As a result, four combustion media can be supplied separately from each other in this embodiment. If fewer combustion media are used, individual combustion media can be supplied via several burner nozzle openings in order to achieve good mixing. Insofar as special applications justify the design effort, burner nozzles with five or more tubes can of course be provided.
  • swirl devices are provided on the combustion chamber end of the combustion nozzle.
  • the swirl devices can be essentially radially directed nozzles.
  • a particularly simple and effective swirl device, for example for the core tube, consists in the formation of radially directed bores in the core tube wall, the free end of the core tube being closed with a plate.
  • the burner according to the invention is further developed such that a starting burner is provided, around which the burner nozzles are arranged.
  • the start burner is supplied with separate combustion media, especially a high-quality fuel gas. After a certain start-up time, the start burner can then be switched off again.
  • one of the combustion media can be a sulfur-containing gas, in particular also hydrogen sulfide.
  • gases which have so far mostly been disposed of in a complex manner must now be thermally burned or utilized with the burner according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic partial cross-sectional view of a burner according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic front view of the burner according to the invention, the magnification being smaller than that in Fig. 1.
  • FIG. 1 shows a burner 10 according to the invention with a burner nozzle 11, which is constructed from three tubes arranged coaxially to one another.
  • the inner tube is referred to as a core tube 20, which is surrounded by an intermediate tube 30 and an outer tube 40.
  • the core tube 20 is connected via a flange 24 to the wall of a first chamber 21, so that a first combustion medium 28 can flow into the core tube 20 through the inlet 23 through the first chamber 21.
  • the flange 24 is fastened to the wall of the first chamber 21 around a through opening 22 by a suitable connection, for example a weld seam or a gas-tight screw connection.
  • the core tube 20 extends through a second chamber 31 and a third chamber 41 in the direction of a combustion chamber 12 in which the combustion process takes place.
  • a second or so-called intermediate tube 30 is fastened to the second chamber 31 around a through opening 32 via a flange 34.
  • the inner diameter of the intermediate tube 30, which extends coaxially in the direction of the combustion chamber 12, is larger than the outer diameter of the core tube 20, so that a first annular gap channel 39 is formed between the core tube 20 and the intermediate tube 30.
  • a second combustion medium 38 can flow through this first annular gap channel 39 via an inlet 33 and the second chamber 31 to the free end of the burner nozzle 11.
  • the core tube 20 and the intermediate tube 30 are surrounded by an outer tube 40 which extends coaxially to the other two tubes in the direction of the combustion chamber 12.
  • the outer pipe 40 is fastened around a through opening 42 on a wall of the third chamber on the combustion chamber side by means of a flange 44.
  • the inner diameter of the outer tube 40 is in turn larger than the outer diameter of the intermediate tube 30, so that a second annular gap channel 49 is formed.
  • a third combustion medium 48 can flow through this annular gap channel 49 into the combustion chamber 12 via an inlet 43 and the third chamber 41.
  • one or two fuel gases are usually passed through the core tube 20 and the first annular gap channel, while the second annular gap channel 49 is used to supply combustion air.
  • acidic gases can be passed through the core tube 20 and the first annular gap channel 39, for example gases of the same or different concentration containing hydrogen sulfide.
  • the second combustion medium 38 that emerges from the opening of the first annular gap channel 39 is first , mixed with the third combustion medium 48, which flows out of the outlet opening of the second annular gap channel 49.
  • the first combustion medium 28 flow from the core tube 20 into the mixing zone 13, so that a further turbulence which is spatially and temporally offset from the first mixing process thereby takes place.
  • the outer pipe 40 which is led farthest into the combustion chamber 12, serves to delimit the mixing zone 13 from the side, so that a locally limited zone with strong turbulence is ensured.
  • swirl devices 25, 35 are provided on the core tube 20 and the intermediate tube 30.
  • the swirl devices 25, 35 each consist of an end plate 26, 36, which is placed on the combustion chamber end of the core tube 20 or the intermediate tube 30.
  • the respective combustion medium 28, 38 flows into the mixing zone 13 in the radial direction via radially directed bores or grooves 27, 37.
  • a particularly strong swirl is created by superimposition with the axially directed flow from the second annular gap channel 49.
  • FIG. 2 shows a reduced front view of the burner 10 according to the invention. From this it can be seen that a centrally arranged start burner 14 is provided, around which a plurality of burner nozzles 11 are arranged, some of which, for reasons of clarity, only show their centers. In the example, only a nozzle of the inlet 23 is shown, through which the first combustion medium 28 flows into the first chamber 21.
  • the second and third inlet connections are of course available.
  • the burner according to the invention which has a large number of individual burner nozzles 11, therefore creates a large surface for the combustion. It is therefore possible to burn hydrogen sulfide-containing or acid-containing gases with this burner, these acid-containing gases preferably being mixed very intensively with the combustion air flowing perpendicularly thereto.
  • the burner can be regulated so that in such a case the start burner is put back into operation immediately in order to maintain the required outlet temperature of the burner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner (10) zur Vermischung und Verbrennung von zumindest zwei Verbrennungsmedien (28, 38, 48), insbesondere Verbrennungsluft und einem Schwachgas als Brenngas. Der Brenner umfaßt mehrere Brennerdüsen, die jeweils aus mindestens drei zueinander koaxial angeordneten Rohren (20, 30, 40) bestehen. Die Rohre sind zueinander in radialer Richtung zur Bildung von Ringspaltkanälen (39, 49) beabstandet, durch welche Verbrennungsmedien in einen Verbrennungsraum leitbar sind. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt eine gute Vermischung und Verbrennung mehrerer gasförmiger Verbrennungsmedien.

Description

Brenner
Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Vermischung und Verbrennung von zumindest zwei Verbrennungsmedien, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen Brennern kann insbesondere Verbrennungsluft und ein Schwachgas als Brenngas verwendet werden. Die Brenner umfassen mehrere Brennerdüsen, jeweils ein Rohr, welches sich zur Zuführung eines Verbrennungsmediums zu einem Verbrennungsraum erstreckt, und eine Einströmeinrichtung für das andere Verbrennungsmedium am verbrennungsraumseitigen Ende des Rohres können vorgesehen sein.
Ein gattungsgemäßer Brenner ist aus US 5,267,850 bekannt, in der ein Brennersystem und ein Verbrennungsverfahren für Hochtemperaturanwendungen beschrieben werden. Bei einer Brennerdüse dieses Brenners wird ein zentraler Hochge- schwindigkeits-Brennstoffström erzeugt, der kreisringförmig von einem Niedriggeschwindigkeitsstrom umgeben ist.
Ein anderer Brenner wird bei dem Heißgaserzeuger eingesetzt, welcher aus der DE 42 08 951 C2 hervorgeht. Dieser bekannte Brenner weist zur Zuführung eines Verbrennungsmediums Rohre auf, deren freie Enden von Austrittsdüsen zum Einströmen eines zweiten Verbrennungsmediums umgeben sind. Mit dieser bekannten Anordnung wird bereits ein sehr gutes Ausbrandergebnis bei einer kurzen Brennerflamme erreicht. Dennoch ist es wünschenswert, den bekannten Brenner in Bezug auf Ausbrandgrad und Flammenlänge noch weiter zu verbessern. Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, einen Brenner zu schaffen, der bei einer kurzen Flamme eine möglichst vollständige Verbrennung von Verbrennungsmedien auch mit sehr niedrigen Heizwerten gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Brenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist eine Brennerdüse mit mindestens drei zueinander koaxial angeordneten Rohren vorgesehen, nämlich einem innenliegenden Kernrohr, einem außenliegenden Außenrohr und mindestens einem dazwischen angeordneten Zwischenrohr. Die Rohre sind zueinander in radialer Richtung zur Bildung von Ringspaltkanälen beabstandet, durch welche Verbrennungsmedien in den Verbrennungsraum leitbar sind.
Mit dieser Brennerdüsenausbildung, welche neben der zentralen Kernrohröffnung mindestens zwei Ringspaltöffnungen aufweist, kann die Flamme an der Brennerdüse in nahezu jeder gewünschten Weise eingestellt werden. So können entsprechend der Anzahl der Öffnungen mehr als zwei Verbrennungsmedien mit jeweils unterschiedlichen Drücken eingesetzt werden. Durch die mindestens drei konzentrisch zueinander angeordneten Brennerdüsenöffnungen wird auch eine intensive Vermischung der Verbrennungsmedien und somit eine besonders große Verbrennungsoberfläche gewährleistet. Dies hat eine kurze Flamme und einen sehr guten Ausbrandgrad zur Folge. Die gestufte Anordnung der Rohre in axialer Richtung zueinander gestattet daher eine optimale zeitlich und örtlich versetzte Vermischung der Gase.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Brenners liegt in der Möglichkeit, diesen mit sogenanntem Schwachgas, dies ist ein Brenngas mit relativ geringem Heizwert, betreiben zu können. Mit bisher bekannten Brennern war es möglich, eine selbständige Verbrennung mit Schwachgasen mit einem Heizwert von we- 3 nigstens ca. 2500 kJ/m (Normzustand) zu erreichen. Versuche haben ergeben, daß sich bei dem erfindungsgemäßen Brenner selbst bei Verwendung von Schwachgasen mit einem Heizwert von ca. 1900 kJ/m (Normzustand) ein selbständiger Verbrennungsvorgang einstellt. Zusatzbrenner mit einem hochwertigen Brenngas sind also nicht notwendig.
Ein besonders gutes Verbrennungsergebnis wird dadurch erreicht, daß sich die Rohre unterschiedlich weit in den Verbrennungsraum erstrecken. Die Rohre der Brennerdüse weisen also eine gestufte Anordnung auf. Hierbei sind die Brennerdüsenöffnungen in axialer Richtung der Rohre zueinander versetzt. Hierdurch erfolgt eine Vermischung der verschiedenen gasförmigen Verbrennungsmedien orts- und zeitversetzt, was zu einer besonders guten Vermischung der Medien führt.
Es ist vorteilhaft, daß sich das Außenrohr weiter in den Verbrennungsraum erstreckt als das Zwischenrohr. Das Außenrohr bildet somit eine seitliche Begrenzung der Brennerdüse, wodurch der Einfluß von benachbarten Brennerdüsen auf den Vermischungsvorgang weitestgehend vermieden wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform liegt darin, daß sich das Kernrohr weiter in den Verbrennungsraum er streckt als das Zwischenrohr. Auf diese Weise findet zunächst eine Vermischung der Verbrennungsmedien statt, welche aus den Ringspaltkanälen strömen. Nach der Vermischung in den Seitenbereichen der Brennerdüse wird eine zusätzliche Verwirbelung und damit eine besonders große Kontaktfläche zwischen den Verbrennungsmedien durch die Strömung aus dem Kernrohr erreicht.
Um bei dieser Anordnung weiter eine gute Bündelung der Flamme der einzelnen Brennerdüsen zu gewährleisten, ist vorgesehen, daß sich das Außenrohr weiter in den Verbrennungsraum erstreckt als das Kernrohr. Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brenners besteht darin, daß für jedes Verbrennungsmedium eine Kammer vorgesehen ist, welche mit jeder Brennerdüse leitungsverbunden ist. Die einzelnen voneinander getrennten Kammern weisen wiederum Einlasse auf, durch die das jeweilige Verbrennungsmedium in die zugehörige Kammer strömt, wobei sich in den Kammern in einfacher Weise der jeweilige Druck des Verbrennungsmediums einstellen läßt.
Diese Ausführungsform ist dadurch weitergebildet, daß drei Kammern vorgesehen sind, von denen eine erste Kammer mit dem Kernrohr, eine zweite Kammer mit dem durch Kernrohr und Zwischenrohr gebildeten Ringspaltkanal und eine dritte Kammer mit dem durch Zwischenrohr und Außenrohr gebildeten Ringspaltkanal verbunden sind. Bei dieser Weiterbildung strömt also ein erstes Verbrennungsmedium über die erste Kammer und das Kernrohr in den Verbrennungsraum. Das zweite Verbrennungsmedium strömt über die zweite Kammer und den zugehörigen Ringspaltkanal in den Verbrennungsraum, während das dritte Verbrennungsmedium durch die dritte Kammer und den anderen Ringspaltkanal geleitet wird. Durch diese getrennte Zuführung kann eine gute Vermischung bei drei verschiedenen Verbrennungsmedien erreicht werden.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, daß zwei Kammern vorgesehen sind, von denen eine mit dem Kernrohr und einem Ringspaltkanal verbunden ist. Die andere Kammer ist dann entsprechend mit dem einen oder den mehreren verbliebenen Ringspaltkanälen verbunden. So können beispielsweise zwei Verbrennungsmedien durch mehrere voneinander getrennte Brennerdüsenöffnungen in den Verbrennungsraum strömen, was zu einem hohen gewünschten Verwirbelungsgrad führt. Für bestimmte Anwendungsfälle ist zudem vorteilhaft, daß die Brennerdüse vier Rohre aufweist. Es bestehen also neben der Kernrohröffnung insgesamt drei Ringspaltöffnungen. Folglich können bei dieser Ausführungsform vier Verbrennungsmedien getrennt voneinander zugeführt werden. Bei Verwendung von weniger Verbrennungsmedien können einzelne Verbrennungsmedien über mehrere Brennerdüsenöffnungen zur Erreichung einer guten Vermischung zugeführt werden. Soweit spezielle Anwendungsfälle den konstruktiven Aufwand rechtfertigen, können selbstverständlich Brennerdüsen mit fünf oder mehr Rohren vorgesehen werden.
Zur besseren Verwirbelung der Verbrennungsmedien ist es von Vorteil, daß am verbrennungsraumseitigen Ende der Brennedüse Dralleinrichtungen vorgesehen sind. Die Dralleinrichtungen können im wesentlichen radial gerichtete Düsen sein. Eine besonders einfache und effektive Dralleinrichtung beispielsweise für das Kernrohr liegt in der Ausbildung von radial gerichteten Bohrungen in der Kernrohrwandung, wobei das freie Ende des Kernrohres mit einer Platte verschlossen ist.
Zur Gewährleistung einer möglichst unproblematischen Zündung ist der erfindungsgemäße Brenner dahingehend weitergebildet, daß ein Startbrenner vorgesehen ist, um den die Brennerdüsen herum angeordnet sind. Der Startbrenner wird dabei mit separaten Verbrennungsmedien, insbesondere einem hochwertigen Brenngas, versorgt. Nach einer gewissen Anfahrzeit kann dann der Startbrenner wieder ausgeschalten werden .
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eines der Verbrennungsmedien ein schwefelhaltiges Gas, insbesondere auch Schwefelwasserstoff, sein kann. Derartige Gase, welche bisher zumeist aufwendig entsorgt werden mußten, können mit dem erfindungsgemäßen Brenner nunmehr nutzbringend thermisch verbrannt bzw. verwertet werden.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert, welches in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung ist
Fig. 1 eine schematische Teilquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Brenners und
Fig. 2 eine schematische Vorderansicht des erfindungsgemäßen Brenners, wobei der Abbildungsmaßstab kleiner als der in Fig. 1 ist.
Die Teilquerschnittsansicht gemäß Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Brenner 10 mit einer Brennerdüse 11, welche aus drei zueinander koaxial angeordneten Rohren aufgebaut ist. Das innenliegende Rohr wird als Kernrohr 20 bezeichnet, welches von einem Zwischenrohr 30 und einem außenliegenden Außenrohr 40 umgeben ist.
Das Kernrohr 20 ist über einen Flansch 24 mit der Wandung einer ersten Kammer 21 verbunden, so daß ein erstes Verbrennungsmedium 28 über einen Einlaß 23 durch die erste Kammer 21 in das Kernrohr 20 einströmen kann. Der Flansch 24 ist durch eine geeignete Verbindung, beispielsweise eine Schweißnaht oder eine gasdichte Schraubverbindung, an der Wandung der ersten Kammer 21 um eine Durchgangsöffnung 22 befestigt.
Ausgehend von der ersten Kammer 21 erstreckt sich das Kernrohr 20 durch eine zweite Kammer 31 und eine dritte Kammer 41 in Richtung auf einen Verbrennungsraum 12, in welchem der Verbrennungsvorgang stattfindet. An der zweiten Kammer 31 um eine Durchgangsöffnung 32 ist ein zweites oder sogenanntes Zwischenrohr 30 über einen Flansch 34 befestigt. Der Innendurchmesser des Zwischenrohres 30, welches sich koaxial in Richtung auf den Verbrennungsraum 12 erstreckt, ist größer als der Außendurchmesser des Kernrohres 20, so daß ein erster Ringspaltkanal 39 zwischen dem Kernrohr 20 und dem Zwischenrohr 30 gebildet ist. Durch diesen ersten Ringspaltkanal 39 kann ein zweites Verbrennungmedium 38 über einen Einlaß 33 und die zweite Kammer 31 zum freien Ende der Brennerdüse 11 strömen.
Das Kernrohr 20 und das Zwischenrohr 30 werden ab der dritten Kammer 41 von einem Außenrohr 40 umgeben, welches sich koaxial zu den beiden anderen Rohren in Richtung auf den Verbrennungsraum 12 erstreckt. In gleicher Weise wie bei den anderen beiden Rohren ist das Außenrohr 40 um eine Durchgangsöffnung 42 an einer verbrennungraumseitigen Wandung der dritten Kammer an dieser mittels eines Flansches 44 befestigt. Der Innendurchmesser des Außenrohrs 40 ist wiederum größer als der Außendurchmesser des Zwischenrohres 30, so daß ein zweiter Ringspaltkanal 49 gebildet wird. Durch diesen Ringspaltkanal 49 kann ein drittes Verbrennungsmedium 48 über einen Einlaß 43 und die dritte Kammer 41 in den Verbrennungsraum 12 strömen.
Bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners mit einer Dreikammeranordnung wird üblicherweise durch das Kernrohr 20 und den ersten Ringspaltkanal ein oder zwei Brenngase geleitet, während der zweite Ringspaltkanal 49 zur Zuführung von Verbrennungsluft dient. Insbesondere können durch das Kernrohr 20 und den ersten Ringspaltkanal 39 säurehaltige Gase geleitet werden, beispielsweise schwefelwasserstoffhaltige Gase gleicher oder unterschiedlicher Konzentration. Zur Erzeugung einer möglichst guten Vermischung der unterschiedlichen Verbrennungsmedien 28, 38, 48 in einer Vermischungszone 13 am verbrennungsraumseitigen Ende der Brennerdüse 11 sind mehrere Maßnahmen vorgesehen. Zunächst reicht das Außenrohr 40 weiter in den Verbrennungsraum 12 hinein als das Kernrohr 20, welches wiederum sich weiter in den Verbrennungsraum 12 erstreckt als das Zwischenrohr 30. Bei dieser gestuften Anordnung wird zuerst das zweite Verbrennungsmedium 38, welches aus der Öffnung des ersten Ringspaltkanals 39 austritt, mit dem dritten Verbrennungsmedium 48 vermischt, welches aus der Austrittsöffnung des zweiten Ringspaltkanals 49 strömt. Erst nach der Mischung des zweiten und dritten Verbrennungsmediums 38, 48 strömt das erste Verbrennungsmedium 28 aus dem Kernrohr 20 in die Vermischungszone 13, so daß hierdurch eine weitere zu dem ersten Mischvorgang örtlich und zeitlich versetzte Verwirbelung stattfindet. Dies hat eine besonders starke Vermischung der Verbrennungsmedien 28, 38, 48 zur Folge, was zu einem guten Ausbrandgrad bei einer kurzen Flamme führt. Das am weitesten in den Verbrennungsraum 12 geführte Außenrohr 40 dient zur seitlichen Abgrenzung der Vermischungszone 13, so daß eine lokal begrenzte Zone mit starker Verwirbelung sichergestellt ist.
Als weitere Maßnahme zur Erhöhung der Verwirbelung zwischen den einzelnen Verbrennungsmedien 28, 38, 48 sind Dralleinrichtungen 25, 35 an dem Kernrohr 20 und dem Zwischenrohr 30 vorgesehen. Die Dralleinrichtungen 25, 35 bestehen jeweils aus einer Abschlußplatte 26, 36, welche auf das ver- brennungsraumseitige Ende des Kernrohres 20 bzw. des Zwischenrohres 30 aufgesetzt ist. Über radial gerichtete Bohrungen oder Nuten 27, 37 strömt das jeweilige Verbrennungsmedium 28, 38 in radialer Richtung in die Vermischungszone 13. Durch Überlagerung mit der axial gerichteten Strömung aus dem zweiten Ringspaltkanal 49 entsteht eine besonders starke Verwirbelung.
In Fig. 2 ist eine verkleinerte Vorderansicht des erfindungsgemäßen Brenners 10 dargestellt. Hieraus ist zu erkennen, daß ein zentral angeordneter Startbrenner 14 vorgesehen ist, um den eine Vielzahl von Brennerdüsen 11 angeordnet sind, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit teilweise nur deren Mittelpunkte dargestellt sind. Im Beispiel ist auch nur ein Stutzen des Einlasses 23 dargestellt, durch welchen das erste Verbrennungsmedium 28 in die erste Kammer 21 einströmt. Zweite und dritte Einlaßstutzen sind selbstverständlich verhanden.
Der erfindungsgemäße Brenner, der eine Vielzahl von einzelnen Brennerdüsen 11 aufweist, schafft daher eine große Oberfläche für die Verbrennung. Es ist daher möglich, schwefelwasserstoffhaltige oder säurehaltige Gase mit diesem Brenner zu verbrennen, wobei diese säurehaltigen Gase vorzugsweise mit der dazu senkrecht strömenden Verbrennungsluft sehr intensiv vermischt werden. Im Hinblick auf eine geforderte Austrittstemperatur am Austritt des Brenners und einem zu niedrigen Gehalt an säurehaltigen Gasen kann der Brenner so geregelt werden, daß in einem derartigen Fall der Startbrenner wieder unverzüglich in Betrieb gesetzt wird, um die geforderte Austrittstemperatur des Brenners zu halten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Brenner zur Vermischung und Verbrennung von zumindest zwei Verbrennungsmedien, insbesondere Verbrennungsluft und einem Schwachgas als Brenngas, mit mehreren Brennerdüsen (11), die Rohre zur Zuführung der Verbrennungsmedien zu einem Verbrennungsraum (12) aufweisen, wobei eine Brennerdüse (11) mindestens drei zueinander koaxial angeordnete Rohre mit einem innenliegenden Kernrohr (20), einem außenliegenden Außenrohr (40) und mindestens einem dazwischen angeordneten Zwischenrohr (30) aufweist und die Rohre zueinander in radialer Richtung zur Bildung von Ringspaltkanälen (39, 49) beabstandet sind, durch welche die Verbrennungsmedien (28, 38, 48) in den Verbrennungsraum (12) leitbar sind, dadurch g e k e n n z e i c h n e t ,
- daß das Außenrohr (40) weiter als die anderen Rohre in den Verbrennungsraum (12) ragt und eine Vermischungszone (13) bildet,
- daß das Kernrohr (20) und das Zwischenrohr (30) sich unterschiedlich weit in die Vermischungszone (13) erstrecken,
- daß das Kernrohr (20) und das Zwischenrohr (30) an ihrem verbrennungsraumseitigen Ende mit jeweils einer Abschlußplatte (26, 36) verschlossen sind und
- daß in dem Kernrohr ( 20 ) und in dem Zwischenrohr (30) Öffnungen ausgebildet sind, durch welche die Verbrennungsmedien (28, 38) in einer im wesentlichen radialen Richtung in die Vermischungszone (13) strömen.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sich das Kernrohr ( 20 ) weiter in den Verbrennungsraum (12) erstreckt als das Zwischenrohr (30).
3. Brenner Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß für jedes Verbrennungsmedium (28, 38, 48) eine Kammer (21, 31, 41) vorgesehen ist, welche mit jeder Brennerdüse (11) leitungsverbunden ist.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß drei Kammern (21, 31, 41) vorgesehen sind, von denen eine erste Kammer (21) mit dem Kernrohr (20), eine zweite Kammer (31) mit dem durch Kernrohr (20) und Zwischenrohr (30) gebildeten Ringspaltkanal (39) und eine dritte Kammer ( 41 ) mit dem durch Zwischenrohr (30) und Außenrohr (40) gebildeten Ringspaltkanal (49) verbunden sind.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Kammern vorgesehen sind, von denen eine mit dem Kernrohr (20) und einem Ringspaltkanal (39, 49) verbunden ist.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Brennerdüse (11) vier Rohre aufweist.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Startbrenner (14) vorgesehen ist, um den die Brennerdüsen (11) herum angeordnet sind.
8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eines der Verbrennungsmedien (28, 38, 48) ein Schwefelwasserstoffhaltiges Gas ist.
9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Öffnungen als Nuten (27, 37) ausgebildet sind, die am verbrennungsraumseitigen Ende des Kernrohres (20) und des Zwischenrohres (30) eingebracht sind.
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