DE19600380A1 - Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff.

Durch die Firmendruckschrift "CK Brenner" der Firma Körting Hannover AG ist ein Brenner der betreffenden Art bekannt, bei dem die Zuleitung von Luft in das Mischrohr durch einen Ringspalt erfolgt, der unmittelbar an die Innen­ wandung des Mischrohres angrenzt. Dieser Ringspalt entfaltet eine Injektorwirkung, indem aus dem Ringspalt austretende Luft in das Mischrohr eintretendes Abgas mitreißt und somit eigenständig ansaugt. Zur Zuführung des Abgases ist also kein zusätzliches Abgasgebläse erforderlich. Durch die Zu­ führung des Abgases ergibt sich eine Minderung der NO_x-Bil­ dung.

Ein Nachteil dieses bekannten Brenners besteht darin, daß der aus dem Ringspalt aus tretende Luftstrom auf seinem Weg entlang der Innenwandung des Mischrohres durch die Grenzschicht auf der Innenwandung des Mischrohres gebremst wird, so daß dadurch seine Mitreißwirkung in bezug auf das anzusaugende Abgas verringert wird. Ein weiterer Nachteil ist dabei außerdem, daß die Mitreißwirkung nur auf der einen Seite des aus dem Ringspalt austretenden Luftstromes entste­ hen kann. Diese Nachteile können nicht durch eine Erhöhung des Druckes der dem Ringspalt zugeführten Luft ausgeglichen werden, weil dies zu einer unzulässigen Vergrößerung der zugeführten Luftmenge führen würde. Eine Verringerung der Luftmenge in einem solchen Falle durch Verengung des Ring­ spalts würde insbesondere bei kleinen Brennern zu so gerin­ gen Spaltbreiten führen, z. B. 0,2-0,5 mm, daß damit die Gefahr einer Verschmutzung und Verstopfung des Ringspalts verbunden wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der betreffenden Art zu schaffen, der die genannten Nachtei­ le nicht aufweist, bei dem also durch den Luftstrom wirksam ausreichend Abgas angesaugt und gefördert wird, ohne daß die Gefahr eines Betriebsausfalls durch Verschmutzung oder Ver­ stopfung besteht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Der Grundgedanke dieser Lehre besteht darin, die Luft in das Innere des Mischrohres mittels einer oder mehrerer Luftdüsen einzuleiten. Der jeweils aus einer solchen einzel­ nen Düse ausströmende Luftstrom ist eng begrenzt und hat daher eine hohe Geschwindigkeit. Damit ergibt sich eine hohe Mitreiß- und Pumpwirkung in bezug auf das Abgas. Dies beson­ ders auch deshalb, weil gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Luftdüse bzw. die Luftdüsen entfernt von der Innenwandung des Mischrohres und in Austrittsöffnung der Brennerdüse vor dieser angeordnet ist bzw. sind. Damit ist der aus einer Luftdüse austretende Luftstrom allseitig von dem Abgas umgeben, so daß auch allseitig eine Mitreißwirkung entsteht. Die Pump- oder Injektorwirkung ist damit beträcht­ lich erhöht, so daß auch bei längerem Weg des Abgases und damit größerem Strömungswiderstand genügend Abgas angesaugt und in den Mischraum des Mischrohres gefördert wird. Da die Luftdüse vor der Brennerdüse angeordnet ist, erfolgt eine homogene Vermischung von Luft und Rauchgas, so daß bereits in der Flammwurzel ausreichend Rauchgas vorhanden ist und somit hohe, die NO_x-Bildung verursachende Temperaturen ver­ mieden sind.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre be­ steht darin, daß die einzelnen Luftdüsen bei einer vorgege­ benen Durchtrittsmenge eine verhältnismäßig große lichte Weite haben, so daß dadurch die Gefahr einer Verschmutzung oder Verstopfung gering ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Misch­ rohr an seinem hinteren Ende durch eine Düsenplatte ge­ schlossen, wobei die Luftdüse bzw. Luftdüsen jeweils an freien Enden von Düsenrohren angeordnet sind, die sich von der Düsenplatte in das Innere des Mischrohres erstrecken. Dabei ist die Zuleitung für Abgas durch Durchbrüche im Mischrohr im Bereich der Düsenplatte gebildet. Bei dieser Ausführungsform sind die Luftdüsen in dem freien Mischraum innerhalb des Mischrohres angeordnet, so daß sie ihre volle Mitreiß- und Injektorwirkung entfalten können. Das Abgas strömt dabei durch die Durchbrüche im Mischrohr von der Sei­ te her zu, und zwar im Bereich hinter den Luftdüsen. Dabei sind die Durchbrüche zweckmäßigerweise dadurch gebildet, daß Stege das Mischrohr im Abstand zu der Düsenplatte halten. Dadurch ist zwischen Düsenplatte und hinterem Rand des Mischrohres ein Spalt gebildet, der nur durch die das Misch­ rohr haltenden Stege unterbrochen ist. Die so gebildeten Durchbrüche im Mischrohr haben damit einen großen Quer­ schnitt, der den Zustrom von Abgas kaum behindert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Durch­ brüche in dem Mischrohr durch ein in oder auf dem Mischrohr verschiebbares Rohrteil verschließbar. Dadurch kann die Men­ ge des zuströmenden Abgases eingestellt werden. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn das Rohrteil mit Mitteln ver­ bunden ist, die das Rohrteil bei Start des Brenners schlie­ ßen und nach Starten des Brenners öffnen. Durch das Schlie­ ßen des Rohrteils wird die Zufuhr von Abgas verringert oder unterbrochen und dadurch ein sicheres Starten des Brenners erreicht. Sobald der Brenner sicher brennt, wird das Rohr­ teil geöffnet und Abgas beigemischt, wodurch in der ge­ wünschten Weise die NO_x-Bildung verringert wird. Die Mittel zum Schließen und Öffnen des Rohrteils können in beliebiger Weise ausgebildet sein. Es kann sich um einen Elektromagne­ ten oder einen Stellmotor handeln, der in Abhängigkeit von der Zeit nach Starten des Brenners oder in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases gesteuert wird. In letzterem Fal­ le ist es besonders zweckmäßig, wenn die Mittel zur Betäti­ gung des Rohrteils durch ein im Bereich der Zuleitung für Abgas angeordnetes Bimetall-Element gebildet sind, derart, daß das Bimetall-Element das Rohrteil bei Start des Brenners und kaltem Abgas geschlossen und bei warmem Abgas geöffnet hält. Diese Ausführungsform ist besonders robust und benö­ tigt keine Stromversorgung.

Die Speisung der Düsenrohre und damit der Luftdüsen erfolgt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Düsenrohre über Durchbrüche in der Düsenplatte mit einer Kammer in Verbindung stehen, die auf der den Düsenrohren abgewandten Seite der Düsenplatte gebildet ist und die mit einem Gebläse in Verbindung steht.

Aufgrund der Zumischung von Abgas zu der Luft besteht die Gefahr einer Erwärmung der Brennerdüse und verbunden damit einer Verstopfung der Brennerdüse. Es ist daher vor­ teilhaft, die Brennerdüse am Ende eines Düsenstockes anzu­ ordnen und Mittel zur Kühlung des Düsenstockes vorzusehen. Diese Mittel können in verschiedener Weise ausgebildet sein. Insbesondere bei kleineren Brennern ist es zweckmäßig, wenn diese Mittel zur Kühlung des Düsenstockes ein Kühlrohr auf­ weisen, das den Düsenstock mit Abstand umgibt und so einen Kühlkanal bildet, der mit einem Gebläse zur Zuführung von kühlem Gas, insbesondere Luft, in Verbindung steht. Beson­ ders zweckmäßig ist es bei dieser Ausführungsform, wenn das Kühlrohr von einem Rückleitungsrohr mit Abstand umgeben und so ein Rückleitungskanal gebildet ist, wobei das Rücklei­ tungsrohr mit seinem vorderen Ende dicht an die Brennerdüse angrenzt, derart, daß der Kühlkanal im Bereich der Brenner­ düse mit dem Rückleitungskanal verbunden ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß das kühlende Gas, in der Regel Luft, nicht unmittelbar in den Mischraum ein­ tritt und so die Mischverhältnisse beeinträchtigt, vielmehr wird es durch den Rückleitungskanal zurückgeleitet, so daß es dort entweder abgeleitet oder in einer Weise, die die Mischverhältnisse im Mischraum nicht beeinträchtigt, dem Mischgas in dem Mischraum innerhalb des Mischrohres zuge­ führt wird. Es können mit dieser rückgeführten Luft auch unmittelbar die Luftdüsen gespeist werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Zünd­ elektroden im Bereich der äußeren Begrenzung des aus dem Mischrohr austretenden Gasstromes und des aus der Brennerdü­ se austretenden Brennstoffkegels angeordnet.

Anhand der Zeichnungen soll die Erfindung an Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch und im Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 zeigt schematisch und im Schnitt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 3 zeigt schematisch und im Schnitt eine Abwand­ lung der Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Der in Fig. 1 dargestellte Brenner weist eine Brenner­ düse 1 auf, die am Ende eines Düsenstockes 2 befestigt ist, durch den Brennstoff der Brennerdüse 1 geführt wird. Der Düsenstock 2 ist mit einer Wärmeisolation 3 umgeben.

Brennerdüse 1 und Düsenstock 2 ragen in einen Mischraum 4, der innerhalb eines Mischrohres 5 gebildet ist, das eine nach innen gewölbte Innenwandung 6 aufweist, die den Durch­ trittsquerschnitt des Mischraumes 4 im Bereich von Pfeilen 7 verengt, die aus Luftdüsen 8 in den Mischraum 4 strömende Luft symbolisieren. Die Luftdüsen 8 befinden sich an freien Enden von Düsenrohren 9, die an einer Düsenplatte 10 befe­ stigt sind, welche im Bereich der Düsenrohre 9 Durchbrüche aufweist, so daß durch Pfeile 11 symbolisierte Luft in die Düsenrohre 9 strömen kann, und zwar aus einer in Strömungs­ richtung vor der Düsenplatte 10 gebildeten Kammer 12, die mit einem nicht dargestellten Gebläse für Luft in Verbindung steht.

Zwischen der Innenwandung 6 des Mischrohres 5 und der Isolation 3 befinden sich im Bereich der Pfeile 7 Leitbleche 13, die zur Strömungsrichtung geneigt sind und so das Misch­ gas im Bereich der Mischkammer 4 in Rotation versetzen.

Das hintere Ende des Mischrohres 5 ist von Stegen 14 im Abstand von der Düsenplatte 10 gehalten, so daß Durchbrüche 15 gebildet sind, durch die durch Pfeile 16 symbolisiertes Abgas in die Mischkammer 4 strömen kann. Auf dem Mischrohr 5 ist verschieblich ein Rohrteil 17 angeordnet, das bei Ver­ stellung die Durchbrüche 15 in der jeweils gewünschten Weise verschließt oder öffnet.

Die Mischkammer 4 mündet in einen Brennraum 18 inner­ halb eines Reaktionsrohres 19, das mit einem hinteren ver­ jüngten Rohrteil 20 das Mischrohr 5 umschließt und über ein mehrfach durchbrochenes Rohrteil 21 mit einem Gehäuse 22 verbunden ist, von dem nur der vordere Teil dargestellt und innerhalb dessen die Kammer 12 angeordnet ist. In dem Bren­ nerrohr 19 befinden sich Durchbrüche 23 und 24, durch die zusätzlich Abgas, symbolisiert durch Pfeile 25, 26, in den Brennraum 18 einströmen kann. An der Düsenplatte 10 ist ein Flammwächter 27 befestigt, der durch eine nicht dargestellte Öffnung in der Düsenplatte 10 die Flamme in dem Brennraum 18 überwacht. Zur Zündung der Flamme in dem Brennraum 18 dienen in diesen Brennraum 18 ragende Zündelektroden 28, von denen in der Zeichnung nur eine sichtbar ist.

Beim Inbetriebsetzen des in Fig. 1 gezeigten Brenners wird zunächst das nicht dargestellte Gebläse in Betrieb ge­ setzt, so daß unter Druck stehende Luft aus der Kammer 12 in Richtung der Pfeile 11 durch die Düsenrohre 9 und die Luft­ düsen 8 in Richtung der Pfeile 7 an der Brennerdüse 1 vorbei in den Brennraum 18 strömt. Aus der Brennerdüse 1 in Rich­ tung von Pfeilen 29 zerstäubt austretender Brennstoff wird innig mit dem aus der Mischkammer 4 austretenden Luft/Rauch­ gasgemisch vermischt und durch die Zündelektroden 28 gezün­ det. Es entsteht so in dem Brennraum 18 eine Flamme. Aus dem Brennraum 18 austretendes und im stromabwärtigen Bereich entstehendes Abgas steht mit dem Bereich außerhalb des Brennrohres 19 und des Mischrohres 5 in Verbindung. Durch die Injektorwirkung der Luft, die aus den Luftdüsen mit ver­ hältnismäßig großer Geschwindigkeit austritt und durch die Teile 7 symbolisiert ist, entsteht auf der rückwärtigen Sei­ te der Luftdüsen 8 ein Sog, durch den Abgas entsprechend den Pfeilen 16 angesaugt, in die Mischkammer 4 geführt und dort mit der durch die Pfeile 7 symbolisierten Luft vermischt wird. Durch diese Vermischung werden hohe Temperaturen im Bereich der Wurzel der Flamme in dem Brennraum 18 und damit das Entstehen von NO_x verringert. Hierzu trägt auch Abgas bei, das in Richtung der Pfeile 25 und 26 durch die Durchbrüche 23 und 24 in den Brennraum 18 einströmt.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1. Gleiche oder sich entsprechende Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Ein Unterschied besteht darin, daß der Düsenstock 2 mit Abstand von einem Kühlrohr 30 umgeben ist, das von Blechen 31 an dem Düsenstock 2 ge­ halten ist. Das Kühlrohr 30 ist wiederum mit Abstand von einem Rückleitungsrohr 32 umgeben, das über Bleche 33 auf dem Kühlrohr 30 gehalten und außerdem mit den Leitblechen 13 verbunden ist. Das vordere Ende des Rückleitungsrohres 32 ist über ein Schließblech 34 dicht mit der Brennstoffdüse 1 verbunden. Auf diese Weise ist ein Kühlluftsystem mit einem Kühlkanal 35 geschaffen, durch den Kühlluft in Richtung ei­ nes Pfeiles 36 zu der Brennstoffdüse 1 und zurück durch ei­ nen Rückleitungskanal 37 in Richtung von Pfeilen 38 strömt. Die Art der Zuführung der Luft in den Kühlkanal 35 kann be­ liebig sein, ebenso die Abführung der Luft aus dem Rücklei­ tungskanal 37 in einen Bereich niedrigen Druckniveaus, bei­ spielsweise in den Ansaugbereich des Gebläses.

Ein weiterer Unterschied der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gegenüber der gemäß Fig. 1 besteht darin, daß das Rohrteil 17 über kleine Stäbe 39 mit Bimetallelementen 40 verbunden ist, die mit dem durch Pfeile 16 symbolisierten Abgasstrom in Kontakt sind. Das Bimetallelement 40 arbeitet so, daß das Rohrteil 17 die Durchbrüche 15 verkleinert oder schließt, wenn der Brenner gestartet wird und das Abgas noch kalt ist, während die Durchbrüche 15 vergrößert oder gar ganz geöffnet werden, wenn sich der Brenner im Dauerbetrieb befindet und die Abgase warm sind. Ein weiterer Unterschied besteht dar­ in, daß zur Flammüberwachung eine Ionisationselektrode 28′ vorgesehen ist, mittels derer ein Ionisationsstrom zu den Zündelektroden 28 meßbar ist.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Gleiche oder sich entsprechende Teile sind mit glei­ chen Bezugsziffern versehen. Der Unterschied liegt darin, daß das hintere Ende des Rückleitungsrohres 32 an der Düsen­ platte 10 endet und der Rückleitungskanal 37 in eine Kammer 41 mündet, die dicht zwischen dem hinteren Ende des Kühlroh­ res 30, einer rohrförmigen Wandung 42 und einer Trennwand 43 gebildet ist, die die Kammer 41 von der Kammer 12 trennt. In die Einmündung zu dem Kühlkanal 35 führt ein Trichter 44.

Bei Betrieb strömt Luft aus der Kammer 12 in Richtung von Pfeilen 45 in den Kühlkanal 35 und an der Brennerdüse 1 vorbei durch den Rückleitungskanal 37 in die Kammer 41, aus der dann die Luft durch Durchbrüche in der Düsenplatte 10 in Richtung von Pfeilen 46 in die Düsenrohre 9 und aus den Dü­ sen 8 in den Mischraum 4 strömt. Somit wird die gesamte, von einem Gebläse in die Kammer 12 geführte Luft zunächst zur Kühlung des Düsenstoffes 2 und dann zur Speisung der Luftdü­ sen 8 verwendet.

Claims (11)

1. Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff,
mit einer Brennerdüse, die mit einer Zuleitung für Brennstoff verbunden ist, und
mit einem die Brennstoffdüse konzentrisch umgeben­ den Mischrohr, das mit einer Zuleitung für Luft und einer Zuleitung für Abgas verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung für Luft in wenig­ stens einer Luftdüse (8) mündet, die entfernt von der Innen­ wandung (6) des Mischrohres (5) und in Austrittsrichtung der Brennerdüse (1) vor dieser angeordnet ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (5) an seinem hinteren Ende durch eine Düsenplatte (10) geschlossen ist, daß die Luftdüse (8) jeweils an freien Enden von Düsenrohren (9) angeordnet sind, die sich von der Düsenplatte (10) in das Innere des Mischrohres (5) erstrec­ ken, und daß die Zuleitung für Abgas durch Durchbrüche (15) im Mischrohr (5) im Bereich der Düsenplatte (10) gebildet sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche durch Stege (14) gebildet sind, die das Misch­ rohr (5) im Abstand zu der Düsenplatte (10) halten.

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (15) in dem Mischrohr (5) durch ein in oder auf dem Mischrohr (5) verschiebbares Rohrteil (17) verschließbar sind.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrteil (17) mit Mitteln verbunden ist, die das Rohrteil (17) bei Start des Brenners schließen und nach Starten des Brenners öffnen.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Betätigung des Rohrteils (17) durch ein im Be­ reich der Zuleitung für Abgas angeordnetes Bimetallelement (40) gebildet sind, derart, daß das Bimetallelement (40) das Rohrteil (17) bei Start des Brenners und kaltem Abgas ge­ schlossen und bei warmem Abgas geöffnet hält.

7. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenrohre (9) über Durchbrüche in der Düsenplatte (10) mit einer Kammer (12) in Verbindung stehen, die auf der den Dü­ senrohren (9) abgewandten Seite der Düsenplatte (10) gebil­ det ist und die mit einem Gebläse in Verbindung steht.

8. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (1) am Ende eines Düsenstockes (2) angeordnet ist und daß Mittel zur Kühlung des Düsenstockes (2) vorgese­ hen sind.

9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kühlung des Düsenstockes (2) ein Kühlrohr (30) aufweisen, das den Düsenstock (2) mit Abstand umgibt und so einen Kühlkanal (35) bildet, der mit einem Gebläse zur Zu­ führung von kühlendem Gas, insbesondere Luft, in Verbindung steht.

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr (30) von einem Rückleitungsrohr (32) mit Abstand umgeben und so ein Rückleitungskanal (37) gebildet ist und daß das Rückleitungsrohr (32) mit seinem vorderen Ende über ein Schließblech (34) dicht an die Brennerdüse (1) angrenzt, derart, daß der Kühlkanal (35) im Bereich der Brennerdüse (1) mit dem Rückleitungskanal (37) verbunden ist.

11. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zündelektroden (28) im Bereich der äußeren Begrenzung des aus dem Mischrohr (5) austretenden Gasstromes und des aus der Brennerdüse (1) austretenden Brennstoffkegels angeordnet sind.