DE1960754C2 - Brenner für gasförmige Brennstoffe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Brenner für gasförmige Brennstoffe mit einem hohlen Brennerköper zum Aufnehmen eines Kühlmittels und einem in diesem vorgesehenen Ringkanal, der in zwei konzentrische Kanäle zum Zuführen des Brennstoffs bzw. des Oxidationsmittels durch etae Tragwand unterteilt ist, deren flammenseitiges Ende gegenüber der Stirnwand des Brennerkörpers so zurückge- ttzt ist, daß ein gemeinsamer ringförmiger Austrittskanal für den Brennstoff und das Oxidationsmittel gebildet ist

Ein solcher Brenner ist aus der GB-PS 10 03 514 bekannt Bei diesem Brenner sind Maßnahmen getroffen, um eine stabile Verbrennung innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs zu gewährleisten, indem die heißen Verbrennungsgase zur Stabilisierung der Flamme zur Rückströmung unter Wirbelbildung angeregt werden, und zwar durch eine besondere Gestaltung der Brennerstirnfläche und des ringförmigen Austrittskanals. Letzteres ist als eine konische, becherförmige Kammer ausgebildet, in der sich Brennstoff und Oxidationsmittel vermischen.

Aus der GB-PS 1055 584 ist ein ähnlich gestalteter Brenner mit einer über die Stirnwand des Brennerkörpers axial vorstehenden Seitenwand zur Begrenzung einer Flammenkammer bekannt

Der größte Nachteil solcher mit hoher Intensität arbeitender Brenner für industrielle Zwecke besteht in der Erzeugung sehr starker Geräusche, auch wenn diese in vielen Fällen durch die Ofenkonstruktion teilweise gedämpft werden. Der Geräuschpegel ist sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Brenner dahingehend zu verbessern, daß innerhalb eines großen Betriebsbereichs die Gerätischentwicklung in erheblichem Ausmaß verringert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem eingangs genannten Brenner vorgesehen, daß das flammenseitige Ende der Trennwand eine Verdickung mit ebener Stirnfläche aufweist.

Die Verdickung ergibt eine weitere Stabilisierung der Flamme, da sie eine beträchtliche Veränderung der Breite der Trennwand an den Austrittsenden der Kanäle ergibt Hierdurch wird eine Turbulenz hervorgerufen, die eine anfängliche Durchmischung des Gasstroms und des Oxidationsmittelstroms bewirkt Und die Flamme an der Verdickung festhält. Durch eine solche Stabilisierung schreitet die Verbrennung der sich mischenden Ströme des Brennstoffs und des Oxidationsmittels vom Punkt des Zündens gleichmäßig fort, so daß die Flamme insgesamt einen Geräuschpegel aufweist, der e, heblich niedriger ist als der Geräuschpegel der oben genannten bekannten Brenner, die eine sich in kleinem Abstand stromab der Brennermündung ausbildende Flammenfront aufweisen. Die weitere Verwirbelung durch eine torusförmige Rückumwälzung heißer Verbrennungsprodukte, die in einer stirnseitigen Flammenkammer auftreten kann, führt jedoch zu keiner weiteren Erhöhung des Brenngeräuschs. Dies wäre jedoch dann der Fall, wenn die Verbrennung dort erst begänne.

Bei einem bekannten gekühlten Mehrstoffbrenner (GB-PS 1001 032) mit in eine Mischkammer mündenden koaxialen Brennmittelzuführungen weisen die äußeren eine flammenseitig mit einem Verteileinsatz versehene Trennwand auf, wodurch sich eine Vergrößerung deren ebener Stirnfläche ergibt Eine Flammengeräuschminderung ist hiermit nicht angestrebt

Die Erfindung läßt sich nicht nur bei mit langer Flamme arbeitenden Brennern anwenden sondern auch bei Brennern, die so konstruktiert sind, daß sie eine kurze Weitwinkelflamme bzw. schirmförmige Flamme erzeugen.

In vorteilhafter Weise ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß der RingkanaJ sich an seinem Austrittsende mit im wesentlichen konstanter Weite stromabwärts konisch erweitert und die Verdikkung nur in seinem konischen Abschnitt aufweist

Bei Ausbildung der Verdickung als konischer Ring, der mindestens einen der ringförmigen Kanäle für den Brennstoff bzw. das Oxidationsmittel am Austrittsende im Durchtrittsquerschnitt verengt, wird das Entstehen von Turbulenz noch gefördert Auch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten bleibt die Stabilisierungswirkung erhalten, obwohl sich die einzelnen Ströme, d. h. der Gasstrom und der Oxidationsmittelstrom, mit im Bereich der Schallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeiten durch Drosselstellen bewegen. Bei dieser Betriebsweise geht die Stabilisierungswirkung aus der durch die Verdickung hervorgerufenen Turbulenz in eine Wechselwirkung zwischen zwei Stoßwellen über, die von den Kamen der Verdickung ausgehen.

Drei Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert, in der zeigt

F i g. 1 einen Teillängsschnitt einer ersten Ausführungsform,

F i g. 2 einen Teillängsschnitt einer zweiten Ausführungsform, und

Fig.3 einen Teillängsschnitt einer dritten Ausführungsform des Brenners.

Gemäß den Zeichnungen ist der Brennerkdrper aus einem ringförmigen Hohlkörper 1 und einem zentral angeordneten hohlen zylindrischen Teil 2 aufgebaut, zwischen denen ein Ringkanal gebildet ist, der durch eine Zwischen- oder Trennwand 5 in einen äußeren ringförmigen Kanal 3 und einen inneren ringförmigen Kanal 4 unterteilt ist. An ihrem flammenseitigen Ende ist die Trennwand 5 mit einer Verdickung 6 mit einer ebenen Stirnfläche 7 versehen. Diese Stirnfläche der Verdickung kann auch leicht konkav oder leicht

kegelförmig ausgebildet sein. Stromabwärts der gegenüber der Stirnfläche 8 des Brenners zurückgesetzten Stirnfläche 7 der Verdickung 6 enden die ringförmigen Kanäle 3 und 4 für die an der Reaktion teilnehmenden Stoffe, d, h, den Brennstoff und das Oxidationsmittel^ in einem gemeinsamen Austrittskanal 9,

Der ringförmige Hohlkörper 1 des Brennerkörpers kann durch Hindurchleiten eines Kühlmittels, z, B, von Wasser, gekühlt werden, das über einen Ringraum zwischen der Außenfläche der inneren Wand des Hohlkörpers 1 und einem diese innere Wand in einem radialen Abstand umgebenden Rohr 10 und der Innenfläche der äußeren Wand des Hohlkörpers t geführt wird.

In dem zentral angeordneten hohlen zylindrischen Teil 2 ist ein Kühlmittelzuführangsrohr 11 angeordnet, das kurz vor dessen Stirnwand mündet

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform erzeugt beim Betrieb des Brenners eine sich in der Längsrichtung erstreckende lange Flamme. Die beiden Zuführungskanäle, d. h. der äußere ringförmige Kanal 3 für das Oxidationsmittel und der innere ringförmige Kanal 4 für den Brennstoff, haben über ihre ganze Länge einschließlich des Endabschnitts vor dem gemeinsamen Austrittskanal 9 einen konstanten Querschnitt, wenn die stirnseitige Verdickung 6 vorhanden ist.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform, die eine »schirmförmige« Flamme erzeugt; um diese zu erzielen, sind die Endabschnitte der Kanäle 3 und 4 stromabwärts konisch erweitert Die Verdickung 6 ist in diesem konischen Abschnitt angeordnet und gemäß F i g. 2 als konischer Ring ausgebildet, durch den der Endabschnitt des äußeren Kanals 3 für das Zuführen des Oxidationsmittels verengt ist Der konische Raum innerhalb des Endabschnitts des zentral angeordneten hohlen Teils 2 kann mit nicht dargestellten Führungsrippen oder dergleichen versehen sein, um eine einwandfreie Zirkulation des Kühlmittels während des Betriebs zu gewährleisten.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Brenner hat die Stirnwand 8 des Hohlkörpers 1 einen größeren Flächeninhalt und bildet zusammen mit der Stirnwand des zentralen hohlen Teils 2 den Boden einer Flammenkammer 13, die an ihrem anderen Ende offen und durch eine über die Stirnwand 8 axial vorstehende hohle Seitenwand 14 begrenzt ist, durch die ein Kühlmittel hindurchgeleitet wird; zu diesem Zweck ist in der hohlen Seitenwand 14 eine Trennwand 15 angeordnet, um den Hohlraum in zwei konzentrische Ringkanäle zu unterteilen, die am vorderen Ende der Seitenwand miteinander in Verbindung stehen.

In dem Hohlkörper 1 können eine oder mehrere Rohrleitungen 12 zum Zuführen eines Kühlmitteis angeordnet sein.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen sind am hinteren Ende der das Kühlmittel aufnehmenden Räume nicht dargestellte Anschlüsse zum Abführen des Kühlmittels vorgesehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig.3 ist die Verdickung 6 durch einen konischen Endabschnitt der Trennwand 5 gebildet, der eine größere Wandstärke als der stromaufwärts gelegene Abschnitt der Trennwand 5 aufweist

Durch axiales Verschieben des Bodens der Flammenkammer 13 längs der Seitenwand 14 ist es möglich, die Form der Flamme zu beeinflussen, wie es aus der GB-PS 10 55 584 bekannt ist Die wirksame Länge der Flammenkammer 13 ist zwischen dem O.rfachen und dem 0,8fachen des Durchmessers der Flammenkammer verstellbar.

Mit einem Brenner gemäß F i g. 2, der mit Erdgas und Sauerstoff betrieben wurde und im Durchschnitt 1000 mVh Erdgas verbrannte, wurden Versuche durchgeführt

Eine erhebliche Verringerung des Verbrennungsgeräusches ist das wesentliche Kennzeichen dieses Brenners mit stabilisierter Flamme. Ein zweites Kennzeichen dieses Brenners besteht darin, daß er bei sonst unveränderter Konstruktion mit erheblich höherem Luftüberschuß arbeitet ohne daß die Flamme abhebt Bei Brennern bekannter Art würde eine normale torusförmige Weitwinkel-Flamme bei einem Luftüberschuß von λ = 1,5 bis 2,0 abheben. Wenn mit der Erfindung eine stabilisierte Flamme erzeugt wird, kann mit Werten von λ = 6,0 bis 7,0 gearbeitet werden, d.h. wenn zum Frischen große Sauerstoffmengen benötigt werden und eine Flamme zur Unterdrückung des Entstehens von Eisenoxiddämpfen erforderlich ist.

Der ungedämpfte Gesamtgeräuschpegel ist von 125 dB auf 113 dB verringert, was einer Herabsetzung des Schalldruckpegels auf */< seines Höchstwertes entspricht

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   U Brenner für gasförmige Brennstoffe mit einem hohlen Brennerkörper zum Aufnehmen eines Kühlmittels und einem in diesem vorgesehenen Ringkanal, der in zwei konzentrische Kanäle (3, 4) zum Zuführen des Brennstoffs bzw. des Oxydationsmittels durch eine Trennwand (5) unterteilt ist, deren flammenseitiges Ende gegenüber der Stirnwand (8) des Brennerkörpers so zurückgesetzt ist, daß ein gemeinsamer ringförmiger Austrittskanal (9) für den Brennstoff und das Oxidationsmittel gebildet ist, insbesondere mit einer über die Stirnwand (8) axial vorstehenden Seitenwand (14) zur Begrenzung einer Flammenkammer (13), dadurch gekennzeichnet, daß das flammenseitige Ende der Trennwand (5) eine Verdickung (6) mit ebener Stirnfläche (7) aufweist
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ds B der Ringkanal sich an seinem Austrittsendemit im wesentlichen konstanter Weite stromabwärts konisch erweitert und die Verdickung (6) nur in seinem konischen Abschnitt aufweist