DE19740625A1

DE19740625A1 - Surface burner

Info

Publication number: DE19740625A1
Application number: DE19740625A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr Ing Altemark; Adelt Dr Ing Marius
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1999-03-18

Abstract

The burner has a number of fuel channels (B), oxidizer channels (O) and exhaust gas channels (A) connected to their respecting input and output lines. The channels have their long cross section transverse to the flow direction. The input and output lines are arranged in such a manner that heat is transferred from the exhaust channels to the oxidizer channels, providing recovered heat for air heating. The combustion condition can be controlled from the surface of the burner head.

Description

Die Erfindung betrifft einen Flächenbrenner, insbesonde re zum Beheizen einer Ofenkammer.The invention relates to a surface burner, in particular re to heat an oven chamber.

Flächenbrenner werden in der Regel als Vormischbrenner betrieben. Sie finden verbreitete Anwendung sowohl im Haus halt und im Gewerbe als auch in der Industrie.Surface burners are usually used as premix burners operated. They are widely used both indoors stop and in trade as well as in industry.

Ihr wesentlicher Vorteil liegt darin, daß sie eine sehr gleichmäßige Temperatur- und Energieverteilung über einer größeren Fläche bzw. einem größeren Raum gewährleisten. Sie arbeiten mit kurzen Flammen, was zu niedrigen Heiz- bzw. Ofenkammern führt. Daraus resultiert eine schnelle Tempera turanpassung an den jeweiligen Bedarf. Auch sind die Ver brennungsgeräusche niedrig. Je nach Betriebsweise kann bei glühenden Oberflächen die Wärme auch durch Festkörperstrah lung abgegeben werden.Their main advantage is that they are very uniform temperature and energy distribution over one ensure a larger area or a larger room. she work with short flames, which leads to low heating or Oven chambers leads. This results in a quick tempera Adaptation to the respective needs. The Ver burning noises low. Depending on the mode of operation, glowing surfaces also heat through solid-state radiation be delivered.

Nachteilig bei den vormischenden Flächenbrennern ist ih re geringe Betriebssicherheit und Systemzuverlässigkeit, hervorgerufen durch Verschmutzungsneigung und damit verbun denen ungleichmäßigen Abbrand über der Fläche sowie durch Rückzündgefahr in den Vormischbereich, insbesondere bei höheren Temperaturen. Auch lassen sich nur ein geringer Leistungsstellbereich und verhältnismäßig niedrige Ofenraumtemperaturen realisieren. Vor allen Dingen läßt die energetische Nutzung des Brennstoffs zu wünschen übrig.A disadvantage of the premixing surface burners is ih low operational reliability and system reliability, caused by pollution tendency and thus connected uneven erosion over the surface as well as through Risk of reignition in the premix area, especially in higher temperatures. You can also only make a small one Power setting range and relatively low Realize furnace chamber temperatures. Above all, it leaves energetic use of the fuel leaves something to be desired.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flächenbrenner mit verbesserten Betriebseigenschaften zu schaffen.The invention is therefore based on the object Surface burners with improved operating properties too create.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der erfindungsgemäße Flächenbrenner folgende Merkmale auf:
Eine Mehrzahl von Brennstoff-Kanälen, die an mindestens eine Brennstoff-Zuführungsleitung angeschlossen sind, eine Mehrzahl von Oxidationsmittel-Kanälen, die an min destens eine Oxidationsmittel-Zuführungsleitung angeschlos sen sind, und
eine Mehrzahl von Abgas-Kanälen, die an mindestens eine Abgas-Abführungsleitung angeschlossen sind;
wobei die Kanäle durch Wände voneinander getrennt und relativ zueinander in einem Muster vorgegebener Ordnung der art angeordnet sind, daß ein Wärmeübergang von den Abgas-Ka nälen zu den Oxidationsmittel-Kanälen stattfindet.To achieve this object, the surface burner according to the invention has the following features:
A plurality of fuel channels which are connected to at least one fuel supply line, a plurality of oxidant channels which are connected to at least one oxidant supply line, and
a plurality of exhaust gas channels that are connected to at least one exhaust gas discharge line;
wherein the channels are separated from each other by walls and arranged relative to each other in a pattern of a predetermined order such that heat transfer from the exhaust channels to the oxidant channels takes place.

Die Erfindung schafft also einen mündungsmischenden Ma trixbrenner, bei dem die Wärme des Abgases innerhalb des Brennerkopfes zur Luftvorwärmung genutzt wird, und zwar an einer Vielzahl von Wärmeübertragungsflächen, d. h. entspre chend intensiv. Der Brenner arbeitet dank der Energierekupe ration mit sehr hohem Wirkungsgrad. Dabei eignet er sich für sämtliche Temperaturbereiche, insbesondere auch für Hochtem peraturprozesse. Ferner läßt sich ein sehr weiter Leistungs stellbereich realisieren.The invention thus creates a muzzle-mixing measure trix burner, in which the heat of the exhaust gas within the Burner head is used for air preheating, namely a variety of heat transfer surfaces, i.e. H. correspond intense. The burner works thanks to the energy recycle ration with very high efficiency. He is suitable for all temperature ranges, especially for high temperatures temperature processes. Furthermore, a very wide performance can be achieved realize the adjustment range.

Im übrigen bleiben sämtliche mit Flächenbrennern verbun denen Vorteile erhalten. Dies gilt vor allem auch für die geringe Höhe der Feuerräume. In diesem Zusammenhang wirkt es sich ganz besonders günstig aus, daß das Abgas verteilt über der Fläche des Brennerkopfes abgesaugt wird. Es treten also keine Querströmungen auf, deren negativer Einfluß auf die Verbrennung sich insbesondere bei niedrigen Ofenräumen aus wirken würde.Otherwise, all remain connected to surface burners who get benefits. This is especially true for the low height of the fireboxes. In this context it works is particularly favorable from the fact that the exhaust gas is distributed over the surface of the burner head is extracted. So it occurs no cross currents whose negative influence on the Combustion is particularly noticeable in low furnace rooms would work.

Der Flächenbrenner dient insbesondere zum Verbrennen von gas- oder dampfförmigen Brennstoffen, vor allen Dingen zum Verbrennen von Brenngasen. Als Oxidationsmittel kommt vor allen Dingen ein Sauerstoffträgergas, insbesondere Luft in frage. Dabei kann es sich auch um mit Sauerstoff angerei cherte oder mit Abgas verdünnte Luft handeln. Reiner Sauer stoff ist gleichermaßen denkbar.The surface burner is used in particular to burn gaseous or vaporous fuels, especially for Burning fuel gases. Occurs as an oxidizing agent all things an oxygen carrier gas, especially air in question. It can also be enriched with oxygen air or diluted with exhaust gas. Reiner Sauer fabric is equally conceivable.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Kanäle quer zur Strömungsrichtung einen langgestreckten Querschnitt haben, im wesentlichen parallel zueinander ver laufen und parallele schlitzförmige Mündungen bzw. Einlässe aufweisen. Die dem Ofenraum zugekehrte Fläche des Brenner kopfes wird also von einer Mehrzahl nebeneinanderliegender schlitzförmiger Mündungen bzw. Einlässe definiert, wobei die Schlitze auch wellenförmig oder bogenförmig verlaufen kön nen. Das vorgegebene Muster wird dabei so gewählt, daß sich eine wiederkehrende Reihenfolge der Kanäle ergibt.In a development of the invention it is proposed that the channels transverse to the direction of flow an elongated Have cross-section ver substantially parallel to each other run and parallel slot-shaped mouths or inlets exhibit. The area of the burner facing the furnace The head is thus made up of a plurality lying side by side slot-shaped mouths or inlets defined, the Slots can also be wavy or arcuate nen. The predetermined pattern is chosen so that results in a recurring order of the channels.

Dabei bietet es sich an, die Matrix 50 aufzubauen, daß jedem Brennstoff-Kanal beidseitig je ein Oxidationsmittel- Kanal zugeordnet ist und daß zwischen benachbarten Oxidati onsmittel-Kanälen, also zwischen benachbarten Dreier-Grup pen, jeweils ein Abgas-Kanal liegt. Der Brenner arbeitet un ter diesen Umständen mit einstufiger Verbrennung.It is advisable to build the matrix 50 that each fuel channel is assigned an oxidizing agent channel on both sides and that between adjacent oxidizing agent channels, that is, between adjacent groups of three, there is one exhaust gas channel. Under these circumstances, the burner works with single-stage combustion.

Um eine zweistufige Verbrennung erzielen zu können, wird vorgeschlagen, zwei unabhängig voneinander steuerbare Sätze von Oxidationsmittel-Kanälen vorzusehen. Jedem Brennstoff- Kanal wird dann mindestens ein primärer und mindestens ein sekundärer Oxidationsmittel-Kanal zugeordnet.In order to achieve a two-stage combustion, proposed two independently controllable sets of oxidant channels. Any fuel Channel then becomes at least one primary and at least one assigned secondary oxidant channel.

Auch hier wird man vorzugsweise auf eine symmetrische Anordnung zurückgreifen. Dabei wird dann jeder Brennstoff- Kanal von primären Oxidationsmittel-Kanälen flankiert, an die sich nach außen hin je ein sekundärer Oxidationsmittel kanal anschließt. Zwischen benachbarten Fünfer-Gruppen be findet sich je ein Abgas-Kanal. Eine derartige Luftstufung eignet sich insbesondere für Hochtemperatur-Prozesse, da sie dazu beiträgt, die NO_x-Bildung zu vermindern. Zwar wird man in der Regel die erste Stufe unterstöchiometrisch und die zweite Stufe überstöchiometrisch betreiben, jedoch läßt sich bei Bedarf jeder beliebige Beheizungszustand (oxidierend, reduzierend, temperatursteigernd oder -vermindernd) einstel len.Here too, preference will be given to a symmetrical arrangement. Each fuel channel is then flanked by primary oxidant channels, to which a secondary oxidant channel connects to the outside. Between each group of five there is an exhaust gas duct. Such an air step is particularly suitable for high-temperature processes, since it helps to reduce NO _x formation. Although you will usually operate the first stage sub-stoichiometric and the second stage over-stoichiometric, however, any heating condition (oxidizing, reducing, temperature increasing or reducing) can be set if necessary.

Die Steuerung der beiden Sätze von Oxidationsmittel-Ka nälen kann vom Austrittsquerschnitt der Mündungen abhängen. Vorteilhafter ist es unter Umständen, jedem Satz eine geson derte Oxidationsmittel-Zuführungsleitung zuzuordnen. Dies bietet dann außerdem die Möglichkeit, bei niedrigen Tempera turen ausschließlich mit dem Primär-Satz zu arbeiten und bei hohen Temperaturen auf den Sekundär-Satz umzuschalten. Be liebige Zwischen-Abstufungen sind gleichermaßen möglich.The control of the two sets of oxidant Ka nellen can depend on the outlet cross section of the mouths. It may be more advantageous to separate each sentence other oxidant supply line to assign. This then also offers the possibility at low tempera to work exclusively with the primary sentence and at high temperatures to switch to the secondary set. Be arbitrary intermediate levels are equally possible.

Die Mündungen der Brennstoff-Kanäle können auf gleicher Höhe mit den Mündungen der benachbarten Oxidationsmittel-Ka näle liegen. Ein hohes Maß an Variabilität hingegen wird da durch erzielt, daß die Mündungen der Brennstoff-Kanäle ge genüber den Mündungen der beidseitig benachbarten Oxidati onsmittel-Kanäle in Strömungsrichtung vorspringen oder zu rückspringen.The mouths of the fuel channels can be the same Height with the mouths of the neighboring oxidizing agent Ka channels lie. A high degree of variability, however, is there achieved by that the mouths of the fuel channels ge compared to the mouths of the Oxidati, which are adjacent on both sides Onsmittel channels protrude or close in the direction of flow jump back.

Im erstgenannten Fall kommt es zu einer Verzögerung der einzigen oder der ersten Verbrennungsstufe. Bei relativ ge ringer Mischungsintensität wird die Mischung und Verbrennung in den Ofenraum hineinverlagert. Die Verbrennung läuft bei relativ niedrigen Temperaturen ab, was sich günstig auf die NO_x-Bildung auswirkt.In the former case, there is a delay in the single or the first combustion stage. If the mixing intensity is relatively low, the mixture and combustion are moved into the furnace chamber. The combustion takes place at relatively low temperatures, which has a favorable effect on the NO _x formation.

Im zweitgenannten Fall kommt es zu einer Teilvor mischung. Wird gleichzeitig der Austrittsquerschnitt der "Vormischkammer" vermindert, so läßt sich eine hohe Mi schungsintensität erzielen. Auch ergibt sich eine hohe Aus trittsgeschwindigkeit, vergleichbar der Arbeitsweise eines Hochgeschwindigkeitsbrenners. Eine hohe Wärmeübertragung ist die Folge. Außerdem läßt sich vermeiden, daß die Verbren nungsabgase abgesaugt werden, bevor sie die Wärme an das gut abgegeben haben.In the second case, there is a partial occurrence mixture. If the outlet cross section of the "Premixing chamber" reduced, so a high Mi achieve intensity. There is also a high off pedaling speed, comparable to how a High speed burner. A high heat transfer is the consequence. It can also be avoided that the scorching exhaust fumes are extracted before the heat to the well have submitted.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge schlagen, daß die Wände an den Mündungen der Brennstoff- und/oder der Oxidationsmittel-Kanäle derart abgewinkelt sind, daß die Mündungen mindestens abschnittweise düsenför mige Einschnürungen bilden. Die Mündungen können auch ab schnittweise geschlossen sein. Porös durchlässige Strukturen sind gleichermaßen möglich.In an essential further development of the invention, it is provided beat that the walls at the mouths of the fuel and / or the oxidant channels are angled in this way are that the orifices are nozzle-shaped at least in sections form constrictions. The mouths can also start be closed in sections. Porous, permeable structures are equally possible.

Eine Querschnittsverminderung an den Mündungen der Ka näle läßt eine bessere Verteilung des Brennstoffs und des Oxidationsmittels zu. Die Verbrennung kann über die Fläche verteilt oder - durch entsprechende Ausrichtung der Düsen - auf eine punktgenaue Erwärmung konzentriert werden. Alterna tiv läßt sich dies auch durch zusätzliche Einbauten erzie len. Im übrigen werden durch die Wahl der Austrittsquer schnitte die Flammenlänge, die Flammenstabilität und der Re gelbereich beeinflußt.A reduction in cross-section at the mouths of the Ka channels allows a better distribution of fuel and Oxidizing agent too. The combustion can take place over the area distributed or - by appropriate alignment of the nozzles - be focused on precise heating. Alterna tiv this can also be achieved through additional installations len. Otherwise, by choosing the exit cross cut the flame length, flame stability and re affected gel area.

Wie erwähnt, sorgt ein hoher Gasimpuls dafür, daß keine Abgas-Kurzschlußströmung auftritt, d. h. daß eine Abgas-Rück strömung erst nach der Wärmeabgabe möglich ist. Auch wird die Abgasrezirkulation unterstützt, was zur NO_x-Minderung beiträgt.As mentioned, a high gas pulse ensures that no exhaust gas short-circuit flow occurs, that is, that an exhaust gas backflow is only possible after the heat has been given off. Exhaust gas recirculation is also supported, which contributes to NO _x reduction.

In dieser Richtung wirkt sich auch ein hoher Luftimpuls positiv aus. Das rezirkulierende Abgas bewirkt eine Inerti sierung der Luft, wodurch auch eine flammenlose Oxidation mit extrem niedriger NO_x-Bildung möglich wird. Auch fördert ein hoher Luftimpuls eine homogene Durchmischung von Brenn stoff und Oxidationsmittel. Diese Gesichtspunkte sind insbe sondere bei Hochtemperaturprozessen von Bedeutung.A high air pulse also has a positive effect in this direction. The recirculating exhaust gas causes the air to become inert, which also enables flameless oxidation with extremely low NO _x formation. A high air pulse also promotes homogeneous mixing of fuel and oxidizing agent. These aspects are particularly important in high-temperature processes.

Werden geschlossene Abschnitte bzw. düsenförmige Ein schnürungen über der Länge der schlitzförmigen Mündungen verteilt, so bietet dies die Möglichkeit einer besonders sensiblen Steuerung und gezielten Einstellung der Stoff ströme. Es entstehen Flammen unterschiedlicher Intensität bzw. Einzelflammen, die die vorstehend herausgestellten Vor teile weiter fördern, nämlich die ggf. gleichmäßige Energie verteilung über der Fläche, die Flammenkühlung durch Abgas rezirkulation und Luftdurchmischung sowie die Vermeidung von Kurzschlußströmungen.Are closed sections or nozzle-shaped on laces along the length of the slot-shaped mouths distributed, so this offers the possibility of a special sensitive control and targeted adjustment of the fabric currents. Flames of different intensities are created or single flames that the above highlighted before Further promote parts, namely the possibly even energy distribution over the surface, flame cooling by exhaust gas recirculation and air mixing as well as the avoidance of Short circuit currents.

Beim Betrieb des Flächenbrenners kann, wie erwähnt, im Ofenraum eine oxidierende oder reduzierende Atmosphäre (überstöchiometrische bzw. unterstöchiometrische Verbren nung) eingestellt werden. Normalerweise ist die eingestellte Stöchiometrie bei jeder Einzelflamme in etwa gleich, so daß sich eine gleichmäßige Verteilung des Verbrennungszustandes über der Fläche ergibt. Allerdings kann es bei bestimmten wärmetechnischen Prozessen von Vorteil sein, unterschiedliche Verbrennungszustände über der Fläche einzustellen, zum Beispiel unterstöchiometrisch (reduzierend) in einem ersten Bereich und überstöchiometrisch (oxidierend) einem zweiten Bereich. Ist zum Beispiel bei einer zweistufigen Verbrennung die erste Stufe unterstöchiometrisch eingestellt, so erfolgt die Einstellung des Verbrennungszustandes über der Fläche durch unterschiedliches Öffnen oder Schließen der Sekundär luftöffnungen. Gleiches ist auch bei einer einstufigen Ver brennung möglich. Die Erfindung umfaßt auch die unter Um ständen bevorzugte Möglichkeit, unterschiedliche Flächen brennermodule vorzusehen und beliebig miteinander zu kombi nieren.When operating the surface burner, as mentioned, in Furnace an oxidizing or reducing atmosphere (overstoichiometric or understoichiometric consumption voltage) can be set. Usually the is set Stoichiometry approximately the same for each individual flame, so that there is an even distribution of the combustion state over the surface. However, there may be some thermal processes can be advantageous, different combustion conditions over the surface set, for example sub-stoichiometric (reducing) in a first area and overstoichiometric (oxidizing) a second area. For example, in a two-stage combustion the first stage is set sub-stoichiometrically, so the Adjustment of the combustion state over the surface by different opening or closing of the secondary air vents. The same is true for a one-step Ver burning possible. The invention also includes the order would be preferred option, different areas to provide burner modules and to combine them as desired kidneys.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die düsen förmigen Einschnürungen und/oder die geschlossenen Abschnit te der Mündungen benachbarter Kanäle in einem schachbrettar tigen Muster anzuordnen.It has proven advantageous to use the nozzles shaped constrictions and / or the closed section te of the mouths of adjacent channels in a chessboard arrange patterns.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß die Wände der Kanäle von im wesentlichen ebenen und/oder quer zur Strömungsrichtung gewellten oder bogenförmigen Lamellen gebildet werden, die paketförmig mit einander verbunden sind. Der Flächenbrenner läßt sich also modulartig aufbauen, wobei die Lamellen gegeneinander abge dichtet sowie formschlüssig zusammengesteckt oder elastisch miteinander verspannt sein können. Im letztgenannte Fall lassen sich thermische Dehnungen kompensieren.In a further development of the invention suggested that the walls of the channels of essentially flat and / or corrugated transverse to the flow direction or arcuate lamellae are formed, which form a packet with are connected. The surface burner can therefore be set up in a modular manner, with the slats facing each other seals as well as form-fitted or elastic can be tense with each other. In the latter case thermal expansions can be compensated.

Einzelne Lamellen können die Trennwände zwischen benach barten Kanälen bilden. Vorteilhafter kann es sein, minde stens einige der Kanäle aus einem gesonderten Paar von La mellen herzustellen. Es werden dann nicht mehr einzelne La mellen modulartig zusammengebaut, sondern komplette Kanäle oder Kanalsätze, wobei letztere ihrerseits wieder modulartig miteinander kombiniert werden können.Individual slats can separate the partitions between neighboring form beard channels. It can be more advantageous least some of the channels from a separate pair of La to produce mellen. Then there will no longer be individual La mellen assembled modular, but complete channels or channel sets, the latter in turn modular can be combined with each other.

Dabei wird vorgeschlagen, daß mindestens einige der ein ander benachbarten Kanäle durch vorzugsweise wärmedämmende Zwischenstücke im Abstand zueinander gehalten werden. Dies bietet eine besonders einfache Möglichkeit, die Intensität der Vermischung und Verbrennung einzustellen, die Verteilung der Wärmequellen über der Fläche vorzunehmen und die Kanäle ggf. thermisch gegeneinander zu isolieren.It is suggested that at least some of the one other adjacent channels by preferably thermal insulation Intermediate pieces are kept at a distance from each other. This provides a particularly easy way to control the intensity the mixing and combustion cease, the distribution the heat sources above the surface and the channels if necessary, thermally insulate against each other.

Aus Gründen einer einfachen Fertigung bietet es sich an, die Lamellen aus warmfesten Blech herzustellen. Nach Aus stanzen der Lamellen können die Mündungen der Kanäle dann durch einfaches Abkanten ausgeformt werden. Für Hoch temperaturprozesse hingegen - und hierfür eignet sich der Brennerkopf nach der Erfindung besonders gut - ist es vor teilhafter, die Lamellen und vorzugsweise auch die Zwischen stücke aus keramischem Material herzustellen. Auch hier be reitet die Formgebung im Bereich der Mündungen der Kanäle keine wesentlichen Schwierigkeiten.For reasons of simple production, it is advisable to produce the fins from heat-resistant sheet metal. After Aus Then punch the lamellae into the mouths of the channels can be formed by simply folding. For high temperature processes, however - and the is suitable for this Burner head according to the invention is particularly good - it is before more partial, the slats and preferably also the intermediate to manufacture pieces from ceramic material. Here too rides the shape in the area of the mouths of the channels no major difficulties.

Der Flächenbrenner eignet sich zur Beheizung nicht nur ebener, sondern auch beliebig geformter Flächen. Dabei ist es vorteilhaft, die Mündungen und Einlässe der Kanäle eine Fläche definieren zu lassen, die einer zu beheizenden Fläche mindestens angepaßt ist, vorzugsweise letzterer entspricht. Der Flächenbrenner kann also im Extremfall den Umfang einer Beheizungskammer begrenzen. Er ist dann vorteilhafterweise aus gegeneinander bewegbaren Segmenten zusammengesetzt.The surface burner is not only suitable for heating flat, but also arbitrarily shaped surfaces. It is it is advantageous to have the mouths and inlets of the channels Let area define that of a surface to be heated is at least adapted, preferably corresponds to the latter. In extreme cases, the surface burner can be the size of a Limit the heating chamber. It is then advantageous composed of mutually movable segments.

Ferner eignet sich der Flächenbrenner nicht nur zur di rekten, sondern auch zur indirekten Beheizung einer Ofenkam iner, wobei er hierzu ein den Mündungen und Einlässen der Ka näle vorgelagertes Trennelement aufweist. Dieses Trennele ment definiert zusammen mit dem Brennerkopf einen extrem flachen Verbrennungsraum und wirkt als Strahlelement auf die eigentliche Ofenkammer ein.Furthermore, the surface burner is not only suitable for di rect, but also for indirect heating of an oven iner, whereby he the mouths and inlets of the Ka channels upstream separating element. This separation ment, together with the burner head, defines an extreme flat combustion chamber and acts as a jet element on the actual furnace chamber.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden sche matischen Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:The invention is based on preferred Aus management examples in connection with the enclosed Sche matical drawing explained in more detail. The drawing shows in:

Fig. 1 bis 3 einen Flächenbrenner in unterschiedli chen Schnittansichten; Fig. 1 to 3, a surface burner in differing Chen sectional views;

Fig. 4 bis 7 unterschiedliche Lamellenanordnungen; Fig. 4 to 7 different slat assemblies;

Fig. 8 bis 10 unterschiedliche Düsengestaltungen; Fig. 8 to 10 different nozzle configurations;

Fig. 11 bis 13 unterschiedliche Anwendungsformen; Fig. 11 to 13 different forms of application;

Fig. 14 bis 16 unterschiedliche Lamellenformen. Figs. 14 to 16 different slats forms.

In den Figuren kennzeichnen die Buchstaben A, B und O stets Abgas-, Brennstoff- bzw. Oxidationsmittel-Kanäle. Als Brennstoff wird im vorliegenden Fall Brenngas, nämlich Erd gas eingesetzt und als Oxidationsmittel Luft.In the figures, letters A, B and O indicate always exhaust, fuel and oxidant channels. As In the present case, fuel becomes fuel gas, namely earth gas and air as an oxidant.

Fig. 1 zeigt einen Flächenbrenner 1 in geschnittener Seitenansicht. Jeder Kanal B wird von zwei Kanälen O flan kiert. An diese schließt sich jeweils ein Kanal A an. Die Kanäle werden von Lamellen 2 gebildet, die sich parallel zu einander senkrecht zur Zeichenebene erstrecken und parallele schlitzförmige Einlässe (für die Kanäle A) sowie parallele schlitzförmige Mündungen (für die Kanäle B und O) bilden. An den Mündungen sind die Lamellen 2 düsenförmig abgewinkelt. Fig. 1 shows a surface burner 1 in a sectional side view. Each channel B is flanked by two channels O. A channel A connects to each of these. The channels are formed by lamellae 2 , which extend parallel to one another perpendicular to the plane of the drawing and form parallel slot-shaped inlets (for channels A) and parallel slot-shaped mouths (for channels B and O). At the mouths, the fins 2 are angled in a nozzle shape.

Die Kanäle bilden also eine Matrix bzw. ein Muster vor gegebener Ordnung, wobei jeder Kanal A von zwei Kanälen O flankiert wird. Das Abgas strömt im Gegenstrom zur Luft und heizt diese auf.The channels thus form a matrix or a pattern given order, each channel A being made up of two channels O is flanked. The exhaust gas flows in counterflow to the air and heats them up.

Aus Fig. 2, die einen geschnittenen Grundriß des Flä chenbrenners 1 darstellt, ergibt sich, daß sämtliche Kanäle O an eine Zuführungsleitung 3 und sämtliche Kanäle B an eine Zuführungsleitung 4 angeschlossen sind.From Fig. 2, which shows a sectional plan of the surface burner 1 , it follows that all channels O are connected to a feed line 3 and all channels B to a feed line 4 .

Für die Kanäle A ist eine Abführungsleitung 5 vorgese hen, die auf der Oberseite des Flächenbrenners 1 verläuft und in Fig. 3 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.For the channels A, a discharge line 5 is hen hen, which runs on the top of the surface burner 1 and is shown in Fig. 3. FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 2.

Die Kanalfolge nach Fig. 4 entspricht der nach Fig. 1. Allerdings werden hier die Kanäle im Abstand zueinander ge halten, und zwar von Zwischenstücken 6, die dazu dienen, die Energieverteilung über der Fläche einzustellen. Die Zwi schenstücke 6 bestehen, ebenso wie die Lamellen 2, aus kera mischem Material. Rechterhand ist ein keramischer Abstands halter 6' dargestellt, der benachbarte Lamellensätze vonein ander trennt. Die Zwischenstücke und Abstandshalter wirken ferner wärmedämmend, so daß z. B. eine Erwärmung des Brennga ses begrenzt werden kann.The channel sequence according to FIG. 4 corresponds to that of FIG. 1. However, here the channels are kept at a distance from one another, specifically by intermediate pieces 6 , which serve to adjust the energy distribution over the surface. The inter mediate pieces 6 , like the slats 2 , are made of ceramic material. A ceramic spacer 6 'is shown on the right, which separates adjacent sets of fins from one another. The spacers and spacers also have a thermal insulation, so that, for. B. heating of the Brennga ses can be limited.

Die Kanalfolge nach den Fig. 5 und 6 entspricht eben falls der nach Fig. 1. Aus Fig. 5 ergibt sich, daß die Mün dung des Kanals B gegenüber den Mündungen der beidseitig be nachbarten Kanäle O zurückspringt. Es kommt hier zu einer Teilvormischung von Brenngas und Luft. Nach Fig. 6 springt die Mündung des Kanals B gegenüber den Mündungen der Kanäle O vor. Der Mischvorgang wird verzögert und in den Ofenraum verlegt.The channel sequence according to FIGS . 5 and 6 corresponds exactly to that of FIG. 1. From FIG. 5 it can be seen that the mouth of channel B jumps back towards the mouths of the adjacent channels O. There is a partial premixing of fuel gas and air here. According to FIG. 6, the mouth of channel B projects over the mouths of channels O. The mixing process is delayed and relocated to the furnace.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich um eine einstufige Verbrennung. Fig. 7 zeigt die An wendung der Erfindung auf eine zweistufige Verbrennung. Hier sind zwei Sätze von Oxidationsmittel-Kanälen vorgesehen, nämlich die Kanäle O1 und die Kanäle O2. Die Kanäle O1 flan kieren die Kanäle B und führen die Primärluft zu. Die Sekun därluft stammt aus den Kanälen O2, die benachbart zu den Ka nälen O1 angeordnet sind. Hier überträgt das Abgas seine Wärme lediglich auf die Sekundärluft. Eine Beeinflussung der Primärluft wird durch die wärmedämmenden Zwischenstücke 6 verhindert. Dies hat den Vorteil, daß nach Abschalten der Verbrennung die Kanäle O1 zum Zuführen eines Kühlmediums verwendet werden können, ohne durch die aufgeheizten Kanäle A beeinflußt zu werden.The embodiments described so far are single-stage combustion. Fig. 7 shows the application of the invention to a two-stage combustion. Two sets of oxidant channels are provided here, namely channels O1 and channels O2. The channels O1 flank the channels B and supply the primary air. The secondary air comes from the channels O2, which are arranged adjacent to the channels O1. Here the exhaust gas only transfers its heat to the secondary air. Influencing the primary air is prevented by the heat-insulating intermediate pieces 6 . This has the advantage that, after the combustion has been switched off, the channels O1 can be used to supply a cooling medium without being influenced by the heated channels A.

Nach Fig. 8 sind die Kanäle B und O abschnittweise dü senförmig eingeschnürt und abschnittweise verschlossen. Es werden also Einzelflammen gebildet, die eine gewünschte, z. B. eine sehr gleichmäßige Energieverteilung über der Flä che oder eine punktgenaue Erwärmung ermöglichen und außerdem die Abgasrezirkulation fördern. In Fig. 8 ist die Anordnung so getroffen, daß jeder Düsenauslaß des Kanals B von zwei Düsenauslässen der Kanäle O flankiert wird. Die geschlosse nen bzw. geöffneten Bereiche der Kanalmündungen können un terschiedlich groß sein.According to FIG. 8, the channels B and O are constricted in sections and closed in sections. So single flames are formed that a desired, for. B. enable a very uniform energy distribution over the surface or precise heating and also promote exhaust gas recirculation. In Fig. 8 the arrangement is such that each nozzle outlet of channel B is flanked by two nozzle outlets of channels O. The closed or open areas of the channel mouths can be of different sizes.

Nach Fig. 9 hingegen sind die Düsenauslässe der Kanäle B und O schachbrettartig gegeneinander versetzt. Dies gilt auch für die jeweils anschließenden Module, wobei in diesem Ausführungsbeispiel von Modul zu Modul ebenfalls eine Ver setzung stattfindet.According to Fig. 9, however, the nozzle outlets of the channels B and O are checkerboard pattern offset from each other. This also applies to the subsequent modules, whereby in this exemplary embodiment there is also a shift from module to module.

Bei den Mustern nach den Fig. 8 und 9 handelt es sich um eine einstufige Verbrennung, während Fig. 10 ein Muster für eine zweistufige Verbrennung darstellt. Auch hier sind die Düsenöffnungen schachbrettartig gegeneinander versetzt.The patterns according to FIGS. 8 and 9 are single-stage combustion, while FIG. 10 shows a pattern for two-stage combustion. Here, too, the nozzle openings are offset from each other like a checkerboard.

Sofern der Brennerkopf zur Beheizung einer ebenen Fläche eingesetzt wird, liegen die Düsenöffnungen, wie sie bei spielsweise in den Fig. 8 bis 10 dargestellt sind, im we sentlichen in einer Ebene. Abweichend davon läßt sich der Brennerkopf an beliebig geformte Flächen anpassen.If the burner head is used to heat a flat surface, the nozzle openings, as shown for example in FIGS . 8 to 10, are essentially in one plane. In deviation from this, the burner head can be adapted to any shape of surface.

Ein entsprechendes Beispiel ist in Fig. 11 dargestellt, wobei die Pfeile die Zuführungsleitungen J und 4 sowie die Abführungsleitung 5 andeuten. Der Flächenbrenner 1 dient zur Beheizung eines Halbbolzens 7.A corresponding example is shown in FIG. 11, the arrows indicating the feed lines J and 4 and the discharge line 5 . The surface burner 1 is used to heat a half pin 7 .

Fig. 12 zeigt eine Anordnung, mit der ein Bolzen 8 be heizt werden kann. Dabei besteht der Flächenbrenner 1 aus einer Mehrzahl von Segmenten, im vorliegenden Fall aus vier Segmenten, von denen mindestens zwei gesondert bewegbar sind. Die Zuführungsleitungen können, anders als dargestellt, auch eine Beschickung im Gegenstrom zu den Abführungsleitungen 5 durchführen. Fig. 12 shows an arrangement with which a bolt 8 can be heated. The surface burner 1 consists of a plurality of segments, in the present case four segments, of which at least two can be moved separately. In contrast to the illustration, the feed lines can also be fed in countercurrent to the discharge lines 5 .

Nach den Fig. 11 und 12 dient der Flächenbrenner 1 zur direkten Beheizung des Wärmeguts. Einsetzbar ist er jedoch auch für eine indirekte Beheizung, siehe Fig. 13. Gezeigt ist dort ein Ofen 9, in dessen oberem Bereich der Flächenbrenner 1 angeordnet ist. Unterhalb des Flächenbrenners 1 befindet sich ein Trennelement 10 welches die Abgase vom eigentlichen Ofenraum fernhält. Der Ofenraum nimmt ein schematisch angedeutetes Werkstück 11 auf.According to FIGS. 11 and 12 of the surface burner 1 is used for direct heating of the Wärmeguts. However, it can also be used for indirect heating, see FIG. 13. A furnace 9 is shown there, in whose upper area the surface burner 1 is arranged. Below the surface burner 1 there is a separating element 10 which keeps the exhaust gases away from the actual furnace space. The furnace space receives a schematically indicated workpiece 11 .

Die Fig. 14 bis 16 zeigen unterschiedliche Formen der Lamellen 2, und zwar jeweils gesehen im Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung. Demnach können die Lamellen eben (Fig. 14), bogenförmig (Fig. 15) oder wellenförmig (Fig. 16) ausgebildet sein. Andere Konfigurationen sind gleichermaßen möglich. Figs. 14 to 16 show different forms of the slats 2, seen respectively in section perpendicular to the flow direction. Accordingly, the lamellae can be flat ( Fig. 14), arc-shaped ( Fig. 15) or undulating ( Fig. 16). Other configurations are equally possible.

Im Rahmen der Erfindung sind vielfältige Abwandlungsmög lichkeiten gegeben. So können, wie bereits in Fig. 4 ange deutet, die Zwischenstücke von unterschiedlicher Breite sein. Auch sind Kombinationen aus Lamellenanordnungen nach den Fig. 5 und 6 möglich. Die Kanäle O1 und O2 nach Fig. 7 können an eine gemeinsame Zuführungsleitung angeschlossen sein. Die Verteilung der Luftstufung erfolgt dann über eine entsprechende Düsengestaltung. Vorteilhafter hingegeben ist es, für die Kanäle O1 und O2 gesonderte Zuführungsleitungen vorzusehen. Die Luftstufung kann dann während des Betriebes variiert werden, und zwar bis zur vollständigen Abschaltung der Primär- oder der Sekundärluft.Within the scope of the invention, a wide variety of possibilities are given. So, as already indicated in Fig. 4, the intermediate pieces can be of different widths. Combinations of lamella arrangements according to FIGS. 5 and 6 are also possible. The channels O1 and O2 according to FIG. 7 can be connected to a common supply line. The air gradation is then distributed via an appropriate nozzle design. It is more advantageous to provide separate feed lines for the channels O1 and O2. The air level can then be varied during operation until the primary or secondary air is completely switched off.

Nach Fig. 7 sind die Kanäle O1 und O2 durch die Zwi schenstücke 6 voneinander getrennt. Diese Zwischenstücke können auch durch weitere Abgas-Kanäle A ersetzt werden. Dies führt dazu, daß die Sekundärluft beidseitig mit Abgas wärme und die Primärluft immerhin noch einseitig mit Abgas wärme beaufschlagt wird. Es bedarf keiner Erwähnung, daß auch in Fig. 7 das Lamellenmuster nach Fig. 5 und/oder Fig. 6 Anwendung finden kann.According to FIG. 7, the channels O1 and O2 rule pieces by Zvi 6 separated from each other. These intermediate pieces can also be replaced by further exhaust gas channels A. This leads to the fact that the secondary air is heated on both sides with exhaust gas and the primary air is still subjected to exhaust gas heat on one side. There is no need to mention that the lamella pattern according to FIG. 5 and / or FIG. 6 can also be used in FIG. 7.

Nach Fig. 10 sind die Düsen des Kanals B gegen die Düsen der Kanäle O1 und diese wiederum gegen die Düsen der Kanäle O2 versetzt. Eine Umkehr der Versetzung ist ohne weiteres möglich, wobei dann die Primärluft beidseitig direkt neben dem Brenngas austritt. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Düsen der Primärluft und der Sekundärluft nebeneinander zu legen.According to FIG. 10, the nozzles of the channel B to the nozzles of the channels O1 and this in turn offset relative to the nozzles of the channels O2. A reversal of the displacement is readily possible, the primary air then escaping on both sides directly next to the fuel gas. It is also possible to place the primary air and secondary air nozzles next to each other.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 8 bis 10 bildet eine einzige Lamelle die Wandung zwischen benachbar ten Kanälen. Abweichend davon kann die Anordnung auch so ge troffen werden, daß jeder Kanal von zwei separaten Lamellen begrenzt wird. Die kompletten Kanäle, oder die Lamellenpaare, können dann modulartig zusammengefügt werden. In the exemplary embodiments according to FIGS. 8 to 10, a single lamella forms the wall between adjacent channels. Deviating from this, the arrangement can also be made so that each channel is delimited by two separate slats. The complete channels, or the pairs of lamellae, can then be assembled in modules.

In jedem Fall wird man die Lamellen formschlüssig zusam menstecken, beispielsweise auf Bolzen aufstecken, und/oder elastisch gegeneinander verspannen, beispielsweise unter Einsatz metallischer oder keramischer Tellerfedern. Dabei werden die Lamellen und ggf. die Lamellenpaare durch Form schluß und/oder durch entsprechendes Dichtungsmaterial ge geneinander abgedichtet. Auch gehört zum Flächenbrenner ein Gehäuse, welches die Lamellen aufnimmt und vorzugsweise ebenfalls aus keramischem Material besteht.In any case, the slats will form-fit together put on the menu, for example on a bolt, and / or elastic against each other, for example under Use of metallic or ceramic disc springs. Here the slats and, if necessary, the slat pairs by form conclusion and / or by appropriate sealing material ge sealed against each other. Also belongs to the surface burner Housing, which receives the slats and preferably also consists of ceramic material.

Claims

1. surface burner, especially for heating a furnace chamber with
a plurality of fuel channels (B) which are connected to at least one fuel supply line ( 4 ),
a plurality of oxidant channels (O) which are connected to at least one oxidant supply line ( 3 ), and
a plurality of exhaust gas channels (A) which are connected to at least one exhaust gas discharge line ( 5 );
wherein the channels (B, O, A) separated from each other by walls and are arranged relative to each other in a pattern of a predetermined order such that heat transfer from the exhaust gas channels to the oxidant channels (O) takes place.

2. Surface burner according to claim 1, characterized net that the channels (B, O, A) ei transverse to the direction of flow have an elongated cross-section, essentially par allel to each other and parallel slit-shaped coin have openings or inlets.

3. surface burner according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that two independently controllable Sets of oxidant channels (O1; O2) are provided.

4. Surface burner according to one of claims 1 to 3, there characterized in that the mouths of the fuel channel le (B) opposite the mouths of the two neighboring ones Project oxidant channels (O) in the direction of flow or jump back.

5. Surface burner according to one of claims 1 to 4, there characterized in that the walls at the mouths of the Fuel and / or the oxidant channels (B, O) the Art that are angled at least from the mouths form nozzle-like constrictions in sections.

6. Surface burner according to one of claims 1 to 5, there characterized in that the walls at the mouths of the Fuel and / or the oxidant channels (B, O) the Art are angled that the mouths ge sections are closed.

7. surface burner according to claim 5 or 6, characterized ge indicates that the nozzle-shaped constrictions and / or the closed sections of the mouths of neighboring Ka channels (B, O) form a checkerboard pattern.

8. Surface burner according to one of claims 1 to 7, characterized in that the walls of the channels (B, O, A) are formed by substantially flat lamellae ( 2 ) which are connected to one another in a ketate shape.

9. surface burner according to claim 8, characterized in that the lamellae ( 2 ) sealed against each other and positively plugged together or are elastically clamped together.

10. Surface burner according to claim 8 or 9, characterized in that at least some of the channels (B, O, A) are formed by a separate pair of lamellae ( 2 ), where the pairs of lamellae are connected to one another in a modular manner.

11. Surface burner according to claim 10, characterized in that at least some of the adjacent channels (B, O, A) by preferably heat-insulating intermediate pieces ( 6 ) are kept at a distance from each other.

12. Surface burner according to one of claims 8 to 11, characterized in that the fins ( 2 ) and preferably also the intermediate pieces ( 6 ) consist of ceramic material.

13. surface burner according to one of claims 1 to 12, characterized in that the mouths and inlets of the Channels (B, O, A) define an area that one is to be zenden area is at least adapted, preferably last rer corresponds.

14. Surface burner according to claim 13, characterized records that it consists of segments that can be moved against each other is composed.

15. Surface burner according to one of claims 1 to 14, characterized by a separating element ( 10 ) upstream of the mouths and inlets of the channels (B, O, A).