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Die Erfindung bezieht sich auf einen Toroidbrenner für gasförmige Brennstoffe, bei welchem als Sauerstoffträger Luft, Sauerstoff oder beide in beliebigem Mischungsverhältnis Verwendung findet. Ein solcher Brenner kann beispielsweise bei Wärmebehandlungsöfen, bei Öfen für die Erwärmung von Werkstoffen, die darauffolgend einer Warmverformung unterzogen werden, bei Warmwasser und Dampfkesseln sowie bei Trocknungs- und Erwärmungsöfen für keramische Materialien verwendet werden.
Es sind Toroidbrenner mit kurzer leuchtender Flamme bekannt, die einen keramischen Teil aufweisen, in welchem eine kegel- oder zylinderförmige Verbrennungskammer eingearbeitet ist, deren eines Ende abgeschlossen und deren anderes Ende offen ist, wobei der keramische Teil mit einem Axialkanal ausgebildet ist, in dem ein zylindrischer, rohrartiger Stabilisator eingebaut ist, so dass zwischen diesem und dem keramischen Teil ein Ringraum vorliegt ; der zylindrische, rohrartige Stabilisator besitzt eine mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehende Axialöffnung sowie mehrere mit dem Ringraum in Verbindung stehende Radialöffnungen.
Hiedurch bildet sich bei Zufuhr von gasförmigem, hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung auch Kohlenstoff enthaltendem Brennstoff zum zylindrischen, rohrartigen Stabilisator und eines Sauerstoffträgers zu dem den zylindrischen, rohrartigen Stabilisator umgebenden Ringraum im Inneren der Verbrennungskammer ein Zentralstrahl mit gasförmigem Brennstoff aus, der zunächst durch eine torusförmige Wirbelströmung von einem Aussenringstrahl getrennt ist und erst nach seiner thermischen Spaltung (Kracken) dann mit dem Aussenringstrahl zusammenwirkt. Eine zweite torusförmige Wirbelströmung umgibt den Aussenringstrahl.
Diese Toroidbrenner haben aber den Nachteil, dass infolge der radialen Anordnung der Öffnungen, durch welche der Brennstoff in den vom Sauerstoffträger durchströmten Ringraum übertritt, die kinetische Strömungsenergie der radialen Brennstoffstrahlen die Strömungsenergie des Ringstrahles nicht unterstützt, sondern im Gegenteil die radialen Strahlen den Ringstrahl abbremsen, da sie auf letzteren unter einem rechten Winkel auftreffen. Dies führt zu einer sehr schnellen Mischung des Brennstoffes mit dem Sauerstoffträger und einer schnellen Verbrennung des Brennstoffes im Ringstrahl, wodurch eine kurze Flamme entsteht, die den keramischen Teil des Brenners, die Ofenmauerung und den zu erwärmenden Werkstoff örtlich in unzulässig hohem Masse beansprucht.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Toroidbrenner zu beseitigen, und einen Toroidbrenner mit einer langen Flamme hoher Helligkeit zu schaffen. Bei einem Toroidbrenner für gasförmige Brennstoffe mit einem eine kegelstumpfförmige Verbrennungskammer und einen zylindrischen Axialkanal aufweisenden keramischen Teil sowie einem im Axialkanal angeordneten zylindrischen, rohrförmigen Stabilisator, der mit einer mit der Verbrennungskammer in Verbindung stehenden Axialöffnung sowie mit mehreren mit dem zwischen zylindrischem Stabilisator und keramischem Teil vorliegenden Ringraum in Verbindung stehenden peripheren Öffnungen ausgebildet ist, wird dies gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass die peripheren Öffnungen des zylindrischen,
rohrartigen Stabilisators zur Längsachse des Brenners geneigt sind und mit dieser einen Winkel zwischen 45 und 90 einschliessen, und dass der Durchmesser des Axialkanals des keramischen Teiles gleich dem kleinsten Durchmesser der Verbrennungskammer ist, so dass durch Speisung des Stabilisators mit einem gasförmigen Brennstoff, in dessen chemischer Zusammensetzung auch Kohlenstoff enthalten ist, und durch Speisung des den zylindrischen rohrartigen Stabilisator umgebenden Ringraumes mit einem entsprechenden Sauerstoffträger im Inneren der Verbrennungskammer ein Zentralstrahl aus gasförmigem Brennstoff entsteht, der von einem nur teilweise in der Verbrennungskammer brennenden, aussen über die Länge der Verbrennungskammer durch deren Innenwand begrenzten Ringstrahl umgeben ist, mit dem er sich erst ausserhalb der Verbrennungskammer mischt,
wobei sich zwischen den beiden Strahlen eine torusförmige Wirbelströmung ausbildet.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Diese zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Brenners im Axialschnitt.
Mit ist ein Keramikteil bezeichnet, der eine kegelstumpfförmige Verbrennungskammer--a-umschliesst, deren eines Ende nach aussen offen und deren anderes Ende abgeschlossen ist. Der Keramikteil - l-weist einen zylindrischen Axialkanal-b-auf, in welchem ein zylindrischer rohrartiger Stabilisator - so angeordnet ist, dass zwischen Stabilisator--2--und Keramikteil--1--ein Ringraum--c-- frei bleibt. Der zylindrische, rohrartige Stabilisator --2-- ist mit einer Axialöffnung--d-ausgebildet, über welche er mit der Verbrennungskammer-a-in Verbindung steht.
Ferner weist der Stabilisator mehrere periphere, zur Längsachse des Brenners geneigte Öffnungen-e--auf. Der Neigungswinkel welchen die Achsen dieser Öffnungen--e-mit der Längsachse des Brenners einschliessen, liegt in einem Bereich von 45 bis 900. Über diese peripheren Öffnungen--e--ist der Stabilisator mit dem Ringraum-c--verbunden.
Durch Speisung des zylindrischen rohrartigen Stabilisators --2-- mit einem gasförmigen Brennstoff, der in bezug auf seine chemische Zusammensetzung auch Kohlenstoff enthält sowie durch Speisung des den zylindrischen, rohrartigen Stabilisators --2-- umgebenden Ringraumes --c-- mit einem entsprechenden Sauerstoffträger, bildet sich im Inneren der Verbrennungskammer--a--ein Zentralstrahl--f--mit gasförmigem Brennstoff, der sich erst teilweise in der Verbrennungskammer-a-, teilweise jenseits derselben thermisch spaltet, bevor er sich mit dem nur zum Teil brennenden Ringstrahl-g--mischt. Die beiden Strahlen-f und g--sind voneinander durch eine torusförmige Wirbelströmung-h-getrennt.
In der Verbrennungskammer-a--ist der Ringstrahl-g-durch die Innenwandung derselben begrenzt, welche er,
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da er in der Verbrennungskammer--a-nur teilweise brennt, lediglich geringfügig erwärmt.
Der erfindungsgemässe Toroidbrenner für gasförmige Brennstoffe hat folgende Vorteile : er sichert unter Niederdruckbedingungen für Brennstoff und Sauerstoffträger die Erhöhung der Helligkeit der langen Flamme und ihren Schwärzebeiwert ; er intensiviert den Strahlungswärmeübergang in verhältnismässig grossen Arbeitsräumen von Erwärmungsöfen, Warmwasser- oder Dampfkesseln, erhöht den Wirkungsgrad des Aggregats und reduziert den Brennstoffverbrauch entsprechend ; er sichert eine vollkommene Verbrennung ; er vermeidet den frühzeitigen Verschleiss der Ofenteile, insbesondere der Verbrennungskammern der angrenzenden Zonen und führt dementsprechend zu einer längeren Standzeit des Ofens sowie zu einem geringeren spezifischen Verbrauch an feuerfesten Stoffen bei den erwärmten Erzeugnissen ;
er reduziert die durch Verbrennung bzw. Zerstörung der dem Erwärmungsprozess im Ofeninnenraum unterworfenen Materialien bedingten Verluste, insbesondere dadurch, dass der Brenner eine richtige Verbrennungsführung unabhängig von der Last, sowohl für Oxydations-, Reduktions- oder Neutralflammen erlaubt, und schliesslich beseitigt er die Unfaügefahren im Betrieb.
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The invention relates to a toroidal burner for gaseous fuels, in which air, oxygen or both are used in any mixing ratio as the oxygen carrier. Such a burner can be used, for example, in heat treatment ovens, in ovens for the heating of materials that are subsequently subjected to hot forming, in hot water and steam boilers, and in drying and heating ovens for ceramic materials.
There are toroidal burners with a short glowing flame are known which have a ceramic part in which a conical or cylindrical combustion chamber is incorporated, one end of which is closed and the other end is open, the ceramic part being formed with an axial channel in which a cylindrical, tubular stabilizer is installed, so that there is an annular space between this and the ceramic part; the cylindrical, tubular stabilizer has an axial opening communicating with the combustion chamber and a plurality of radial openings communicating with the annular space.
As a result, when gaseous fuel, which also contains carbon in terms of its chemical composition, is supplied to the cylindrical, tubular stabilizer and an oxygen carrier to the annular space surrounding the cylindrical, tubular stabilizer, a central jet with gaseous fuel is formed in the interior of the combustion chamber, which initially occurs through a toroidal vortex flow is separated from an outer ring jet and only after its thermal splitting (cracking) then interacts with the outer ring jet. A second toroidal vortex flow surrounds the outer ring jet.
However, these toroidal burners have the disadvantage that, due to the radial arrangement of the openings through which the fuel passes into the annular space through which the oxygen carrier flows, the kinetic flow energy of the radial fuel jets does not support the flow energy of the ring jet, but on the contrary, the radial jets slow the ring jet, since they meet the latter at a right angle. This leads to a very rapid mixture of the fuel with the oxygen carrier and a rapid combustion of the fuel in the ring jet, which creates a short flame that locally stresses the ceramic part of the burner, the furnace wall and the material to be heated to an unacceptably high degree.
The object of the invention is to eliminate these disadvantages of the known toroidal burners and to provide a toroidal burner with a long flame of high brightness. In a toroidal burner for gaseous fuels with a frustoconical combustion chamber and a cylindrical axial channel having ceramic part and a cylindrical, tubular stabilizer arranged in the axial channel, the one with the combustion chamber in connection with an axial opening and several with the between the cylindrical stabilizer and ceramic part Annular space communicating peripheral openings is formed, this is achieved according to the invention in that the peripheral openings of the cylindrical,
tubular stabilizer are inclined to the longitudinal axis of the burner and form an angle between 45 and 90 with this, and that the diameter of the axial channel of the ceramic part is equal to the smallest diameter of the combustion chamber, so that by feeding the stabilizer with a gaseous fuel, in its chemical Composition also contains carbon, and by feeding the annular space surrounding the cylindrical tubular stabilizer with a corresponding oxygen carrier inside the combustion chamber, a central jet of gaseous fuel is created, which is only partially burned in the combustion chamber, outside over the length of the combustion chamber through its inner wall limited ring jet is surrounded with which it only mixes outside the combustion chamber,
a toroidal vortex flow is formed between the two jets.
The invention is explained below with reference to the drawing, for example. This shows schematically an embodiment of the burner according to the invention in axial section.
With a ceramic part is referred to, which encloses a frustoconical combustion chamber - a -, one end of which is open to the outside and the other end is closed. The ceramic part - 1 - has a cylindrical axial channel - b - in which a cylindrical, tubular stabilizer - is arranged such that an annular space - c - remains free between the stabilizer - 2 - and the ceramic part - 1. The cylindrical, tubular stabilizer --2 - is designed with an axial opening - d - through which it is in communication with the combustion chamber-a.
Furthermore, the stabilizer has a plurality of peripheral openings -e-inclined to the longitudinal axis of the burner. The angle of inclination which the axes of these openings - e - include with the longitudinal axis of the burner, is in a range from 45 to 900. The stabilizer is connected to the annular space - c - via these peripheral openings - e.
By feeding the cylindrical tubular stabilizer --2-- with a gaseous fuel, which in terms of its chemical composition also contains carbon, and by feeding the annular space --c-- surrounding the cylindrical, tubular stabilizer --2-- with a corresponding one Oxygen carrier, forms inside the combustion chamber - a - a central jet - f - with gaseous fuel, which only partially thermally splits in the combustion chamber-a-, partially beyond it, before it merges with the partially burning one Ring beam-g - mixes. The two jets - f and g - are separated from each other by a toroidal vortex flow - h -.
In the combustion chamber - a - the ring jet - g - is limited by the inner wall of the same, which it,
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since it burns only partially in the combustion chamber, it is only slightly heated.
The toroidal burner according to the invention for gaseous fuels has the following advantages: it ensures the increase in the brightness of the long flame and its blackening factor under low pressure conditions for fuel and oxygen carriers; it intensifies the radiant heat transfer in relatively large working areas of heating ovens, hot water or steam boilers, increases the efficiency of the unit and reduces fuel consumption accordingly; it ensures a perfect burn; it avoids premature wear of the furnace parts, in particular the combustion chambers of the adjacent zones, and accordingly leads to a longer service life of the furnace and to a lower specific consumption of refractory materials in the heated products;
it reduces the losses caused by the combustion or destruction of the materials subjected to the heating process in the furnace interior, in particular because the burner allows correct combustion regardless of the load, both for oxidation, reduction or neutral flames, and finally it eliminates the risk of accidents Business.