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"Brenner für Industrieöfen"
Die Erfindung betrifft einen Breizn.er
für Industrieöfen uodgl., bei dem die Erzeugung eines brennfähigen Brenngas-Luft-Gemisches
und dessen nahezu vollständige Verbrennung im vorzugsweise zylindrischen Hohlraum
eines Brennersteins erfolgt, aus dem die verbrannten Gase durch einen verjüngten,
in der Achse des Hohlraums liegenden geradlinigen Kanal austreten und dem Brenngas
und Luft mit hohem Druck zugeführt werden, und zwar eines dieser Gase durch einen
in der gleichen Achse dem Austritt gegenüberliegenden Kanal. Ein derartiger Brenner
zeichnet sich dadurch aus, daß infolge des hohen, durch die innerhalb des Brennerhohlraums
stattfindende Verbrennung erzeugten Drucks die verbrannten Gase mit hoher Geschwindigkeit
aus dem Brenner in den Ofenraum übertreten. Infolge ihrer hohen Strömungsgeschwindigkeit
vermischen sich die ausgetretenen Gase sehr schnell und innig mit den im Ofenraum
vorhandenen nicht brennbaren Gasen, so daß sich eine über den gesamten Ofenraum
nahezu
gleichmäßige Temperatur ergibt, ohne daß von besonderen Mitteln
zum Umwälzen der Ofenatmosphäre Gebrauch gemacht werden muß. Dies ist von besonderem
Vorteil, weil in mit hohen Temperaturen (1100 bis 1350°C) betriebenen Öfen eine
Gasumwälzung ohnehin nur schwer zu erreichen ist, immer aber besonders hohen technischen
Aufwand erfordert und große Wärmeverluste mit sich bringt. Anderseits lassen sich
Brenner der genannten Art in Ofenräumen mit entsprechend kleinem Querschnitt zu
einer sehr schnellen Erwärmung von in Nähe der Brenneraustrittöffnung angeordnetem
oder vorbeigeführtem Behandlungsgut verwenden.
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Die nahezu vollständige Verbrennung des Brenngas-Luft-Gemischs innerhalb
des Brenners sowie die hohe Austrittgeschwindigkeit der verbrannten Gase verhindern
im übrigen eine Zumischung von im Ofenraum vorhandenen nicht mehr brennfähigen Abgasen
zum Brenngasgemisch, wie es bei den üblichen Industrieofenbrennern, die mit geringem
Druck betrieben werden und bei denen die Verbrennung des Brenngas-Luft-Gemischs
im wesentlichen außerhalb des Brenners stattfindet und die verbrannten Gase durch
einen sich gegen den Ofenraum kegelig erweiternden Austrittkanal übertreten, der
Fall ist. Die durch die Zumischung von Abgasen zum brennbaren Gemisch eintretende
Verzögerung der Gemischverbrennung wird also vermieden.
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Bei diesem bekannten Brenner tritt das Brenngas
in
den Hohlraum des aus einer feuerfesten Steinmasse bestehenden Brenners durch eine
der Austrittsöffnungen gegenüber und in dergleichen Achse liegenden Kanal ein, während
die Verbrennungsluft durch Öffnungen in der Umfangswand des Brennersteins zugeführt
wird. Infolge dieser Art der Luftzuführung ergibt sich zwar eine sehr intensive
Vermischung von Brenngas und Luft und eine sehr schnelle und vollständige Verbrennung,
jedoch vollzieht sich die Verbrennung des Gemischs zum weitaus größten Teil in unmittelbarer
Nähe der Innenwand des Brennersteins; durch die bei der Verbrennung entstehende
hohe Temperatur wird die Brennersteinmasse außerordentlich stark beansprucht, so
daß dieser Brenner auf die Dauer nur mit verhältnismäßig geringer Feuerraumbelastung
betrieben werden kann, weil bei höherer Belastung der Brennerstem schon nach kurzer
Betriebsdauer zum Schmelzen gebracht wird. Die an sich günstigen Eigenschaften des
Brenners lassen sich also bisher bei weitem nicht voll ausn=utzen.
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Auch dadurch, daß zur Kühlung des Brennersteins dLe Verbrennungsluft
vor ihrem Eintritt in den Bren?.zersteinhohlraum an der Außenseite des Brennersteins
zwischen diesem und einem Mantel unter mehrfacher Umlenkung entlang geführt wurde,
ließ sich eine nennenswerte Steigerung der Feuerraumbelastung nicht erreichen.
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Der Erfindung liegt die .Aufgäbe Zugrunde, einen Brenner der eingangs
beschriebenen Art zu schaffe-., bei dem
die bei dem bekannten Brenner
auftretende hohe Temperaturbelastung des Brennersteins so weit reduziert ist, daß
nicht nur die Lebensdauer des Brennersteins ganz wesentlich erhöht, sondern auch
eine noch höhere Feuerraumbelastung des Brenners ermöglicht wird, ohne daß die Gefahr
besteht, daß infolge der innerhalb des Brennersteins auftretenden Temperaturen die
Steinmasse zum Schmelzen gebracht und der Brenner unbrauchbar wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zweite
Gas in den Hohlraum durch mehrere um die Achse des Hohlraums verteilte geradlinige
Kanäle eilitritt, deren Verlängerungen miteinander und mit der Verlängerung des
axialen Kanals in der dem Austrittskanal zugeKehrten Hälfte des Verbrennungsraums
unter spitzen Winkeln kreuzen. Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag wird erreicht,
daß die aus den um die Achse des Hohlraums verteilten geradlinigen Kanälen austretenden
Gasströme sich untereinander und mit dem durch den zentralen Kanal eintretenden
Gas mit beträchtlichem Abstand von der Ausmümdung der Eintrittskanäle kreuzen. Im
Bereich der Kreuzungsstelle erfolgt eine außerordentlich schnelle und intensive
Durclunischung der beiden Gase und deren Zündung. Das aus den den axialen Kanal
umgebenden Kanälen mit hoher Geschwindigkeit in je einem gebündelten Strahl einströmende
und hinter der Eintrittsöffnung sich ausbreitende Gas wird über einen betrchtlichen
Teil
des Brennersteinhohlraumes an dessen Innenwand entlanggeführt und kühlt diese, während
die Bildung des brennfähigen Gasgemischs weiter im Innern des Brennerhohlraums und
die Verbrennung in dessen dem Brenneraustritt näher liegenden Teil stattfindet.
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Das Zusammenführen der Bestandteile eines Brenngas#emischs in Teilströmen,
die spitze Winkel miteinander bilden, ist bei Industriebrer:nern an sich nicht neu.
rT3ei bekannten Brennern geschieht dies jedoch entweder zum Zwekke besserer Durchmischung
der Brenngaskomponenten vor ihrer Verbrennung in einer dem Brennermundstück vorgelagerten
Mischkammer, zwecks Beeinflussung der Flammenlänge im Brennermundstück selbst, oder
zur Konzentration der aus einer Vielz@ihl von Brennerdüsen in den Glühraum eines
HC;#a,rteofens übergetretenen und in diesem verbrannten Gasströmen auf das Trärtegu
t, niem«,ls aber inner'_@ulb einer Brennkammer, der die Gase unter erhöhtem Druck
zugeführt werden und innerhalb dere2-_ ihre mäglichst restlc:se Verbrennung stattfindet.
Infol,edossei: tritt bei den bekannten Brennern das mit der Erfii-Ldungelöste Problem
nicht auf, die Wandungen des Feuerraums eines Brenners auch gegenüber ungewöhnlich
hoher und dauernder thermischer Belastung ausreichend zu kühlen.
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Die mit der Mitteln der Erfindung erreichte Kühlunc eir:es Brennersteln
teils hat sich als ausreichend erwiesen, um auch den im Bereich der Verbrennung
liegenden Teil
des Kühlersteins teils ,furch Leitung, teils durch
Strahlung so stark zu kühlen, daß seine Erwärmung niemals Ausmaße annimmt, die dem
Brennerstem gefährlich werden könnten. Die Praxis hat ergeben, daß Brenner nach
der Erfindung mit beispielsweise 150 bis 170 mm Hohlraumdurchmesser und 300 bis
400 mm Hohlraumlänge bei einer Neigung der äußeren Gaseintrittskanäle gegen den
zentralen Kanal um etwa 150 bei einer Feuerraumbelastung von über 100 bis
150 Millionen kcal je Stunde und Kubikmeter Fassungsvermögen des Feuerraums dauernd
betrieben werden können, ohne Schaden zu leiden. Das bedeutet, daß dem Brennerraum
bei Vollbelastung die Gase mit einem Druck von 4Ö0 bis 500 mm WS zugeführt werden
können, während bei bekannten Brennern der übliche Druck bei 70 bis 80 Millimeter
WS liegt und auch bei dem eingangs beschriebenen Brenner nicht wesentlich höher
sein darf.
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Durcri die hohe Austrittsgeschwindigkeit der verbrannten Gase aus
dem Brenner, die 100 bis 150 m/s beträgt, wird eine intensive Heizdasumwälzung im
Ofenraum erzielt. Dadurch eignet sich der erfindungsgemäße Brenner auch für Öfen
mit niedrige= Temperatur, wodurch man die bisher notwendigen und sehr störanfälligen
Umwälzventilatoren nicht mehr benötigt.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Brenners besteht in dem
guten Ausbrand im Brennerstem und dem dadurch erzielten nichtleuchtenden Flammenkegel
mit hoher
Impulswirkung. Die Möglichkeit, Gase mit einem Druck der
genannten Höhe in den Brenner einzuführen, ergibt zugleich einen wesentlich vergrößerten
Regelbereich, der sich bis auf ein Verhältnis von 1:10 ausdehnen läßt, ohne daß
auch bei dem hiernach geringsten Druck die sich aus der hohen Austrittgesehwindigkeit
der verbrannten Gase aus dem Brenner ergebenden Vorteile verloren gehen.
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Es kommt nicht entscheidend darauf an, ob das Brenngas durch den axialen
und die Verbrennungsluft durch die äußeren Kanäle eintreten, oder umgekehrt, jedoch
scheint die Zuführung der Luft durch die äußeren Kanäle eine wirksamere Kühlung
des Brennersteins zu ergeben.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den den Gegenstand
der Erfindung bildenden Bremer schematisch dargestellt.
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Fi . 1 zeigt im axialen Längssc--i2rlitt den Brennerstem 1 mit dem
zylindrischen Hohlraum (Feuerraum) 2, der mit dem gleichfalls zylindrischen Gasaustrittskanal
5 mit gegenüber dem Feuerraum 2 verjüngtem Querschnitt durch den konischen Teil
6 verbunden ist. Durch einen mit dem Austrittskanal auf der Feuerraumachse liegenden
Kanal 3 wird dem Feuerraum 2 Brenngas zugeführt. Um den Gaskanal 3 verteilt sind
mehrere Einlaßkanäle 4 für die Verbrennungsluft
angeordnet, die
derart gegen die Feuerraumachse geneigt sind, daß ihre Verlängerungen miteinander
und mit der Verlängerung des Kanals 3 im Feuerraum 2 spitze Winkel bilden. Die Kreuzungsstelle
dieser Verlängerungen liegt etwa in der Mitte des Feuerraums 20 Fig. 2 zeigt
einen Brenner, der seinem Aufbau nach dem in Fig. 1 dargestellten Brenner gleich
ist. Jedoch wird hier durch den zentralen Einlaßkanal Luft und durch die äußeren
Einlaßkanäle Brenngas zugeführt.
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Fig. 3 deutet schematisch den Verlauf der von dem im Betrieb
kühl bleibenden Teil des Brennersteins ausgehenden und gegen den sich stärker erwärmenden
Teil gerichteten Strahlung an.