DE1401849A1 - Brenner fuer Industrieoefen - Google Patents

Brenner fuer Industrieoefen

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Description

  • "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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für den den Gegenstand der Erfindung bildenden Bremer schematisch dargestellt.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. Patentansprüche: 1. Brenner für Industrieöfen u.dgl., bei dem die Erzeugung eines brennfähigen Brenngas-Luft-Gemischs 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das zweite Gas in den .I.Tohlraum (2) durch mehrere um die Achse des Hohlraums verteilte geradlinige Kanäle (q-) eintritt, deren Verlängerungen miteinander und mit der Verlängerung des axialen Kanals (3) in der dem Austrittkanal (5) zugekehrten Hälfte des Verbrennungsraums unter spitzen Winkeln kreuzen. z. Brermer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die äußeren Gaskanäle (Q-) gegen die Hohlraumachse um etwa 15 o geneigt sind.
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DE3430010A1 (de) * 1984-08-16 1986-02-27 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5300 Bonn Brenner zur heissgaserzeugung

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DE1401849B2 (de) 1972-02-24

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