DE19615090A1 - Premixed gas burner used in boiler - Google Patents

Abstract

The burner is for use with a premixed gas-air mixture. It has a region of fine structure which prevents propagation of the flame front back against the flow of gas-air mixture, followed by a region with a coarse structure which allows propagation of the flame front. The structure of the burner consists of a bundle of tubes or bodies (4) assembled in a hexagonal array in a space surrounded by a water jacket (1). The upstream ends of the tubes have very thick walls surrounding very narrow bores through which the gas mixture flows at high speed. Combustion of the mixture is quenched in this region. The bores taper outward to a large diameter at the downstream end, with a corresponding drop in gas mixture velocity.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.The invention relates to a burner according to the preamble of the patent saying 1.

Ein Brenner dieser Art ist der DE-PS 13 03 596 zu entnehmen. Dieser Brenner besitzt einen Brennerblock aus einem gasdurchlässigen Material, bei dem in einer anströmseitigen Zone mit feiner Porosität eine Verbrennung unterdrückt wird, um ein Rückschlagen der Flammen in die vorgeschaltete Mischkammer zu verhindern. Die abströmseitige Zone besitzt hingegen eine grobere Porosität. Nach dem Zünden des Gemisches an der Oberfläche erfolgt die Verbrennung in dieser Zone, was zu einer Temperaturerhöhung in diesem Teil des Brenners und zu einem schnellen Abstrahlen von Wärme führt.A burner of this type can be found in DE-PS 13 03 596. That burner has a burner block made of a gas permeable material, in which in in an upstream zone with fine porosity suppresses combustion to prevent the flames from kicking back into the upstream mixing chamber to prevent. The downstream zone, on the other hand, has a coarser porosity. After igniting the mixture on the surface, the combustion takes place in this zone, causing a temperature increase in this part of the burner and leads to a rapid radiation of heat.

Auch die DE 43 22 109 A1 offenbart einen solchen Brenner mit einer wechseln­ den Porosität des Materiales. In einer ersten feinporigen Zone soll die Entste­ hung einer Flamme verhindert werden, während die Verbrennung in einer grobporigen Zone auf der Abströmseite erfolgt. DE 43 22 109 A1 also discloses such a burner with a change the porosity of the material. The first is said to be in a first fine-pored zone a flame can be prevented while burning in a coarse-pore zone on the downstream side.  

In den genannten Schriften sind die unterschiedlichsten Materialien zur Er­ zeugung der porösen Struktur genannt. So kann man mit Sinterkörpern arbei­ ten und zwei oder mehrere Körper mit unterschiedlicher Porosität zusammen­ fügen. Auch hintereinander angeordnete Metallgewebe oder Faserstrukturen mit unterschiedlicher Maschenweite sind anwendbar. Ferner könnte man mit Schüttungen arbeiten. Entscheidend ist in allen Fällen die Veränderung der Porosität von einer Feinstruktur zu einer Grobstruktur hin, die in einer ersten Zone die Verbrennung verhindert und sie in einer zweiten Zone zuläßt. Dabei ist sowohl eine stufenweise Veränderung, gegebenenfalls mit Zwischenstufen, als auch eine kontinuierliche Veränderung der Porosität möglich.A wide variety of materials are used in the documents mentioned generation of the porous structure called. So you can work with sintered bodies ten and two or more bodies with different porosity together put. Also metal mesh or fiber structures arranged one behind the other with different mesh sizes are applicable. You could also use Fill work. The decisive factor in all cases is the change in Porosity from a fine structure to a coarse structure, which in a first Zone prevents combustion and allows it in a second zone. Here is both a gradual change, possibly with intermediate stages, as well as a continuous change in porosity possible.

Brenner dieser Art können als mehrschichtige Brennerblocks aufgebaut sein, die ihre Wärme an einen Brennraum und Heizgaszüge und von dort beispiels­ weise an einen umgebenden Wassermantel abgeben. Man kann auch den Brennraum selbst mit dem unterschiedlich porösen Material füllen und ihn mit einem Wassermantel umgeben. Das Grundprinzip des porösen Brenners mit einer ersten die Verbrennung unterdrückenden und einer zweiten die Verbren­ nung zulassenden Zone ist in beiden Fällen dasselbe.Burners of this type can be constructed as multi-layer burner blocks, the their heat to a combustion chamber and heating gas flues and from there for example hand it over to a surrounding water jacket. You can also do that Fill the combustion chamber yourself with the differently porous material and fill it with surrounded by a water jacket. The basic principle of using the porous burner a first to suppress combustion and a second to suppress combustion zone is the same in both cases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der gattungsgemä­ ßen Art zu schaffen, bei dem ein gasdurchlässiges Material mit optimalen Eigenschaften eingesetzt wird.The invention has for its object a burner of the generic type to create a way in which a gas-permeable material with optimal Properties is used.

Der erfindungsgemäße Brenner besitzt die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale. The burner according to the invention has those mentioned in claim 1 Features.  

Als gasdurchlässiges Material werden Körper eingesetzt, die sich in Strö­ mungsrichtung des Gemisches erstrecken und die sich von einer Zone A zu einer folgenden Zone B hin verjüngen. Diese Körper liegen in der anströmseitigen Zone A eng zusammen und bilden hier relativ enge Strömungskanäle, die eine Verbrennung noch nicht zulassen. In der Zone B werden hingegen größere Strömungsquerschnitte geschaffen, in denen die Verbrennung erfolgen kann. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Überlegungen werden nicht Materialien mit unterschiedlicher Porosität hintereinander angeordnet. Die Veränderung der Strömungsquerschnitte wird vielmehr durch veränderte Konturen von längs verlaufenden Körpern geschaffen, wodurch eine gezielte Anpassung an die angestrebten Funktionen geschaffen ist.Bodies are used as the gas-permeable material, which are in streams direction of the mixture and extend from a zone A. taper to a subsequent zone B. These bodies are in the upstream zone A closely together and form relatively narrow here Flow channels that do not yet allow combustion. In zone B however, larger flow cross sections are created in which the Combustion can take place. In contrast to the previously known Considerations are not made of materials with different porosity arranged one behind the other. The change in flow cross sections will rather by changing the contours of longitudinal bodies created, whereby a targeted adjustment to the desired functions is created.

Der Zone B kann eine Zone C folgen, in der der Querschnitt der Körper wieder zunimmt. Auf diese Weise kann die eigentliche Verbrennungszone gezielt innerhalb der Brennereinheit angeordnet werden.Zone B can be followed by zone C, in which the cross section of the body again increases. In this way, the actual combustion zone can be targeted be arranged within the burner unit.

Geeignet sind Stäbe mit einem runden bzw. vieleckigen Querschnitt, die bei einem dichten Aneinanderliegen zunächst nur feine Durchströmkanäle freilas­ sen. Dabei wird dann im anströmseitigen Bereiche über eine Länge, die für ein Verhindern des Zurückschlagens der Flamme nötig erscheint, ein gleichblei­ bender Querschnitt beibehalten. Erst dann beginnt die Verjüngung zur Ver­ brennungszone hin. Diese Verjüngung kann kontinuierlich oder stufenförmig erfolgen. Rods with a round or polygonal cross-section are suitable only close fine flow channels when they are close together sen. It is then in the upstream areas over a length that for a To prevent the flame from striking back appears to be a consistent one Maintaining the cross section. Only then does the taper to ver begin burn zone. This taper can be continuous or step-like respectively.  

Man kann die Stäbe zu einer kompakten Einheit bündeln und sie, etwa durch Nuten, zueinander fixieren. Man könnte sie auch nach dem Bündeln durch eine geeignete thermische Behandlung zu einem Einheitskörper zusammensintern. Ferner ist es möglich, direkt einen Einheitskörper im Guß- oder Sinterverfah­ ren zu erstellen, wobei jeder für den vorgesehenen Einsatzzweck geeignete Werkstoff verwandt werden kann.You can bundle the rods into a compact unit and, for example, through them Grooves, fix to each other. You could also bundle them through one Sinter suitable thermal treatment into a single body. It is also possible to directly cast a unitary body in the casting or sintering process to create, each suitable for the intended purpose Material can be used.

Grundsätzlich ist es auch möglich, einige oder alle Körper innen hohl zu gestal­ ten und einen Wärmeträger hindurch zu leiten. Auf diese Weise ist es möglich, eine optimale Wärmeabfuhr aus der Verbrennungszone zu erzielen. Ein bevor­ zugtes Anwendungsgebiet ist die Heiztechnik. Das Heizungswasser kann innerhalb der Körper, vorzugsweise in Kombination mit einem umgebenden Wassermantel, geführt werden, so daß ein Wassererwärmer nach Art eines Durchlauferhitzers geschaffen ist.In principle, it is also possible to make some or all of the bodies hollow on the inside and to pass a heat transfer medium through it. In this way it is possible to achieve optimal heat dissipation from the combustion zone. A before The most popular area of application is heating technology. The heating water can inside the body, preferably in combination with a surrounding one Water jacket, are performed so that a water heater like a Instantaneous water heater is created.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:The drawing shows exemplary embodiments of the invention. It shows:

Fig. 1 Einen senkrechten Schnitt durch einen Heizkessel mit integriertem Brenner, Fig. 1 is a vertical section through a boiler with an integrated burner

Fig. 2 Den Schnitt A-A aus Fig. 1, FIG. 2 the section AA from FIG. 1,

Fig. 3 Eine Alternative zu Fig. 1, Fig. 3 shows an alternative to Fig. 1,

Fig. 4 Einen vergrößerten senkrechten Schnitt durch einen hohlen Körper und Fig. 4 An enlarged vertical section through a hollow body and

Fig. 5 Unterschiedliche Konturen der Körper. Fig. 5 Different contours of the body.

In einem Wasserraum 1 mit einem Rücklaufanschluß 2 und einem Vorlaufan­ schluß 3 sitzt ein Brenner aus längs verlaufenden, sich zonenweise verjüngen­ den Körpern 4. Im dargestellten Fall handelt es sich um Stäbe, die dicht ge­ packt nebeneinander liegen. Das Brenngas-Luft-Gemisch strömt aus einer Mischkammer 5 zunächst durch relativ enge Zwischenräume 6 in einer an­ strömseitigen Zone A, in denen noch keine Verbrennung erfolgen kann. Durch eine ausreichende Länge dieser Zone A ist ein Rückschlagen der Flamme in die Mischkammer 5 hinein mit Sicherheit auszuschließen. Infolge der Verjüngung der Stäbe weiten sich die zunächst engen Zwischenräume 6 in einer folgenden Zone B zu Zwischenräumen 6′, in denen die Verbrennung des Gemisches erfol­ gen kann. Dabei heizen sich die Körper 4 sehr stark auf. Sie übertragen die hier entstehende Wärme direkt auf das Kesselwasser im umgebenden Wasser­ raum 1. Die Heizgase durchströmen dann anschließend einen Heizgaszug 7, aus dem weiterhin Wärme an das Kesselwasser übertragen wird.In a water chamber 1 with a return port 2 and a Vorlaufan circuit 3 sits a burner made of longitudinal, tapered bodies 4 . In the case shown, there are bars that are packed tightly next to each other. The fuel gas-air mixture initially flows from a mixing chamber 5 through relatively narrow spaces 6 in an upstream zone A, in which no combustion can yet take place. A backlash of the flame into the mixing chamber 5 can be excluded with certainty by a sufficient length of this zone A. As a result of the tapering of the rods, the initially narrow spaces 6 in a subsequent zone B widen to spaces 6 'in which the combustion of the mixture can take place. The bodies 4 heat up very strongly. They transfer the heat generated here directly to the boiler water in the surrounding water room 1 . The heating gases then flow through a heating gas train 7 , from which heat is still transferred to the boiler water.

Die Zone B kann gemäß Fig. 1 an der Abströmseite der sich verjüngenden Kör­ per 4 liegen. Sie kann auch gemäß Fig. 3 in einem Zwischenbereich liegen, so daß ihr noch eine Zone C mit engeren Zwischenräumen ohne Verbrennung folgt.Zone B can be 4 according to FIG. 1 on the outflow side of the tapered body. It can also lie in an intermediate area according to FIG. 3, so that it is followed by a zone C with narrower spaces without combustion.

Die Körper 4 können nach Fig. 4 alle oder zum teil einen längs verlaufenden Hohlraum 8 besitzen und von einem Wärmeträger durchströmt werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen Durchlauferhitzer zu schaffen.The body 4 can of FIG. 4 have all or part of a longitudinal cavity 8 and are flowed through by a heat carrier. In this way, it is possible to create a water heater.

In Fig. 5 sind drei unterschiedliche Arten von Verjüngungen der Körper darge­ stellt. Genaue Gestaltungen und insbesondere die Länge der einzelnen Zonen A, B oder A-C können von einem Fachmann durch Versuche ohne erfinderi­ sches Zutun ermittelt werden. In Fig. 5 three different types of tapering of the body are Darge presents. Precise designs and in particular the length of the individual zones A, B or AC can be determined by a person skilled in the art by experiments without inventive step.

Abweichend von den Darstellungen ist es auch möglich, einen Brenner zu schaffen, der als eigenständiges Konstruktionselement einem eigentlichen Ausbrennraum innerhalb des Wassermantels zugeordnet wird. Entscheidend ist der grundsätzliche Aufbau.Deviating from the illustrations, it is also possible to use a burner create that as an independent construction element an actual Burnout space is assigned within the water jacket. Crucial is the basic structure.

Claims (9)

1. Brenner zum Verbrennen eines vorgemischten Gas-Luft-Gemisches in einem gasdurchlässigen Material, dessen freier Strömungsquerschnitt in Strö­ mungsrichtung des Gemisches von einer feinen, die Verbrennung unterdrückenden Struktur zu einer groberen, die Verbrennung zulassenden Struktur hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem Bündel von Körpern (4) besteht, die sich in Strömungsrichtung des Gemisches erstrecken und deren Querschnitt von einer Zone A zu einer Zone B hin derart abnimmt, daß zwi­ schen den Körpern (4) in der Zone A ein Strömungsquerschnitt der feinen Struktur und in der Zone B ein Strömungsquerschnitt der groberen Struktur gebildet ist.1. Burner for burning a premixed gas-air mixture in a gas-permeable material, the free flow cross-section in the flow direction of the mixture increases from a fine, the combustion-suppressing structure to a coarser, the combustion-permitting structure, characterized in that the material consists of a bundle of bodies ( 4 ) which extend in the flow direction of the mixture and whose cross-section decreases from a zone A to a zone B in such a way that between the bodies ( 4 ) in zone A a flow cross-section of the fine structure and a flow cross section of the coarser structure is formed in zone B. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Körper (4) in einer der Zone B folgenden Zone C wieder zunimmt.2. Burner according to claim 1, characterized in that the cross section of the body ( 4 ) in a zone B following zone C increases again. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (4) aus Stäben runden oder vieleckigen Querschnitts mit einer zonenweisen Verjüngung bestehen.3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the body ( 4 ) consist of rods of round or polygonal cross-section with a zone-wise taper. 4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lose zusammengefügten Stäbe in ihrer Lage zueinander fixiert sind. 4. Burner according to claim 3, characterized in that the loosely assembled rods in their position are fixed to each other.   5. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lose zusammengefügten Stäbe durch eine ge­ eignete thermische Behandlung zu einem Einheitskörper zusammengesintert sind.5. Burner according to claim 3, characterized in that the loosely assembled rods by a ge suitable thermal treatment sintered together to form a unitary body are. 6. Brenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe Teil eines in einem Guß- oder Sinter­ verfahren gefertigten Einheitskörpers sind.6. Burner according to claims 1 to 3, characterized in that the rods are part of a cast or sintered procedurally manufactured unit body. 7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verjüngung der Körper kontinuierlich und/oder stufenförmig erfolgt.7. Burner according to claim 1, characterized in that the rejuvenation of the body is continuous and / or stepwise. 8. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. einige der Körper (4) für ein mögliches Durchströmen eines Wärmeträgers einen längs verlaufenden Hohlraum (8) be­ sitzen.8. Burner according to claim 1, characterized in that the or some of the body ( 4 ) for a possible flow through a heat transfer medium a longitudinal cavity ( 8 ) be sitting. 9. Brenner nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er von einem Wassermantel (1) umgeben und/oder von den Körpern (4) mit einem längs verlaufenden Hohlraum (8) durchsetzt ist.9. Burner according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is surrounded by a water jacket ( 1 ) and / or by the bodies ( 4 ) with a longitudinal cavity ( 8 ).