DE2044813C3 - Gasbrenner mit einer Vielzahl von in einer Brennerdüse aus feuerfestem Material angeordneten Kanälen für die Zufuhr der Verbrennungsteilnehmer Gas und Luft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einer Vielzahl von in einer Brennerdüse aus feuerfestem Material verteilt und im wesentlichen parallel angeordneten Kanälen für die Zufuhr der Verbrennungsteilnehmer Luft und Gas, wobei für die Zufuhr eines Verbrennungsteilnehmers in die Kanäle hineinragende Rohre, insbesondere aus Metall, vorgesehen sind, deren Enden gegenüber den Kanalmündungen zurückversetzt sind.

Ein derartiger Gasbrenner ist bekannt (DT-PS 4 33 483). Bei diesem Brenner, der sich wegen der Vielzahl der Kanäle, durch die eine Unterteilung der zugeführten Gas- und Luftmengen erzielt wird, vor allem für große Brennerleistungen eignet, da bei ihm die sonst bei großen Brennern ohne Unterteilung auftretende Strähnenbildung der Verbrennungsteilnehmer vermieden wird, wird gemäß Ausführungsbeispiel das Brenngas über die in die rückseitig offenen Kanäle hineinragenden Metallrohre zugeführt, während die Luft über die offenen Kanäle zugeführt wird. Da keine weitere Luftzuführung vorgesehen ist und die Enden der Rohre gegenüber den Kanalmündungen zurückversetzt sind, findet bereits in den Kanälen stromauf von den Rohrenden eine stöchiometrische bzw. überstöchiometfisehe Vermischung zwischen dem Brenngas und der Luft statt. Solange die Strömungsgeschwindigkeit der vermischten Verbrennungsteilnehmer in den Kanälen größer als deren Zündgeschwindigkeit ist, bildet sich die Flamme außerhalb der Kanäle vor der Brennerdüse aus. Wird aber der Gasbrenner so weit heruntergeregelt, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsteilnehmer in den Kanälen etwa gleich oder kleiner als deren Zündgeschwindigkeit ist, dann wandert die Flamme in die Kanäle hinein. Wegen der bereits in den Kanälen stattfindenden nahezu stöchiometrischen Vermischung der Verbrennungsteilnehmer erfolgt hier eine intensive Verbrennung. Da die aus keramischem

S Material bestehende Brennerdüse die Wärme nicht schnell genug abführen kann, erhitzt sich diese sehr stark. Die Speicherung der Stauwärme nimmt in dem Maße zu, wie die Brennerleistung heruntergeregelt wird, denn die Kleinstellurig der Brennerleistung führt

ίο dazu, daß sich die Brennerdüse auch in unmittelbarer Nähe der in die Kanäle hineinragenden Metallrohre stark erhitzt Die damit einhergehende starke Erhitzung der Rohre führt zu einer schnellen Verzunderung der Rohre selbst dann, wenn sie aus hitzebeständigem Material bestehen. Wird Erdgas verfeuert, dann besteht zudem die Gefahr, daß sich die Metallrohre aufkohlen. Da Erdgas schon bei verhältnismäßig niedriger Temperatur unter Freisetzung von fein verteiltem Kohlenstoff gespalten wird, besteht diese Gefahr schon bei verhältnismäßig niedriger Temperatur. Bei der Aufkohlung »wächst« der hitzebesiändige Stahl der Rohre, so daß durch diese Volumensvergrößerung sich die für die Zufuhr der Verbrennungsteilnehmer zur Verfügung stehenden Dosierquerschnitte der Kanäle und Rohre ändern. Eine einwandfreie Einstellung des Gasbrenners ist dann nicht mehr möglich.

Bei einem bekannten, andersartigen Gasbrenner ist eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Rohren aus Metall vorgesehen, über die ein Brenngas- Luftgemisch zugeführt wird. Zwischen den einzelnen Rohren sind zurückversetzte öffnungen für die Zufuhr von Zusatzluft vorgesehen. Auch dann, wenn durch die Rohre ein unterstöchiometrisches Brenngas-Luftgemisch zugeführt wird, bildet sich die Flamme an den Rohrenden aus, da in diesem Bereich durch die Zusatzluft eine stöchiometrische Vermischung der Verbrennungsteilnehmer erfolgt Folglich kommt es bei diesem bekannten Gasbrenner ebenfalls zu den oben geschilderten nachteiligen Folgen (US- PS 10 52 420).

Bei einem anderen bekannten Brenner, der mit Kohlenstaub betrieben wird, sind mehrere ein Kohlenstaub-Luftgemisch führende von Rohren gebildete Kanäle vorgesehen. Die Rohre ragen mit ihren Enden durch eine sie tragende Lochplatte hindurch und tragen auf ihren überstehenden Enden eine feuerfeste Schutzschicht, die entsprechende öffnungen für das Brennstoff-Luftgemisch hat. Die feuerfeste Schutzschicht besteht aus einzelnen Formsteinen. Zwischen den von den Rohren und den Öffnungen in den Formsteinen gebildeten Kanälen für das Kohlenstaub-Luftgemisch sind in der Lochplatte und in den Formsteinen weitere Kanäle für Zusatzluft vorgesehen. Abgesehen davon, daß bei diesem Brenner die Beschichtung der Rohrenden durch die feuerfesten Formsteine verhältnismäßig dünn ist und damit kaum einen wirksamen Wärmeschutz geben kann, besteht bei diesem Brenner aus zwei Gründen selbst dann nicht das Problem der Überhitzung der Rohrenden und der Aufkohlung, wenn Kohlenstaub und Luft ein stöchiometrisches Gemisch bilden. Erstens kann der Brenner wegen der für den Transport des Kohlenstaubes durch die Luft erforderlichen Mindestströmungsgeschwindigkeit in den Rohren nicht so weit heruntergeregelt werden, daß die Flamme in die Kanäle hineinwandert. Aber selbst wenn das der Fall sein sollte, kann es nicht zu einer Aufkohlung kommen, weil der Kohlenstaub eine größere Affinität zur Luft als zum Metallrohr hat (DT-PS 5 99 561). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Gasbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auch im heruntergeregelten Zustand die Enden der in den Kanälen angeordneten Rohre nicht überhitzt werden, insbesondere Metallrohre nicht aufgekohlt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teil der Kanäle ausschließlich der Luftzufuhr dient und derart in bezug auf die übrigen Brenngas oder ein unterstöchiometrisches Brenngas-Luftgemisch führenden Kanäle angeordnet und bemessen ist, daß sich die Luft mit dem Brenngas oder dem unterstöchiometrischen Brenngas-Luftgemisch erst außerhalb der Kanäle in deren Nähe zu einem stöchiometrischen bzw. überstöchiometrischen Drenngas-Luftgemisch vermischt

Aufgrund der stöchiometrischen Vermischung der Verbrennungsteilnehmer außerhalb der Kanäle kann die Flamme nicht in die Kanäle hineinwandern. Aus diesem Grunde behalten die gegenüber der Stirnseite der Düse zurückversetzten Rohrenden auch bei herabgeregeltem Brenner einen ausreichenden Mindestabstand von der Flamme, der eine Überhit7ang, eine Verzunderung und Aufkohlung der Rohrenden ausschließt. Zu dem eingangs geschildeten Wärmestau in der Düse kann es nicht kommen, weil die Flammen nicht in die Kanäle hineinwandern können. Die Temperatur in der Düse wird ferner noch dadurch niedrig gehalten, daß über einen Teil der Kanäle nur Luft zugeführt wird, die die benachbarten Kanäle, in denen bei Zufuhr eines unterstöchiometrischen Brenngas-Luftgemisches es allenfalls zu einer unvollkommenen Verbrennung kommen kann, kühlt Eine unterstöchiometrische Vermischung des Brenngases mit Luft bereits in den Kanälen ist besonders bei dem Betrieb mit Erdgas von Vorteil, weil damit kürzere Flammen mit einem Temperaturmaximum in der Nähe des Brenners zu erreichen sind. Für eine vollkommene Verbrennung der Verbrennungsteilnehmer ohne Strähnenbildung im Nahbereich der Kanalmündungen ist es wichtig, daß die das Brenngas bzw. das Brer.-igas-Luftgemisch und die Luft führenden Kanäle derart angeordnet sind, daß möglichst schnell eine intensive Vermischung zu einem stöchiometrischen bzw. überstöchiometrischen Gemisch erfolgt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die Kanäle für den ersten Verbrennungsteilnehmer an den Ecken gleichseitiger, aneinanderliegender Dreiecke und die Kanäle für den zweiten Verbrennungsteilnehmer in der Mitte dieser Dreiecke angeordnet sind.

Eine symmetrische Anordnung der Kanäle für die verschiedenen Verbrennungsteilnehmer läßt sich dadurch verwi.klichen, daß ein Kanal für den Verbrennungsteilnehmer Luft im Zentrum der Brennerdüse liegt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Gasbrenner im Längsschnitt,

F i g. 2 den Gasbrenner nach F i g. t im Querschnitt aus der Sicht der Pfeile II-11 und

Fig. 3 eine Aufteilung der Kanäle in schematischer Darstellung.

Der Gasbrenner gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 besitzt eine zylinderförmige Brennerdüse i aus Keramik mit zur Zylinderachse parallel und verteilt in der Brennerdüse 1 angeordneten Kanälen 2, 3, 4 für die Zufuhr von an der Ve: brennung beteiligter Luft und Brenngas (Erdgas, Hochofengas). Die Verteilung der Kanäle 2,3,4 in der Brennerdüse 1 ist derart, daß jeweils an der Ecke gleichseitiger aneinanderliegender Dreiecke die Kanäle 3, 4 für die Luft und jeweils in deren Mitte die Kanäle 2 für ein Brenngas-Luftgemisch angeordnet sind. Vor der Brennerdüse 1 ist eine Kammer 5 für Luft vorgesehen. Die Luft wird in die Kammer 5 über einen seitlich angeordneten Stutzen 6 zugeführt. Vor der Kammer 5 für Luft ist eine weitere Kammer 7 für das Brenngas angeordnet Das Brenngas

■ ο wird über einen Stutzen 8 in diese Kammer 7 eingeleitet Die Kammer 7 ist über Rohre 8 aus Stahl, die achsparallel zu der Zylinderachse der Brennerdüse 1 und durch die Kammer 5 für die Luft geführt sind, mit den Kanälen 2 der Brennerdüse 1 verbunden. Die Rohre

is 9 ragen bis etwa '/3 der Länge der Kanäle 2 in diese Kanäle 2 hinein. Sie sind koaxial zu den Kanälen 2 angeordnet An den im Zentrum der Brennerdüse 1 liegenden Kanal 4 ist ein durch die Kammern 5 und 7 verlaufendes Rohr 10 angeschlossen. Über eine öffnung

ίο 11 in diesem Rohr 10 wird bei dem A'^führungsbeispiel der F i g. 1 und 2 Luft aus der Kammer 5 in den Kanal 4 geleitet. Zwischen der Kammer 5 und der Brennerdüse 1 ist eine Dosierplatte 12 vorgesehen. Die Dosierplatte 12 hat eine der Zahl der Kanäle 2, 3, 4 entsprechende

Anzahl von öffnungen 13, 14,15. Über die Ringkanäle zwischen den öffnungen 13 und den Rohren 9 sowie die öffnung 15 wird die Luft in die Kanäle 2,4 geleitet Die öffnung 13 wird so groß gewählt, daß die aus der Kammer 5 zugeführte Luft und das über die Rohre 9 zugeführte Brenngas in einem unterstöchiometrischen Verhältnis zueinander stehen. Im übrigen sind die Querschnitte in der Dosierplatte 12 so gewählt, daß die Dosierung von Gas und Luft über den gesamten Querschnitt des Gasbrenners ein stöchiometrisches bzw. überstöchiometrischen Verhältnis ergibt.

Der Unterschied des Ausführungsbeispiels der F i g. 3 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2 besteht darin, daß über die voll ausgezeichneten Kanäle 16 nur Brenngas und über die nicht ausgezeichneten Kanäle 17 nur Luft geführt wird. Folglich sind hier keine Ring'kanäle zwischen den öffnungen der Dosierplatte 12 und den Rohren 9 vorgesehen, so daß die Dosierplatte 12 an den öffnungen gegenüber den Rohren 9 abgedichtet ist. Die in die Kanäle 2 hineinragenden Rohrstücke können wesentlich kürzer als im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 und 2 ausgeführt sein.

Bei beiden Ausführungsbeispielen erhält man durch die Anordnung der Kanäle 3 in Fig. 1, 2 und 16 in der F i g. 3 für den ersten Verbrennungsteilnehmer an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks und der Kanäle 2 in Fig. 1, 2 und 17 in Fig.3 für den zweiten Verbrennungsteilnehmer jeweils in der Mitte dieser Dreiecke nicht nur eine optimale Verteilung der Verbrennungsteilnehmer, sondern auch eine optimale Kühlung der Brennerdüse 1.

Selbst dann, wenn, wie im Ausführungsbeispiel der F i g. 1, 2 bei heruntergeregelter Leistung innerhalb der Kanäle 2 eine Verbrennung stattfindet, kann die Erwärmung nicht unzulässig hoch werden, da einmal wegen der unterstöchiometrischen Vermischung der Verbrennungsteilnehmer keine intensive Verbrennung stattfinden kann und zum anderen in unmittelbarer Nachbarschaft gleichmäßig verteilt um den Kanal 2, in dem die Verbrennung stattfindet, die Kanäle 3,4 mit der kühlenden Luft liegen. Eine gleichmäßige und wirksame Kühlung der Brennerdüse 1 und damit auch der metallenen Rohre 9 ergibt sich bei beiden Ausführungs-

beispielen durch die besondere Anordnung der Kanäle für beide Verbrennungsteilnehmer; denn die Wandstärke zwischen sämtlichen benachbarten Kanälen ist gleich. Im Ergebnis wird erreicht, daß die metallenen Rohre 9 nicht so stark erhitzt werden, daß sie bereits nach kurzer Betriebszeit zerstört oder aufgekohlt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gasbrenner mit einer Vielzahl von in einer Brennerdüse aus feuerfestem Material verteilt und im wesentlichen parallel angeordneten Kanälen für die Zufuhr der Verbrennungsteilnehmer Luft und Brenngas, wobei für die Zufuhr eines Verbrennungsteilnehmers in die Kanäle hineinragende Rohre, insbesondere aus Metall, vorgesehen sind, deren Enden gegenüber den Kanalmündungen zurückversetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Kanäle (3, 4) ausschließlich der Luftzufuhr dient und derart in bezug auf die übrigen Brenngas oder ein unterstöchiometrisches Brenngas-Luftgemisch führenden Kanäle (2) angeordnet und bemessen ist, daß sich die Luft mit dem Brenngas oder dem unterstöchiometrischen Brenngas-Luftgemisch erst außerhalb der Kanäle (2, 3, 4) in deren Nähe zu einem stöchiometrischen bzw. überstöchiorneaischen Brenngas-Luftgemisch vermischt

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (3, 4; 16) für den ersten Verbrennungsteilnehmer an den Ecken gleichseitiger, aneinanderliegender Dreiecke und die Kanäle (2; 17) für den zweiten Verbrenr.ungsteilnehmer in der Mitte dieser Dreiecke angeordnet sind.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (4) für den Verbrennungsteilnehmer Luft im Zentrum der Brennerdüse (1) Hegt