DE2053805A1 - Rekuperativ-Brenner - Google Patents

Rekuperativ-Brenner

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DE2053805A1
DE2053805A1 DE19702053805 DE2053805A DE2053805A1 DE 2053805 A1 DE2053805 A1 DE 2053805A1 DE 19702053805 DE19702053805 DE 19702053805 DE 2053805 A DE2053805 A DE 2053805A DE 2053805 A1 DE2053805 A1 DE 2053805A1
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Brian; Edmondson John; Sourbutts Stanley; Solihull Warwickshire Oeppen (Großbritannien). M
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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
    • F23D14/20Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone

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Description

  • Rekuperativ-Brenner Die Erfindung betrifft einen Rekuperativ-Brenner für Industrieöfen, beispielsweise Warmebehandlungsöfen, wobei Kanäle zur getrennten Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu einer Mischdüse oder mehreren Einzeldüsen vorgesehen sind, welche in eine Brennknmmer mündet bzw. münden, in welcher die Zündung des Brennstoff/LuSt-Gemisches erfolgt und welche in einen einen Kanal zum Abzug von Verbrennungßproedukten aus dem Ofen aufweisenden Raum für Verbrennungsprodukte führt, und wobei ferner der Verbrennungsluftkanal wenigstens teilweise wärmeaustauschend bezüglich des besagten Raumes angeordnet und ein eine Vorwärmung der im Verbrennungsluftkanal zuströmenden Luft durch die Verbrennungsprodukte gewährleistender Rekuperator gebildet ist Solche Brenner können zur unmittelbaren Befeuerung des Innenraumes eines Ofens angeordnet werden, welcher dann zusammen mit dem besagten Kanal zum Abzug von Verbrennungsprodukten daraus den erwähnten Raum für Verbrennungsprodukte bildet. Stattdessen kann der Brenner auch den Ofeninnenraum indirekt beheizen, indem er in einem Strahlungsrohr angeordnet ist und darin brennt. Der Raum für Verbrennungsprodukte ist dann vom Inneren des Strahlungerohres und dem Kanal zum Abzug von Verbrennungsprodukten aus dem Ofen gebildet.
  • Bei direkter Befeuerung ist der Brenner normalerweise derart angeordnet, daß er im Betrieb in eine Offnung der Ofenwand ragt, wobei der Abzugskanal für die Verbrennungspro dukte von einem Ringspalt zwischen dem Brenner und der Innenfläche der Offnung gebildet ist. Beieuert der Brenner ein Strahlungsrohr, dann ist er normalerweise in einem Rohr eingeschlossen, welches mit dem Brenner den Abzugskanal für die Verbrennungsprodukte begrenzt.
  • Bei den bekannten rekuperativen Brennern der angegebenen Art erstreckt sich der Verbrennungsluftkanal des Brenners nicht über das Einlaßende der Bremikammer hinaus, so daß ein gegebenenfalls verhältnismäßig langes Stück vom Brenner für Wärmeübertragung ungenutzt bleibt. Bei solchen Brennern erstrecken sich Metallteile, beispielsweise Träger für Bauteile aus feuerfestem Material, auch die Brennkammer, bis über das EEn1aBende der Brennkammer und sind Temperaturen ausgesetzt, welche denen im Ofeninnenraum herrschenden Temperaturen gleich sind oder ihnen nahe kommen. Um eine schnelle ZerstHrung solcher Metallteile zu vermeiden, sind solche Brenner auf Anwendungen beschränkt, bei denen die Verbrennungsprodukte Temperaturen von weniger als etwa 1100 0C aufweisen.
  • Normalerweise sind Brenner im Betrieb so angeordnet, daß ihre Brennkammer innerhalb der Ofenwand liegt, wobei die Brennkammermtlndung mit der Innenfläche der Ofenwand bei direkter Befeuerung fluchtet oder bei indirekter Befeuerung eine entsprechende Stellung einnimmt. Die Verbrennungsprodukte geben während des Durchströmens des Abzugskanals Wärme an die Ofenwand ab. Da während des Betriebes der bekannten Brenner keine Verbrennungsluft bis über das Einlaßende der Brennkammer geführt ist und die Verbrennungsprodukte vor Erreichen des Luftkanals bereits Wärme an die Ofenwand verloren haben, ist der Wärmeaustausoh verhältnismäßig wenig wirksam.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Der erfindungsgemäße Brenner der eingangs angegebenen Art ist daher dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeaustauschende Verbrennungsluftkanal des Brenners sich in der Richtung der Strömung in der Brennkammer über deren Einlaßende hinweg erstreckt, um dann zur Düse zurückzulaufen.
  • Der Verbrennungsluftkanal erstreckt sich vorteilhafterweise bis etwa zum Einlaßende des Abzugskanals für die Verbrennungsproduckte, um dann zur Düse zurückzulaufen, welche innerhalb der Ofenwand angeordnet ist. Bei geeigneter Ausbildung und geeigneten Abmessungen werden Metallteile jenseits dem Einlaßende der Brennkammer durch den Luftkanal gekühlt, so daß sie unter einer Temperatur von etwa 1100 °C gehalten sind, selbst wenn die Temperatur der Verbrennungsprodukte weit darüber liegen. Dies erweitert den Anwendungsbereich der Brenner, welche auch bei Hochtemperatur-Warmebehandlungen eingesetzt werden können, wobei der Vorteil zusätzlich vermittelt ist, daß das Ausmaß der Luftvorwärmung, was zur thermischen Wirksamkeit beträchtlich beiträgt, leicht erhalten werden kann.
  • Mit Vorteil ist dabei die Brennkammer innerhalb der Ofenwand angeordnet, wobei das Auslaßende der Brennkammer etwa in der Ebene der Innenfläche der Ofenwand liegt.
  • Vorzugsweise weist die Brennkammer einen kreisrunden querschnitt auf, und ist der Rekuperator aus drei ineinanderliegenden Rohren gebildet, welche Jeweils koaxial zur Brennkammer angeordnet sind und einen inneren sowie einen äußeren Verbrennungsluftkanal im Rekuperator bilden, wobei das innere Rohr und das äußere Bohr an den Vorderenden durch Ringplatte miteinander verbunden sind, während das mittlere Rohr im abstand von der vor dem Einlaßende der Brennkammer angebrachten Ringplatte angeordnet ist, und wobei der äußere Verbrennungsluftkanal mit eines läuft einlaß und der innere Verbrennungsluftkanal mit der Düeer verbunden ist. Der Brenner begrenzt, eingebaut in eine zyliddrische Oeffnung der Ofenwand, mit dieser einen ringförmigen Kanal für die Verbrennungsprodukte, so daß der so gebildete Rekuperator den Brenner umgibt.
  • Im Falle eines Brenner. mit einer engen, im Querschnitt rechteckigen Brennkammer können stattdessen zwei Rekuperatoren vorgesehen sein, welche sich Jeweils entlang einer breiteren Seite der Brennkammer erstrecken.
  • Bei direkt befeuerten Ofen ist es manchmal erforderlich, zur Stützung der Ofenwand ein Meta mutter in der Offnung anzuordnen, in welcher der Brenner angebracht ist. Sonst können sich Stücke aus feuerfestem Material von der Wand lösen und den Kanal für die Verbrennungsprodukte teilweise blokzieren. Nachteilig eines solchen fletallfutters ist die Xatsache, daß es nur bei solchen Ofen verwendet werden kann, bei denen die mit dem Futter in Berjihrung kommenden Verbrennungsprodukte eine Temperatur unterhalb 1100 0 aufweisen, weil sonst eine schnelle Zerstörung des Futters eintritt.
  • Daher ist der erfindungsgemäße Brenner weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbrennungsluftvorwärmer vorgesehen ist welcher mit dem Verbrennungsluftkanal des Rekuperators mindestens den gröbsten Teil des Abzugskanals der Verbrennungsprodukte einschließt, wobei der Vorwärmer am hinteren Ende einen Lufteinlaß und eine Verbindung mit dem Einlaß des Verbrennungsluftkanals vom Rekuperator aufweist, so daß Luft unter Erwärmung vom Vorwärmerlufteinlaß zur Verbindung mit dem Rekuperator strömt.
  • Zwischen Ofenwand und Vorwärmer kann ein weiterer Abzugskanal für Verbrennungsprodukte vorgesehen sein.
  • Der Vorwärmer ist vorzugsweise aus drei ineinsuderliegenden Rohren gebildet, welche einen inneren und einen äußeren Luftkanal begrenzen und Jeweils koaxial zur Brennkammer angeordnet sind, wobei das innere Rohr und das äussere Rohr an den Vorderenden durch eine Ringplatte mit ein ander verbunden sind, während das mittlere Rohr im Abstand von der Ringplatte angeordnet ist, und wobei der äußere Kanal hinten mit dem Vorwärmerlufteinlaß und der innere Kanal hinten mit der Verbindung zum Rekuperatorluftkanal verbunden ist. Die durch den Vorwärmer strömende Luft wird hauptsächlich durch die von denJenigen Verbrennungsprodukten abgegebene Wärme erhitzt, welche durch den Kanal strömen, der vom Luftvorwärmer begrenzt ist.
  • Der Vorwärmer dient als Schild, welcher Wärmeverluste der Verbrennungsprodukte beim Durchströmen des Abzugskanals durch Wärmeabgabe an die Ofenwand beträchtlich vermindert. Da der Kanal für die Verbrennungsprodukte zumindest über den größten Teil seiner Länge vom Vorwärmer und vom Luftkanal des Rekuperators begrenzt ist, ist die Gefahr der Verstopfung durch abgebrochenes feuerfestes Material beträchtlich vermindert. Die Außenwand des Vorwärmers kann zusätzlich als Futter für die Öffnung in der Ofenwand dienen, in welcher der Brenner angeordnet ist, so daß die Wand gestützt wird. Das die Wand stützende Metall ist von Luft gekühlt, so daß solche Brenner an Ofen angebracht werden können, in denen die mit dem Putter in Berührung kommenden Verbrennungsprodukte eine Temperatur über 1100 oC aufweisen.
  • Ist die außenwand des Vorwärmers im Abstand von der umgebenden Öffnung in der Ofenwand angeordnet, dann ergibt sich ein zusätzlicher Abzugskanal für die Verbrennungsprodukte, so daß die Fläche für unmittelbaren Wärmeaustausch vergrössert ist.
  • Ist bei Hochtemperaturanwendung ein rekuperativer Brenner so ausgelegt, daß bei größtem Durchsatz die höchste Temperatur des Metallrekuperators etwa 1000 oO beträgt, dann können Schwierigkeiten auftreten, wenn der Brenner mit niedrigerer Leistung arbeiten soll. Der Rekuperator ist wie die meisten Wärmetauscher wirksamer bei niedrigen Durchsätzen, so daß die Verbrennungsluft und die Metallteile größere Temperaturen annehmen, verglichen mit denjenigen bei voller Leistung. Die Temperatur der Metallteile kann daher den bezüglich einer annehmbaren Lebensdauer zulässigen Höchstwert überschreiten. Dies kann dadurch vermieden werden, daß ein weniger wirksamer Rekuperator verwendet wird. Die Vorwärmtemperatur der Verbrennungsluft ist geringer, und die höchste Temperatur der Metallteile kann selbst bei schwacher Strömung unterhalb 1000 °C gehalten werden. Dies ist jedoch deswegen nachteilig, weil die Luftvorwärnning bei voller Leistung geringer wird, als an sich erzielbar.
  • Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist erfindungsgemäß ein Kanal zum Abzug von Luft vor Erreichen der Düse des Brenners vorgesehen. Der Rekuperator ist dabei so ausgelegt, daß er den Bedingungen bei voller Leistung des Brenners optimal genügt. Über den Luftabzugskanal wird überschüssige, für die Verbrennung nicht erforderliche Luft abgeführt. Auf diese Weise kann im Luftkanal des Brenners eine ausreichende Luftströmung aufrechterhalten werden, um eine übermäßige Erhöhung der Temperatur der Metallteile zu verhindern. Ist ein Luftvorwärmer vorgesehen, dann ist der erwähnte Luftabzugskanal vorzugsweise neben der Verbindung zwischen den Luftkanälen des rorwiraers und des Rekuperators an diese angeschlossen.
  • Zusätzlich zu der Anwendungsmöglichkeit bei hohen Temperaturen vermittelt die Erfindung auch Vorteile bei der Niedertemperaturheizung, da der erfindungsgemäße Brenner auf Grund der größeren Wärmeaustauschflächen des verlängerten Luftkanals wirtschaftlicher ist.
  • Innerhalb des gesamten Temperaturbereiches vermindert der verlängerte Luftkanal ein Abgeben von Wärme von der Brennkammer und von den im Abzugskanal nach außen strömenden heißen Gasen an die Ofenwand. Dies deswegen, weil Wärme von der Brennkammer und vom ibzugskanal für die Verbrennungsprodukte auf die eintretende Verbrennungsluft übergeht, welche im verlängerten Luftkanal strömt, nicht jedoch an die Ofenwand.
  • Die Erfindung vermittelt weiterhin Vorteile bei dem Ersatz eines Stadtgasbrenners durch einen Erdgasbrenner.
  • Letzterer benötigt eine längere Brennkammer, deren anordnung bei bekannten rekuperativen Brennern der eingangs angegebenen Art entweder eine Verminderung der Wärmeaustau-Länge des ~ -scherlange oder eine erhöhung der gesamten/Brenners zur irolge hätte. Da erfindungsgemäß die gesamte Stärke der Ofenwand zur Wärmewiedergewinnung herangezogen werden kann, ist dieser Nachteil beim Verbrennen von Erdgas vermieden.
  • Nachstehend sind einige Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen: Fig. 1 die Ansicht eines Längischnittes eines erfindungsgemäßen Brenners in schematischer Wiedergabe, angeordnet in einer Ofenwand; Fig. 2 die Ansicht des Längsschnittes durch den vorderen Teil des Brenners naeh Fig. 1, wobei alle Einzelheiten sichtbar sind; Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittansicht eines anderen erfindungsgemäßen Brenners; Fig. 4 die Ansicht eines Längsschnittes durch einen weiteren erfindungsgemäßen Brenner in schematischer Wiedergabe, angeordnet in einer Ofenwand; Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Bchnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Brenners; Fig. 6 eine den Fig. 4 und 5 entsprechende Schnittansich eines weiteren erfindungsgemäßen Brenners; Fig. 7 die Ansicht eines Schnittes durch einen Teil des Brenners nach Fig. 6 in größerem Maßstab.
  • Der Brenner 1 gemäß Fig. 1 und 2 ist in einer zylindrischen Öffnung der Wand 2 eines Ofens angeordnet. Zwischen Brenner 1 und der Offnung liegt ein Kanal 3 mit ringförmigem Querschnitt und Auslaß 4. Bin gasförmiger Brennstoff wird dem Brenner 1 über einen Einlaß 5 und Luft über einen Einlaß 6 zugeführt.
  • Gemäß Fig. 2 verschließt eine Düse 9 eine Brennkammer 10 am Einlaßende0 Der Düse 9 wird Gas durch ein mittleres Rohr 11 zugeführt. Verbrennungsluft strömt durch einen Rekuperatorkanal 12 zu, welcher zwischen zwei konzentrischen Rohren 13 und 14 liegt. Das äußere Rohr 13 geht am vorderen Ende über einen Bogen 15 in ein inneres konzentrisches Rohr 16 über, das innerhalb vom Rohr 14 verläuft. Am hinteren Ende ist das Rohr 16 mit einer Ringplatte 17 verbunden, welche die Düse 9 umgibt. Das Rohr 14 ist mit dem vorderen Ende im Abstand vom Bogen 15 angeordnet, so daß Luft darum herumfliessen und durch den Ringraum zwischen dem Rohr 14 und dem Rohr 16 in einen Luftkasten 18 fließen kann, dessen hintere Wand von einer Ringplatte 19 gebildet ist, welche mit dem mittleren Rohr 11 verschweißt ist und sich radial nach außen zum Rohr 14 hin erstreckt. Das mittlere Rohr 1.1 ist mit einer Isolierung 20 bedeckt. Feuerfestes Material 21 umgibt die Brennkammer 10 und erstreckt sich vorne radial bis zur lussenfläche vom Rohr 13.
  • Das äußere Rohr 13 bildet mit der Offnung der Ofenwand 2 den Ringkanal 3 für die Verbrennungsprodukte, welcher zusammen mit dem Luftkanal 12 einen Rekuperator darstellt.
  • Die Vorderseite des Teiles 21 aus feuerfestem Material fluchtet mit der Innenfläche der Ofenwand 2. Der Brenner 1 ist wegen der im Abstand von der Innenfläche der Ofenwand 2 getroffenen Anordnung des Bogens 15 insbesondere für einen solchen Betrieb geeignet, bei dem die Verbrennungsprodukte sehr hohe Temperaturen erreichen. Bei niedigeren Temperaturen ist diese Anordnung nicht erforderlich, so daß dann die Stirnwand 15 in der Ebene der Innenfläche der Ofenwand 2 liegen kann.
  • Ist der Brenner 1 in Betrieb, dann verlassen die Verbrennungsprodukte den Ofen durch den Kanal 3. Warme wird vom äußeren Rohr 13 zum Rohr 14 und vom Rohr 14 zum Rohr 16 gestrahlt. Auf diese Weise wird der Verbrennungsluft im Bereich der Brennkameer 10 Wärme durch Konvektion zugeführt, und zwar von der Innenfläche des äußeren Rohres 13 beiden Flächen des Rohres 14 und der Außenfläche des Rohres 16.
  • Da das mittlere Rohr 11 zur Zuführung des gasförmigen Brennstoffs nicht nur mit einer Isolierung 20 versehen ist, sondern zwischen der Isolierung 20 und dem Rohr 14 ein Luftringraum 22 vorgesehen ist, besteht nur ein minimaler Wärmeübergang zum Gas im Rohr 11. Die Gefahr des Crackens des Gases und die damit verbundenen Schwierigkeiten sind gering.
  • Der Brenner 24 gemäß Fig. 3 ist im Aufbau im wesentlichen dem Brenner nach Fig. 1 und 2 ähnlich. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugs ziffern versehen. Der wesentliche Unterschied beruht darin, daß mindestens eine Öffnung 23 in der Ringplatte 19 vorgesehen ist, welche den Luftringraum 22 mit dem Luftkasten 18 verbindet. Am hinteren Ende des Brenners 24 ist außerhalb vom Ofen ein von einem nicht dargestellten Ventil gesteuerter Kanal vorgesehen, welcher vom Ringraum 22 aus dem Brenner 1 nach außen führt.
  • Bei niedriger Brennleistung kann ein adäquater Luftstrom durch den Luftkanal 12 hindurch aufrechterhalten werden, um die Temperatur des den Verbrennungsprodukten ausgesetzten Metalls auf einem annehmbaren Wert zu halten. In den Luftkasten 18 eintretende, für die Verbrennung nicht erforderliche Luft wird durch geeignete Einstellung des erwähnten äußeren Ventils über die Bohrung bzw. Bohrungen 23, den Luftringraum 22, das Ventil und den daran anschließenden, nach außen führenden Kanal abgezogen.
  • Bei Hochleistungsbetrieb des Brenners ist der Luftdurchsatz im Kanal 12 normalerweise durch die gewünschte Verbrennung bestimetfi beispielsweise um ein stöchiometrisches Luft/Brennstoff-Gemisch zu ergeben. Bei Rochleistungsbetrieb entspricht daher der Luftdurchsatz im Kanal 12 demjenigen Durchsatz, welcher allein für die Verbrennung erforderlich ist. Der Brenner 24 ermöglicht es jedoch, die Stirnwand 15 mit der Innenfläche der Ofenwand 2 fluchten zu lassen, da die Metalltemperatur an dieser Stelle erforderlichenfalls vermindert werden kann, und zwar durch Erhöhung des Luftdurchsatzes und Abzug der überschüssigen, für die Verbrennung nicht erforderlichen läuft aus dem Luftkasten 18 durch die Offnungen 23 und das geöffnete, nicht dargestellte äußere Ventil.
  • Der Brenner 24 mit der Stirnwand 15 aus Metall, welche nicht von feuerfestem Material bekleidet ist und mit der Innenfläche der Ofenwand 2 fluchtet, kann bei höheren Temperaturen als andernfalls möglich betrieben werden. Sowohl bei Hochleistungsbetrieb als auch beim Betrieb mit niederer Leistung kann überschüssige Luft durch die Luftkanäle hindurchströmen gelassen werden, so daß die Temperatur der Stirnwand 15 herabgesetzt wird, wobei überschüssige, für die Verbrennung nicht erforderliche Luft durch die Öffnungen 23 und das nicht dargestellte, äußere geöffnete Ventil abzieht.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 strömt Brenngas über ein mittleres Rohr 101 einer Düse 102 des Brenners zu, welcher am Einlaßende der Brennksmmer 103 von einer Hülse 104 aus feuerfest ei Material umgeben ist. Das vordere Ende der Hülse 104 liegt in der Ebene der Innenfläche der Ofenwand 105. Das Glasrohr 101 ist außen von einer nicht dargestellten Isolierung umgeben und darüber hinaus gegen Wärmestrahlung durch ein umgebendes, konzentrisches Rohr 106 geschützt. km vorderen Ende ist das Rohr 106 Mit einer konischen Kappe 107 versehen, welche die Rückwand eines Luftkastens 108 bildet, von dei Luftöffnungen zur Düse 102 führen.
  • Ein Rohr 109 umgibt du Rohr 106 konzentrisch und begrenzt damit einen Luftringkanal 110. Das Bohr 109 stellt zugleich die Innenwand eines umgebenden Verbrennungsproduktkanals 111 dar, welcher zusammen mit dem Luftkanal 110 einen Rekuperator bildet.
  • Der Kanal 111 ist von einen Vorwärmer umgeben, welcher aus einen inneren Rohr 112, einen Mittleren Rohr 113 und einen äußeren Rohr 114 besteht. Eine ringförmige Stirnwand 115 verbindet die vorderen Enden vom Innenrohr 112 und vor Außenrohr 114. Diese Rohre begrenzen einen inneren Luftkanal 116 sowie einen äußeren Luftkanal 117 des Vorwärmers, welche am vorderen Ende durch einem radialen Kanal 118 miteinander verbunden sind. Am hinteren Ende des äußeren Luftkanals 117 ist ein Lufteinlaß 119 vorgesehen. Am hinteren Ende des inneren Luftkanals 116 ist ein Ringraum 120 vorgesehen, während am hinteren Ende des Verbrennungsproduktkanals 111 ein Ringraum 121 mit Auslaß 122 angeordnet ist. Ein weiterer Luftringraum 123 hinter den Bau 121 mündet in den Einlaß des Luftkanals 110 vom Rekuperator. Die Ringräume 120 und 123 sind durch in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Bälge 124 miteinander verbunden, welche Überleitungsverbindungen zwischen den Luftkanälen 116 und 110 bilden.
  • Bälge 125 bilden die Außenwand des Ringraums 12o. Die Bälge 124 und 125 eriöglichen unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Rohre.
  • Der Luftkanal des Brenners umfaßt die Luftkanäle des Rekuperators und des Vorwärmers.
  • Vom Ringraum 123 führt ein Kanal 126 aus dem Brenner heraus, welcher Kanal 126 mit einem Ventil 127 versehen ist.
  • Eine Isolierung 139 trennt das Rohr 114 und die stirnwand 115 vom feuerfesten Material der Ofenwand 105.
  • Der Brenner mit von der Ofenwand 105 durch feuerfestes naterial getrennter Stirnwand 115 des Vorwärmers ist insbesondere für einen solchen Betrieb geeignet wobei die Verbrennungsprodukte sehr hohe Temperaturen erreichen. Bei einem Betrieb bei niedrigeren Temperaturen ist diese Anordnung im Abstand nicht erforderlich, so daß die Luftkanäle 116 und 117 des Vorwärmers sich so weit nach vorne erstrecken können, daß die Stirnwand 115 in der Ebene der Innenfläche der Ofen wand 105 liegt.
  • Das Rohr 109 erstreckt sich um die Hülse 104 herum nach vorne, und zwar mindestens teilweise über dieselbe hinweg bis etwa zur Stirnwand 115 hin. Dieser Fortsatz, obwohl nicht unmittelbar gekühlt, kann Wärme zur verhältnismäßig kühlen Oberfläche des Innenrohres 112 vom Vorwärmer strahlen und unter der Voraussetzung, daß er sich nicht über die Ebene der Stirnwand 115 hinaus erstreckt, auch bei Hochtemperaturbrennern verwendet werden.
  • Im Betrieb fließen die Verwendungsprodukte durch den Kanal 111 nach hinten und verlassen den Brenner durch den Ringraum 121 und den Auslaß 122. Verbrennungsluft tritt in den äußeren Luftkanal 117 des Vorwärmers durch den Lufteinlaß 119 ein, strömt nach vorne in Kanal 117, dann radial nach innen dadurch den Kanal 118 und wieder zurück durch den inneren Luftkanal 116 des Vorwärmers zum Ringraum 120. Von dort strömt die Luft durch die Bälge 124 in den Ringraum 123, um dann durch den Luftkanal 110 des Rekuperators zur Düse 102 zu gelangen.
  • Vom Rohr 112 wird Wärme zum Rohr 113 gestrahlt, und von dort zum Rohr 114. Weiterhin wird wärme vom Rohr 109 zum Rohr 106 gestrahlt. Die Verbrennungsluft wird daher durch Konvektion innen am Rohr 114, an beiden flächen des Rohres 113 und außen am Rohr 112 im Vorwärmer erwärmt, ferner an der AußonflSche vom Rohr 106 und an der Innenfläche von Rohr 109.
  • Beim Betrieb mit niederer Leistung kann eine ausreiohende Luftströmung im Vorwärmer aufrechterhalten werden, um die Temperatur der Metallteile des Vorwärmers und des Rekuperatorn in annehmbaren Grenzen zu halten. Dazu wird das Ventil 127 geöffnet, um überschüssige, für die Verbrennung nicht erforderliche Luft abzulassen.
  • Die Wärmeübertragungsfläche des erfindungsgemäßen Brenners einschließlich der durch den Vorwärmer vermittelten ist mehr als doppelt 80 groß wie diejenige eines konventionellen rekuperativen Brenners. Bei gegebener Eintrittstemperatur der Verbrennungsprodukte können hohe LuStvorwärmungen erwartet werden. Dies ist ohne große Steigerung der Länge oder des Durchmessers erzielt.
  • Der rekuperative Brenner gemäß Fig. 5 ist im wesentlichen denjenigen nach Fig. 4 ähnlich. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugsziffern versehen. Das äußere Rohr 114 des Vorwärmers ist jedoch im Abstand von der zur Anbringung des Brenners in der Ofenwand 105 vorgesehenen Offnung angeordnet, so daß ein Hilfsringkanal 128 für die Verbrennungsprodukte sich ergibt. Am hinteren winde mündet dieser Kanal 128 in einen zweiten Ringraum 129 mit auslaß 130. Das äußere Rohr 114 ist daher unmittelbar durch Verbrennungsprodukte erwärmt, welche durch den Kanal 128 strömen, ferner durch Strahlung von der Ofenwand 105 her. Es strahlt Wärme zum Rohr 113 hin, wodurch das Ausmaß der Wärmeübertragung auf die durch den Vorwärmer strömende Luft erhöht wird.
  • Aus Fig. 5 geht hervor, daß die Stirnwand 115 mit der Innenfläche der Ofenwand 105 fluchtet. Sie kann jedoch auch gemäß Fig. 4 durch feuerfestes Material vom Ofeninnenraum getrennt sein. Die in Fig. 5 wiedergegebene Bauweise ist insbesondere geeignet bei verhältnismäßig niederen Temperaturen der Verbrennungsprodukte. Gewünscht enfall s kann sie Jedoch auch bei Temperaturen der Verbrennungsprodukte angewendet werden, welche hoher als sonst möglich sind, indem der Luftdurchsatz in den Kanälen 116 und 117 des Vorwärmers ifber das für die Verbrennung in der Brennerdüse erforderliche naß erhöht wird, und zwar derart, daß die Temperatur der Btirnwand 115 herabgesetzt wird. Vberschüssige Luft wird durch den Kanal 126 und das Ventil 127 abgezogen.
  • Der rekuperative Brenner gemaß Fig. 6 entspricht gleichfalls ii wesentlichen demjenigen nach Fig. 4. Dieselben Bauteile sind ebenfalls mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Bei dieser Ausführungsform sind die Luftringräume 120 und 123 der Ausführungsform nach Fig. 4 zu einem einzigen Luftringraum 131 mit zylindrischer Außenwand 132 zusammengefaßt, Der Ringraum 121 hat kleinere radiale Abmessungen als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und ist mit einer zylindrischen Außenwand 133 versehen, welche gegenüber der Wand 132 des Luftringraumes 131 radial nach innen gesetzt ist, um einen Ringkanal 146 zu bilden, welcher eine tbergangßverbindung darstellt. Ein radialer Auslaß 122 vom Ringraum 121 durchßetztNden Luftringraum 131 und die Wand 132, um aus dem Brenner herauszulaufen. Bei dieser Bauweise strömt Luft im Ringraum 131 und im Luftkanal 110 über im wesentlichen sämtliche Flächen des Ringraumes 121, wie besonders deutlich aus der unteren Hälfte von Fig. 6 ersichtlich.
  • Die Rohre 106 und 109 bilden die mittlere bzw. äussere Wand eines ausgedehnten Luftkanals 110 des Rekuperators 134 und erstrecken sich über das Einlaßende der Brennkammer 103 hinaus, und zwar fast bis zur Innenfläche der Ofenwand 105, wobei die Hülse 104 aus feuerfestem Material einen Abachnitt verminderten Durchmessers aufweist, um das vordere Ende des Rekuperators 134 aufzunehmen. Ein Innenrohr 135 des Rekuperators 134 ist am vorderen Ende über eine Ringplatte 136 mit dem vorderen Ende vom Rohr 109 verbunden, wobei das mittlere Rohr 106 im Abstand von der Ringplatte 136 angeordnet ist, so daß sich ein radialer Luftkanal 137 ergibt.
  • Statt einer konischen Kappe 107 ist eine Ringplatte 138 vorgesehen, welche die rückwärtige Wand des Luftkasten 108 bildet.
  • Dieser Brenner arbeitet ähnlich demJenigen gemäß Fig. 4, abgesehen davon, daß im Kanal 110 zwischen den Rohren 106 und 109 fließende Luft nunmehr über das Einlaßende der Brennkammer 103 hinweg strömt, bevor sie umkehrt und durch den Kanal 137 und den Kanal zwischen den Rohren 135 und 106 in den Luftkasten 108 gelangt.
  • Zwar ist ein Luftablaßkanal 126 in Big. 6 nicht dargestellt, doch kann er gewünschtenfalls vorgesehen und an den Ringraum 131 oder an den Luftkasten 108 angeschlossen sein.
  • Die Stirnwand 115 des Vorwärmers und die Ringplatte 136 vom Rekuperator 134 sind jeweils von der Innenfläche der Ofenwand 105 durch feuerfestes Naterial getrennt. Der Brenner ist daher insbesondere geeignet für einen Betrieb, bei dem die Verbrennungsprodukt e sehr hohe Temperaturen erreichen. Beim Betrieb mit niedrigeren Temperaturen ist die erwähnte Trennung nicht erforderlich, so daß sich Vorwärmer und Rekuperator dann weiter nach vorne erstrecken können, so daß sie in der Ebene der inneren Fläche der Ofenwand 105 liegen.
  • In Fig. 7 ist eine Expansionsverbindung des Rohres 114 vom Vorwärmer gemäß Fig. 6 dargestellt. Die Wand 132 ist mit einer Ringplatte 140 verschweißt, welche mit einer Gehäusewand 141 des Ofens durch Mutter 142 und Schraubenbolsen 143 verbunden ist. Die Gehäusewand 141 und die Ringplatte 140 weisen Öffnungen auf, welche vom Bohr 114 durchsetzt sind. Die Ringplatte 140 ist an der der Gehäusewand 141 benachbarten Seit. an der erwähnten Öffnung für das Rohr 114 mit einer konischen Phase 144 versehen. Zwischen dieser und der benachbarten Fläche der Gehäusewand 141 sowie der äußere ren Oberfläche vom Rohr 114 ist eine Schnur 145 aus Asbest oder dergleichen angeordnet. Das Rohr 114 kann so bezüglich der Gehäusewand 141 gleiten, wobei trotzdem eine gasundurchlässige Dichtung vermittelt ist, welche fester gestellt wer den kann durch Anziehen der Muttern 142, so daß die Ringplatte 140 naher an die Wand 141 gesogen wird.

Claims (9)

  1. Ansprüche
    $i) Rekuperativ-Brenner für Industrieöfen, beispielsweise Wärmebehandlungsöfen, wobei Kanäle zur getrennten Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu einer MischFüs oder mehreren Einzeldüsen vorgesehen sind, welche in eine Brennkammer mündet bzw. münden, in welcher die Zündung des Brennstoff/Luft-Gemisches erfolgt und welche in einen einen Kanal zum Abzug von Verbrennungsprodukten aus dem Ofen aufweisenden Raum für Verbrennungsprodukte führt und wobei ferner der Verbrennungsluftkanal wenigstens teilweise warmeaustauschend bezüglich des besagten Raumes angeordnet und ein eine Vorwärmung der im Verbrennungsluftkanal zuströmenden Luft durch die Verbrennungsprodukte gewährleistender Rekuperator gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeaustauschende Verbrennungsluftkanal (12; 117, 116, 110) sich in Strömungsrichtung in der Brennkammer (10; 103) über deren Einlaßende hinweg erstreckt und dann zur Düse (9; 102) zurückläuft.
  2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsluftkanal (12 117, 116, 110) sich bis etwa zum Einlaßende des Abzugskanals (3; 111, 128) für die Verbrennungsprodukte erstreckt und dann zur Düse (9; 102) zurückläuft, welche innerhalb der Ofenwand (2 105) angeordnet ist.
  3. 3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (10 103) innerhalb der Ofenwand (21 105) angeordnet ist, wobei das Auslaßende der Brennkammer (10; 103) etwa in der Ebene der Innenfläche der Ofenwand (2; 105) liegt.
  4. 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkaimer (10) einen kreisrunden Querschnitt aufweist und der Rekuperator aus drei ineinanderliegenden Rohren (13, 14, 16) besteht, welche jeweils koaxial zur Brennkammer (10) angeordnet sind und einen inneren sowie einen äußeren Yerbrennungsluftkanal im Rekuperator bilden, wobei das innere Rohr (16) und das äußere Rohr (13) an den Vorderenden durch eine Ringplatte (15) miteinander verbunden sind, während das mittlere Rohr (14) im Abstand von der vor dem Einlaßende der Brennkammer (10) angebrachten Ringplatte (15) angeordnet ist, und wobei der äußere Yerbrennungsluftkanal mit einem Lufteinlaß (6) und der innere Verbrennungsluftkanal mit der Düse (9) verbunden ist.
  5. 5. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbrennungsluftvorwärmer vorgesehen ist, welcher mit dem Verbrennungsluftkanal (110) des Rekuperators mindestens den größten Teil des Abzugskanals (111) der Verbrennungsprodukte einschließt, wobei der Vorwärmer am hinteren Ende einen Lufteinlaß (119) und eine Verbindung (124 146) mit dem Einlaß des Verbrennungsluftkanals (110) des Rekuperators aufweist, so daß Luft unter Erwärmung vom Einlaß (119) zur Verbindung (124 146) strömt.
  6. 6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ofenwand (105) und Vorwärmer ein weiterer Abzugskanal (128) für Verbrennungsprodukte vorgesehen ist.
  7. 7. Brenner nach Anspruch 5 oder 6 mit kreisrunder Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer aus drei ineinanderliegenden Rohren (112, 113, 114) gebildet ist, welche einen inneren und einen äußeren Luftkanal (116 bzw.
    117) begrenzen und jeweils koaxial zur Brennkameer (103) angeordnet sind, wobei das innere Rohr (112) und das äussere Rohr (114) an den Vorderenden durch eine Ringplatte (115) miteinander verbunden sind, während das mittlere Rohr (113) im Abstand von der Ringplatte (115) angeordnet ist, und wobei der äußere Kanal (117) hinten mit dem Vorwärmerlufteinlaß (119) und der innere Kanal (116) hinten mit der Verbindung (124; 146) zum Rekuperatorluftkanal (110) verbunden ist.
  8. 8. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (126) zum Abzug von Luft vor Erreichen der Düse (9; 102) vorgesehen ist.
  9. 9. Brenner nach Anspruch 8 in Verbindung mit einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftabzugskanal (126) neben der Verbindung (124 146) zwischen den Luftkanälen des Vorwärmers und des Rekuperators an diese angeschlossen ist.
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DE2836433A1 (de) * 1978-08-19 1980-02-21 Ipsen Ind Int Gmbh Rekuperatorbrenner fuer industrieoefen
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