DE2303280A1

DE2303280A1 - Brenner mit abgasrueckfuehrung

Info

Publication number: DE2303280A1
Application number: DE2303280A
Authority: DE
Inventors: German Kurz; Joachim Von Dipl Ing Dr Linde; Robert Von Dipl Ing Linde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-01-24
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1974-07-25
Also published as: DE2303280C2; US3869244A; JPS4997934A; JPS5641882B2; BR7400539D0

Description

Dipl.-Ing. Robert von Linde, 8032 Gräfelfing, Akilindastraße 56

Brenner mit Abgasrückführung

Die vorliegende Erfindung betrifft Brenner für fließfähige, vorzugsweise flüssige Brennstoffe, bei denen heißes Abgas aus der Brennkammer zum Austritt des Brennstoffs durch die Injektorwirkung der Verbrennungsluft zurückgeführt wird. Das hinter dem Brennstoff austritt entstehende Abgas-Brennstoff-Gemisch wird in einem Mischrohr mit der Verbrennungsluft gemischt, ehe es hinter dem Mischrohr in die Brennkammer austritt und dort verbrennt. Es ist ein Brenner bekannt, bei dem die Luft aus einer Ringdüse austritt und durch die Injektorwirkung die Rückführung des Abgases zum Brennstoffaustritt bewirkt. Diese Anordnung ist mit zwei Nachteilen verbunden, denn es muß die Verbrennungsluftleitung zur Ringdüse durch das rückgeführte Abgas meist im Kreuzstrom zu diesem geführt werden, was baulich verwickelte und thermisch hoch belastete Teile erfordert. Zudem begrenzt der Austritt der Verbrennungsluft aus nur einer Düse den Arbeitsbereich des Brenners. Wenn zum Zwecke der Kleinstellung des Brenners die Verbrennungsluftmenge gedrosselt wird, verringert sich die Geschwindigkeit im Ringspalt entsprechend und damit die Treibwirkung der Luft. Im praktischen Betriebe wird dadurch der Betrieb leistungsmäßig auf den Bereich 1 : 3 beschränkt.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Nachteile und bringt neben baulichen Vorteilen auch eine wesentliche Erweiterung des Arbeitsbereiches dadurch, daß die Verbrennungsluft aus einer Mehrzahl von Düsen in ein gemeinsames Mischrohr arbeitet, wobei die Düsen gleichförmig oder kranzförmig um die Brennstoffzufuhr oder deren axiale Verlängerung angeordnet sind. Die Düsen liegen gemäß der Erfindung etwa parallel zur Achse des Brennstoffaustritts, also z.B. der Achse des aus einer Düse austretenden Brennstoff kegeis. Sie sind dabei entweder einander gegenüberliegend oder sonst gleichmäßig um die Achse des Brennstoff au stritts angeordnet und können gemäß der Erfindung auch etwas geneigt werden, wobei der Winkel vorzugsweise 5 - 10 °, in Sonderfällen bis zu 15 ° befragen soll. Die Düsen

409830/0253

können auch gegenüber dem Brennstoffaustrift in Strömungsrichtung dahinter liegen, damit ein möglichst großer Raum geschaffen wird, in dem das Abgas mit dem Brennstoff noch vor dem Zutritt von Luft reagieren kann. Wenn die Düsen gemäß der Erfindung angeordnet sind, kann zwischen ihnen das aus der Brennkammer zurückströmende Abgas ungehindert zur Brennstoffdüse gelangen. Ein Teil des zwischen den Düsen durchtretenden Abgases mischt sich dem Brennstoff zu und reagiert mit diesem, während ein weiterer Teil sich mit den aus den Düsen austretenden freien Luftstrahlen vermengt. Auf diese Weise wird eine verhältnismäßig große Abgasmenge

in den die Brennstoffdüse umgebenden Raum gefördert. Gemäß

der Erfindung sind die Luftdüsen in Gruppen angeordnet, die, unabhängig voneinander, mit Luft versorgt oder von der Luftversorgung abgeschaltet werden können. Bei kleiner Leistung des Brenners werden eine oder mehrere Luftdüsengruppen abgeschaltet, so daß die Luftmenge aus den noch offenen Düsen mit umso größerer Geschwindigkeit austritt. Die mit voller Luftmenge beaufschlagten Luftdüsen können die Förderwirkung im Injektor voll ausüben, so daß der Betriebsbereich des Brenners wesentlich erweitert wird. Die Zu- oder Abschaltung einzelner Düsen oder Düsengruppen kann abhängig von der Brennstoffmenge erfolgen oder von Hand eingestellt werden oder auch gemäß der Zusammensetzung des Abgases geregelt werden. Die Unterteilung der Düsen in einzelne Gruppen wirkt sich, gemäß der Erfindung, besonders dann vorteilhaft aus, wenn einzelne Düsengruppen voll offen, die anderen dagegen geschlossen sind. Die einzelnen Düsen jeder Gruppe sollen gleichmäßig um die Achse des Brennstoffaustritts verteilt sein. Sofern die Gruppe nur aus zwei Düsen besteht, ist es zweckmäßig, diese einander gegenüberzustellen. Sind insgesamt nur zwei Düsen vorhanden, so können diese jeweils allein oder gemeinsam mit Luft versorgt werden. Dabei können diese beiden Düsen auch unterschiedliche Größe haben, z.B. die kleinere der Luftmenge bei kleinster Leistung entsprechen.

In der Regel werden die Düsenmündungen noch außerhalb des Mischraumes liegen. Die Erfindung sieht aber auch eine Anordnung der Düsen in der Wan,d des Mischraumes vor, aus der diese unter einem Winkel gegen die Achse des Brennstoffstrahls gerichtet sind. Diese Düsen können einfache Bohrungen sein oder in die Wand eingesetzte besondere Düsenkörper. Sie werden durch Luft versorgt, die aus den hinter der Mischraumwand liegenden Luftkammern zuströmt.

40 98 30/025 3 _##/3

Ein Vorteil der Erfindung ist der einfache Aufbau des Brenners. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht in der leichten Verstellbarkeit der Luftleistung ohne Beeinträchtigung der Injektorwirkung. Ansich wäre eine Änderung des Treibdüsenaustritts auch bei einer ringförmigen Mischdüse mög lieh. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die notwendige Veränderung des Ringspaltes unter den Bedingungen, wie sie im heißen Brenner vorliegen, kaum zu erfüllen sind. Wenn der Mischringspalt durch ein Gewinde und axiale Verschiebung eines den Ringspalt bildenden Elementes verstellt werden soll, ergeben sich verhältnismäßig große Gewindedurchmesser. Wie die Praxis gezeigt hat, verziehen sich die Gewinde, so daß sie nach kurzer Zeit nicht mehr verstellbar sind. Gemäß der Erfindung kann die Ab- oder Zuschaltung von Düsengruppen weit außerhalb des Brenners, beispielsweise in den Zuleitungen liegen, wo sich durch die Erwärmung des Brenners keine Schwierigkeiten ergeben.

Die Erfindung ist noch in den Figuren 1-4 näher erläutert. Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Brenner gemäß der Erfindung dar. Der aus der Brennstoffdüse 1 austretende Brennstoffstrahl wird mit der aus den Düsen 2, 2' ausgeblasenen Verbrennungsluft in dem Mischrohr 6, 6' gemischt. Die Luft wird , von einem Gebläse kommend, bei 3 in den Brennerteil eingeführt und in einem Hohlmantel 4 den Düsen zugeleitet. Dabei erwärmt sie sich an der Innenwand 5 des Brenners. Durch die Injektorwirkung der aus den Treibdüsen austretenden Luft wird Abgas aus dem Brennraum 7 durch den Ringraum 8 zurückgesaugt und strömt zu den Treibstrahlen der Luft und in den zwischen ihnen liegenden die Brennstoffzufuhr 1 umgebenden Raum. Der fein zerstäubte Brennstoff reagiert hier mit dem heißen Abgas und bildet Abbauprodukte einer Vorverbrennung, die von den Treibstrahlen in das Mischrohr unter Vermischung mit der Luft gefördert wer den. Am Ende 9 des Mischrohrs tritt das Gemisch aus Brennstoff, Abgas, Abbauprodukten und Luft aus dem Mischrohr aus und entzündet sich an dem dort stehenden Flammenwirbel (Thorus) 10. Die Verbrennung des Gemisches erfolgt dann in der mit feuerfestem Material Π ausgekleideten Brennkammer 7. Bei 12 treten die Abgase aus der Brennkammer 7 aus. Auf der rechten und linken Seite sind zwei verschieden lange Düsen 2 bzw. 2' und entsprechende Mischrohre 6 bzw. 6' dargestellt. Es ist ersichtlich, daß ein Enden der Düsen in

409830/U253

Strömungsrichtung hinter dem Brennstoff austritt I einen längeren Flugweg der Brennstofftröpfchen in unverdünntem Abgas und damit eine weitergehende Aufbereitung des Brennstoffs ermöglicht. Die Düsen können durch einen Schieber 13 von der Luftzufuhr gruppenweise abgeschlossen werden. So können z.B. bei kleiner Leistung des Brenners nur 2 von den sechs gezeichneten Düsen offen sein.

In Fig. 2, die einen Querschnitt durch den Düsenteil des Brenners (Schnitt A-A in Fig. 1) darstellt, ist gezeigt, wie das Abgas, das durch die Injektorwirkung der Verbrennungsluft aus der Brennkammer zurückgefordert wird, durch die Lücken zwischen den Luftdüsen 2 leicht zu dem den Brennstoffaustritt 1 umgebenden Raum gelangen kann. Aus Fig. 2 ist auch die Anordnung der Düsen in einzelnen (hier drei) Gruppen ersichtlich. Die beiden Düsen α und a' werden gemeinsam an die Luftleitung angeschlossen, ebenso die Düsengruppe b, b' bzw. c, c'. Be? Drosselung der Brennerleistung tritt die Luft nur aus a, a' oder a, a' und b, b' aus, während bei voller Leistung alle Düsen offen sind. Es wird so erreicht, daß auch bei kleiner Leistung die Luft mit voller Geschwindigkeit aus einem Teil der Düsen strömt und eine starke Injektorwirkung auslöst.

Auch in Fig. 3 ist der Weg der Abgase aus der Brennkammer 7 in den Düsenraum durch die Zwischenräume zwischen den Düsen 2' bzw. den aus ihnen austretenden kegeligen Strahlen ersichtlich. Der durch diese Zwischenräume fließende Strom heißer Abgase mischt sich zum Teil mit den Luftstrahlen und versorgt ferner den Raum um den Brennstoffe!ntritt mit Abgas.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung. Hier tritt die Verbrennungsluft aus den schräg in der Wand des Mischrohres 46 angeordneten Bohrungen oder Düsen 42 aus. Diese Luftstrahlen erzeugen in dem anschließenden Teil 46' des Mischrohres einen Druckanstieg, unter dessen Einwirkung heißes Abgas aus der Brennkammer

../5 409830/0253

zur Brennstoffdüse 1 zurückströmt. Der Brennstoff, der sich mit dem Abgas mischt, hat auf seinem Wege bis zu den Düsenöffnungen 42 einen längeren Flugweg, auf dem er mit dem heißen Abgas unter Bildung von gas- oder dampfförmigen Zwischenprodukten reagiert, ehe er sich mit den Luftstrahl en mischt. In dieser Ausführungsform strömt das Abgas durch einen oder mehrere Kanäle 41 zurück. Die Brennkammer, die infolge der Vorbereitung des Brennstoffs, der guten Mischung mit Verbrennungsluft mit sehr hoher Brennkammerbelastung betrieben werden kann, ist hier flüssigkeitsgekühlt dargestellt. Die Düsen 42 werden in 2 Gruppen an die Verbrennungsluftzuleitung 43 angeschlossen. Diese versorgt zwei Ringräume 48, 49. Aus 48 wird eine Düsengruppe versorgt, aus 49 die andere. Die Ringräume - deren Anzahl gesteigert werden kann - versorgen entsprechend der Brennerleistung einzeln oder gemeinsam die Düsengruppen. Die Düsen beider Gruppen sind gleichmäßig auf den Umfang des Mischrohres verfeilt und stehen jeweils in den Lücken der anderen Gruppe. Besonders geeignet ist der Brenner für den Betrieb mit flüssigen Kohlenwasserstoffen, die er mit blauer Flamme mit hoher Brennraumbelastung, ohne Rußbildung und dies auch unterstöchiometrisch zu verbrennen vermag. Verbrannt werden können aber auch alle brennbaren Gase, insbesondere die gasförmigen Kohlenwasserstoffe.

../6 -Patentansprüche-

409830/U253

Claims

- 6 PATENTANSPRÜCHE

1. I Brenner für fließfähige Brennstoffe mit Rückführung von heißem Abgas aus der

Brennkammer zum Brennstoffaustritt durch die Injektorwirkung der Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft aus einer Mehrzahl von symmetrisch, gleichförmig oder kranzförmig um die Brennstoffzufuhr oder deren axiale Verlängerung angeordneten Düsen austritt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den aus den Düsen austretenden Luftstrahlen unverdünntes Abgas zum Brennstoff austritt strömt und sich das entstehende Abgas-Brennstoffgemisch in einem in Richtung des Brennstoffaustritts liegenden gemeinsamen Mischraum mit der Strahlluft mischt.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen etwa parallel zur Achse des Brennstoffkegels gerichtet sind.

4. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenachsen gegen die Achse der Brennstoffdüse unter einem Winkel bis zu 15 °, vorzugsweise 5 - 10 °, geneigt sind.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen in Strömungsrichtung hinter dem Brennstoff austritt enden.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen in mehreren Gruppen angeordnet sind, die unabhängig von einander mit Verbrennungsluft versorgt oder von dieser abgeschaltet werden.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdüsen in der Wand des Mischrohres angeordnet sind und aus einem oder mehreren hinter dieser Wand liegenden, ringförmigen Lufträumen gespeist werden.

409830/0253

Leerseite