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GASBRENNER Die e Erfindung bezieht sich auf Gasbrennvorrichtungen,
und zwar auf Gasbrenner.
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Mit Erfolg kann die Erfindung in Rostöfen z.B. in Öfen angewendet
werden. die zum Rösten von Hochspannungsporzellanisolatoren, , von Porzellan- und
erzeugnissen, Schleifmitteln, Ziegelsteinen und andern Baustoffen, feuerfesten Teilen
u.dgl. bestimmt sind.
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Bereits bekannt ist ein Gasbrenner (s. das Buch von A.W. Arsejew:
"Verbrennen von Naturgas" S.189, Abb.8-17, Auf. 1963, UdSSR) mit einem Gehäuse zur
zwangsweisen Luftzufuhr. Im Gehäuse ist ein Gaszuleitungsrohr mit einem Gasverteilungskopf
für den Gasaustritt koaxial angeordnet Das Gaszuleitungsrohr bildet mit dem Gehäuse
einen Ringkanal.
Am Austritt aus diesem Ringkanal ist in der Bewegungsrichtung
des Luftstroms ein beschaufelter IJuftstromwirbler angeordnet0 Der Luftstromwirbler
vermischt den aus'dem Gehäuse austretenden Luftstrom mit dein aus dem Gasverteilungskopf
des Gaszuleitungsrohrs gelangenden Gasstrom. Beim Verbrennen des Gas-Luftgemisches
bildet sich eine Flamme-.
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Das Verbrennen des Gas-Luftgemisches erfolgt bei einem von Wert der
Luftüberschußzhl annähernd gleich eins (α# 1,0), wodurch eine sehr hohe Temperatur
der Verbrennungsprodukte bedingt wird (stöchiometrische Verhältnisse).
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Die Verwendung des bekannten Gasbrenners, der mit Reichgas in dSen
z.B. zum Rösten keramischer Erzeugnisse arbeitet, wo die Ofentemperatur entsprechend
der vorgegebenen Ärbeitsfolge von etwa 20-50°C bis höchstens 1000-1400°C langsam
ansteigen muß, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit der Ofentemperatur streng zu regeln
und zu überwachen ist, um hohe Verluste durch Ausschuß der keramischen Erzeugnisse
zu vermeiden, kann infolge der hohen Temperatur der Verbrennungsprodukte und deren
geringen Volumens das nach den technologischen Bedingungen vorgegebene Temperaturniveau
im Ofen nicht gewährleisten0 Die hohe Temperatur der Verbrennungsprodukte erklärt
sich durch einen relativ engen Regelbereich des bekannten Gasbrenners bezüglich
des Luftverbrauchspro Kubikmeter des zu verbrennenden Gases. Die Arbeit des Gasbrenners
wird durch
den Wert der Luftüberschußzahl gekennzeichnet, die das
Verhältnis der praktisch zugeführten Luftmenge zur theoretisch erforderlichen darstellt.
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Der maximale Luftverbrauch des bekannten Gasbrenners übersteigt in
der Regel nicht den Wert vonsC=1,7-1,9, da das Gas-Lüftgemisch unter diesen Bedingungen
die untere Konzentrationsgrenze der Entflammbarket erreicht.
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Bei der Arbeit des bekannten in einem Röstofen angeordneten Gasbrenners
mit einer Luftüberschußzahl α =1,7-1,9 ist das Volumen der Verbrennungsprodukte
ungenügend, wäh -rend ihre Temperatur in den außerst wichtigen Anfangsstadien der
Wärmebehandlung (z. B. beim Rösten von Porzellanwaren) das nach den technologischen
Bedingungen notwendige Niveau der Ofentemperatur wesentlich übersteigt.
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Bei der Arbeit des Gasbrenners mit einer Luftüberschußzhal α=1,7-1,9
beim Rösten von Mauerziegeln übersteigt die Temperatur der Verbrennungsprodukte
e während des ge -= ten Verlaufs der Warmebehandlung das nach den technologischen
Bedingungen notwendige Niveau der Ofentemperatur.
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Den bekannten Gasbrenner kennzeichnet also ein unter nügendes Volumen
der Verbrennungsprodukte des Brennstoffs und ein Mißverhältnis der Temperatur der
Verbrennungsprodukte zum Niveau der im Ofenraum erforderlichen Temperaturen. Das
erschwert die Steuerung des ArbeitsablauS der Öfen, beschränkt ihre Leistungsfähigkeit
und verursachtwechselnde
Qualität der gerösteten Erzeugnisse sowie
erhöhte Ausschußverluste Zur Herabsetzung der durch den Ausschuß der Produktion
bedingten Verlauste werden in einer Reihe von Fällen feuerfeste Schutzeinrichtungen,
z.B. seitliche Schutzwände der Ofenwagen, Kapseln, Ofenzargen, verwendet, die jedoch
den nutzbaren Beschickungsraum des Ofens vermindern und den spezifischen Gasverbrauch
pro Tonne der gerösteten Produktion sowie andere zusätzliche Betriebskosten erhöhen.
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Zweck der Erfindung ist eine Erweiterung des Regelbereichs des Gas-Luftverhältnisses
der Gasbrenner, die hauptsächlich zur Verwendung in Öfen zum Rösten keramischer
Erzeugnisse bestimmt sind.
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Um diesen und auch andere Zwecke zu erreichen, wurde die Aufgabe
gestellt, einen derartigen Gasbrenner zu schaffen, der eine effektive Verwirbelung
des Luftstroms und eine solche Gaszuleitung hätte, welche ein stabiles und wirksames
Verbrennen eines Reichgases mit einer Luftüberschußzahl bis ct9 4 und folglich einen
weiten Regelbereich der Temperatur aer Verbrennungsprodukte e und des spezifischen
Volumens dieser Produkte gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Gasbrenner mit einem
Gehäuse für die Luftzufuhr, in welchem ein Gaszuleitungsrohr mit Gasverteilungskopf
i'u'r den Wasaustritt koaxial angeordnet ist, das mit uem ehäuse einen Ringkanal
bildet, an dessen Ausgang in der Richtung des
Luftstroms ein beschaufelter
Iuftstromverwirbler vorgesehen ist, erfindungsgemäß am Ausgang Ges Gaszuleitungsrohrs
senkrecht zur Richtung des Gasstroms ein Zerteiler zum Leiten des Gasstroms parallel
zu den Austrittskanten der Wirblerschaufeln vorhanden ist, die unter einem Winkel
zur Luftstromrichtung so eingestellt sind, daß sie den lichten I>urchgangsquerschnitt
des Ringkanals überdecken. Eine derartige Ausführung des Gasbrenners sichert eine
effektive Verwirbelung des Luftstroms und schafft die notwendigen Bedingungen einer
entsprechenden Vermischung des Brennstoffs mit der Luft sowie eine Stabilisierung
der Flammenfront bei großem Luftverbrauch.
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Das durch das Zuleitungsrohr kommende Gas tritt aus dea Brenner längs
der Austrittakanten der Leitschaufeln des Wirblers aus. Die Vereinigung einer derartigen
Gasstromzufuhr mit einer effektiven Verwirbelung des Luft;'-stroms gewährleistet
im zentralen Teil der Flamme geringe Luftüberschüsse (α#1) bei hohen Luftmengen
(α#4), die dem Gasbrenner zugeführt werden, und eine gleichmäßige Temperaturverteilung
am Austritt der Verbrennungsprodukte mitα#4 aus der Feuerung.
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Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Gasbrenners in Röstöfen wird beispielsweise
beim Rösten keramischer Erzeugnisse das nach den technologischen Bedingungen erforderliche
Temperaturniveau gesichert, Das erleichtert die Steuerung der Arbeitsfolge der Ofen,
steigert ihre Leistungafähigkeit,
stabilisiert die Qualität der
gerösteten Erzeugnisse, vermindert wesentlich die Ausschußverluste und setst den
spezifischen Gasverbrauch pro Tonne der gerösteten Produktion entsprechend herab.
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Es erscheint zweckmäßig, die Schaufeln des Wirblers unter einem Winkel
von etwa 450 zur Bewegungsrichtung des Luftstroms einzustellen.
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Eine solche Einstellung der Wirblerschaufeln erzeugt eine effektive
Verwirbelung des Luftstroms, der ein stabiles und effektives Verbrennen des Reichgases
mit einer Luftüberschußzahl bisα#4 sichert.
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Es empfiehlt sich, das Gaszuleitungsrohr zumindest mit zwei Leitschaufeln
am Eintritt des Luftstroms in das Bren -nergehäuse zwecks einer gleichmäßigen Verteilung
der Geschwindigkeiten und Drücke des Luftstroms vor dem Wirbler zu versehen.
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Eine gleichmäßige Verteilung der Geschwindigkeiten und Drücke des
Luftstroms vor dem Wirbler gewährleistet eine stabile Verbrennung des Reichgases
mit einer Luftüberschußzahl bis α#4.
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Der erfindungsgemäße Gasbrenner ermöglicht einen weiten Regelbereich
des Gas-Luftwerhältnisses von α# 0,65 bis α#4.
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Die Verwendung dieses Gasbrenners in Tunnelöfen sowie in Ofen mit
periodischem Betrieb ermöglicht einen weiten Regelbereich der Temperatur@ und des
Volumens der Verbrennungsprodukte,
wodurch eine leiR dgssteigerung
dieser Öfen, eine Verminderung der Ausschußverluste der ge£'oteten Erzeugnisse durch
Stabilisierung deren Qualität und eine Herabsetzung des spezifischen Gasverbrauchs
pro Tonne der gerösteten Produktion und anderer Betriebskosten erreicht wird.
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Der erfindungsgemäße Gasbrenner ist nicht schwer und hat geringe
Abmessungen; er kann in einer Reparatur- bzw.
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Werkzeugabteilung einer keramischen Fabrik hergestellt werden; die
montage, der Betrieb und die Einstellung des Brenners bieten keine besonderen Schwierigkeiten,
und aus serdem werden in der Regel keine Umänderungen der Öfenfeue -rungen und des
Schemas der Gas-Luftversorgung benötigt.
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Weitere Ziele und Vorzüge der Erfindung werden aus der folgenden
eingehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigelegten Zeichnungen
verständlicher; es zeilen Fig.1 - schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Gasbrenners im Längsschnitt; Fig.2 - Ansicht nach dem Pfeil A auf Fig.1; Fig.3 -
Schnitt nach der Linie III-III auf Fig.2; Der Gasbrenner hat ein Gehäuse 1 (Fig.1)
zur zwangsweinen Luftzufuhr, ausgeführt in Form eines rechtwinkligen Krümmers aus
zwei zusammengeschweißten Rohrstücken von gleichem Durchmesser. An den senkrechten
Teil des Gehäuses 1 ist die äußere Luftleitung (in der Figur nicht abgebildet)
angeschlossen.
Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein Gszuleitungsrohr 2 mit Gasverteilungskopf 3 für
den Austritt des Gasstroms koaxial angeordnet. Das Gaszuleitungsrohr 2 mit dem Gasverteilungskopf
3 bildet gemeinsam mit dem Gehäuse 1 einen Ringkanal 4, an dessen Ausgang in der
Bewegungsrichtung des Luftstroms ein Wirbler 5 des Luftstroms mit den Schaufeln
6 vorgesehen ist.
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Der Gasverteilungskopf 3 des Gaszuleitungsrohrs 2 bildet mit einem
Stromzerteiler 7 einen ringförmigen Spalt 8 für den Gasaustritt in Richtung parallel
zu den Austrittskanten der Schaufeln 6 des Luftstromwirblers 5.
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Der Luftstromwirbler 5 (Fig.2) hat sechzehn Schaufeln 6, angestellt
unter einem Winkel ph 450 (Fig.3) zur Bewegungsrichtung des Luftstroms (Pfeil B);
die Breite dieser Schaufeln ist so gewählt, daß sie den lichten Durchgangsquerschnitt
des Ringkanals 4 (Fig.1) überdecken, wodurch eine effektive Verwirbelung des Luftstroms
geschaffen wird. An das Gaszuleitungsrohr 2 sind zwei Leitschaufeln 9 angeschweißt,
die sich am Eintritt des Buftstroms in das Gehäuse 1 des Gasbrenners befinden.
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Der erfindungsgemäße Gasbrenner arbeitet folgenderweise.
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Von einem nicht dargestellten Gebläse wird dem Gehäuse 1 des Gasbrenners
ein Luftstrom in der senkrechten Richtung zur Brennerachse zwangGeise zueführt.
Weitergelangt
der Luftstrom auf die beiden Leitschaufeln 9, die
an das Gaszuleitungsrohr 2 angeschweißt sind, welche geringe Druckverluste sowie
eine gleichmäßige Verteilung der Geschwindigkeiten und Drücke des Luftstroms im
Ringkanal 4 vor dem Wirbler 5 gewährleisten.
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Beim Durcbströmen des Wirblers 5 wird der Luftstrom effektiv verwirbelt,
wodurch die erforderlichen Bedingungen einer gehörigen Vermischung des Gasstroms
mit der Luft sowie eine Stabilisierung der Flammenfront geschaffen werden.
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Der durch das Gaszuleitungsrohr 2 strömende Gasstrom tritt durch
den ringförmigen Spalt 8, gebildet vom Gaßverteilungskopf 3 und dem Zerteiler 7,
längs der Austrittskanten der Schaufeln 6 des Luftstromwirblers 5 aus.
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Eine solche Gaszufuhr in Verbindung mit einer effektiven Verwirbelung
des Luftstroms sichert ein stabiles Brennen sowohl bei geringem als auch bei großem
spezifischen Luftverbrauch, der um mehr als das Vierfache den theoretisch erforderlichen
Luftverbrauch zum Verbrennen des Gases deshalb übersteigt, weil im mittleren Teil
der Plamme die Gasverbrennung fast in unveränderlichen, nahezu stöchiometrischen
Bedingungen (α#1), d. h. bei großer Wärmekonzentration erfolgt, während sich
der Luftüberschuß am Umfang des Stromes . der Verbrennungsprodukte verteilt.
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Dabei erfolgt ein praktisch vollständiges vermischen und Ausgleich.
der Temperaturen as Wirkusquerschnitt der Verbrennungsprodukte
in
einer geringen Entfernung vom Gasbrenner, und am Austritt aus der Feuerung wird
eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet.
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Der Gasbrenner kann auch bei einem Luftmangel bis zu n.
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α#0,65 stabil arbeite.