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Für diese Anmeldung werden die Prioritäten der britischen Patentanmeldungen
46950/72, 46951/72 und 46952/72, alle vom 11.t0kt. 72, in Anspruch genommen.
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================================================================ Gas-Luft-Gemisch-Brenner
insbesondere für Erdgas Die Erfindung bezieht sich auf kastenförmige Gas-Luft-Gemisch-Brenner,
die insbesondere zum Brennen von Erdgas bestimmt sind.
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Alle zur Zeit in Gebrauch befindlichen Luft-Erdgas-Brenner sind in
verschiedenen Ausmaßen für Verstaubung anfällig, d.h.
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für die schädlichen Auswirkungen von Staub und Fusseln in der Atmosphäre.
Wenn diese somit in herkömmlichen Gas-Brenneinrichtungen eingebaut sind, deren Luftzufuhren
mit Staub und Fusseln verunreinigt sind, so besteht die Gefahr, daß evtl. die Flammöffnungen,
Belüftungsöffnungen oder andere verengte Teile des
Brenners, durch
welche Luft strömt, blockiert werden. Eine solche Blockierung kann zu einem Verlängern
der von Brennern ausgehenden Flammen und zum Gelbwerden der Spitzen derselben, zu
einer schlechten Verbrennung und unter Umständen zur Verrußung und zur Emission
von gefährlichen Mengen Xohlenmonoxids führen0 Das Problem der Verstaubung ist insbesondere
akut bei Brennern des Kastentyps, die einen geschlossenen Kasten mit einem Einlaß,
gewöhnlich über ein Mischrohr, für eine Gas-Luft-Zufuhr sowie eine Vielzahl von
kleinen Flammöffnungen aufweisen, die Auslässe für das mit Luft vermischte Gas bilden
und die sich in einer oberen Wand des Kastens befinden. Der Grund für die besondere
Heraus stellung des Verstaubungsproblems bei Erdgasbrennern dieses Typs ist darin
zu sehen, daß die Flammöffnungen individuell einen kleinen Querschnitt aufweisen,
so daß selbst kleine faserige oder fusselige Partikel die Tendenz haben, in diesen
Öffnungen festgehalten zu werden, und selbst bei der sehr großen Anzahl von Öffnungen
und dem folglich großen Gas- und Luftdurchsatz ist die in die Kammer eintretende
Menge von Fusseln und Staub, die in der Luftzufuhr enthalten ist, beträchtlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die schädlichen Auswirkungen
der Verstaubung bei Gas-Luft-Rtennern vom Eastentyp, die sich zum Verbrennen von
Erdgas eignen, sehr beträchtlich zu reduzieren.
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Demgemäß enthält nach der Erfindung bei einem kastenförmigen Gas-Luft-Gemisch-Brenner
mit einem Gas-Luft-Einlaß, der seitlich in dessen Kasten hineingerichtet ist, der
Brenner eine Einrichtung, welche für eine Beseitigung des größten Teils der in der
primären Luftzufuhr oder in der Gas-Luft-Zufuhr enthaltenen Verstaubung oder Luftverunreinigung
sorgt, bevor die Gas-Luft-Strömung die Flammöffnungen erreicht.
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Bei einem erfindungsgemäßen Gasbrenner mit einem Gasinvektor und
einem Mischrohr, welches einen Einlaß nach dem Brennerkasten bildet, weist das Nischrohr
einen Primärlufteinzug auf, der von einem Kanal eingeben ist, welcher nach einer
oder mehreren Lufteinlaßöffnungen führt, die sich in der Nähe der Flammoffnungen
des Brenners befinden, derart, daß bei Gebrauch Primärluft in die Einlaßöffnung
oder -öffnungen von einer Stelle eingezogen wird, die ausreichend nahe an der Basis
der Brennerflammen liegt, damit in der Luft enthaltene Verunreinigungen vor dem
Eintritt verbrannt werden, und derart, daß die eintretende Luft nicht wesentlich
durch Verbrennangsprodukte verunreinigt wird.
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Die genaue Lage der Lufteinlaßöffnung oder oeffnungen wird von der
Geometrie der Flammöffnungen bei Jedem Brenner abhängen und kann leicht durch Versuch
und Erfahrungen festgelegt werden. Bei einigen Brennern kann es möglich sein, sicherzustellen,
daß Staub und faseriges Material in der Luft bis zu einem solchen Ausmaß verbrannt
werden, daß eine Verstaubung oder Verstopfung des Brenners vollständig vermieden
wird, während gleichzeitig sichergestellt wird, daß die Verunreinigungen der Luft
mit Verbrennungsprodukten so gering sind, daß die Leistung bzw. der Wirkungsgrad
des Brenners nicht merklich beeinträchtigt wird. In anderen Fällen ist es bei einer
Sicherstellung, daß nur diese leichte Verunreinigung der Luft vorhanden ist, möglich,
dafür zu sorgen, daß Staub und Fasermaterial -in der Luft bis zu einem solchen Ausmaß
verbrannt werden, daß die Verstaubungs- bzw. Verstopfiungsneigung des Brenners um
etwa 1/3 von derJenigen des Brenners reduziert wird bei dem die atmosphärische Luft
direkt aus der Atmosphäre in den Primärlufteinzug in der Nahe des Injektors eingezogen
wird.
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Vorzugsweise hat der Kanal, der vom Primärlufteinzug nach der Lufteinlaßöffnung
oder den Lufteinlaßöffnungen führt, die
Form eines Gehäuses, welches
sich um zwei einander gegenüberliegende Seiten des Brennerkastens und das eine Lnde
des Brennerkastens erstreckt, wobei der Primärlufteinzug des Mischrchres und der
Injektor innerhalb ies umschlossenen Endes des Gehäuses angeordnet sind.
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Außerdem weist vorzugsweise das Gehäuse obere Flächen auf. und zwar
in der @ähe der oberen Fläche des Brennerkastens, in welcher die Flammöffnungen
vorgeschen sind, und in der Nähe der Flammöffnungen auf beiden Seiten des Brenners.
Dann kann die Infteinlaßöffnung oder können die Lufteinlaßöffnungen längsseits dieser
Oberseiten des Gehäuses unmittelbar in der Nähe der Flammöffnungen des Kastens vorgesehen
werden.
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Zweckäßig befinden sich die Öffnung oder Öffnungen in einer Deckplatte
des Gehäuses und bestehen aus einer oder mehreren Aussparungen, die jeweils auf
der dem Brennerkasten abgelegenen Seite derselben durch eine nach oben vorstehende
Zunge abgeschirmt sind. welche von deren Befestigungsstelle am Gehäuse in Richtung
auf die Flammöffnungen nach innen geneigt ist.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Gas-Luft-Einlaß
in Längsrichtung in den Kasten hineingerichtet, der innen mit einem Prall- oder
Leitkörper versehn liegt der sich quer zum Gaseinlaß und im Abstand von diesem und
in einer solchen Lage erstreckt, daß bei Verwendung der Prall-oder Leitkörper den
Gas-Luft-Strömungsweg schneidet und einen Strudel oder Wirbel erzeugt, der dafür
sorgt, daß eingefangene Verunreinigungen aus der Gasströmung innerhalb des Brennerkastens
ausgefällt wenden bevor das Gas-Luft-Gemisch die Flammöffnungen erreicht.
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Vorzugsweise ist eine Reihe von Prall- oder Leitkörpern vorgesehen,
die sich vom Boden des Kastens nach oben erstrecken,
wobei die Höhe
von aufeinanderfolgenden Prall- oder Leitkörpern in der Reihe progressiv in Richtung
von der Mitte des Kastens in Richtung der Gasströmung zunimmt.
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Dieses Merkmal der Erfindung ist insbesondere bei Brennern anwendbar,
bei denen der Kasten eine Langgestreckte Rechteckform aufweist und die Länge ein
Vielfaches der Breite beträgt.
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Diese sind als "Stangenbrenner"bekannt. Bei Brennern des Stangentyps
erstreckt sich der Gas-Luft-Einlaß (allgemein durch ein Mischrohr gebildet) von
einer Lufteinlaßöffnung am einen Ende des Kastens bis etwa in die Mitte der Länge
des Kastens. Bei diesem Brennertyp ist ein zentraler Prall oder Leitkörper vorzugsweise
vom Auslaßende des Gaseinlaßrohres im Abstand angeordnet und aufeinanderfolgende
Prall- oder Leitkörper in der Reihe nehmen vom mittleren Prall oder Leitkörper in
Richtung auf beide Enden des Langgestreckten Kastens in der Höhe zu.
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Die Prall- oder Leitkörper können in zwei getrennten Reihen angeordnet
werden, wobei die Prall- oder Leitkörper Jeder Reihe abwechseln und unterschiedliche
relative Höhen haben.
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Vorzugsweise hat der mittlere Prall- oder Leitkörper der Hauptreihe
eine solche Höhe, daß er sich über nicht mehr als 2/3 der projizierten Querschnittsfläche
des Einlaßrohrendes erstreckt, und die untergeordnete Reihe von Prall- oder Leit-Körpern
haben je eine Höhe von nicht mehr als 2/3 der Höhe eines benachbarten Hauptprall-
bzw. -leitkörpers.
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Die Funktion jedes unterpeordneten Prall- oder Leitkörpers besteht
darin, den Bodenbereich des Kastens zwischen jedem benachbarten Paar von Hauptprallkörpern
so zu unterteilen, daß die Staubverunreinigung, die nach Auftreffen auf den höheren
jedes Paares von Hauptprallkörpern abgelagert wird, ungestört bzw, unverwirbelt
bleibt, so daß sie nicht wieder im Gas-Luft-Strom mitgerissen wird.
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Vorzugsweise ist der Prallkörper, der sich am dichtesten am Auslaßende
des Einlaßrohres befindet, in einem Abstand vom Ende des Rohres angeordnet, der
nicht geringer als ein Fünftel des Durchmessers des Auslaßendes des Rohres beträgt.
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Es hat sich herausgestellt, daß unter der Voraussetzung, daß dieser
Mindestabstand beibehalten wird, die primäre Luftvermischung des Gasstromes nicht
ernsthaft beeinträchtigt wird.
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Außerdem hat sich infolge der vorerwähnten Zunahme der Höhe von aufeinanderfolgenden
Prallkörpern in der Hauptreihe in Richtung auf beide Enden des Kastens herausgestellt,
daß ein gleichför miges Flammenbild erzielt werden kann, und zwar neben der Erzielung
einer beträchtlichen Verminderung der Tendenz der Flammöffnungen, verstaubt zu werden
Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge steht der Gas-Luft-Einlaß mit der Innenseite
eines hohlen Gas filters innerhalb des Brennerkastens in Verbindung, so daß bei
Verwendung das Gas-Luft-Gemisch auf seinem Weg zu den Flammöffnungen durch das Filter
hindurchgelangt, wobei das Filter Zwischenräume bzw.
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Maschen von kleinerer Querschnittsabmessung als denen der Flammöffnungen
und einen Gesamt-Strömungsquerschnitt aufweist, der wesentlich größer als derJenige
der Flammöffnungen ist.
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Da das Filter, welches vorzugeweise aus einem Drahtgewe besteht,
Zwischenräume von kleinerem Querschnitt als dem der Flammöffnungen aufweist, werden
alle Staub- oder Faserteilchen, die mit dem Gas in den Kasten gelangen, entweder
an der Innenoberfläche des Filters festgehalten oder, wenn sie ausreichend klein
sind, um durch das Filter hindurchzugelangen, auch durch die Flammöffnungen aus
dem Brenner herausgelangen, so daß die Flammöffnungen selbst staubfrei bleiben.
Unter Umständen wird das Filter selbet ernsthaft verstaubt oder verstopft, aber
da der Gesamt-Strömungsquerschnitt des Filters wesentlich größer als derjenige der
Flammöffnungen ist und vorzugsweise mindestens dreimal so groß, so wird doch die
Zeit, die für das Verstauben oder Verstopfen benötigt wird, um ernsthafte Defekte
im Brenner
hervorzurufen, die ausreichen, um ein Reinigen oder Austauschen
des Filters notwendig zu machen, sehr beträchtlich erhöht.
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Im Falle eines Stangenbrenners hat das Filter vorzugsweise die Form
eines Rohres, welches sich in Längsrichtung innerhalb des langgestreckten Kastens
vor einem Gas-Luft-Einlaß durch das eine Ende des Kastens hindurch bis zum anderen
Ende desselben erstreckt.
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Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der
Zeichnung erläutert, und zwar zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 1, Fig, 3 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, Fig. 4 einen Schnitt nach der
Linie B-B in Fig. 3, Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines dritten
Ausführungsbeispiels, während Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie C-C in Fig. 5
wiedergibt.
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Nach dem in den Fign. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
ist der Brenner vom Kastentyp, allgemein als Stangenbrenner bekannt, der einen langgestreckten
rechteckigen metallischen 3rennerkasten 1 mit einer Vielzahl von kleinen Flammöffnungen
2 aufweist, die in beabstandeten Gruppen entlang der oberen Wand 3 des Kastens angeordnet
sind, wobei die Flammöffnungen Auslässe für das Gas-Luft-Gemisch bilden, welches
dem Kasten über das Lufteinzugende eines an den Enden offenen Nischerrohres 4 und
eine Gasinjektordüse 5 zugeführt wird. Ein Luftkanal in Form eines Gehäuses 6 erstreckt
sich entlang beiden Seiten und am einen Ende des Brennerkastens 1 und ist mit einer
Reihe von in gleichem Abstand angeordneten Aussparungen 7 versehen, die in einander
gegenüberliegenden Paaren entlang den Seitenschenkeln des Gehäuses 6 so angeordnet
sind, daß sie in der Nähe Jeder Gruppe von Flammöffnungen 2 liegen.
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Ein Gaszuführrohr 9 erstreckt sich durch das Ende des Gehäuses 6,
an welchem es abgedichtet ist, und sein zugeordneter Injektor 5, zusammen mit dem
Primärlufteinzug des Mischrohres 4, ist innerhalb des Endteils des Gehäuses angeordnet,
dessen Innenwand sowohl eine Halterung für das Mischrohr als auch einen abnehmbaren
Endverschluß füS den Brennerkasten bilden kann, wodurch jegliche unverbrannte Verunreinigung
leicht aus dem Inneren des Kastens entfernt werden kann.
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Vorzugsweise ist jede der Aussparungen 7 rechteckig ausgebildet und
hat annähernd das gleiche Verhältnis von Länge zu Breite wie dasJenige des Kastens
1 des Brenners. Diese Aussparungen werden vorzugsweise in der oberen Platte des
Gehäuses 6 durch Biegen von Zungen 8 gebildet, die durch Stanzen aus der oberen
Platte nach oben und außen hergestellt werden. Die Zungen 8 bleiben an der oberen
Platte des Gehäuses an den dem Brennerkasten abgelegenen Seiten der Aussparungen
7 befestigt, so daß sie Prallkörper bilden, welche die Seiten der Lufteinlaß-Aussparungen
abschirmen, die dem Brennerkasten abgelegen sind, und die Luft veranlassen, durch
die Aussparungen hindurch aus der Richtung des Brennerkastens zu strömen, d.h. aus
der Richtung der Flammenbasis, wenn der Brenner in Gebrauch ist.
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Die Neigung dieser Zungen kann sich von einem Brenner zum anderen
ändern, und sie wird so eingestellt, daß die zufrieden8tellendsten Ergebnisse der
Verunreinigungsverbrennung ohne wesentliche Verunreinigung der Luft erzielt werden.
Die Zungen 8 können in einem Winkel von 200 - 900 zur Rorizontalen geneigt sein,
und im allgemeinen wird ein Winkel von etwa 450 bevorzugt.
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Als nicht dargestellte Alternative für das Ausbilden der Luft einlaß-Aussparungen
mit individuellen Zungen, die wie vorerwähnt hergestellt sind, können die Aussparungen
als eine Reihe von rechteckigen Schlitzen in der oberen Platte des Gehäuses gebildet
werden, und ein durchgehendes Ablenkblech kann dann vorgesehen werden, welches sich
tiber die gesamte Länge auf Jeder Seite des Gehäuses in der Nähe der Außenkanten
aller Schlitze erstreckt .
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Als weitere Alternative (ebenfalls nicht dargestellt) kann nur eine
einzige Lufteinleß-Aussparung auf Jeder Seite des Gehäuses vorhanden sein, und jede
Aussparung hat dann die Form eines schmalen Schlitzes, der sich über die ganze Länge
der Seitenschenkel des Gehäuses erstreckt. Bei einem derartigen einzelnen Schlitz
auf Jeder Seite kann eine einzige durchgehende Ablenkplatte entlang Jedem Schlitz
befestigt werden, oder es kann alternativ eine Reihe von kurzen Ablenkplatten vorgesehen
werden, und diese können alle zur Horizontelen im gleichen Winkel geneigt sein,
oder ihre Neigungswinkel können sich ändern. Wieder werden die genauen Erfordernisse
für die Ablenkplatten für jeden einzelnen Brennertyp durch Versuche und Erfahrungen
bestimmt, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
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Allgemein ausgedrückt, wird eine Anzahl von einzelnen Lufteinlaß-Aussparungen
oder Schlitzen auf der Länge des Brenners vorgesehen, wenn die Flammöffnungen in
auf Abstand voneinander gehaltenen Gruppen auf der Länge des Brennerkastens, wie
dargestellt, vorgesehen sind, und durchgehende Lufteinlaßschlitze werden dann vorgesehen,
wenn die Flammöffnungen entlang der gesamten oberen Fläche des Brennerkastens verteilt
sind.
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Wenn auch bei dem besonderen dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
das Gehäuse als separate Einzelkonstruktion dargestellt ist, so kann es auch mit
dem Brenner einstückig ausgebildet sein, so daß nur eine einzige Wand vorhanden
ist, welche sowohl die Innenseite des Gehäuses als auch die AuBenseite des Brennerkastens
bildete Bei dem in den Fign. 3 und 4 dargestellten zweiten Ausfrungsbeispiel ist
der Brenner ebenfalls ein Stangenbrenner und weist einen langgestreckten rechteckigen
Metallkastan 11 auf, der eine Vielzahl von kleinen Flammöffnungen 2 aufweist, die
Auslässe in der oberen Wand 13 des Kastens für das Gas-Luft-Gemisch bilden, welches
dem Kasten über das Lufteinzugende eines an den Enden offenen Mischerrohres 14 und
über eine Gasinjektordüse
15 zugeführt wird, die durch eine abnehmbare
Deckplatte 16 gehalten wird.
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Zwei Reihen von Prall- oder Leitkörpern 17 und 18 werden an einem
Rahmen 19 gehalten, der an der Deckplatte 16 so befestigt ist, daß eine Bauteilgruppe
gebildet wird, die aus dem Kasten 11 herausgezogen werden kann.
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Der zentrale Prall- oder Leitkörper der Hauptreihe von Prall- oder
Leitkörpern ist in einem gewünschten Abstand vom Auslaßende des Mischerrohres 14
angeordnet und hat eine gewünschte, vorbestimmte Höhe vom Boden 20 des Kastens 11.
Die Höhe der übrigen Hauptprallkörper 17 sowohl vor als auch hinter dem zentralen
Hauptprallkörper nimmt allmählich in Richtung auf das vordere bzw. hintere Ende
des Kastens zu. In ähnlicher Weise nimmt auch die untergeordnete Reihe von Prall-
oder Leitkörpern 18, die eine kürzere Länge als die der Hauptprallkörper 17 haben
und abwechselnd zwischen diesen angeordnet sind, allmählich in Richtung auf das
vordere bzw. hintere Ede des Kastens in der Länge zu.
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Bei dem besonderen zweiten Ausführungsbeispiel hat sich herausgestellt,
daß die Neigung des Brenners, zu verstauben oder sich zu verstopfen, auf die Hälfte
gegenüber derJenigen reduziert wurde, wenn keine Prall- oder Leitkörper vorhanden
waren. Gelegentlich wird natürlich eine Reinigung des Brenners notwendig, und zu
diesem Zweck kann die I)eckplatte 16 zusammen mit der Prallkörper-Bauteilgruppe
herausgezogen werden, damit Verunreinigungen, die sich auf dem Boden des Kastens
zwischen den Prallkörpern abgesetzt haben, entfernt werden können.
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Durch Zunahme der Höhe der Seiten der Prall- oder Beitkörper, die
seitwärts vom Hauptstrom des Gas-Luft-Gemisches versetzt sind, bis die Prallkörper
mit dem oberen Ende des Kastens in Berührung kommen, in welchem die Flammöffnungen
vorgesehen sind,
ist es möglich, die Prallkörper durch die Flammen
so zu erhitzen, daß die Hitze eine spontane Verbrennung der abgelagerten Verunreinigungen
mit sich bringt.
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Auch bei dem in den Fign, 5 und 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel
ist der Brenner vom Stangentyp und weist einen langgestreckten rechteckigen metallischen
Brennerkasten 21 mit einer Vielzahl von kleinen Flammöffnungen 22 auf, die in der
oberen Wand 23 des Kastens angeordnet sind, wobei die Flammöffnungen Auslässe für
das Gas-Luft-Gemisch bilden, welches dem Kasten über das Lufteinzugende eines an
den Enden offenen Mischerrohres 24 und eine Gasinjektordüse 25 zugeführt wird, die
an einer abnehmbaren Deckplatte 26 so gehalten ist, daß sie sich nach innen in den
Kasten 21 erstreckt. Ein rohrförmiges Drahtgewebe-Staubfilter 27 wird innerhalb
des Kastens dadurch gehalten, daß es mit seinem offenen Ende über das Auslaßende
des Nischerrohres 24 geschoben wird, auf dem es fest aufsitzt, wobei das andere
Ende des Filters durch eine befestigte Gewebescheibe 28 oder alternativ durch einen
Ansatz (nicht dargestellt) geschlossen wird,- der an der Endwand des Kastens sitzt,
wodurch auch eine weitere Abstützung für das rohrförmige Filter 27 erzielt wird.
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Es ist ersichtlich, daß bei Gebrauch dieses Brenners das Gas-Luft-Gemisch
vom Nischerrohr 24 radial nach außen durch das Filterrohr 27 strömt, und durch Auswahl
einer solchen Maschengröße, daß die Zwischenräume kleinere Querschnnttsabmessungen
als jene der Flammöffnungen 22 aufweisen, zusammen mit einer Gesamtumfangs-ßtrömungsfläche
über die Oberflächen des Filters von mindestens dem Dreifachen der Gesamtflächen
der Flammenöffnungen hat sich herausgestellt, daß bei einem Brenner dieser Bauart
die Neigung zum Verstauben oder Verstopfen auf 20 % derjenigen ohne Filter herabgesetzt
wird, wobei auch das Zeitintervall zwischen notwendigem Reinigen oder Austauschen
des Filters vergrößert wird.
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Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß das Filter, wenn seine Reinigung
oder sein Austausch notwendig wird, aus dem Bremlerkasten durch Abnehmen der Deckplatte
26 herausgezogen werden kann.
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Patentansprüche