DE2448235A1

DE2448235A1 - Brenner mit durch die verbrennung erzeugter direkter erwaermung eines mediums

Info

Publication number: DE2448235A1
Application number: DE19742448235
Authority: DE
Inventors: Lucien Delaplace; Jean-Claude Mevel
Original assignee: Stein Industrie SA
Current assignee: Stein Industrie SA
Priority date: 1973-10-11
Filing date: 1974-10-09
Publication date: 1975-04-17
Also published as: CH589257A5; BE820195A; FR2247940A5; NL7413441A; NO743633L; NL175460C; NL175460B; LU71014A1; ES430945A1; DE2448235C2; US3942945A

Description

DIpI-Ing. Jürgen WEINMiLLER ? Zi Δ R ? 3

GmbH

8000 München 8O

Zeppellnstr. 63

STEIN INDUSTRIE
19/21 avenue Moräne Saulnier 78140 VELIZY VILLACOUBLAY
(Frankreich)

BRENNER MIT DURCH DIE VERBRENNUNG ERZEUGTER DIREKTER ERWÄRMUNG EINES MEDIUMS

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit durch die Verbrennung der ihn speisenden Brennstoffe erzeugter direkter Erwärmung eines Mediums. Es werden dabei flüssige und gasförmige Brennstoffe verwendet, von denen die flüssigen zerstäubt werden. Der erfindungsgemäße Brenner umfaßt daher Zerstäubungsdüsen für den flüssigen und Einblasdüsen für den gasförmigen Brennstoff, die jeweils oberhalb eines, Gitters angeordnet sind. Die Erfindung hat insbesondere eine derartige Anordnung und Verteilung der Verbrennungsmittel im Raum zum

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ι.

Ziel, daß die Wärmefreisetzung entlang einem Flammenvorhang verteilt und die gleichmäßige Erhitzung des Mediums erreicht wird.

Die direkte Erwärmung eines bereits heißen Mediums stößt auf die Schwierigkeit, daß dann, wenn zur Speisung eines Brenners ein flüssiger Brennstoff, insbesondere Schweröl, verwendet wird, die Brennerleitungen die Temperatur des heißen Mediums aufweisen können, die mehrere hundert Grad erreicht. Dadurch besteht die Gefahr, daß der flüssige Brennstoff übermäßig verdampft oder sogar verkokt. Eine bekannte Lösung zur Behebung dieser Schwierigkeit besteht darin, die Zuleitung für den flüssigen Brennstoff in die Zuleitung für den gasförmigen Brennstoff zu verlegen und eine Mischbetriebsdüse zu verwenden, d.h., eine Düse, die sowohl für gasförmige als auch für flüssige Brennstoffe zu verwenden ist. Diese Lösung weist jedoch zwei große Nachteile auf : einerseits wird die Gaszuführungsleitung, an der die Einblasdüsen befestigt sind, auf eine wesentlich höhere Temperatur gebracht als die in ihr liegende Leitung für den flüssigen Brennstoff,, so daß die Verbindung der Flüssigbrennstoffleitung zur entsprechenden Düse nur über eine mehrfach gewundene Leitung erfolgen kann, die notwendig ist, um die Wärmeausdehnungsunterschiede an ihren Enden aufzunehmen; diese mehrfach gewundene Leitung neigt dazu, sich zu verstopfen; andererseits wird durch die Verwendung einer Mischbetriebsdüse, die abwechselnd für die beiden unterschiedlichen Brennstoffe verwendet wird, jegliche Elastizität in "der Verwendung der Brennstoffe ausgeschlossen, da die Verwendung des einen Brennstoffs die Verwendung des anderen nicht zuläßt.

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Daher wird hier für jeden Brennstoff eine besondere Verbrennungsdüse verwendet; die Brennstoffzuleitung für den einen Brennstoff liegt neben der Brennstoffzuleitung für den anderen Brennstoff, woraus sich folgendes ergibt s einerseits hat man geringe Temperaturunterschiede von einer Zuleitung zur anderen, und schwache Wärmeausdehnungsunterschiede erleichtern die Verbindung zwischen diesen Leitungen; andererseits kann man entweder nur den gasförmigen oder nur den flüssigen Brennstoff verbrennen oder auch in beliebigen Proportionen gleichzeitig beide Brennstoffe einsetzen.

Die Erfindung bezieht sich also auf einen Brenner mit durch die Verbrennung erzeugter direkter Erwärmung eines Mediums. Erfindungsgemäß sind die Zerstäubungs- und Einblasdüsen unabhängig in beliebiger Proportion und gleichzeitig mit den entsprechenden Brennstoffen speisbar und sind im Raum so angeordnet, daß die Verbrennung eine gleichmäßige Wärmefreisetzung hervorruft und für eine homogene Erwärmung dieses die Verbrennung unterhaltenden Mediums sorgt, wobei mit Hilfe von Konvektionsmitteln die Vermischung verbessert wird.

Die Erfindung wird im Verlauf der nachfolgenden Beschreibung und an Hand der beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt einen Dampfgenerator, bei dem ein erfindungsgemäßer Brenner zum Erwärmen der Abgase einer Gasturbine verwendet wird.

Fig. 2 stellt eine Verwendungsart von in einer Reihe in einem Abgaskreislauf angeordneten erfindungsgeraäßen Brennern dar, zwischen denen jeweils Wärmespeicher angeordnet sind.

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Die Figuren 3a und 3b stellen die Anwendung der erfindungsgemäßen Brenner dar, bei denen die Erwärmung durch Druck- bzw. Saugwirkung erzeugt wird.

Fig. 4 zeigt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Brenners in einer Brennkammer zur Abgasreinigung.

Die Figuren 5 und 6 zeigen einen erfindungsgemäßen Brenner von oben bzw. im Teilschnitt entlang VI-VI der Fig. 5.

Fig. 7 stellt eine Seitenansicht einer Brennerrampe dar, wobei der Vorderteil des Rampenkörpers fortgelassen wurde.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt entlang VIII-VIII der Rampe gemäß Fig. 7, die mit zusätzlichen Deflektoren versehen ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein Brenner 1 in einem Feuerungskanal 2 untergebracht, der die Abgasaustrittsöffnung 3 einer Gasturbine mit einem Wärmespeicher 5 über einen Feuerungskanal 6 verbindet. Die Abgase der Turbine 4 treten entlang dem Pfeil 7 aus, durchlaufen den Brenner 1, wo sie mit einem Teil des in ihnen enthaltenen überschüssigen Sauerstoffs an der Verbrennung teilnehmen und einen Flammenvorhang bilden, in dem sie erwärmt werden; sie folgen dann den Pfeilen 8 und durchlaufen einen Wärmespeicher 5, wo sie einen guten Teil ihrer Wärme an ein Wärmespeichermedium, das durch die ankommenden Pfeile 9 und austretenden Pfeile 10 dargestellt ist, abgeben und entlang den Pfeilen 11 mit niedrigerer Temperatur austreten und durch den Schornstein 13 entlang dem Pfeil 12 in die Atmosphäre gelangen. Mit einer Zweigleitung 14 können die Abgase nötigenfalls abgeleitet werden, ohne daß sie den Brenner 1 und den Wärmespeicher 5 durchfließen.

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Gemäß Fig. 2 sind in einem am Ausgang eines Generators 16, aus dem entlang dem Pfeil 17 Abgase austreten, angeordneten Feuerungskanal 15 abwechselnd mehrere erfindungsgemäße Brenner 18 und mehrere Wärmespeicher 19 angeordnet, durch die das entlang dem Pfeil 20 eintretende und entlang dem Pfeil 21 austretende Medium erwärmt wird, während die Abgase mit niedrigerer Temperatur den Feuerungskanal 15 entlang dem Pfeil 22 verlassen.

Gemäß den Figuren 3a und 3b sind Ventilatoren 23 mit Druck- bzw. Saugwirkung angeprdnet, um die vorzuwärmenden Gase entlang dem durch den Pfeil 24 angeordneten Weg durch einen Brenner 18 und einen Wärmespeicher 19 zu leiten.

Durch den Wärmespeicher 19 strömt entlang den Pfeilen und 21 Luft, die zur Erwärmung eines Raums oder zum Vorwärmen von Gegenständen bestimmt ist. Ferner wird angenommen, daß das zu erwärmende Gas gemäß Fig. 3b ein inertes Gas ist . In diesem Fall wird die zur Verbrennung notwendige Luft mit Hilfe eines Ventilators 25 direkt entlang dem Pfeil 26 parallel zu den Rampen des Brenners und durch die zwischen diesen Rampen liegenden Zwischenräume in den Brenner 18 geschickt.

Gemäß Fig. 4 ist in einer Brennkammer 27 mit doppeltem oder dreifachem Strömungsweg ein Brenner 18 untergebracht. Mit brennbaren Stoffen beladene Gase, beispielsweise Giftstoffe, übelriechende Stoffe oder brennbarer Staub, werden durch den Feuerungskanal 28 entlang dem Pfeil 29 und 30 bis zum Brenner geführt, den sie durchlaufen. Aufgrund der gleichmäßigen Vermischung und der Temperaturerhöhung, denen diese Gase beim Durchqueren des Brenners ausgesetzt sind, werden ihre umweltverschmutzenden Bestandteile vollständig verbrannt. Entlang dem Ausgang, der durch die Pfeile 31, 32 und 33 angedeutet wird, treten verhältnismäßig saubere Abgase aus, die im wesentlichen frei von

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verunreinigenden Stoffen durch den Kamin 35 entlang dem Pfeil 34 an die Atmosphäre abgegeben werden.

Gemäß den Figuren 5 und 6 ist eine Reihe von gleichen Rampen 36 im Gehäuse 37 des Brenners 1 angeordnet, die zwischen die beiden Anschlußstücke des Feuerungskanals 2 gesetzt werden, durch die die Abgase von einer Turbine 4 (Fig. 1) beispielsweise zu einem Wärmespeicher 5 geleitet werden, der ein Dampferzeuger sein könnte.

Die Rampen 36 umfassen Hauptdeflektoren 38, die auf dem Rampenkörper 39 (Fig. 8) angeordnet sind und in deren Innern die drei Zuführungsleitungen für die Brennerdüsen angeordnet sind: die Leitung 40 für den flüssigen Brennstoff, in der sich die Rückleitung 41 befindet, die Leitung 42 für das Mittel, mit dem der flüssige Brennstoff zerstäubt wird, und die Leitung 43 für den gasförmigen Brennstoff. Die Zerstäubungsdüsen 44 für den flüssigen Brennstoff und die Einblasdüsen 45 für den gasförmigen Brennstoff (Fig. 7) sind an der Stelle 46 auf dem Zuleitungsrohr 41 für den flüssigen Brennstoff angeordnet.

Am unteren Teil des Gehäuses 37 des Brenners 1 ist ein Gitter 47 angeordnet, mit dem die zu erwärmenden Gase gleichmäßig verteilt werden.

Wie aus den Figuren 7 und 8 zu ersehen ist, umfaßt jede Brennerrampe 36 einen Rampenkörper 39 und drei Verteilungsleitungen: die Leitung 40 für den flüssigen Brennstoff, die Leitung 42 für das Zerstäubungsmittel und die Leitung 43 für den gasförmigen Brennstoff.

Die Deflektoren 38 bilden zueinander einen Winkel von

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etwa 90 Grad und bewirken einen Unterdruck, durch den die
Flamme gehalten wird, während äußere Nebendeflektoren 48 an
der Bildung eines aerodynamischen Kreislaufs teilnehmen,
durch den das zu erwärmende, die Verbrennung unterhaltende
Gas entlang dem oberen Teil des Rampenkörpers 39 und der
Hauptdeflektoren 38 in einer gewünschten Menge geführt wird,
damit für die Stabilität der Flamme und den Schutz des oberen
Teils des Rampenkörpers. 39 und der Haupt de flektoren 38 gegen
die Wärmeausdehnungsunterschiede, die die Strahlung des Flammenvorhangs hervorrufen könnte, gesorgt wird. In den Hauptdeflektoren 38 sorgen Schlitze 49, die sich nach außen erweitern, dafür, daß ein kleiner Teil des die Verbrennung unterhaltenden Gases in den' Unterdruckbereich gelangt, während der andere Teil im Zwischenraum zwischen zwei nebeneinanderliegenden Rampen durchmischt wird.

So wird das zwischen den Rampenkörper 39 und die Nebende flektoren 48 entlang Pfeil 61 aufströmende zu erwärmende Medium in zwei Teile aufgespalten, von denen einer entlang Pfeil 62 an der Außenseite des oberen Bereichs des Rampenkörpers 39 und der Deflektoren 38 entlangstreicht und der andere entlang Pfeil 63 die Deflektoren 38 durch die Schlitze 49 durchströmt.

Der Rampenkörper 39 bildet einen Behälter, der für eine gewisse Wärmeisolierung der in seinem Innern angeordneten Leitungen 40, 42 und 43 sorgt, die untereinander nur geringe Temperaturunterschiede aufweisen, jedoch einen hohen Temperaturunterschied zum Rampenkörper 39 besitzen, der direkt von den zu erwärmenden Abgasen, die oft bereits eine sehr hohe Temperatur aufweisen, über^- strichen wird.

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Zur Vermeidung von aufgrund der Wärmeausdehungsunterschiede entstehenden Verformungen werden die Leitungen 40, 42 und 43 freischwebend montiert, d.h., sie sind vom Rampenkörper 39 unabhängig.

Die Leitung 40 für den flüssigen Brennstoff ist starr mit einem Flansch 50 verbunden, der mit Hilfe von Schrauben 52 fest an die Wandung 51 des Gehäuses 37 gedrückt wird.

Die Leitungen 42 und 43 sind untereinander und mit der Leitung 40 mit Hilfe von Profilstäben 53 starr verbunden, die in einem Abstand D von der Wandung 51 liegen; dieser Abstand ist so bestimmt, daß die Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen den Leitungen möglichst gering wirksam werden. Weiter sind entsprechende Verbindungsleitungen 54 von der Leitung 42 des Zerstäubungsmediums, beispielsweise Wasserdampf, zur Zerstäubungsdüse 44 und Verbindungsleitungen 55 von der Leitung 43 des gasförmigen Brennstoffs zur Einblasdüse lediglich im unteren Bereich 56 bzw. 57 mit Windungen versehen, die Wärmeausdehungsunterschiede aufnehmen sollen.

Das Risiko, das diese kurzen Leitungen verstopft werden, ist gering. Darüber hinaus werden zur Vermeidung jeglicher Beanspruchung einerseits die Leitungen 42 und 43 über elastische Verbindungen 58 mit dem Flansch 50 verbunden; andererseits sorgen Abstandshalter 59, die eine freie Wärmeausdehnung der Leitungen 40, 42 und 43 zulassen, für Verbindungen, durch die die Leitungen in ihrer Lage gehalten werden.

Schließlich ist die gesamte Gruppe der am stirnseitigen Flansch 50 befestigten Leitungen, Zerstäubungsdüsen und Einblas-

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düsen nach Entfernen der Muttern der Schrauben 52 abnehmbar; die Führung für die Höhenanordnung wird durch auf dem Boden des Rampenkörpers 39 liegende Anschläge 60 gewährleistet.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 4 Brenner mit durch die Verbrennung der ihn speisenden

-—s
Brennstoffe erzeugter direkter Erwärmung eines Mediums, wobei es sich um einen zerstäubten flüssigen und einen gasförmigen Brennstoff handelt und wobei der Brenner über einem Gitter angeordnete Zerstäubungsdüsen für ein Zerstäubungsmedium für den flüssigen Brennstoff und Einblasdüsen für den gasförmigen Brennstoff umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsdüsen (44) und die Gaseinblasdüsen (54) unabhängig voneinander speisbar sind und im Brenner (1) derart verteilt sind, daß die Verbrennung eine gleichmäßige Verteilung der freigesetzten Wärme gewährleistet und zusammen mit für seine gute Vermischung sorgenden Konvektionsmitteln (38, 48) eine homogene Erwärmung des Mediums herbeiführt.

2 - Brenner gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsdüsen (44) und die Gasdüsen (45) in einer Reihe abwechselnd und in gleichen Abständen auf Rampen (36) angeordnet sind und daß diese Rampen parallel zueinander montiert sind, wobei der zwischen ihnen vorhandene Zwischenraum für den Durchgang des zu erwärmenden Mediums dient.

3 - Brenner gemäß Anspruch 2, mit Rampen, die jeweils parallel zueinander angeordnete Rampenkörper und drei Zuleitungen für Gas, flüssigen Brennstoff und Zerstäubungsmedium umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rampenkörper (39) ein

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Gehäuse bildet, das für die in seinem Innern übereinander angeordneten drei Leitungen (40, 42, 43) wärmeisolierend wirkt, und daß die Leitung (40) für den flüssigen Brennstoff zur zusätzlichen Verringerung der Erwärmung eine interne Rückleitung (41) für die Flüssigkeit aufweist.

4 - Brenner gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Leitungen jeder Rampe (36) freischwebend im Rampenkörper (39) montiert sind und daß eine der Leitungen (40, 42, 43) mit einem ihrer Enden mit dem Befestigungsflansch des Brenners verbunden ist, während die beiden anderen mit der ersten in einem Abstand (D) vom genannten Ende über Profilstäbe (53) verbunden sind, der einen optimalen Ausgleich für ihre unterschiedliche Wärmeausdehnung gewährleistet.

5 - Brenner gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsdüsen (44) und die Einblasdüsen (45) jeder Rampe auf der Leitung <41) für den flüssigen Brennstoff befestigt sind, die in Höhe des offenen Endes des Rampenkörpers liegt, und daß die Speisung der Zerstäubungsdüsen bzw. der Einblasdüsen mit dem Zerstäubungsmedium bzw. mit dem Gas durch Leitungen (54, 55) erfolgt, die um die entsprechenden Zuleitungen (42, 43) herumgewickelt sind, ohne jedoch dabei eine vollständige Windung zu bilden.

6 - Brenner gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rampenkörper (31) an seinen Enden Hauptdeflektoren (38) aufweist, die zueinander einen Winkel von

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etwa 90 Grad bilden und zum Halten der Flamme Schlitze (49) aufweisen, die in gleichen Abständen angeordnet sind und sich nach av3en erweitern.

7 - Brenner gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Hauptdeflektoren Hebendeflektoren (48) zugeordnet sind, die so über die Rampenkörper hinausreichen, daß der zwischen zwei benachbarten Rampenkörpern liegende Zwischenraum an der Bildung des aerodynamischen Kreislaufs des die Verbrennung unterhaltenden Stoffs teilnimmt.

8 - Brenner gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines der Verbrennung ungenügend oder nicht unterhaltendes Mediums mit Hilfe eines Ventilators (25) in zwischen den Rampehkörpern liegende Zwischenräume und entlang einer parallel zu den Zuleitungen (40, 42, 43) verlaufenden Richtung Luft eingeblasen wird.

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