DE2731562C2

DE2731562C2 - Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe

Info

Publication number: DE2731562C2
Application number: DE2731562A
Authority: DE
Inventors: Hermann Josef Langnau Zürich Janssen
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1984-03-08
Also published as: BE868096A; JPS6130163B2; NL7806448A; SE7806159L; US4230445A; ES470494A1; GB1603740A; JPS547628A; DE2731562A1; CH622081A5; FR2394753A1; SE434565B; FR2394753B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Brenner ist aus der Zeitschrift »Revue Generale de Thermique«, Juni/Juli 1974, S. 577—590, bekannt. Bei diesem Brenner werden der innere Ringraum und der äußere Ringraum mit demselben Rauchgas-Frischluft-Gemisch und die über den Umfang des Brenners verteilten Durchgänge ausschließlich mit Rauchgas beschickt. Der Brenner ist zwar im Hinblick auf einen geringen ΝΟ,-Gehalt entwickelt worden, hat aber den Nachteil, daß er ein ungenügendes Teillastverhalten aufweist, und zwar besonders bezüglich des ΝΟ,-GehaItes bei dieser Last.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Brenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit dem ein verminderter ΝΟ,-Gehalt in den Rauchgasen, insbesondere auch bei Teillast, erreichbar ist, bei dem die Flamme auch bei Teillast stabil brennt und in dem eine praktisch vollständige Verbrennung stattfindet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Durch den inneren Ringraum wird — im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik — eine Zone mit wenig inerten Gasen gebildet, wodurch eine hohe Zündwilligkeit für den Brennstoff erreicht wird. Der Drall der durch den inneren Ringraum zugeführten Frischluft dient dem Aufreißen des Brennstoffkegels. Dabei findet in dieser Zone eine primäre Verbrennung bei unterstöchiometrischen Bedingungen statt, die eine geringe ΝΟ,-Bildung zur Folge hat. Schließlich wird in dieser Zone eine gute Flammenstabilität erzielt, d. h. wegen der guten Zündverhältnisse e. lischt die Flamme nicht Durch das Zuführen eines Rauchgas-Frischluft-Gemisches über den mittleren Ringraum ergibt sich eine sekundäre Verbrennungszone, in der durch den relativ großen Inertgasanteil des zugeführten Rauchgas-Frischluft-Gemisches die Flammentemperatur verhältnismäßig tief gehalten wird. Dies wirkt ebenfalls im Sinne einer Verminderung der ΝΟ,-Bildung. Durch den Drall des über den mittleren Ringraum zugeführten Rauchgas-Frischluft-Gemisches wird der Brennstoffkegel weiter aufgerissen und eine intensive Vermischung von Brennstoff und Frischluft erzielt. Durch das drallfreie Zuführen eines Rauchgas-Frischluft-Gemisches durch den äußeren Ringraum wird der Drall der Flammengase abgebremst und damit die Vermischung der Brenngase mit diesem Rauchgas-Frischluft-Gemisch intensiviert. Außerdem wird die Gesamtmasse der Feuergase zentriert, d. h. es entsteht keine einseitige Verlagerung der Flamme. Durch das über die geradlinigen Durchgänge zugeführte Rauchgas-Frischluft-Gemisch, das bei großer Last des Brenners anteilmäßig im Vergleich zu dem über den mittleren und den äußeren Ringraum zugeführten Gemisch überwiegt, wird nochmals eine gute Vermischung mit den Brenngasen erzielt, ohne daß ein neuer Drall eingeführt wird. Somit wird ein Trennen von kalten und warmen Gassträhnen durch Zentrifugalwirkung vermieden. Schließlich trägt diese Vermischung zur vollständigen Verbrennung auch der letzten Brennstoffteilchen bei.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den

Unteransprachen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Brenner gemäß der Erfindung,

Fig.2 schematisch vereinfacht einen Schnitt durch einen Dampferzeuger, der mit dem Brenner gemäß F i g. 1 versehen ist, und

Fig.3 und *f je eine Ansicht von abgewandelten Dampferzeugern mit je einem Brenner nach der Erfindung.

GemäS F i g. 1 ist an der Wand 1 einer Brennkammer 92, z. B. eines Dampferzeugers, mitteis mehrerer Schrauben 2 eine Ringscheibe 3 aus Blech befestigt, die einen Hohlzylinder 4 aufweist, der sich durch die Wand 1 zur Brennkammer 92 hin erstreckt Innerhalb des Hohlzylinders 4 weist die Ringscheibe 3 sechzehn Rohre 5 auf, die sich ebenfalls in Richtung zur Brennkammer 92 erstrecken und geradlinige Durchgänge 15 für ein Rauchgas-Frischluft-Gemisch bilder·. Der von dem Hohlzylinder 4 begrenzte Raum ist in radiale¹· Richtung nach innen bis zum Lochdurchmesser der Ringscheibe 3 von einer Muffel 6 ausgefüllt, die aus keramischem Werkstoff besteht und durch die hindurch sich die Rohre

5 erstrecken. Die Schwerpunkte der Austrittsquerschniite der Rohre 5 liegen auf einem Teilkreis mit dem Durchmesser Lh, der hier 1,5 mal so groß ist wie der Innendurchmesser D\ der Muffel 6.

Auf der Ringscheibe 3 ist mittels der Schrauben 2 auch die Grundplatte 10 eines als Ganzes mit B bezeichneten Brenners befestigt. Die Grundplatte weist eine zentrale öffnung von gleicher Größe auf wie die Kingscheibe 3 und außerdem den Rohren 5 in ihrer Anordnung und Größe entsprechende öffnungen 11. Auf der Grundplatte 10 ist ein zylindrischer Blechmantel 12 angeschweißt, der an seinem in F i g. 1 linken Ende in eine ebene Frontplatte 13 übergeht und mit dieser zusammen eine Verteilkammer 22 bildet. An den Blechmantel t2 ist in Fig. 1 oben ein im Querschnitt rechteckiger Blechkanal 14 angeschlossen. Von einer der Durchdringungskurven zwischen Blechmantel 12 und Blechkanal 14 ausgehend erstreckt sich ein trichterförmiger Blechabschnitt 16, der sich in Richtung auf die Brennerachse verjüngt Am in Fig. 1 linken Ende des Blechabrchnittes 16, dpr mehrere runde Öffnungen 17 aufweist, schließt sich ein torusförmiges Blech 18 an, das dann in einen zweiten trichterförmigen Blechabschnitt 19 übergeht, an den sich ein Blechzylinder 20 anschließt, der sieb ein Stück weit in die Muffel 6 hinein und an dieser anliegend erstreckt. Der aus den Abschnitten 16,18,19 und 20 gebildete Blechkörper ist im Bereich der Übergangsstelle zwischen den Abschnitten 19 und 20 mit der Grundplatte 10 verschweißt.

An der Frontplrtte 13 ist ein nach innen ragender zylindrischer Blecheinsatz 25 angeschweißt, der &n seinem in F i g. 1 rechten Ende mit einer Ringscheibe 26 versehen ist, die an ihrer zentralen Öffnung in ein axiales Rohrstück 27 übergeht. In diesem Rohrstück 27 steckt ein Rohr 30, das mittels Schrauben 31 im Rohrstück 27 befestigt ist und das nahe seinem in F i g. 1 rechten Ende über drei radiale Stege 32 im Blechzylinder 20 abgestützt ist. Das Rohr 30 trägt an seinem in die Muffel

6 ragenden Ende mehrere nach außen gerichtete schaufeiförmige Drallelemente 33, deren äußere Enden über einen Ring 34 miteinander verbunden sind. Der zwischen diesem Ring 34 und dem Rohr 30 gebildete und mit den Drallelemenven 33 versehene Raum ist ein mittlerer Ringraum 8 des Brenners, wogegen der Raum zwischen dem Ring 34 und der inneren Begrenzung der Muffel 6 einen äußeren, von Drallelementen freien Ringraum 9 des Brenners bildet. Die beiden Ringräume 8 und 9 gehen von der gemeinsamen Verteilkammer 22 aus.

Innerhalb des Rohres 30 ist ein Führungsrohr 40 angeordnet, das an seinem in F i g. 1 linken Ende über radiale Stege 42 im Rohr 30 geführt und durch ι» Schrauben 43 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. In F i g. 1 rechts von den Stegen 42 ist das Führungsrohr 40 mit schaufeiförmigen Drallelementen 41 versehen, die sich radial nach außen bis zum Rohr 30 erstrecken und die einen Drall in der gleichen Richtung erzeugen wie die Drallelemente 33 in mittleren Ringraum 8. Der Raum zwischen dem Rohr 30 und dem Führungsrohr 40 ist ein innerer, mit Drallelementen versehener Ringraum 7 des Brenners. Die drei beschriebenen Ringräume 7,8,9 schließen also unmittelbar aneinander an.
2u Der v&n dem zylindrischen Blecheinsatz 25 mit Ringscheibe 26 begrenzte Raum ^,ird in Fig. 1 auf seiner linken Seite von einer Deckplatte ÖO begrenzt, die mittels Schrauben 8 an der Frontplatte 13 befestigt ist. Die Deckplatte 60 weist in ihrem Zentrum ein Loch mit 2~> einem sich in das Führungsrohr 40 hinein erstreckenden Rohr (?J2 auf, das eine ölbrennerlanze 51 umgibt. Die Brennerlanze 51 ist an ihrem der Deckplatte 60 benachbarten Ende über einen Kopf 80 mittels Schrauben 81 an dieser Platte befestigt. Das andere jo Ende der Brennerlanze 51 weist einen Zerstäuberkopf 50 auf, der über drei radial federnde Elemente 45 am Führungsrohr 40 zentrisch abgestützt ist.

Außer der Brennerlanze 51 ist an der Deckplatte mittels Schrauben 72 ein Zündbrenner 66 befestigt, der i") sich in Fig. 1 oberhalb des Rohrstücks 27 bis in den Bereich des Blechzylinders 20 erstreckt. Der Zündbrenner 66 weist einen Anschluß 73 für Hochspannung auf, der in nicht näher dargestellter Weise mit einer Funkenstrecke 74 verbunden ist. Außerdem hat der 4(j Zündbrenner 66 einen Anschluß 75 für Gas, der mit einen bunsenbrennerartigen Mündung 76 in Verbindung steht. Die Brennerlanze 51 weist einen Anschluß 83 für die Zufuhr von Brennöl auf und außerdem einen Anschluß 84 für die Zufuhr von Zerstäubungsdampf. 3 Dem Zündbrenner 66 diametral gegenüberliegend ist an der Deckplatte 60 ein Rohrkrümmer 86 für die Zufuhr von Frischluft angebracht.

Gemäß F i g. 2 breitet sich die vom Brenner B erzeugte Flamme in der Brennkammer 92 des als jo Ganzes mit D bezeichneten Dampferzeugers aus. Oberhalb der Brennkammer 92 schließt sich ein Rauchgaszug 93 an, in dem, wie schematisch vereinfacht dargestellt, eine Heizfläche 94 angeordnet ist, in der Wasser vorgewärmt, verdampft und gegebenenfalls überhitzt wird. Die abgekühlten Rauchgase verlassen den Dampferzeuger über eine Leitung 91. Der Rohrkrümmer 86 des Brenners B ist über eine Leitung 101 mit einem Frischluftgebläse 100 verbunden. Für die Zufuhr von Rauchgas zum Brenner B ist am oberen Ende des Rauchgaszuges 93 eine Entnahmeleitung 106 angeschlossen, die über ein Umwälzgebläse 107 mit dem Blechkanal 14 verbunden ist. Zwischen dem Austritt des Umwälzgebläses 107 und dem Brenner B mündet in den Blechkanal 14 eine Leitung 102, die vom Austritt des Frischluftgebläses 100 abzweigt. In der Leitung 102 ist eine Drosselklappe 103 und im Blechkanal 14 stromunterhalb der Mündungsstelle der Leitung 102 ein statischer Mischer 9 angeordnet.

Im Betrieb des Brenners wird über die Leitung 101 und den Rohrkrümmer 86 4 — 20% der vom Frischluftgebläse 100 geförderten Frischluftmenge direkt dem Brenner zugeführt und dieser Luft im inneren Ringraum 7 zwischen dem Rohr 30 und dem Führungsrohr 40 -, mittels der Drallelemente 41 eine Drallbewegung erteilt. Der Rest der vom Frischluftgebläse 100 geförderten Luft strömt über die Leitung 102 zum statischen Mischer 9, wo eine Mischung mit dem vom Umwälzgebläse 107 geförderten Rauchgas stattfindet. Das so gebildete ι ο Rauchgas-Frischluft-Gemisch gelangt dann über den Blechkanal 14 in die Verteilkammer 22, in der es sich in drei Ströme aufteilt. Ein erster Teilstrom des Gemisches gelangt über den mittleren Ringraum 8 zwischen dem Rohr 30 und dem Ring 34 mit einer Drallbewegung, die ι ·> durch die Drallelemente 33 erteilt wird, in die Muffel 6. Der zweite Teilstrom des Gemisches gelangt über den äußeren Ringraum 9 zwischen dem Ring 34 und der

iTiutici ν inline l/i atiucwcguiig; in uic iviuiici utiu uic Brennkammer 92. Der dritte Teilstrom des Gemisches strömt über die öffnungen 17 im Blechtrichter 16 in die von der Grundplatte 10, dem Blechmantel 12 und dem Blechkörper 16, 18, 19 begrenzte Ringkammer 23, von der aus das Rauchgas-Frischluft-Gemisch über die Durchgänge 11, 5 in die Brennkammer 92 gelangt. r> Durch die über den inneren Ringraum 7 zugeführte Frischluft wird das über die Brennerlanze Sl zugeführte Brennöl zunächst unterstöchiometrisch verbrannt, wonach eine sekundäre Verbrennung unter Verwendung der Luftanteile des Rauchgas-Frischluft-Gemisches jo stattfindet, das über den mittleren Ringraum 8 mit passender Turbulenz sowie über den äußeren Ringraum 9 ohne Turbulenz zugeführt wird. Zum Zünden des Brenners, das mittels des Zündbrenners 66 erfolgt, kann die Zufuhr des Rauchgas-Frischluft-Gemisches klein y, eingestellt oder ganz abgestellt werden.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 3 fördert das Frischluftgebläse 100 nur die zur primären Verbrennung notwendige Luftmenge. Die mit dem Rauchgas zugeführte sekundäre Luftmenge wird über ein Gebläse 107' zugeführt das einerseits über die Leitung 106 Rauchgas und andererseits über einen Stutzen 111 Frischluft ansaugt. Die Mischung von Rauchgas und Frischluft findet also im Gebläse 107' statt dessen Austritt mit dem Blechkanal 14 verbunden ist. An der Mündungsstelle des Stutzens 111 in die Leitung 106 ist eine schwenkbare Klappe 112 vorgesehen, durch deren Verstellung wechselweise der Rauchgasstrom oder der Luftstrom gedrosselt werden kann. Somit läßt sich mit der Klappe 112 das gewünschte Verhältnis von Rauchgas zu Frischluft einstellen. Abweichend von der in Fig. I beschriebenen Gestaltung ist bei dem Brenner fl'gemäß F i g. 3 das torusförmige Blech 18 — statt über einen trichterförmigen Blechabschnitt — über eine ebene, rechtwinklig zur Brennerachse stehende Blechwand 115 mit dem Blechmantel 12 verbunden. Die Blechwand 115 reicht etwas in den Blechkanal 14 hinein und am Ende der Wand ist eine um eine horizontale Achse schwenkbare Klappe 117 vorgesehen. Durch diese Gestaltung der Brenners läßt sich die Aufteilung des Rauchgas-Frischluft-Gemisches auf den mittleren Ringraum 8 und den äußeren Ringraum 9 einerseits und die Durchgänge 15 andererseits mittels der Klappe 117 einstellen. Dies ist bei Betrieb des Brenners mit kleiner Last von Vorteil, weil dann die Durchgänge 15 bevorzugt vom Rauchgas-Frischluft-Gemisch durchströmt werden.

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Brenner B' wiederum über ein Gebläse 107' mit einem Rauchgas-Frischluft-Gemisch versorgt, wobei jedoch Rauchgas aus dem Rauchgasabzug durch Ejektorwirkung angesaugt wird. Zu diesem Zweck sind in der Leitung 106 ein Ejektor UO und im Stutzen 111 ein Ejektor 109 vorgesehen, wobei die Luftdüsen dieser beiden Ejektoren über eine Leitung 108 am Austritt des Frischluftgebläses 100 angeschlossen sind. An der Verzvi,;igungsstelle der Leitung 108 in eine Drosselklappe 120 vorgesehen, so daß die beiden Ejektoren wechselweise mit verschieden großen Luftmengen versorgt werden können. Es ist auch möglich, nur einen der beiden Ejektoren vorzusehen.

Die Brenner B und B' können — abgesehen von dem mit Gas betriebenen Zündbrenner 66 — als reine ölbrenner ausgebildet sein, wie der in F i g. 1 dargestellte. Die Brenner können auch als reine Gasbrenner ausffebildet s£!!L !n diesem FsHc werden rnchxcre Gasbrennerdüsen zweckmäßig im äußeren Ringraum 9 gleichmäßig über dessen Umfang verteilt angeordnet und im inneren Ringraum 8 mindestens ein ständig brennender, mit Gas gespeister, sogenannter Stützbrenner vorgesehen. Außer diesen beiden Ausführungsformen ist es auch möglich, die Brenner als kombinierte Brenner auszubilden, d. h. daß ein Betrieb wahlweise mit öl und mit Gas durchgeführt werden kann. In diesem Falle weist er mehrere Gasbrennerdüsen im äußeren Ringraum 9 sowie mindestens einen Stützbrenner im inneren Ring 7 auf und zusätzlich eine ölbrennerlanze im Zentrum.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe mit einem inneren, mit Drallelementen versehenen Ringraum für die Zufuhr von Brennluft, in dessen Bereich mindestens ein Brennstoffauslaß angeordnet ist, mit einem äußeren, koaxial zum inneren Ringraum angeordneten, von Drallelementen freien Ringraum für die Zufuhr eines Rauchgas-Frischluft-Gemisches und mit mehreren, um den ι ο äußeren Ringraum herum über den Umfang des Brenners verteilten Durchgängen für eine im wesentlichen drallfreie Einführung von Rauchgas, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ringraum (7) von einem zusätzlichen mittleren π Ringraum (8) abgetrennt und ausschließlich mit einem Frischluftanschluß (86) verbunden ist, der mittlere Ringraum (8) Drallelemente (33) aufweist und an eine Zuführung für ein Rauchgas-Frischluft-Gemisch Angeschlossen ist und die Durchgänge (15) > <> mit einer Zuführung für ein Gemisch aus Rauchgas und Frischluft verbunden sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringraum (9) außen von einer Muffel (6) begrenzt ist, in deren Wand die r> Durchgänge (15) vorgesehentind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwerpunkte der Austrittsquerschnitte der Durchgänge (15) auf einem Teilkreis (D₂) liegen, dessen Durchmesser 1,2 bis 1,8 mal so jo groß ist wie Jer Innendurchmesser (Dt) der Muffel (6) an ihrem Austritt.

4. Brenner nach eirvm der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß it Summe der freien Querschnitte der Durchgänge (15) 5 bis 20% der r> Austrittskreisfläche der Muffel (6) beträgt.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgänge (15) parallel zur Brennerachse gerichtet sind.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere (8) und der äußere Ringraum (9) an eine gemeinsame Vertelikammer (22) des Brenners und die Durchgänge (15) an eine von dieser getrennte, mit dem Rauchgas-Frischluft-Gemisch gespeiste Ringkammer (23) 4-, angeschlossen sind.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere (8) und der äußere Ringraum (9) wie auch die Durchgänge (15) an eine gemeinsame Verteilkammer (22) angeschlos- >o sen sind.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er so bemessen ist, daß das Gewichtsverhältnis der insgesamt durchgesetzten Frischluft zum durchgesetzten Rauchgas zwisehen den Grenzen 1 :4 und 4 :1 liegt.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er so bemessen ist, daß die im inneren Ringraum (7) durchgesetzte Frischluftmenge 4 bis 20% der insgesamt durchgesetzten w) Frischluftmenge beträgt.

10. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zufuhr von gasförmigen Brennstoff mehrere Gasbrennerdüsen im äußeren Ringraum (9) über dessen fej Umfang verteilt angeordnet sind.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallelemente (41) im inneren Ringraum (7) die gleiche Drallrichtung aufweisen wie die Drallelemente (33) im mittleren Ringraum (8).