DE2801367A1 - Strahler-brenner fuer fluessige brennstoffe - Google Patents

Strahler-brenner fuer fluessige brennstoffe

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DE2801367A1 DE19782801367 DE2801367A DE2801367A1 DE 2801367 A1 DE2801367 A1 DE 2801367A1 DE 19782801367 DE19782801367 DE 19782801367 DE 2801367 A DE2801367 A DE 2801367A DE 2801367 A1 DE2801367 A1 DE 2801367A1
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Description

: S
Pat entanwält e
Dipl.-Ing. W. Beyer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem
Frankfurt/taain Staufenstraße 36
ITALIMPIANTI SOCIETE» ITALIAM
IMPIANTI PER AZIONI
Piazza Piccapietra 9
Genua / Italien
Strahler-Brenner für flüssige Brennstoffe
Die Erfindung betrifft einen Strahler-Brenner, insbesondere zur Mehrfachanordnung bei metallurgischen Öfen, bestehend aus einem mit einem Fluid betriebenen Zerstäuber für flüssigen Brennstoff und einem Diffusor für dem zerstäubten Brennstoff am Grund eines· hitzebeständigen, zum Ofenraum hin divergierenden Flammenkanals zugeführte Verbrennungsluft .
Die Erfindung bezieht eich insbesondere auf Brenner mit sogenannter flacher Flamme, bei denen die Verbrennung in der Flamme in sehr kurzem Abstand von der Brennerdüse, z.B. in einem Abstand von 30 bis 50 cm, vollendet wird. Die flüssigen Brennstoffe können leicht oder schwer, flüchtig oder nicht flüchtig sein. Gegebenenfalls können auch gasförmige Brennstoffe allein oder in Verbindung mit flüssigen Brennstoffen Verwendung finden.
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ORIGINAL INSPECTED
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Heizleistung der bekannten Strahler—Brenner zu verbessern, und zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Verbrennungsluft unter Bildung eines Wirbels mit hoher Umfangsgeschwindigkeit in den Plammenkanal einleit— bar ist und zur Zerstäubung des Brennstoffs das Fluid innerhalb und außerhalb der Zerstäuberdüse im Wirbel geführt und mehrfach quer zur Wirbelachse um im wesentlichen umlenkbar ist.
Die starke Verwirbelung des zerstäubten Brennstoffs und der Verbrennungsluft haben zur Folge, daß die letztere den schon vorher sehr fein zerstäubten Brennstoff unter optimalen Bedingungen auf die Flamme verteilt. Außerdem erzeugt der Wirbel der Verbrennungsluft eine starke Zirkulation der beim VerbrennungsVorgang gebildeten Brenngase im mittleren Bereich des sich erweiternden Flammenkanals. Diese Brenngase kommen dann bei sehr hoher Temperatur in Berührung mit dem zerstäubten flüssigen Brennstoff und bewirken dessen Vergasung unmittelbar vor der Verbrennung, die somit ganz wesentlich erleichtert und verbessert wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Aueführtungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen*
Pig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch
einen Brenner für flüssige Brennstoffe, insbesondere zur Verwendung bei einem metallurgischen Ofen,
Pig. 2 einen senkrechten Querschnitt durch den Brennstoff-Zerstäuber des Brenners nach Fig. 1,
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Pig. 3 einen waagerechten Querschnitt nach Schnittlinie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 einen waagerechten Querschnitt nach Schnittlinie IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5 einen senkrechten Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners, welcher so—vohl mit schwerem Heizöl als auch mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben wird.
Es wird zunächst auf die Ausführung nach Fig. 1 bis 4 Bezug genommen. Der dort dargestellte Brenner ist insbesondere zum Betrieb mit schwerem flüssigen Brennstoff (Brennöl) bestimmt.
Der dargestellte Brenner besteht aus einem dicht abgeschlossenen Gehäuse 2, welches aus Metall gegossen oder aus mehreren metallischen Einzelteilen zusammengesetzt ist. In das Gehäuse 2 wird Verbrennungluft über einen Einlaß 3 eingeleitet. Die Verbrennungsluft kann entweder kalt oder auch vorgewärmt zugeführt werden. Das Gehäuse 2 ist mit einem Diffusor 4 verbunden, der entweder aus Metall" oder aus einem keramischen Material bestehen kann und eine Anzahl geeigneter Durchlässe 104 aufweist, über welche die Verbrennungluft in den eigentlichen Brennraum 5 geleitet wird. Die Durchlässe 104 sind so angeordnet, daß sie der hindurchströmenden Luft einen Drehimpuls vermitteln, so daß ein sehr schnell rotierender Wirbel entsteht.
Auf der Außenseite des mit F bezeichneten Ofens ist das Gehäuse 2 in geeigneter Weise auf einem Block 6 aus keramischem Material befestigt, der auf der Innenseite einen eich zum Ofenraum hin erweiternden Flammenkanal begrenzt,
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welcher den Brennraum für eine kurze Flamme bildet, die nicht weit über die Randkante der erweiterten Öffnung vorspringt und z.B. in der Projektion eine Erstreckung in der Größenordnung von 20 cm hat.
Durch das Gehäuse 2, in welches die Verbrennungsluft über den Einlaß 3 eingeleitet wird, erstreckt sich vertikal von oben her eine Brennstoffleitung 7, über die Brennöl einer weiter unten beschriebenen Zerstäuberdüse zugeführt wird. Die Brennstoffleitung 7 sitzt koaxial in einer Leitung für die Zufuhr eines zerstäubenden Fluids, welche ebenfalls zu der Zerstäuberdüse führt. Das Zerstäuberfluid kann Druckluft, überhitzter Dampf oder ein anderes unter Druck stehendes Fluid sein, welches über einen Anschluß A in den Brenner eingeleitet wird. Koaxial zur Leitung 8 ist außerdem noch ein äußeres Rohr 108 montiert, welches zusammen mit der Leitung 8 einen Ringraum begrenzt, in dem Luft zirkuliert, welche den Kopf 10 der Zerstäuberdüse schützt. Das Brennöl wird über einen Anschluß 9 dem Brenner zugeführt. Die schützende Luft gelangt über Bohrungen 18O in das Rohr 108.
Der Kopf 10 der Zerstäuberdüse ist so ausgebildet, daß der flüssige Brennstoff genügend fein zerstäubt wird, um schnell zu verbrennen und um zu verhindern, daß sich Ruß auf der keramischen schalenförmigen Fläche 106 des Strahlerkörpers 6 absetzt. Ein Schild 11 aus hitzebestän— digem Metall oder einem keramischen Material umgibt die Brennstoffleitung 7 über die ganze Länge, mit welcher sie in den Brennraum 5 vorragt. Durch den Zwischenraum zwischen diesem Schild 11 und der Brennstoffleitung 7 wird ein bestimmter Fluidstrom aufrecht erhalten, um die Brennstoffleitung und einen Teil des Kopfs der Zerstäuberdüse vor der Ofenstrahlung und der Strahlung der Flamme selbst zu schützen. Funktionell betrachtet, ist der Schild 11 nicht unbedingt notwendig und könnte auch durch eine rund/um auf die Brennstoffleitung, soweit sie in die strahlende Schale 106 vorragt, aufgetragene Isolierung ersetzt werden.
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Der Kopf 10 ist auf das Ende der Brennstoffleitung 7 und der Leitung 8 für das Zerstäuberfluid aufgeschraubt, wie in Fig. 2 gezeigt. Das äußere Rohr 108 erstreckt sich dagegen frei nach unten und überdeckt seitlich den größten Teil des Kopfs 10. Diese Anordnung dient dem Schutz des Brennöls oder allgemein des flüssigen Brennstoffs vor den hohen Temperaturen sowohl der Verbrennungsluft (wenn diese vorgeheizt ist) als auch der Flamme.
Im obersten mittleren Bereich des Kopfs 10 sitzt ein Brenn— ölverteiler 12 mit genau bemessenen Bohrungen 112 für die Zufuhr von Brennöl in eine Mischkammer 13. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Zerstäuberdüse aus zwei fest miteinander verschraubten Teilen 110 und 210 zusammengesetzt. Am unteren Ende des inneren Teils 210 befindet sich die Mischkammer 13» welche mit der Auslaßseite des Verteilers 12 über eine axiale Öffnung 14 in Verbindung steht.
Gemäß Fig. 3 strahlenförmig angeordnete radiale Bohrungen 15 im Teil 210 des Kopfs 10 münden in der Mischkammer 13 und stehen auf der radial äußeren Seite mit einem Zwischenraum 115 zwischen den beiden Teilen 110 und 210 der Düse in Verbindung, welcher wiederum mit dem Zwischenraum zwischen den koaxialen Leitungen 7 und 8 verbunden ist, in den von oben her das Zerstäuberfluid über einen Anschluß L eingeleitet wird.
Der Teil 210 der Düse ist noch mit einer Anzahl weiterer Bohrungen 16 versehen, welche eine Verbindung zwischen dem genannten Zwischenraum 115 und einer zentralen Kammer 113 herstellen, in welcher die Bohrungen 112 des Verteilers münden. Die Bohrungen 16 sind gemäß Fig. 4 tangential ausgerichtet, so daß das hindurchströmende Mischfluid in einen Umlauf mit einer sehr hohen Wirbelkomponente gebracht wird· Der genannte Zwischraum 115 steht schließlich auch noch über radiale Bohrungen 19 mit einem Zwischenraum zwischen dem Teil 110 der Zerstäuberdüse und einer darübergesetzten Büchse 18 in Verbindung.
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Die Mischung aus Luft und Treibstoff, welche in der Kammer 13 durch die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs mittels Druckluft gebildet worden ist, die durch die Bohrungen 15 eingeleitet wird, strömt dann aus einer vorderen Bohrung 20 in dem Düsenteil 110, welche in Längsrichtung unterschiedlich geformt sein kann. Infrage kommt z.B. eine konvergierende, eine konvergierend-zylindrische oder eine konvergierend-divergierende Form.
Gegenüber der Mündung der Bohrung 20 befindet sich in axialer Ausrichtung und in geeignetem Abstand ein schalenförmiger Umlenkkörper 21, der durch einen Käfig 22 gehalten wird, dessen dünne Stangen im vorderen Düsenteil 110 verankert sind, in^dem sie z.B. darin eingelassen oder damit verschweißt sind.
Falls ein Kehrfachbrenner gebraucht oder gewünscht wird, d.h. ein Brenner, der einzeln oder sogar gleichzeitig mit flüssigem und gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann, schlägt die Erfindung die in Fig. 5 gezeigte Ausführung vor, welche hinsichtlich der in Fig. 1 und 5 mit gleichen Bezugs— zeichen versehenen Teile dem oben beschriebenen Ausführungs— beispiel entspricht, sich von diesem jedoch dadurch unterscheidet, daß das schützende Rohr 108 nunmehr ersetzt ist durch ein Rohr 208 für die Zuleitung von gasförmigem Brennstoff, der über einen Einlaß 308 zugeführt wird.
Im Falle des Betriebs nur mit Gas wird die Brennstoffleitung 7 vorzugsweise im Vergleich zur Stellung nach Fig. 5 in eine Stellung zurückgezogen, in welcher sich der Düsenkopf 10 innerhalb der Auslaßöffnung des Rohrs 208 befindet. Die mögliche Stellung des Düsenkopfs 10 inseiner vorstehenden Arbeitsposition gemäß Fig. 5 ist jedoch hinsichtlich der erfindungsgemäßen Funktion des Brenners kein Nachteil. Wenn der Brenner gleichzeitig mit flüssigem und gasförmigem Brennstoff betrieben wird, strömt das Zerstäuberfluid durch den Zwischenraum zwischen den koaxialen Leitungen ? und 8. Ein
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kleiner Teil dieses Fluids kann durch kleine Löcher 111 im unteren Ende der Leitung 8 nach außen abgeleitet werden, um auf diese Weise einen den vorderen Teil der Brennstoffleitung, soweit diese von hinten in den Brennraum des Brenners vorsteht, umhüllenden und schützenden Mantelstrom zu bilden. Alternativ zu dieser Lösung mittels einer schützenden Fluidströmung in dem den Schild 11 bildenden Rohr könnte der vordere Teil der Brennstoffleitung auch mit einem geeigneten hitzebeständigen Material isoliert sein.
Unabhängig von je nach dem Anwendungsfall gegenüber der vorstehenden Beschreibung unterschiedlich gestalteten oder ausgelegten Details sollte bei dem erfindungsgemäßen Brenner die Form und Lage der Durchlässe 104 im Diffusor 4 so gewählt werden, daß die hindurchströmende Verbrennungsluft die gewünschte große Strömungsgeschwindigkeit in Dreh— richtung erhält, so daß im divergierenden Flammenkanal ein schneller Wirbel entsteht. Zu dem genannten Zweck werden die Durchlässe 104 mit Bezug auf die Mittellängsachse der Brennstoffleitung 7 und des Flammenkanals 5 so angeordnet, daß ihre geometrischen Längsachsen auf der Erzeugenden eines Drehhyperboloids liegen, welches koaxial zu dem divergierenden Flammentunnel angeordnet ist, der ähnlich gestaltet sein kann. Die geometrischen Längsachsen der Durchlässe 104 sind bei dieser Ausführung in zwei Ebenen zur Achse der Brennstoffleitung 7 geneigt und zusätzlich versetzt angeordnet, so daß sie diese nicht schneiden.
Die Verbrennung beginnt innerhalb des divergierenden Flammenkanals und wird in kurzem Abstand von dessen Randkante außerhalb desselben beendet. Wie weit die Flamme über die Randkante vorsteht, hängt von dem Luftüberschuß bei der Verbrennung ab. Grundsätzlich ist die Flamme um so 'cürzer, je größer der Luftüberschuß ist, und kann sogar auf 20 bis 30 cm reduziert werden, wenn der Luftüberschuß 10 ?6 über dem stöchiometrischen Verhältnis liegt.
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Wegen der starken Turbulenz im divergierenden Plamraenkanal werden dessen innere Wände 106 und die gemauerten Ofen— bereiche, welche dem Flammenkanal benachbart sind, durch die heißen Brenngase auch im Wege der Konvektion erhitzt und heizen dann durch Strahlung die Charge in dem Ofen auf, der mit einer Vielzahl derartiger Brenner versehen sein kann.
Der vorgeschlagene verbesserte Brenner ermöglicht deshalb einen besonders hohen Wärmeaustausch, wie er ähnlich mit strahlenden Gasbrennern erreicht wird, und führt demzufolge zu einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads der Anlage im Vergleich zu den herkömmlichen Anlagen mit langflammigen Brennern.
Es ist ein weiterer Vorteil des neuen Brenners, daß er in größerer Anzahl und gleichmäßiger Vertilung, z.B. im Oberteil eines Ofens angeordnet werden kann, so daß die Charge gleichmäßig erhitzt wird.
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ι 2-.
Leerse ite

Claims (1)

  1. 2801337
    Patentansprüche
    Strahler-Brenner, insbesondere zur Mehrfachanordnung bei metallurgischen Öfen, bestehend aus einem mit einem Fluid betriebenen Zerstäuber für flüssigen Brennstoff und einem Diffusor für dem zerstäubten Brennstoff am Grund eines hitzebeständigen, zum Ofenraum hin divergierenden Flammenkanals zugeführte Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungsluft unter Bildung eines Wirbels mit hoher Umfangsgeschwindigkeit in den Flammenkanal (5) einleitbar ist und zur Zerstäubung des Brennstoffs das Fluid innerhalb und außerhalb der Zerstäuberdüse (10, 110, 210) mehrfach quer zur Wirbelachse im wesentlichen um 90° umlenkbar ist.
    2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zur Zerstäuberdüse (10, 110, 210) führende Brennstoffleitung (7) koaxial innerhalb einer Leitung (8) für das Zerstäuberfluid angeordnet ist, welche durch ein mit unter Druck stehender Verbrennungsluft beauf-schlagtes Gehäuse (2) zum Diffusor (4) führt, daß die Brennstoffleitung (7) und die Leitung (8) für das Zerstäuberfluid in einer Mischkammer (13) münden, in welche der Brennstoff mit geringer Geschwindigkeit axial und das ,Zerstäuber— fluid in Uinfangsrichtung einleitbar sind, daß das Brennstoff—Luft-Gemisch mit verhältnismäßig langsamer Geschwindigkeit von der Mischkammer (13) dem Flammenkanal (5) durch eine Düsenöffnung (20) zuführbar ist, welcher mit bestimmtem Zwischenabstand axial fluchtend ein Umlenkkörper (21) gegenüberliegt*
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    Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkkörper (21) schalenförmig ausgebildet und durch einen mit der Zerstäuberdüse (10, 110, 210) verbundenen Käfig (22) gehalten ist.
    Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (4) mit einer Anzahl Durchlaßöffnungen (104) versehen ist, welche das mit Druckluft beaufschlagte Gehäuse (2) mit dem divergierenden Flammenkanal (5) verbinden und an dessen Grund münden.
    Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßöffnungen (104) über den Umfang des Diffusors (4) verteilt derart angeordnet sind, daß ihre geometrischen Längsachsen auf Erzeugenden eines mit dem Flammenkanal (5) fluchtenden Drehhyperboloids liegen.
    Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da — du.rch gekennzeichnet, daß der Wandbereich des Flammenkanals (5, 106), welcher den Umlenkkörper (21) umgibt und der Düse (10, 110, 210) zugewandt ist, mit einer äußeren radialen Neigung und/ oder stufenförmig ausgebildet ist.
    Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffleitung (7) in dem Bereich, mit welchem sie in den Flammenkanal (5) vorragt, mit ringförmigem Zwischenraum ummantelt und durch abgezweigtes Zerstäuberfluid und/oder Verbrennungsluft, welche durch den Zwischenraum strömen , geschützt ist.
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    ν::
    8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffleitung (7) für flüssigen Brennstoff koaxial in einer Brennstoffleitung (208) für gasförmigen Brennstoff angeordnet ist, deren ringförmige Mündungsöffnung die Zerstäuberdüse (10, 110, 210) umgibt.
    9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkanal (20) der Zerstäuberdüse (10, 110, 210) konvergierend, konvergierend—zylindrisch oder konvergierend—divergierend ausgebildet ist.
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    ORIGINAL INSPECTED
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