DE3033988A1

DE3033988A1 - Gasbrenner zur erzeugung von heizgasen mit breiter temperaturvarianz

Info

Publication number: DE3033988A1
Application number: DE19803033988
Authority: DE
Inventors: Piet Prof. Dr. 5100 Aachen Reynen; Karl-Friedrich Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dipl.-Ing. 5650 Solingen Schmid
Original assignee: Schmid karl-Friedrich dipl-Ing-Wirtsch-Ing; SCHMID KARL FRIEDRICH DIPL ING; Schmid Karl Friedrich Dipl Ing Dipl Wirtsch Ing 5650 Solingen
Current assignee: Schmid Karl-Friedrich Dr 4937 Lage De
Priority date: 1980-09-10
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1982-03-18
Also published as: DE3033988C2

Description

Bezeichnung: Gasbrenner zur Erzeugung von Heizgasen
mit breiter Temperaturvarianz Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit integrierter Brennerkopf-Luftkühlung und gleichzeitiger Verbrennungsluftvorwärmung sowie mit Sekundärluftzumischung zur Erzeugung von Heizgasen mit breiter Temperaturvarianz, insbesondere geeignet für Industrie öfen zur Herstellung empfindlicher keramischer Produkte.
Für derartige industrielle Erwärmungsprozesse ist es stets notwendig, bestimmte Aufheiz- und Abkühlprogramme einzuhalten. Dies erfordert die Erzeugung von Heizgasen unterschiedlicher Temperaturen durch eine geeignete Verbrennungseinrichtung. Ein solcher Brenner muß in der Lage sein, Heizgastemperaturen über einen breiten Bereich, in der keramischen Technologie von etwa 100 - 1800 ca zu produzieren.
Es ist bekannt, daß alle Erwärmungsprozesse in Labor- und Industrie öfen mit der Erzeugung der notwendigen zeitabhängigen Ofenraumtemperaturen durch eine zweckmäßige Beheizungseinrichtung beginnen müssen. Dabei unterscheidet man brennstoff- und elektrisch beheizte Systeme. Während den Heizspiralen und Heizstäben der Elektroöfen lediglich elektrische Energie zugeführt werden muß, genügt es bei mit Brennstoffen betriebenen Öfen nicht, den jeweiligen Brennstoff und die Verbrennungsluft rn zur Verfügung zu stellen; zusätzlich müssen die Reaktionspartner vor der Verbrennung in optimaler Weise gemischt werden, damit die chemisch gebundene Energie des Brennstoffes möglichst vollständig freigesetzt und dem Ofenprozeß zugeführt werden kann. Dies erfolgt durch Brenner, die demnach in erster Linie Mischaggregate sind. Je intensiver die Vermischung der Medien möglich ist, desto höher ist die Energieausbeute und desto geringer ist die Umweltbelastung durch reagiert toxische Bestandteile.
Da fast alle keramischen Produkte empfindlich gegen Temperaturschock und -wechsel sind, sollen sie nicht direkt mit der Flamme in Kontakt kommen. Deshalb werden nur die Heizgase mit den geforderten Temperaturen in die verschiedenen Zonen des Ofens eingeleitet.
Es ist bekannt, hierzu Tunnelbrenner zu verwenden, bei denen sich die Flamme innerhalb einer röhrenförmigen Brennkammer unmittelbar im Anschluß an den Brenner ausbildet, wie es beispielsweise in der Offenlegungsschrift DT 24 61 222 beschrieben ist. Die Verbrennung findet dadurch außerhalb des Ofenraumes statt, die Heizgase treten mit definierter Temperatur, gesteuert durch den Luftüberschuß, aus dem Verbrennungsaggregat in den Ofen ein. In den meisten technischen Anwendungsfällen wird die dazu benötigte Sekundärluft mittels einer aufwendigen Konstruktion durch die Ofenwandung der Brennkammer zugeleitet.
Es ist ferner bekannt, Brenner aus Stahl mit Wasser zu kühlen, damit keine Überhitzung und Zerstörung auftreten kann, wenn die Temperaturen der Heizgase sehr hoch sind (Beispiel in der Zeitschrift gas wärme international", Jahrgang 17, 1968, Seiten 381 - 385). Vielfach werden auch keramische Bauteile verwendet, die höhere Temperaturen vertragen als Stahl.
Nachteil der bisher bekannten Brenner ist jedoch die sehr aufwendige Konstruktion und die fehlende Möglichkeit, einen einzigen Brenner aus Stahl zur Erzeugung von Heizgasen mit niedrigen und auch sehr hohen Temperaturen einzusetzen.
Insbesondere die Verwendung von Wasser als Kühlmedium ist äußerst ungünstig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem konstruktiv einfach aufgebauten und kostengünstig herstellbaren Gasbrenner Heizgase sowohl mit sehr niedrigen als auch mit extrem hohen Temperaturen herzustellen. Hierbei soll auf eine Brennerkühlung mit Wasser und auf eine Abschirmung des Brennerkopfes durch keramische Bauteile verzichtet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlluft für den Brennerkopf, die in einem Ringrohrraum im Brenner nach vorne geführt wird, dort an der Stirnplatte aufprallt, diese intensiv kühlt und dabei erwärmt wird, anschließend als vorgewärmte Verbrennungsluft verwendet wird, und ferner, daß die Sekundärluft zur Erzeugung von Heizgasen mit niedrigen Temperaturen durch ein i n d e r B r e n -n e r a c h s e angeordnetes Rohr dem Verbrennungsabgas zugemischt wird.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird das Brenngas in dem ä u ß e r e n Ringraum des Brenners geführt und die Vermischung der Stoffströme erfolgt innerhalb des Brenners in einem Vormischraum, indem die V e r b r e n -n u n g s 1 u f t über einen Ring von Bohrungsdüsen n a c h a u ß e n in den Gasstrom eingeführt wird. Ferner sind der Brennerkopf und die übrigen Führungseinrichtungen variabel gestaltbar und leicht auswechselbar angeordnet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es mit einem einzigen, vielseitig verwendbaren und konstruktiv einfach aufgebauten Gasbrenner möglich ist, Heizgase mit sehr niedrigen und mit extrem hohen Temperaturen zu erzeugen, ohne daß einerseits die Sekundärluft, wie in sonst vielfach üblichen Brennern, durch die Ofenwandung in den Brenntunnel eingeführt werden muß, noch daß andererseits eine spezielle Kühlung des Brennerkopfes mit zusätzlicher Luft oder mit Wasser erfolgen muß. Insbesondere wird bei eventuellen Defekten die Gefahr durch das in den heißen Ofenraum austretende Wasser vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgendennäher beschrieben.
Fig. 1 zeigt, daß der Brenneraufbau durch drei ineinandergeschoben angeordnete koaxiale Rohre 1, 2 und 3 charakterisiert ist, die durch Distanzstücke 4 zentriert sind. Das Brenngas wird über einen Verteilerraum 5 durch das äußere Rohr 1 zugeführt und tritt kurz vor der Vermischung mit der Luft durch einen Ringspalt 6 in den Vormischraum 7 aus. Die Primärverbrennungsluft, die in jeweils stöchiometrischer oder luftreicher Menge zur Verfügung gestellt wird, strömt in einem zweiten Ringrohrraum 8, der innerhalb des Gasrohres liegt und dessen Außenrohr 2 dadurch gleichzeitig als innere Gasführung dient, über eine Verengung 9 nach vorne in den Brennerkopf 10. An der Peuerraumstirnfläche 11 des Brenners prallt die Luft auf, wird radial nach außen abgeleitet und strömt entlang der Luftführungseinrichtung 12 im Brenner bis zum Mischort zurück. Dort tritt sie durch einen Ring von Bohrungsdüsen 13 in den außen vorbeiströmenden Gasstrahl ein und bewirkt durch ihren hohen Impuls eine intensive Vermischung von Gas und Luft. Beim Aufprall der Luft am Brennerkopf 10 wird die Stirnfläche 11 konvektiv durch die stark turbulente Strömung gekühlt.
Das Gemisch tritt am Brennermund 14 aus dem Vormischraum 7 in den Feuerraum 15 ein und wird unmittelbar vor der Stirnfläche 11 gezündet. Die Flamme und das heiße Abgas können vor der Prallplatte 11 des Brenners rezirkulieren, diese Abgasrückführung verbessert die Stabilität der Plamme.
Zur Erzeugung niedriger Heizgastemperaturen wird Sekundärluft durch ein drittes, in der Brennerachse liegendes Rohr 3 zugeführt. Die Sekundärluft tritt in das Rezirkulationsgebiet 16 aus und vermischt sich dort und auf dem weiteren Weg im Brennerstein mit dem Verbrennungsabgas. Dabei intensiviert die Sekundärluft die Vermischung, was zu einer noch stabileren und kürzeren Flammenform führt.
Am Zufuhrende 17 des Sekundärluftrohres 3 ist ein kleines Schauglas 18 angebracht, welches die Beobachtung des inneren Kerns der Flamme und. ihrer Spitzen sowie der gegenüberliegenden Ofenwand oder eines eingesetzten Nutzgutes gestattet.
Diese Öffnung kann bei Bedarf auch ganz verschlossen oder zur Einführung von Thermoelementdrähten sowie anderer Meßsonden benutzt werden.
Es besteht die Möglichkeit, den gesamten Brennerkopf 10 sowie die Luftführungseinrichtung 12 und das äußere Gemisch-Führungsrohr 19 abzunehmen und auszutauschen. Dadurch können mit einer Brennergrundkonstruktion mittels neuer Brennerköpfe 10 einerseits eventuell auftretende Beschädigungen schnell beseitigt werden, andererseits sind durch Variation der Brennerkopfgeometrie andere Flammenformen herstellbar.
Das äußere Führungsrohr 19 des Brennst off-luft-Gemische s ist in Fig. 1 bis zum Brennermund 14 durchgehend aus Stahl bestehend dargestellt. Es kann jedoch auch durch ein kürzeres Rohrstück, das bis knapp oberhalb der Luftaustrittdüsen 13 reicht und das Material des umgebenden Brennersteines vor dem hohen Impuls der Luftstrahlen schützen soll, ersetzt werden. Dieses Rohrstück stößt dann an eine vorspringende Kante des Brennersteines, der dadurch als Verlängerung den Vormischraum 7 umschließt und gleichzeitig den stählernen Brennerring gegen Wärmestrahlung vom Ofenraum her abschirmt.
In Fig. 1 nicht eingezeichnet ist der Brennerflansch, der verschiebbar am äußeren Rohr 1 befestigt wird, so daß der Brenner in unterschiedlichen Tiefen in der Ofenwand eingebaut werden kann. An diesem Flansch können auch die Zünd- und Überwachungselektroden angebracht werden.

Claims

Patentansprüche S Gasbrenner mit integrierter Brennerkopf-Iiuftkühlung ¼;? und gleichzeitiger Verbrennungsluftvorwärmung sowie mit Sekundärluftzumischung zur Erzeugung von Heizgasen mit breiter Temperaturvarianz, insbesondere geeignet für Industrieöfen zur Herstellung empfindlicher keramischer Produkte, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kühlluft für den Brennerkopf (10), die in einem Ringrohrraum (8) im Brenner nach vorne geführt wird, dort an der Stirnplatte (11) aufprallt, diese intensiv kühlt und dabei erwärmt wird, anschließend als vorgewärmte Verbrennungsluft verwendet wird, und ferner d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sekundärluft zur Erzeugung von Heizgasen mit niedrigen Temperaturen durch ein i n d e r B r e n n e r -a c h s e angeordnetes Rohr (3) dem Verbrennungsabgas zugemischt wird.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n II z e i c h n e t , daß das Brenngas in dem ä u ß e r e n Ringraum (20) des Brenners geführt wird.
3. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vermischung der Stoffströme innerhalb des Brenners in einem Vormischraum (7) erfolgt, indem die V e r b r e n -n u n g s 1 u f t über einen Ring von Bohrungsdüsen (13) n a c h a u ß e n in den Gasstrom eingeführt wird.
4. Gasbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Brennerkopf (10) und die übrigen Pührungseinrichtungen (12) und (19) variabel gestaltbar und leicht auswechselbar angeordnet sind.