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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Wärmetechnik, genauer
auf Gasbrenner.
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Am wirksamsten kann die vorliegende Erfindung in metallurgischen
Schmelz- und in Wärmeöfen verwendet werden.
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Gegenwärtig findet Erdgas als die billigste Brennstoffart immer breitere
Anwendung in der Industrie zur Verbrennung in Wärme-, VergUt,ungs- und Schmelzöfen
sowie in Feuerungen von Wärmekraftwerken. Hierbei ist vielfach eine wirtschaftliche
Ilochtemperaturverbrennung von Gas erforderlich, so beispielsweise zum Schmelzen
und ttberhitzen von Legierungen von Eisenmetallen - Gußeisen und Stahl.
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Eine hohe Temperatur in der Gasbrennflamme läßt sich bei kurzflammiger
Gasverbrennung durch Erhöhung der Wärme Spannung des Volumens der brennenden Flamme
erreichen, was bei Optimierung der Bauelemente des Gasbrenners, der ZufUhrung von
Heißluft zum Gasbrenner vor deren Vermischung sowie durch Vorwärmung des Gases vor
dessen Vermischung mit Luft möglich ist.
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Jedoch werden diese Reserven zur effektiven Gasverbrennung bislang
nicht ausreichend verwertet, weil in manchen Fällen konstruktiv unvollkommene Brenner
zum Einsatz gelangen. Viele zur Zeit verwendete Brenner können sowohl beitnHeiß-
als auch bei galtblasen nicht effektiv und zuverlässig arbeiten, taugen für nicht
die gemeinsame Arbeit mit Lufterhitzern, gestatten keine komplexe Verbrennung des
Gases unter Erzielung von leuchtenden, wärmeausstrahlenden sowie die Materialien
schnell erhitzenden brennenden Flammen.
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Bekannt ist ein Gas-t31-Niederdruckbrenner, der zwei untereinander
verbundene zylindrische Rammern enthält: eine caskammer mit einem zur Gaszufuhr
dienenden Seitenstutzen und eine Luftkammer mit einem zur Luftzufuhr dienenden Oeitenstutzen
(siehe das Buch von Maizels P.B., Vigdorchik D.Ja. "Gazqg relochnye ustroistva"
/Gasbrennereinrichtungen/, Verlag für die Bauliteratur, Moskau, 1964, S. 282).
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Die Gaskammer des Brenners ist auf der einen Seite verschlossen und
weist auf der anderen Seite ein Rohrgitter auf, an welches Gasverteilungsrohre angeschweiSt
sind, die durch die Luftkammer längs der Zentralachse der zum Luftaustritt bestimmten
Bohrungen verlaufen. Am Ende eines jeden Gasverteilungsrohrs ist ein Endstück -
eine Düse mit zum Gasaustritt bestimmten Bohrungen - aufgeschraubt. In der Mitte
des Brenners ist längs dessen Achse ein Rohr angebracht, in das ein kleines Rohr
mit einer Ölzuführungsdüse eingesetzt ist.
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Dieser Brenner ist vorwiegend zur Verbrennung von Gas in Kesselfeuerungen
bestimmt, wo die Temperatur der Verbrennungsprodukte niedriger als in den metallurgischen
Ofen zum Schmelzen von Gußeisen und Stahl sein kann. Daher wird den Gasbrennern
meist Kaltluft zugeführt. Beim Einsatz des Brenners in Schmelzöfen muß zum Erreichen
einer Temperatur von 18000C Heißluft mit einer Temperatur von 450 - 650 0C zugeführt
werden.
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In diesem Fall wird das Gas durch die Heißluft infolge des Wärmedurchgangs
durch die Wände der Gasverteilungsrohre ungenügend erwärmt, da wegen der offenen
Rohrenden seitens der Gaskammer das Gas vornehmlich durch die zentralen Teile
der
Rohre und nicht an den erhitzten Wänden strömt, was auch durch die Anordnung der
Bohrungen zum Gasaustritt in den Endstückdüsen auf den Stirnseiten der Gasvertelungsrohre
begünstigt wlrd. Außerdem ist bei der Hochtemperaturverbrennung von Gas das Abschmelzen
der Wände der EndstckdUsen sowie die Vergrößerung der zum Gasaustritt bestimmten
Bohrungen in denselben möglich, was zur Störung der Gasverteilung in den Rohren,
Vergrößerung der Flammenlänge und Erniedrigung der Temperatur führt.
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Bekannt sind Gasmischbrenner sowie Gas-Öl-Niederdruckbrenner, die
Gasverteilungsrohre enthalten, welche durch eine zur Luftverteilung bestimmte rammer
verlaufen (siehe Lavrov N.V., Popov V.M., Istomin L.I., Schubnikov A.N. "Szhiganie
gorjuchikh gazov v topochnykh ustroistvakh" Verbrennung von Brenngasen in Feuerungsvorrichtungen,
Verlag "Energiya", Moskau - Leningrad, 1966, S. 118 - 119, sowie Maizels N.B., Vigdorchik
D.Ja.
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"Gazogorelochnye ustroistva" /Gasbrennereinrichtungen/, Verlag für
die Bauliteratur, Moskau, 1964, S. 200 - 203).
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Auf die Enden der Gasverteilungsrohre sind in diesen Brennern Düsen
aufgeschraubt, die Kanäle zum Gasaustritt aufweisen, wobei dieße DUsen in den zum
Luftaustritt bestimmten Stutzen angeordnet sind.
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Jedoch können diese Brenner infolge beträchtlicher Abstände zwischen
den zum Luftaustritt bestimmten Stutzen und somit zwischen den Gasverteilungsrohren
nur dort eingesetzt werden, wo die Erzielung von niedrigeren Temperaturen als in
Gasöfen zum Schmelzen und ttberhitzen von Eisenmetallen und Eisenmetallegierungen,
nämlich in Dampf- und Warmwasserkesseln,
erforderlich ist. Außerdem
besitzen die Brenner bei kurzflammiger Gasverbrennung große Gehäuseabmessungen,
Fälle des Flarnmendurchschlags sind nicht ausgeschlossen, moglich ist das ferner
das Brennen des Gases in den Stutzen und/Abschmelzen der Stutzenwände bei Anwendung
von Heißluft und der Hochtemperaturverbrennung des Gases.
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Bekannt ist ferner ein Gasbrenner, der eine Konfusordüse enthält,
längs deren Zentralachse ein Gasverteilungsrohr angeordnet ist (siehe den SU-Urheberschein
Nr. 241353).
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Am Rohrende sind in schachbrettartiger Anordnung Bohrungen zum Gasaustritt
ausgeführt. Das GasverteilunFsrohr steht über den Düsenabachnitt vor, was die Vermischung
von Gas und Luft am Austritt und außerhalb der Düse ermöglicht. Diese einem Brenner
gestatten, das Gas inlheißen Luftstrom zu verbrennen.
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ein Jedoch läßt sichlkurzflammiges Gasbrennen nur dann erzielen,
wenn der Düsendurchmesser im Austrittsquerschnitt 40 mm nicht Ubersteigt und der
Durchmesser des Gasverteilungsrohres dabei ein solcher ist, daß der freie Ringdurchtritt
für die Luft zwischen den Wänden der Düse und dieses Rohrs gleich oder kleiner als
9 mm ist. Außerdem ist die Arbeitsleistung eines solchen Brenners gering, weil die
Heißluftgeschwindigkeit beim Einsatz von bekannten Gebläsemitteln in der Brennerdüse
80 m/sek nicht übersteigen darf, was durch gasdynamische Bedingungen vorgeschrieben
ist. Bei der Hcchtemperaturverbrennung einer großen Gasmenge im Gemisch mit Heiß
luft muß das Heizaggregat mit einer größeren Anzahl von Brennern ausgestattet sein,
der Abstand zwischen den Achslinien ihrer Düsen soll größer als 2-3 Durchmesser
der zum Luftaustritt bestimmten
Düse sein, was das Gasbrennersystem
kompliziert macht, den Reparaturaufwand an der Auskleidung der Brennertunnel erhöht,
den Verbrauch an Feuerfeststoffen für die Tunnelherstellung vergrößert.
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Bekannt ist auch ein Gasbrenner, der von den Urhebern als Prototyp
genommen wurde; dieser Gasbrenner enthält in einer Kammer angeordnete Gasverteilungsrohre,
die mit axial liegenden Austrittsbohrungen versehen sind (siehe Arseev A.V.
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".Szhiganie prirodnogo gaza" Verbrennung von Erdgas, Verlag der Literatur
über das Eisen- und Metallhüttenwesen, Moskau, s. 207).
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Jedoch besitzt dieser Brenner eine niedrige Effektivität der Gssverbrennung,
da die Wärmespannung der Brennflamme infolge eines großen Gesamtvolumens der Brennflamme
nicht hoch genug ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen
Gasbrenner zu schaffen, in dem eine effektive kurzflammige Gasverbrennung gewährleistet
ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Gasbrenner, der in einer
Kammer angeordnete Gasverteilungsrohre enthält, die mit axial liegenden Austrittsbohrungen
versehen sind, erfindungsgemä13 im Eintrittsabschnitt eines jeden Gasverteilungsrohres
senkrecht zur Gasbewegung in demselben eine Zwischen wand mit Bohrungen angebracht
ist, die auf deren Umfang derart <->, daß das im Rohr strömende Gas zur Rohrperipherie
hin <gleichmäßig verteilt sind> geleitet wird.
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Bei dieser konstruktivei ausfuehrung des Brenners wird das Leiten
der Gasstrahlen zu den Wänden der Gasverteilungsrohre
hin und die
Bewegung des Gases an den Wänden dieser Rohre entlang erreicht, was die Effektivität
der Gasverbrennung erhöht.
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Jedes Gasverteilungsrohr des erfindungsgemäßen Brenners soll zusätzlich
mit einer ringförmigen Reihe von radial liegen den Bohrungen versehen sein, deren
Durchmesser (d1) dem Durchmesser (d2) der axial liegenden Austrittsbohrungen und
dem Durchmesser (d3) der Bohrungen in der Zwischenwand gleich ist und 0,05 - 0,3
vom Durchmesser (d) des Gasverteilungsrohres beträgt.
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Beidieser konstruktiven AusfUhrung des Gasverteilungsrohres wird
eine Verringerung der Länge der gesamten Brenneine flamme und/Erhöhung der Brenntemperatur
in derselben gewährleistet.
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Bei der Ausführung von radial liegenden Bohrungen mit einem Durchmesser
(dl), der kleiner als 0,05 des Durchmessers (D) des Gasverteilungsrohres ist, nimmt
der Widerstand gegen die Gasströmung durch die Bohrungen beträchtlich zu, die Eindringtiefe
des Gases in den Luftstrom nimmt aber bei dessen Austritt aus den Gasverteilungsrohren
ab, was zur Erniedrigung der Temperatur in der brennenden Flamme führt.
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Bei der Ausführung von radial liegenden Bohrungen mit einem Durchmesser
(d ), der größer als der Durchmesser (D) des Gasverteilungsrohres ist, nimmt die
Zahl der Bohrungen, mit denen ein Jedes Gasverteilungsrohr versehen ist, ab, wodurch
die Gasverteilung in den Rohren und die Vermischung; des Gases fällt mit Luft verschlechtert
wird und im Endergebnisjdie Temperatur in der brennenden Flamme ab.
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Es ist vorteilhaft, die Gasverteilungsrohre in der Gasbrennerkammer
reihenweise derart anzuordnen, daß ihre Randreihen in bezug auf die Kawmerwände
in einem Abstand (() liegen der 1,0 - 12,5 Durchmesser (d3) der Bohrungen in der
Zwischenwand beträgt, und daß der Schritt (h) zwischen den Rohrreihen das 2-25fache
dieses DurcEmessers betrag t.
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Fine solche konstruktive Anordnung der Gasverteilungsrohre gestattet,
eine gute Vermischung des Gases mit Luft bei minimalen Längen der Gasverteilung.srohre
zu gewährleisten sowie eine kurze Hochtemperaturbrennflamme zu erzielen.
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Bei der Anordnung der Gasverteilungsrohre in bezug auf die Kammerwände
in einem Abstand (C), der kleiner als ein Durchmesser (d3) ist, und mit einem Schritt
(h) zwischen den Rohren, der kleiner als zwei Durchmesser ist, nimmt der Widerstand
gegen die LuStbewegung zwischen den Gasverteilungsrohren beträchtlich zu, wird die
Luftgeschwindigkeit im Austrittsquerschnitt der Kammer erhöht, die gleichmäßige
Verteilung von Tuft und Gas im Austrittsquerschnitt der Kammer sowie der Brennprozeß
im Brennertunnel, der an die Kammer anschließt, werden gestört, die Brennflamme
wird länger und die Brenntemperatur niedriger.
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Bei der Anordnung der Gasverteilungsrohre in bezug auf je Wände der
Brennerkammer in einem Abstand (t), der größer als 12,5 Durchmesser (d3) der Bohrungen
in der Zwischenwand ist, und mit einem Schritt (h) zwischen den Reihen der GasverteilunFsrohre,
der größer als das 25fache dieser Durchmesser (d3) ist, nehmen die Abmessungen des
Brenners und den Brennertunnels
zu, werden die Vermischungsbedingungen
für Gas und Luft schlechter, nimmt die Wärmespannung des Brennertunnelvolumens ab,
und die Brenntemperatur wird niedriger.
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Im folgenden wird die Erfindung durch ein konkretes Beispiel ihrer
Ausführung sowie anhand von Zeichnungen näher erläutert: Es zeigt: in Fig. llschematischerDarstellung
die Gesamtansicht eines Gasbrenners gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt;
den Fig. 21Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 den Schnitt nach Linie III-III
der Fig. 1; den Fig. 4!Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 1; Fig. 5 den Schnitt nach
Linie V-V der Fig. 1; eine Fig. 6jAusfAhrungsform des Austrittsteils des Gasbrenners,
im Längsschnitt; Fig. 7 den Schnitt nach Linie VII-VII der Fig. 6; eine Fig. 81
Ansicht nach Pfeil "A" in Fig. 6, dessen Richtung mit der Achse des Gasverteilungsrohres
zusammenfällt.
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Der Gasbrenner enthält eine Kammer (1) (Fig. 1, 2), in der Gasverteilungsrohre
(2) angeordnet sind, die mit axial liegenden Austrittsbohrungen (3) versehen sind.
Im Eintrittsabschnitt eines Jeden Gasverteilungsrohres (2) ist senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Gases eine Zwischenwand verteilt sind (4) mit Bohrungen (5) angebracht, die
auf deren Umfang gleichmäfig@ um das im Rohr (2) strömende Gas zur Peripherie desselben
zu leiten.
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Die Gasverteilungsrohre (2) sind an einen stirnseitigen Gassamnler
(6) angeschlossen.
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In der vorliegenden Erfindung sind Varianten verschiedener Anordnung
der Gasverteilungsrohre möglich, wie dies In
Fig. 3 - 8 dargestellt
ist, und zwar ist in Fig. 3 - 5 die zweireihige Anordnung der Gaßverteilungsrohre
in den vertika-und len Ebenen dargestellt / in Fig. 6 - 8 die dreireihige Anordnung
der Rohre in den vertikalen Ebenen wiedergegeben.
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Möglich sind Varianten mit ein- und mehrreihiger Anordnung: der Gasverteilungsrohre.
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Ferner ist ein Jedes Gasverteilungsrohr (2) zusätzlich mit einer
ringförmigen Reihe von radial liegenden Bohrungen (7) versehen, deren Durchmesser
(d1) dem Durchmesser (d2) der axial liegenden Austrittsbohrungen (3) und dem Durchmesser
(d3) der Bohrungen (5) in der quergestellten Zwischenwand (4) gleich ist und 0,05
- 0,3 vom Durchmesser (D) des Gasverteilungsrohrs (2) beträgt.
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Die Gasverteilungsrohre (2) sind in der Kammer (1) reihenweise angeordnet,
derart, daß die Randreihen der Gasverteilungsrohre (2) in bezug auf die Wände der
Kammer (1) in einem Abstanc (#) iegen, der das 1,0 - 12,5fache des Durchmessers
(d3) er Bohrungen (5) i - Zwischenwand (4) beträgt, während der Schritt (h) zwischen
@@ihen der Rohre (2) das 2-25fache d@eses Dur@hmessers bett Der Brenner arbeite@@
@e.
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Der Kammer (1) wird @@@@@@@@ @@rt, der die Wän@e@@@@@@ Gasverteilungsrohre
(2) umstr@@ @@@@@@@hitzt. Danach wird de@ stirnseitigen Sammler (6) Gas z@@ @@@@t,
das durch die Bohrengen (5) in den quergestellten Zwischenwänden (4) in die Gasverteilungsrohre
(2) geiangt.
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Dank der gleichmäßigen Vertei der Bohru@@@ (@) auf dem Umfang einer
jeden Zwischenw@@@@ wird @i @@@@@@
des Gasstroms vorwiegend an
der Wand des Gasverteilungsrohres entlang (2)/gewährleistet, was es ermöglicht,
den Prozeß des Wärmedurchgangs von der heißen Luft durch die Wände der Rohre (2)
zum Gas zu intensivieren. Das erhitzte Gas gelangt, indem es aus den axial und radial
liegenden jeweiligen Bohrungen (3) und (7) austritt in den Brennraum, wo es sich
mit der heiBen Luft vermischt und verbrennt, Infolge der Vorerhitzung des Gases
durch die Wärme des heißen Luftstroms nimmt die Flammenlänge ab, die Wärmespannung
ihres Volumens aber zu, was zur Erhöhung der Flammentemperatur fUhrt.
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Der erfindungagemäße Gasbrenner arbeitet stabil bei geringen und
großen Gas- und Luftdurchflußmengen, bei T.uftverbrauchs-und faktoren größer und
kleiner als 1,1 ohne Flammendurchschläge.
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Der Gasbrenner kann mit Erdgas, Begleitgas, Generatorgas, Wasserstoff
und anderen Brenngasen arbeiten.
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L 6 e r s ei t e