DE3131948C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Erdgasbrenner für ein Strahlnetz­ rohr der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung.The invention relates to a natural gas burner for a jet network tube specified in the preamble of the claim Genus.

Derartige Strahlheizrohre werden beispielsweise in Rollen­ durchlauföfen zur Wärmebehandlung von Werkstücken einge­ setzt.Such radiant heating pipes are used, for example, in rolls continuous furnaces for heat treatment of workpieces puts.

Aus dem DE-GM 71 46 234 ist ein gattungsgemäßer Brenner für Strahlheizrohre bekannt, der auch bei Teilleistungen von ca. 10% der Nennleistung ein einwandfreies Brenn­ stoff-Luft-Gemisch liefern soll. Zu diesem Zweck ist stromab der Düse eine Reihe von Primärluftöffnungen in der Rohrwandung des Mischrohrs ausgebil­ det, durch welche Luft aus einem umgebenden Ringraum in das Mischrohr einströmt, in dessen Endabschnitt sich ein Primärluft-Gas-Gemisch bildet. Das Ende des Mischrohrs durchragt eine eine Stabilisator-Platte bildende Trennwand, in der Sekundärluft­ kanäle achsparallel zum zentralen Mischrohr angeordnet sind. Bei diesem Brenner kommt es zur Rußbildung im Strahlheizrohr aufgrund der thermischen Zer­ setzung von Kohlenwasserstoffen bei erhöhten Temperaturen und des örtlich zu geringen Luftverhältnisses λ. Der Ruß lagert sich an der Innenfläche des Strahlheizrohres an und verringert dadurch den Wärmeaustausch. Ferner ergeben sich chemische Reaktionen zwischen dem Ruß und den Chromnickel­ werkstoffen des Strahlheizrohres, was deren Lebensdauer verkürzt.From DE-GM 71 46 234 a generic burner for radiant heating pipes is known, which should deliver a perfect fuel-air mixture even with partial outputs of approximately 10% of the nominal output. For this purpose, a series of primary air openings is formed downstream of the nozzle in the tube wall of the mixing tube, through which air flows from a surrounding annular space into the mixing tube, in the end section of which a primary air / gas mixture forms. The end of the mixing tube extends through a dividing wall forming a stabilizer plate, in which secondary air channels are arranged axially parallel to the central mixing tube. This burner leads to soot formation in the radiant heating tube due to the thermal decomposition of hydrocarbons at elevated temperatures and the locally low air ratio λ . The soot builds up on the inside surface of the radiant heating tube, thereby reducing heat exchange. There are also chemical reactions between the soot and the chromium-nickel materials of the radiant tube, which shortens their life.

Ferner ist in der SU-Zeitschrift "Strahlobjekt", Nr. 4, 1963, MOSKAU, S 68 bis 70 Fig. 1b in dem Artikel "Prüf­ stand-Untersuchung von Strahlheizrohren für den Durch­ laufofen eines Verzinkungsaggregats" von B.N. Anterman u. a. ein Gas­ brenner dargestellt, der ein zentrales Gaszuführungsrohr enthält, das unter Ausbildung eines Ringspaltes für die Primärluft koaxial in ein Mischrohr mündet. Das ein­ strömseitige Ende dieses Mischrohrs ist in einer Trenn­ platte festgelegt und an seinem abströmseitigen Ende sitzt ein düsenförmiges Mundstück. In der Trennplatte befinden sich mehrere koaxial zum Gasrohr angeordnete Sekundärluft­ öffnungen, die eine Strömungsverbindung zwischen der ein­ strömseitigen Luftkammer und dem von der Brennerwandung und dem Mischrohr begrenzten Ringraum herstellen. Das Ver­ hältnis der Fläche F ₁ des die Primärluftöffnung darstel­ lenden Ringspaltes in der Trennplatte zur Querschnittsfläche F ₂ des ringförmigen Sekundärluftkanals beträgt etwa 0,014, was bedeutet, daß im Mischrohr das Primärluftverhältnis bei etwa 0,02 bis 0,03 liegt und die Hauptluftmenge als Sekundärluft zugeführt wird. Tatsäch­ lich brennbares Gemisch entsteht somit erst am düsenförmig verengten Auslaß des Mischrohres. Aufgrund dieser Luftver­ teilung ergeben sich beim Verbrennungsvorgang starke Aus­ scheidungen an Ruß, der sich an den Innenflächen des Strahlheizrohres absetzt und dessen Wirkungsgrad verrin­ gert. Da die Strömungsgeschwindigkeit des Primärluft-Gas- Gemisches am düsenförmigen Mischrohraustritt wesentlich größer als die der Sekundärluft ist, ergibt sich eine un­ gleichmäßige Verbrennung über die Länge des Strahlheizroh­ res und demzufolge ungleichmäßige Temperaturverteilung.Furthermore, in the SU magazine "Beam Object", No. 4, 1963, MOSCOW, S 68 to 70 Fig. 1b in the article "Test bench examination of radiant heating tubes for the continuous furnace of a galvanizing unit" by BN Anterman, among others, a gas burner shown, which contains a central gas supply tube, which coaxially opens into a mixing tube to form an annular gap for the primary air. One upstream end of this mixing tube is fixed in a separating plate and a nozzle-shaped mouthpiece sits at its downstream end. In the separating plate there are several secondary air openings arranged coaxially to the gas pipe, which create a flow connection between the air chamber on the flow side and the annular space delimited by the burner wall and the mixing tube. The ratio of the area F ₁ of the annular gap representing the primary air opening in the separating plate to the cross-sectional area F _{2 of} the annular secondary air duct is approximately 0.014, which means that in the mixing tube the primary air ratio is approximately 0.02 to 0.03 and the main air quantity as secondary air is fed. Actually, the combustible mixture is only formed at the nozzle-narrowed outlet of the mixing tube. Because of this air distribution, there are strong separations of soot during the combustion process, which deposits on the inner surfaces of the radiant heating tube and reduces its efficiency. Since the flow rate of the primary air-gas mixture at the nozzle-shaped mixing tube outlet is much greater than that of the secondary air, there is an uneven combustion over the length of the radiant tube and consequently uneven temperature distribution.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner für ein Strahl­ heizrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem Rußausscheidungen vermieden und gleichmäßige Temperatur­ verteilungen über die Oberfläche des Strahlheizrohres er­ reicht werden.The object of the invention is to provide a burner for a jet to create heating tube of the type mentioned, in which Avoided soot and constant temperature distributions over the surface of the radiant tube be enough.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst. This object is achieved by the characterizing features of Claim resolved.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Verhältnisse der Strömungs­ querschnitte werden Rußausscheidungen weitestgehend ver­ mieden und eine gleichmäßige Wärmeentwicklung über die Länge des Strahlheizrohrs erzielt. Bei Unterschreiten dieser Verhältnisse treten Rußausscheidungen aufgrund eines zu geringen Luftverhältnisses auf und bei Über­ schreiten dieser Verhältnisse ergibt sich eine ungenügend gleichmäßige Temperaturverteilung über die Strahlheizrohr­ länge. Die beanspruchte Länge des Mischrohrs gewährleistet eine vollständige Mischung des zugeführten Erdgases mit der Primärluft. Bei dem erfindungsgemäßen Brenner strömen das Primärluft-Gas-Gemisch und die Sekundärluft am Bren­ nerausgang mit etwa gleichen und betragsmäßig geringen Geschwindigkeiten, so daß sie sich beim langsamen Durchströmen des Strahlheizrohres in­ tensiv vermischen und vollständig ausbrennen können. Die Stabilisator-Platte mit den Sekundärluftkanälen am Umfang und mit der Mitteldüse gewährleistet bei den erfindungsge­ mäßen Abmessungen der Flächen F ₃ und F ₂ eine zuverlässige Verwirbelung der Ströme und eine zuverlässige Sta­ bilisierung der Entflammung ohne Pulsation und Flammenab­ reißen.Due to the ratios of the flow cross-sections according to the invention, soot deposits are largely avoided and a uniform heat development is achieved over the length of the radiant tube. If these ratios are undershot, soot deposits occur due to an insufficient air ratio and if these ratios are exceeded, the temperature distribution over the radiant tube length is insufficient. The claimed length of the mixing tube ensures a complete mixing of the natural gas supplied with the primary air. In the burner according to the invention, the primary air-gas mixture and the secondary air flow at the burner outlet at approximately the same and low speeds so that they can mix intensively and slowly burn out when slowly flowing through the radiant tube. The stabilizer plate with the secondary air channels on the circumference and with the central nozzle ensures a reliable swirling of the streams and a reliable stabilization of the ignition without pulsation and tear at the dimensions F ₃ and F ₂ according to the invention.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigtThe following is an embodiment of the invention explained in detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Strahlheizrohrs mit einem Brenner; Figure 1 is a partially sectioned side view of a radiant tube with a burner.

Fig. 2 einen Längsschnitt des Brenners; und Fig. 2 is a longitudinal section of the burner; and

Fig. 3 den Brenner nach Fig. 2 im Querschnitt gemäß Linie III-III. Fig. 3 shows the burner of FIG. 2 in cross section along line III-III.

Der dargestellte Erdgasbrenner 1 ist in einem Gehäuse 3 eines Strahlheizrohres 2 angeordnet und besteht aus hitze- und zunderfestem Stahl. Ein Mischrohr 4 ist in der Achse a-a des Brennerteils 5 des Strahlheizrohrs 2 angeordnet und weist in der Rohrwand 6 Primärluftlöcher 7 mit einer Gesamtfläche F₁ auf. Die Primärluftlöcher 7 können kreis­ rund sein oder eine andere Form haben und befinden sich in unmittelbarer Nähe einer Gasdüse 8, die innerhalb des Mischrohrs 4 angeordnet und durch den Kopf 9 des Brenner­ teils 5 hindurchgeführt ist. Die Einführung der Gasdüse 8 in das Mischrohr 4 ist durch eine Dichtung 10 gegen Luft­ durchtritt abgesichert, die auch als wärmebeständige Zwischen­ lage in anderer Weise, z. B. gewindeförmig, ausgebildet sein kann.The natural gas burner 1 shown is arranged in a housing 3 of a radiant heating tube 2 and consists of heat-resistant and scale-resistant steel. A mixing tube 4 is arranged in the axis aa of the burner part 5 of the radiant heating tube 2 and has 6 primary air holes 7 with a total area F ₁ in the tube wall 6 . The primary air holes 7 can be circular or have another shape and are in the immediate vicinity of a gas nozzle 8 which is arranged within the mixing tube 4 and is passed through the head 9 of the burner part 5 . The introduction of the gas nozzle 8 in the mixing tube 4 is secured by a seal 10 against air passage, which is also as a heat-resistant intermediate position in a different way, for. B. thread-shaped.

Am anderen Ende des Mischrohrs 4 befindet sich im Abstand e von den Primärluftlöchern 7 eine Stabi­ lisator-Platte 11, an deren Umfang mehrere winkelversetzte Sekundärluftkanäle 12 mit einer Gesamtfläche F ₂ vorgesehen sind. Im Mittelbereich der Stabilisator-Platte 11 ist eine einen Durchmesser d aufweisende Mitteldüse 13 mit der Querschnittsfläche F ₃ zum Durchtritt des Primärluft-Gas-Gemisches angeordnet. Die Form der Ka­ näle 12 kann beliebig sein. Im betreffenden Beispiel sind die Kanäle 12 rechteckig.At the other end of the mixing pipe 4 is located at a distance e from the primary air holes 7 a stabilizer lisator plate 11, a plurality of angularly spaced secondary air ducts are provided with a total ₂ F 12 at the periphery thereof. In the central region of the stabilizer plate 11 there is a central nozzle 13 with a diameter d and the cross-sectional area F ₃ for the passage of the primary air / gas mixture. The shape of the channels 12 can be any. In the example in question, the channels 12 are rectangular.

In einem achsparallelen Rohr 14 ist eine Zündvorrichtung zum Entflammen des Gemisches untergebracht. Die Stabilisa­ tor-Platte 11 weist eine Öffnung auf, in der ein Ende des Rohres 14 mit der Zündvorrichtung festgelegt ist. Das an­ dere Ende des Rohres 14 ist im Kopf 9 des Brennerteils 5 befestigt.An ignition device for igniting the mixture is accommodated in an axially parallel tube 14 . The Stabilisa gate plate 11 has an opening in which one end of the tube 14 is fixed with the igniter. At the other end of the tube 14 is fixed in the head 9 of the burner part 5 .

Der Kopf 9 des Brennerteils 5 ist durch einen Stutzen 15 an einen - nicht gezeigten - Rekuperator zur Luftvorwärmung angeschlossen, der im Rekuperativzweig 16 des Strahlheiz­ rohrs untergebracht ist. Die Luft kommt in den Rekuperator durch einen Stutzen 17.The head 9 of the burner part 5 is connected through a nozzle 15 to a - not shown - recuperator for air preheating, which is housed in the recuperative branch 16 of the radiant tube. The air enters the recuperator through a nozzle 17 .

Man wählt den Außendurchmesser der Stabilisator-Platte 11 so, daß zwischen ihrem Außenrand und der Innenfläche des Gehäuses 3 ein kleinstmöglicher, sich aus den Montagebe­ dingungen ergebender Spalt bleibt. Die Querschnittsfläche dieses Spaltes wird beim Berechnen der Querschnittsfläche F ₂ der Sekundärluft mit kalkuliert.You choose the outer diameter of the stabilizer plate 11 so that between its outer edge and the inner surface of the housing 3 remains as small as possible, resulting from the assembly conditions gap. The cross-sectional area of this gap is calculated when calculating the cross-sectional area F _{2 of} the secondary air.

Der Brenner arbeitet folgendermaßen:The burner works as follows:

Die Luft wird aus dem Rekuperator über den Stutzen 15 dem Mischrohr 4 in zwei Ströme unterteilt zugeführt. Die Primär­ luft strömt durch die Löcher 7 in das Mischrohr 4 und die Sekundärluft gelangt über die Kanäle 12 in der Stabilisa­ tor-Platte 11 in den Arbeitsraum des Gehäuses 3 des Heiz­ rohrs 2.The air is fed from the recuperator through the nozzle 15 to the mixing tube 4 divided into two streams. The primary air flows through the holes 7 in the mixing tube 4 and the secondary air passes through the channels 12 in the stabilizer gate plate 11 in the working space of the housing 3 of the heating tube 2nd

Das gesamte Erdgas strömt durch die Gasdüse 8 ins Innere des Mischrohrs 4, wo es sich mit der Primärluft vemischt und als Gemisch aus dem Mischrohr 4 durch die Mitteldüse 13 in den Arbeitsraum des Gehäuses 3 strömt. Das Mischrohr 4 gewährleistet aufgrund seiner Länge ein gutes Vermischen des Brenngases mit der Primärluft.All natural gas flows through the gas nozzle 8 into the interior of the mixing tube 4 , where it mixes with the primary air and flows as a mixture from the mixing tube 4 through the center nozzle 13 into the working space of the housing 3 . Due to its length, the mixing tube 4 ensures good mixing of the fuel gas with the primary air.

Die Mengen an Primärluft und an Sekundärluft werden durch die Gesamtfläche F ₁ der Primärluftlöcher 7 und F ₂ der Ka­ näle 12 festgelegt. Man ermittelt die Fläche F ₁ so, daß das im Mischrohr 4 gebildete Gemisch unbrennbar ist.The amounts of primary air and secondary air are determined by the total area F _{1 of} the primary air holes 7 and F _{2 of} the channels 12 . The area F _{1 is determined} so that the mixture formed in the mixing tube 4 is incombustible.

Bei seinem Verbrennen mit einem möglichst kleinen Luftverhältnis λ soll kein Ruß entstehen. Die Größe der Flächen F ₂ und F ₃ wird so gewählt, daß die Strömungsgeschwindig­ keiten des Primärluft-Gas-Gemisches und der Sekundärluft gleich und betragsmäßig klein sind, damit ein gleichmäßi­ ges Ausbrennen über die Länge des Strahlheizrohrs statt­ findet.When it is burned with the smallest possible air ratio λ , no soot should arise. The size of the areas F ₂ and F ₃ is chosen so that the flow rates of the primary air-gas mixture and the secondary air are the same and small in amount, so that a uniform burnout takes place over the length of the radiant tube.

Die gewählte Größe der Stabilisator-Platte, die dem Quer­ schnitt des Brennerteils 5 ungefähr gleich ist, gewährlei­ stet eine gute Verwirbelung des Primärluft-Gas-Gemischs mit der Sekundärluft hinter der Platte 11 und folglich eine stabile Zündung.The selected size of the stabilizer plate, which is approximately the same as the cross section of the burner part 5 , ensures a good swirling of the primary air-gas mixture with the secondary air behind the plate 11 and consequently a stable ignition.

Die beschriebene Brennerausführung hat den Vorteil einer einfachen Ausbildung, einer hohen Wirtschaftlichkeit der Verbrennung von Erdgas ohne Rußausscheiden im ganzen Re­ gelbereich der Wärmebelastung, einer langen Haltbarkeit des Strahlheizrohrs sowie einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über seine Oberfläche und einer zuverlässigen Stabilisierung der Zündung.The burner design described has the advantage of a simple training, a high level of economy Combustion of natural gas throughout the Re without excreting soot gel area of thermal stress, a long shelf life the radiant heating tube and one uniform temperature distribution over its surface and reliable ignition stabilization.

Claims (1)

Erdgasbrenner für ein Strahlheizrohr mit einem Mischrohr (4), in dessen Innern zentrisch eine Gasdüse (8) und in dessen Wand in unmittelbarer Nähe der Gasdüse (8) Pri­ märluftlöcher (7) vorgesehen sind, und mit einer Stabili­ sator-Platte (11), die Sekundärluftkanäle (12) an ihrem äußeren Umfang und eine Mittelöffnung am freien Ende des Mischrohrs (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser (d) der als Mitteldüse (13) für das Gas-Primärluft-Gemisch ausgebildeten Mittelöffnung in der Stabilisator-Platte (11) mindestens 10mal kleiner als der Abstand (1) zwischen den Primärluftlöchern (7) und der Stabilisator-Platte (11) ist,
daß das Verhältnis der Fläche (F ₃) der Mitteldüse (13) zu der Gesamtfläche (F ₁) aller Primärluftlöcher (7) ca. 0,8 bis 1,0 beträgt und
daß das Verhältnis der Fläche (F ₃) der Mitteldüse zu der Gesamtfläche (F ₂) aller Sekundärluftkanäle (12) der Stabilisator-Platte (11) bei ca. 0,6 bis 0,8 liegt.Natural gas burner for a radiant heating tube with a mixing tube ( 4 ), in the center of which a gas nozzle ( 8 ) and in the wall in the immediate vicinity of the gas nozzle ( 8 ) primary air holes ( 7 ) are provided, and with a stabilizer plate ( 11 ) which has secondary air ducts ( 12 ) on its outer circumference and a central opening at the free end of the mixing tube ( 4 ), characterized in that
that the diameter (d) of the central opening in the stabilizer plate ( 11 ) designed as a central nozzle ( 13 ) for the gas-primary air mixture is at least 10 times smaller than the distance ( 1 ) between the primary air holes ( 7 ) and the stabilizer plate ( 11 ) is
that the ratio of the area (F ₃ ) of the center nozzle ( 13 ) to the total area (F ₁ ) of all primary air holes ( 7 ) is approximately 0.8 to 1.0 and
that the ratio of the area (F ₃ ) of the center nozzle to the total area (F ₂ ) of all secondary air channels ( 12 ) of the stabilizer plate ( 11 ) is approximately 0.6 to 0.8.