DE3916142C2 - Atmosphärischer Gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen atmosphärischen Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solcher Brenner ist bekannt geworden aus dem DE-GM 86 05 274. Bei diesem Brenner, dessen Brennerkammer rund oder trogförmig ausgebildet sein kann, ist vorgesehen, den Brenner mit einer Kühlvorrichtung zu versehen, die aus dem unteren Teil der Flamme, also der Flammenwurzel, Wärme aufzunehmen im­ stande ist. Diese Kühlvorrichtung ist so plaziert, daß auch die der Flamme zuströmende Sekundärluft von der Kühlvorrichtung erfaßt und heruntergekühlt wird. Nähere Angaben zum Verlauf der Sekundärluftströmung sind nicht gemacht.

Bekanntlich kann mit einer stufenweisen Verbrennung eines Brennstoff-Luft- Gemisches eine erhebliche Verringerung des Stickoxid-Anteiles in den Abgasen erzielt werden. Eine solche stufenweise Verbrennung er­ folgt dadurch, daß man in einer ersten Stufe nur eine unvollkommene Verbrennung durchführt und erst in einer folgenden Stufe eine vollständige Verbren­ nung eintreten läßt, die dann die in der ersten Stufe unverbrannten, nicht oxi­ dierten Bestandteile umfaßt. Dieser Nachverbrennung wird Sekundärluft zugeführt, um eine vollständige Oxidation zu erreichen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Brenner der eingangs näher bezeichneten Art den Nachverbrennungsbereich der Flammen zu kühlen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.

Eine solche Ausbildung der Sekundärluftführungen trägt zu einer erheblichen Verringerung der bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe bei, indem sie einerseits die Temperatur im Flammenbereich selbst verringert, anderseits aber auch die Temperatur der dem stufenweise gegliederten Verbrennungsvorgang zugeführ­ ten Sekundärluft. Durch den letztgenannten Effekt ergibt sich eine vorteilhafte Ver­ kürzung der Brennerflammen, und damit wird in weiterer Folge die Möglichkeit er­ schlossen, die Stufenverbrennung innerhalb eines Brennraumes mit üblichen Ab­ messungen durchführen zu können.

Aus der US-PS 1 079 826 ist bereits ein plattenförmiger, gasbeheizter Wasserheizer bekannt, dessen Gasaustrittsöffnungen von der Plattenunterseite her über Gaszu­ fuhrleitungen mit Brenngas versorgt werden und der an seiner Oberseite ein System wasserführender Kanäle trägt, das die Gasaustrittsöffnungen beidseitig flankierende Wandungen bildet, zwischen denen die Gasaustrittsöffnungen scharenweise mün­ den. Die als Wände mit Rechteckquerschnitt gestalteten, wasserführenden Wan­ dungen dieses Kanalsystems sind jedoch ihrer Form und Anordnung nach für eine gezielte Zufuhr von Sekundärluft in den Flammenbereich dieses Heizgerätes unge­ eignet, sie bilden vielmehr enge und schmale Vertiefungen, in denen die Brenner­ flammen gewissermaßen "versenkt" angeordnet sind, so daß nicht einmal ihre Ver­ sorgung mit Primärluft gewährleistet erscheint, zumal der Brenner mit purem Brenn­ gas betrieben werden soll.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus den Figuren der Zeichnungen hervor. Es zeigt

Fig. 1 das Prinzip des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Gasbrenners,

Fig. 2 bis 6 einen Querschnitt durch verschiedene Ausführungsformen eines solchen Gasbrenners,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil eines solchen Gasbrenners,

Fig. 8 eine schaubildliche Darstellung eines solchen Gasbrenners,

Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8,

Fig. 10 die Seitenansicht des Kesselgliedes eines mit einem Gasbrenner ausgerüsteten Gliederkessels und

Fig. 11 einen Querschnitt durch dessen unteren Teil nach der Linie XI-XI der Fig. 10.

Bei allen dargestellten Gasbrennern ist die eine Brennerplatte 1 bildende Wandung der Brennerkammer 2 von Gemischaustritts­ öffnungen 3 durchsetzt, an denen die mit einem Gas-Primärluft-Gemisch gespeisten Brennerflammen 4 ansetzen.

Beidseits dieser, meist ebenen, Brennerplatte 1 sind nun gemäß Fig. 1 und 2 aus flankierenden Wülsten bestehende Sekundärluftführungen 6 ange­ ordnet, deren Querschnittskontur so gestaltet ist, daß sie die Sekundärluftströme 5 in den oberen Bereich B, der Brennerflammen 4 leiten, also in einen Bereich, in dem eine Nachverbrennung des bei der Verbrennung im Flammenbereich A unverbrannt gebliebenen Brennstoffes erfolgt und der etwa oberhalb der Flammenkerne liegt. Dadurch wird die Schadstoffemission wesentlich verringert, weil der Nachverbrennung gekühlte Sekundärluft zuströmt.

Die Höhe der Sekundärluftführungen 6 gegenüber der Brenner­ platte 1 ist so bemessen, daß die über diese ziel­ führend profilierten Führungen 6 einwärts gegen die Brenner­ flammen 4 einströmenden Sekundärluftströme 5 exakt in jenen Bereich B zielen, indem die Nachverbrennung mit dem gewünschten Resultat stattfinden soll.

Die Sekundärluftführungen 6 sind hohl und führen in ihren Hohl­ räumen ein Kühlmittel, vorzugsweise ein zu beheizendes Wasser, dessen Wärme sich in Wärmetauschern für beliebige Zwecke verwerten läßt.

Die Verbrennung des der Brennerkammer 2 zugeführten Gas-Primär­ luft-Gemisches erfolgt insofern zweistufig, als unmittelbar oberhalb der Gemisch­ austrittsöffnungen 3 im Bereich A zunächst in einer ersten Stufe nur eine unvollständige Verbrennung des Vorgemisches erfolgt, das eine Luftzahl unterhalb 1 aufweist. Die Abgase mit unverbrannten Bestandteilen dieser unvollkommenen Verbrennung gelangen dann in den höhergelegenen Flammenbereich B, dem die Sekundärluft zugeführt wird, und dieses Gemisch mit einer erhöhten, oberhalb 1 liegenden Luftzahl kann dann in diesem höheren Bereich B in der zweiten Stufe einer voll­ ständigen und schadstoffarmen Nachverbrennung unterzogen werden.

Fig. 2 zeigt, wie sich ein Gasbrenner nach dem von Fig. 1 dar­ gestellten prinzipiellen Aufbau in der Praxis mit geringem Aufwand anfertigen läßt. Dieser Gasbrenner ist aus zwei vorgeformten Blechen 7 und 8 zusammengesetzt, wobei das von Gemischaustrittsöffnungen 3 durchsetzte Blech 7 die Oberseite der Brennerkammer 2, also die Brennerplatte 1, und die gewölbten Oberteile der beiden das Kühlmittel enthaltenden Sekundärluftführungen 6 verkörpert und das Blech 8 den gewölbten Unterteil der Brennerkammer 2 und die ebenen Unterseiten der beiden Sekundärluftführungen 6 bildet. Diese beiden Bleche 7 und 8 lassen sich problemlos durch längs­ verlaufende Schweißnähte 9 miteinander zu dem von Hohl­ räumen durchzogenen Gasbrenner verbinden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Gasbrenners, derzufolge die Brennerkammer 2 von der Wandung eines Brennerstabes mit kreisrundem Querschnitt gebildet wird und an die Flanken dieses Brennerstabes sichelförmig profilierte Sekundärluft­ führungen 6 ansetzen, die die abgeflachte, von den Gemisch­ austrittsöffnungen 3 durchsetzte Brennerplatte 1 der Brenner­ kammer 2 seitlich mit senkrechten Wandteilen 10 begrenzen.

Fig. 4 stellt eine Ausführungsform eines Gasbrenners dar, bei der beidseits der ebenen Brennerplatte 1 von den Seiten­ wänden 11 der Brennerkammer 2 verkleidete rohrförmige Kühl­ mittelleitungen verlaufen, die die Sekundärluftführungen 6 bilden.

Fig. 5 zeigt eine Brennerkammer 2 mit senkrecht und eben, zueinander parallel verlaufenden Seitenwänden 11, an denen kühlmittelführende Sekundärluftführungen 6 flächig anliegend befestigt sind.

Ähnlich ist die Ausführungsform des Gasbrenners nach Fig. 6, die sich bloß dadurch von jener nach Fig. 5 unterscheidet, daß die oberen und unteren Bereiche der Sekundärluftführungen 6 mit einem etwa halbkreisförmigen Profil ausgerundet sind, um die gezielten Sekundärluftströme 5 entstehen zu lassen. Ferner ist bei dieser Ausführungsform die Brennerplatte 1 der Brennerkammer 2 gewölbt profiliert, um auch dadurch die Sekundärluftströme 5 in den Bereich B der Brennerflammen 4 zu richten.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Brennerplatte 1 der von einer Gasdüse 13 über ein Mischrohr 12 mit dem Gas- Primärluft-Gemisch gespeisten Brennerkammer 2 in Abständen voneinander angeordnete Gruppen von Gemischaustrittsöffnungen 3 aufweist.

Bei einer solchen Gliederung der Gemischaustrittsöffnungen 3 können auch in den Abständen zwischen den einzelnen Gruppen der Gemischaustrittsöffnungen 3 kühlmittelführende Sekundär­ luftführungen 6 angeordnet und mit längsverlaufenden Sekundärluftführungen 6 zu einem Umlaufsystem verbunden sein.

Die gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 als Stabbrenner ausgebildete Brennerkammer 2 wird von dem an eine ihrer beiden Stirnseiten ansetzenden Mischrohr 12 mit dem Brennstoff-Primärluft-Gemisch versorgt, das über die in der Brennerplatte 1 vorgesehenen Gemischaustrittsöffnungen 3 aus der Brennerkammer 2 austritt und, sobald es gezündet wurde, die Brennerflammen 4 nach Fig. 9 speist.

Dieser die Brennerkammer 2 bildende Stabbrenner befindet sich innerhalb eines Troges 14, dessen Seitenwände 15 sich gemäß Fig. 9 etwa bis in die Höhenmitte der Brennerflammen 4 er­ strecken, so daß die Sekundärluftströme 5 etwa in den Bereich B der Nachverbrennung geführt werden.

In der Höhenmitte jeder Seitenwand 15, also etwa im Höhen­ bereich der Flammenwurzeln und der Gemischaustrittsöffnungen 3 verläuft eine Kühlmittelführung 16.

Wie die Fig. 8 zeigt, können diese Kühlmittelführungen 16 der beiden Seitenwände 15 miteinander zu einem Umlaufsystem querverbunden sein, wobei die eine Führung als Vorlauf 17 und die andere als Rücklauf 18 dieses Systems dient.

Die Seitenwände 15 halten die Sekundärluft von dem mit dem Gas- Primärluft-Gemisch gespeisten Bereich A fern und leiten sie dem Bereich B der Nachverbrennung gekühlt zu.

Das in den Fig. 10 und 11 dargestellte Kesselglied 19 eines aus solchen Kesselgliedern zusammensetzbaren Gliederkessels ist als dessen Mittelglied einsetzbar und weist einen Vorlauf­ anschluß 17 und einen Rücklaufanschluß 18 auf. Dieses Kesselglied 19 umschließt mit einer Kühlmittelführung 16 den Brennraum 20 des Gliederkessels und trägt in seinem Bodenbereich eine von Gemischaustrittsöffnungen 3 durchsetzte Brennerplatte 1, die eine Brennerkammer 2 begrenzt.

Diese Brennerplatte 1 bildet den Boden eines von aufwärts­ weisenden Seitenwänden 15 begrenzten Troges 14, wobei sich diese Seitenwände 15 bis in Bereich der Flammenkerne der Brennerflammen 4 erstrecken.

Der die Kühlmittelführung 16 und die Brennerkammer 2 enthaltende sowie den Trog 14 bildende untere Teil des Kesselgliedes 19 ist - wie die Fig. 11 zeigt - schmäler als das Kesselglied 19 selbst, so daß zwischen den unter­ seitigen Teilen benachbarter Kesselglieder 19 Führungen 6 für Sekundärluftströme 5 entstehen.

Der Brennerkammer 2 wird das Brennstoff-Primärluft-Gemisch über eine seitliche Öffnung 21 mittels einer im Abstand von deren Einlaß 22 angeordneten Gasdüse 13 zugeführt.

Claims (12)

1. Atmosphärischer Gasbrenner zum Verbrennen eines Brennstoff-Primärluft- Gemisches mit einer mit dem Gemisch gespeisten Brennerkammer (2), die eine von Gemischaustrittsöffnungen (3) durchsetzte Brennerplatte (1) auf­ weist, an denen Brennerflammen (4) mit ihrem unteren Bereich (A) ansetzen, denen durch kühlmittelführende Hohlräume einschließende Sekundärluftfüh­ rungen (6) Sekundärluft zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Se­ kundärluftführungen (6) sich beidseits der Brennerplatte (1) über deren Ni­ veau erheben und den Bereich der Brennerflammen (4) seitlich begrenzen und daß die Sekundärluftführungen (6) in den etwa oberhalb der Flammen­ kerne gelegenen Bereich (B) der Brennerflammen (4) zur Zuführung von Se­ kundärluft in diesen Bereich (B) gerichtet sind (Fig. 1 bis 11).

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner­ kammer (2) von einer unterseitig an die Brennerplatte (1) anschließenden Schale gebildet ist, an die beidseits aus oberseitigen Schalen bestehende, kühlmittel­ führende Sekundärluftführungen (6) ansetzen (Fig. 1, 2).

3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner­ kammer (2) und die beiden seitlichen Sekundärluftführungen (6) aus zwei vorgeform­ ten Blechen (7, 8) zusammengesetzt sind, von denen ein Blech (7) die Brennerplatte (1) der Brennerkammer (2) und die gewölbten Oberteile der bei­ den Sekundärluftführungen (6) und das andere Blech (8) den gewölbten Unter­ teil der Brennerkammer (2) und ebenen Unterseiten der beiden Sekundärluftführungen (6) bildet (Fig. 2).

4. Gasbrenner nach Anspruch 1, mit einer runden, vorzugsweise kreisrund profilier­ ten, Brennerkammer (2), dadurch gekennzeichnet, daß an deren Flanken flächig und konform ansetzenden, sichelförmig profilierte Sekundärluftführungen (6) die Brennerplatte (1) mit senkrechten Wandteilen (10) beidseitig begrenzen (Fig. 3).

5. Gasbrenner nach Anspruch 1, mit einer trogförmigen Brennerkammer (2), gekennzeichnet durch beidseits einer ebenen Brennerplatte (1) als Sekundär­ luftführungen (6) verlaufende, gegebenenfalls verkleidete Kühlmittelleitungen (Fig. 4).

6. Gasbrenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch polygonal, vorzugsweise rechteckig, profilierte, an ebenen Flanken der Brennerkammer (2) flächig anlie­ gende und über deren Brennerplatte (1) ausragende, als Sekundärluftführungen (6) dienende Kühlmittelführungen (Fig. 5).

7. Gasbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der obere Bereich dieser Kühlmittelführungen mit einem, zum Beispiel halbkreisför­ migen Profil, ausgerundet ist (Fig. 6).

8. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennerplatte (1), die mit Abständen voneinander quer in Gruppen angeordnete Gemischaustrittsöffnungen (3) aufweist, innerhalb dieser Abstände querverlaufende kühlmittelführende Sekundärluftführungen (6) angeordnet sind, die längsverlaufende, flankierende, kühlmittelführende Sekundärluftführungen (6) miteinander zu einem Umlaufsystem verbinden (Fig. 7).

9. Gasbrenner nach Anspruch 1, mit einer als Stabbrenner ausgebildeten Brenner­ kammer (2), deren Oberseite von Gemischaustrittsöffnungen (3) durchsetzt ist und die innerhalb eines Troges (14) angeordnet ist, dessen Seitenwände (15) sich aufwärts bis in den Bereich der Brennerflammen (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß diese Seitenwände (15) mit Kühlmittelführungen (16) aus­ gebildet sind (Fig. 8, 9).

10. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Seiten­ wand (15) zumindest eine Kühlmittelführung (16) ausgebildet ist, die etwa im Höhenbereich der Gemischaustrittsöffnungen (3) der Brennerplatte (1) verläuft (Fig. 8, 9).

11. Gasbrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel­ führungen (16) der beiden Seitenwände (15) zu einem Umlaufsystem mit Vorlauf (17) und Rücklauf (18) miteinander quer verbunden sind (Fig. 8).

12. Gasbrenner nach Anspruch 1 für einen Gliederkessel, bestehend aus Kessel­ gliedern (19) mit einem den Brennraum (20) unterseitig begrenzenden, die Kühlmittel­ führung (16) enthaltenden Teil, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Teil die Brennerkammer (2) einschließt, wobei deren Brennerplatte (1) den Boden eines Troges (14) bildet, der von aufwärtsragenden, sich bis in den Bereich der Bren­ nerflammen (4) erstreckenden Seitenwänden (15) begrenzt ist, daß der untersei­ tige Teil der Kesselglieder (19) eine geringere Breite aufweist als jedes Kesselglied (19) und daß zwischen den unterseitigen Teilen benachbarter, mit ihren Stirnseiten aneinanderliegender Kesselglieder (19) die Sekundärluftfüh­ rungen (6) gebildet sind (Fig. 11).