DE3928214A1

DE3928214A1 - Brenner mit brenngas-rueckfuehrung fuer fliessfaehige brennstoffe

Info

Publication number: DE3928214A1
Application number: DE3928214A
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Individual
Current assignee: ZIMMERMANN, HANS GEORG, DIPL.-ING. (FH), 6950 MOSB
Priority date: 1989-08-25
Filing date: 1989-08-25
Publication date: 1990-03-08
Also published as: EP0515365A1; WO1991013291A1; DE3928214C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner mit Brenngas- Rückführung für fließfähige Brennstoffe (Heizöl, Gas) ent sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Brenner dieser Art (DE-A 32 41 730) ist das Mischrohr ein zylindrisches Rohr, dessen Durchmesser erheblich kleiner ist als der Durchmesser des Flammrohres, wodurch sich ein breiter Ringspalt ergibt. Die Öffnungen für das Überleiten von Brenngasen in das Mischrohr sind in einem Abstand von dem dem Luftzuführungsrohr zugewandten Ende des Mischrohres angeordnet, der dem 0,1fachen bis 0,3fachen Mischrohrdurch messer entspricht. Bei dieser Ausführung muß der Spritzkegel winkel der Brennstoffdüse verhältnismäßig klein sein, wenn eine Benetzung der Wand des zylindrischen Mischrohres vermieden wer den soll. Bei einem kleinen Spritzkegelwinkel fliegen die Brennstoff-Tröpfchen in einer Richtung, die nur einen kleinen Winkel mit der Richtung der einströmenden Verbrennungsluft bildet. Dadurch ist die Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft nicht optimal. Wird ein größerer Spitzkegel winkel gewählt, so muß die Brennstoffdüse in einem verhältnis mäßig großen Abstand von dem brennluftseitigen Ende des Misch rohres angeordnet werden, um eine weitgehende Vermischung mit der Verbrennungsluft zu erhalten, bevor der Brennstoff in die Mischzone, d. h. in den Bereich des Mischrohres in Strömungs richtung hinter den Brenngas-Zuführöffnungen, gelangt. Dies bedeutet wiederum, daß der Kern des Brennstoffstahls nicht weit in die Mischzone reichen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem eine verbesserte Aufbereitung des Brennstoffes erreicht und eine rußfreie Verbrennung sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag ist das Mischrohr durch seine Ausbildung als sich erweiternder Trichter an die Form des Spritzkegels des Brennstoffs angepaßt, so daß auch bei Wahl ei nes großen Spritzkegelwinkels praktisch keine Wandbenetzung eintreten kann. Bei einem großen Spritzkegelwinkel fliegen die Brennstofftröpfchen in der Randzone des Spritzkegels in einer Richtung, die einen verhältnismäßig großen Winkel mit der Rich tung einschließt, in welcher die Verbrennungsluft in das Misch rohr einströmt, so daß eine sehr intensive Vermischung mit der Verbrennungsluft stattfindet. Dies ermöglicht auch eine Anord nung der Brennstoffdüse nahe dem brennluftseitigen Ende des Mischrohres, so daß sich der Einspritzstrahl weit in die Mischzone hinein erstrecken kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Vorschlages gegenüber dem gat tungsbildenden Stand der Technik besteht darin, daß durch die Anordnung der Wand des Flammrohres parallel zu und in einem geringen Abstand von der Wand des Mischrohres ein enger koni scher Ringspalt gebildet wird, durch den die Brenngase mit hoher Geschwindigkeit zu den Einströmöffnungen strömen, wobei sie an der Wand des Mischrohres entlangströmen und dieses auf eine hohe Temperatur erhitzen, wodurch die Aufbereitung des aus zurückgeführten Brenngasen, Verbrennungsluft und Brennstoff be stehenden Gemisches in der Mischzone des Mischrohres erheblich verbessert wird. Das Ergebnis ist eine blaue Flamme ohne Ruß bildung. Da der große Durchmesser des trichterförmigen Misch rohres nur wenig kleiner ist als der Innendurchmesser des Flammrohres, ist der Eintrittsquerschnitt des von den zurückge führten Brenngasen durchströmten Ringraumes trotz seiner ver hältnismäßig geringen Breite groß genug, um eine ausreichende Menge an Brenngas zurückführen zu können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rückführbrenners gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Querschnitt des Mischrohres von Fig. 1 in der Ebene der Brenngas-Einströmöffnungen,

Fig. 3 einen Längsschnitt eines Rückführbrenners entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Rückführbrenners gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Der Brenner gemäß Fig. 1 weist ein an ein nicht gezeigtes Ge bläse angeschlossenes Zuführungsrohr 1 für die Verbrennungsluft auf, in dem ein sich in Strömungsrichtung verengender Luft trichter 2 angeordnet ist, der mit einer zentralen Halterung 4 für eine Brennstoffdüse 5 versehen ist. An den Lufttrichter 2 schließt sich ein trichterförmiges Mischrohr 6 an, das in ein Flammrohr 7 hineinragt, welches mit seinem in der Zeichnung linken Ende in einem geschlitzten Endabschnitt 8 des Luftzu führungsrohres 1 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 9 ein gesetzt und durch Festziehen einer den Endabschnitt 8 zusammen spannenden Schraube 10 festgehalten ist. Die Innenwand des Flammrohres 7 verläuft im Bereich des Mischrohres 6 parallel zur Wand des Mischrohres 6 und in geringem Abstand von dieser, wodurch ein verhältnismäßig enger konischer Ringspalt 11 ge bildet wird, der durch Bohrungen 12 in der Wand des Mischrohres 6 mit dessen Innenraum in Verbindung steht. Der Ringraum 11 ist zum Inneren des Flammrohres 7 offen, so daß Brenngase aus dem Flammrohr 7 durch die Bohrungen 12 in das Mischrohr 6 gelangen können. Diese Rückführung der heißen Brenngase wird durch die Injektorwirkung der mit hoher Geschwindigkeit in das Mischrohr 6 einströmenden Verbrennungsluft erreicht. Um die Vermischung der zurückgeführten Brenngase mit dem Gemisch aus Verbrennungs luft und Brennstoff zu verstärken, können die Bohrungen 12, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung schräg gestellt sein, so daß die Brenngase mit einem Drall in das Mischrohr 6 eintreten.

Die zurückgeführten Brenngase strömen mit relativ hoher Ge schwindigkeit durch den engen Ringraum 11 und entlang der Wand des Mischrohres 6, wodurch dieses stark aufgeheizt wird. In der Praxis ist diese Aufheizung so stark, daß das Mischrohr 6 auch bei einer Ausführung in Keramik rotglühend wird, wodurch eine sehr intensive Aufbereitung des die Mischkammer durchströ menden Gemisches aus zurückgeführten Brenngasen, Verbrennungs luft und Brennstoff stattfindet.

Der Kegelwinkel des trichterförmigen Mischrohres 6 entspricht vorzugsweise dem Spritzkegelwinkel der Brennstoffdüse 5, so daß eine Benetzung der Wand der Mischkammer 6, die zu Ruß bildung führen könnte, vermieden ist. Das Flammrohr 7 ist wie das Mischrohr 6 aus einem hochwärmebeständigen Werkstoff, vor zugsweise Keramik. Zur Zentrierung des Mischrohres 6 in dem Flammrohr 7 können radiale oder schräg gestellte Rippen 6 a vorgesehen werden.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, bei dem gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch mit einem Strich, bezeichnet sind, unterscheidet sich von diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen nur dadurch, daß das Mischrohr 6′ in einem geringen Abstand vom Ende des Luft trichters 2 bzw. von der Stirnwand 13 des Flammrohres 7′ an geordnet ist, wodurch ein Ringspalt 14 gebildet wird, durch den die heißen Brenngase aus dem Ringraum 11′ in das Mischrohr 6′ strömen können. Durch das Vorsehen des Ringspaltes 14 anstelle der Bohrungen 12 von Fig. 1 wird die Herstellung vereinfacht, da kein Bohren von Löchern erforderlich ist, und der Eintritts querschnitt für die zurückgeführten Brenngase vergrößert wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, bei dem wiederum gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 oder 2, jedoch mit einem Doppelstrich, bezeichnet sind, wird auf den Lufttrichter 2 von Fig. 1 und 2 verzichtet. Die Verbrennungsluft tritt direkt aus dem Luftzuführungsrohr 1′′ durch eine zentrale Öffnung 15 in der Stirnwand 13′′ des Flamm rohres 7′′ in das Mischrohr 6′′ ein, und das Mischrohr 6′′ ist wie beim Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 in einem Abstand von der Stirnwand 13′′ angeordnet, so daß wiederum ein Ringspalt 14′′ gebildet ist, durch den die zurückgeführten Brenngase aus dem Ringraum 11′′ in das Mischrohr 6′′ einströmen können. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Mischrohr 6′′ mit einem zylindri schen Fortsatz 16 versehen, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Flammrohres 7′′, so daß die Brenngase durch den damit gebildeten Ringspalt 17 in den Ringraum 11′′ strömen können. Das Mischrohr 6′′ ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch mehrere, beispielsweise drei gleich mäßig über den Umfang verteilte, radial sich erstreckende Stif te 18, die sich durch entsprechende Löcher 19 in dem zylindri schen Fortsatz 16 erstrecken, mit dem Flammrohr 7′′ verbunden und in diesem zentriert. Dies erleichtert die Befestigung des Mischrohres 6′′ im Flammrohr 7′′ erheblich. Darüber hinaus wird durch den zylindrischen Fortsatz 16 die Heizfläche für das das Mischrohr 6′′ durchströmende Gemisch vergrößert. Außerdem er folgt die Entnahme der Brenngase aus dem Flammrohr 7′′ aus einer Zone höheren Druckes als bei den vorangegangenen Beispielen, wodurch das Druckgefälle zu dem Überströmspalt 14′′ vergrößert wird, was wiederum eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und damit einen größeren Wärmeübergang zur Wand des Mischrohres 6′′ sowie eine Vergrößerung der Menge der zurückgeführten Brenn gase zur Folge hat.

Die dargestellten Brenner werden in üblicher Weise so an den nicht gezeigten Heizkessel angesetzt, daß das Flammrohr in den Feuerraum des Kessels hineinragt. Es ist bekannt, daß durch die Rückführung von Rauchgas die Bildung von Stickoxiden reduziert werden kann. Eine derartige Rauchgas-Rückführung kann auch bei den erfindungsgemäßen Brennern auf einfache Weise verwirklicht werden, indem, wie in Fig. 4 dargestellt, die Wand des Flamm rohres 7′′ mit Durchbrüchen 20 versehen wird, durch welche das Rauchgas in das Flammrohr 7′′ eintreten kann. Diese Durchbrüche 20 sind in einem solchen axialen Abstand von dem Ende des Mischrohres 6′′ angeordnet, daß kein Rauchgas in den Ringraum 11′′ gelangen kann, da hierdurch die erwünschte Reaktion der Brenngase mit dem Brennstoff-Luftgemisch beeinträchtigt werden könnte. Zusätzlich können die Durchbrüche schräg in Strömungs richtung der Brenngase im Flammrohr 7′′ verlaufend angeordnet sein, so daß die Rauchgase schon aufgrund dieser Anordnung der Durchbrüche 20 von dem Ringraum 11′′ bzw. dem Ringspalt 17 wegströmen. Selbstverständlich können derartige Durchbrüche 20 auch bei den Ausführungsbeispielen gem. Fig. 1 und 2 vorgesehen werden.

Bei allen Ausführungsbeispielen bildet das Flammrohr 7 mit dem Mischrohr 6 eine Einheit, die durch Klemmung mittels der Spann schraube 10 mit dem Luftzuführungsrohr 1 verbunden ist. Dadurch gestaltet sich die Wartung des Brenners äußerst einfach, da beispielsweise zum Auswechseln der Brennstoffdüse 5 lediglich die Schraube 10 gelöst werden braucht, worauf die Einheit aus Flammrohr 7 und Mischrohr 6 abgezogen werden kann und die Brennstoffdüse 5 freiliegt.

Claims

1. Brenner mit Brenngas-Rückführung für fließfähige Brennstoffe, mit einem Zuführrohr (1) für die Verbrennungsluft, einer kon zentrisch zum Luftzuführungsrohr angeordneten Brennstoffdüse (5), einem an das Luftzuführungsrohr anschließenden Mischrohr (6) und einem Flammrohr (7), in welches sich das Mischrohr erstreckt und welches mit der Wand des Mischrohres einen von Brenngasen durchströmten Ringraum (11) begrenzt, der durch Öffnungen (12) mit dem Inneren des Mischrohres in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (6, 6′, 6′′) als sich in Strömungsrichtung der Luft und des Brennstoffes erweiternder Trichter ausgebildet ist, und daß die Wand des Flammrohres (7, 7′, 7′′) im Bereich des Mischrohres im wesentlichen parallel zu und in einem geringen Abstand von der Wand des Mischrohres angeordnet ist und mit dieser einen engen, konischen Ringspalt (11) bildet.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (12, 14, 14′′) an oder nahe dem dem Luftzuführungsrohr zugewandten Ende des Mischrohres vorgesehen sind.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel des trichterförmigen Mischrohres (6, 6′, 6′′) im wesentlichen dem Strahlkegelwinkel der Brennstoffdüse (5, 5′, 5′′) entspricht.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das trichterförmige Mischrohr (6′′) an seinem großen Ende mit einem zylindrischen Fortsatz (16) versehen ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr über seinen zylindrischen Fortsatz (16) an mindestens drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Halterungen (18) zentriert im Flammrohr (7′′) befestigt ist.

6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen von in der Wand des Mischrohres (6) vorgesehenen, gleichmäßig über den Umfang verteilten Bohrungen (12) gebildet sind.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (12) in Umfangsrichtung schräggestellt sind.

8. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff nungen von einem zwischen den einander zugewandten Enden des Luftzuführungsrohres (1′, 1′′) und des Mischrohres (6′, 6′′) vor gesehenen Ringspalt (14, 14′′) gebildet sind.

9. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr und das Mischrohr aus einem hochwarmfesten Werkstoff bestehen.

10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als hochwarmfester Werkstoff Keramik verwendet ist.

11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr und das Flammrohr eine Ein heit bilden.

12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit durch eine Klemmverbindung (8, 10) mit dem benachbarten Ende des Luftzuführungsrohres (1) verbunden ist.

13. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Flammrohres (7′′) in einem axialen Abstand von dem Ende des Mischrohres (6′′) mit Durch brüchen (20) versehen ist.

14. Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche von schräg in Strömungsrichtung der Brenngase im Flammrohr (7′′) verlaufenden Bohrungen (20) gebildet sind.