DE3928214C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für fließfähige Brennstoffe, wie Heizöl und Gas, mit Verbrennungsgas- Rückführung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen, aus der DE-PS 11 27 523 bekannten Brenner wird mit der Ausbildung des Mischrohres als sich erweiternder Trichter einerseits vermieden, daß der aus der Brennstoffdüse austretende, kegelförmige Brennstoffstrahl die Wand des Mischrohres benetzt, und es wird andererseits mit dem engen konischen Ringspalt erreicht, daß das rückgeführte Verbrennungsgas mit hoher Geschwindigkeit zu dem Durchlaß strömt, wobei es an der Wand des Mischrohres entlangströmt und dieses auf hohe Temperatur erhitzt. Dadurch wird die Aufbereitung des aus zurückgeführtem Verbrennungsgas, Verbrennungsluft und Brennstoff bestehenden Gemisches in der Mischzone des Mischrohres begünstigt.

Bei einem ähnlich ausgebildeten bekannten Brenner (DE 30 07 436 C2) ist das Mischrohr ein zylindrisches Rohr, dessen Durchmesser erheblich kleiner ist als der Durchmesser des Flammrohres, wodurch sich ein breiter Ringspalt ergibt. Öffnungen für das Überleiten von Verbrennungsgasen in das Mischrohr sind an dessen dem Luftzuführungsrohr zugewandten Ende angeordnet. Bei dieser Ausführung muß der Spritzkegelwinkel der Brennstoffdüse verhältnismäßig klein sein, wenn eine Benetzung der Wand des zylindrischen Mischrohres vermieden werden 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 Spritzkegelwinkel gewählt, so muß die Brennstoffdüse in einem verhältnismäßig großen Abstand von dem brennluftseitigen Ende des Mischrohres 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 Strömungsrichtung hinter den Verbrennungsgas-Zuführöffnungen, gelangt. Dies bedeutet wiederum, daß der Kern des Brennstoffstahls nicht weit in die Mischzone reichen kann.

Bei diesem Brenner ragt das Flammrohr in den Feuerraum des zugeordneten Kessels und ist seine Wand stromab vom Mischrohrende mit Durchbrüchen versehen. Letztere dienen der Geräuschminderung und werden von einem Teil des gebildeten Gemisches nach außen durchströmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Brenner so zu verbessern, daß eine absolut rußfreie Verbrennung und eine Verminderung der Stickoxide erreicht wird.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird durch die Ausbildung des Durchlasses als Verbrennungsgas- Rückführungsöffnungen in Form von in Umfangsrichtung schräggestellten Bohrungen ein Drall erzeugt, der eine besonders intensive Vermischung des Brennstoffes, der Verbrennungsluft und des rückgeführten Verbrennungsgases miteinander bewirkt, so daß eine rußfreie Verbrennung erreichbar ist. Dadurch, daß das Mischrohr nicht wie bei dem gattungsgemäßen Brenner in den Feuerraum des Kessels mündet, sondern in ein Flammrohr, das bei montiertem Brenner in den Feuerraum hineinragt und mit Durchbrüchen versehen ist, erfolgt eine Rauchgas-Rückführung, wodurch die Bildung von Stickoxiden verringert wird. Zusätzlich wird durch das Flammrohr vermieden, daß, insbesondere bei kleinen Heizkesseln, die Flamme die Kesselwand erreichen kann, was zu Rußbildung führen würde, da die Flamme durch das Flammrohr konzentriert wird. Schließlich wird in dem glühenden Flammrohr, das dadurch, daß es in den Feuerraum hineinragt, auch von außen beheizt wird, die Verbrennung weiter optimiert, indem noch letzte unverbrannte Brennstoff-Tröpfchen an der Verbrennung teilnehmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rückführbrenners, und

Fig. 2 einen Querschnitt des Mischrohres von Fig. 1 in der Ebene der Verbrennungsgas-Rückführöffnungen.

Der Brenner weist ein an ein nicht gezeigtes Gebläse angeschlossenes Zuführungsrohr 1 für die Verbrennungsluft auf, in dem ein sich in Strömungsrichtung verengender Lufttrichter 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 bei eingebautem Brenner in den Feuerraum des Heizkessels ragt. Das Flammrohr 7 ist mit seinem in der Zeichnung linken Ende in einen geschlitzten Endabschnitt 8 des Luftzuführungsrohres 1 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 9 eingesetzt und durch Festziehen einer den Endabschnitt 8 zusammenspannenden Schraube 10 festgehalten. 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 Ringraum 11 gebildet 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 hin offen, so daß Verbrennungsgase (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 Verbrennungsluft und Brennstoff zu verstärken, sind die Bohrungen 12, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung unter einem Winkel von 30° schräg gestellt, so daß die Brenngase mit einem Drall in das Mischrohr 6 eintreten.

Die zurückgeführten Brenngase strömen mit relativ hoher Geschwindigkeit 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 durchströmenden Gemisches aus zurückgeführten Brenngasen, Verbrennungsluft und Brennstoff stattfindet.

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

Das Mischrohr 6 ist mit einem zylindrischen Fortsatz 14 versehen, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Flammrohres 7, so daß die Brenngase durch den damit gebildeten Ringspalt 13 in den Ringraum 11 strömen können. Durch den zylindrischen Fortsatz 14 wird die Heizfläche für das das Mischrohr 6 durchströmende Gemisch vergrößert. Außerdem erfolgt die Entnahme der Brenngase aus dem Flammrohr 7 aus einer Zone relativ hohen Druckes, wodurch das Druckgefälle zu den Rückführbohrungen 12 vergrößert wird, was wiederum eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und damit einen größeren Wärmeübergang zur Wand des Mischrohres 6 sowie eine Vergrößerung der Menge der zurückgeführten Brenngase zur Folge hat.

Die Wand des Flammrohres 7 ist mit Durchbrüchen 15 versehen, durch welche Rauchgas aus dem Feuerraum des Kessels in das Flammrohr 7 eintreten kann. Diese Durchbrüche 15 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 15 schräg in Strömungsrichtung der Brenngase im Flammrohr 7 verlaufend angeordnet sein, so daß die Rauchgase schon aufgrund dieser Anordnung der Durchbrüche 15 von dem Ringraum 11 bzw. dem Ringspalt 13 wegströmen. Die durch die Durchbrüche 15 bewirkte Rauchgas-Rückführung reduziert die Bildung von Stickoxiden.

Das Flammrohr 7 bildet mit dem Mischrohr 6 eine Einheit, die durch Klemmung mittels der Spannschraube 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 (5)

1. Brenner für fließfähige Brennstoffe mit Verbrennungsgas-Rückführung, mit einem Zuführungsrohr (1) für die Verbrennungsluft, einer konzentrisch zum Luftzuführungsrohr (1) angeordneten Brennstoffdüse (5) und einem an das Luftzuführungsrohr (1) anschließenden Mischrohr (6), das als sich in Strömungsrichtung der Luft und des Brennstoffes erweiternder Trichter ausgebildet ist, der mit einer im wesentlichen parallelen umgebenden Wand einen engen, konischen, von Verbrennungsgas durchströmten Ringraum (11) begrenzt, der an seinem dem Luftzuführungsrohr (1) benachbarten Ende über einen Durchlaß mit dem Innenraum des Mischrohres (6) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Durchlaß von Verbrennungsgas-Rückführöffnungen in der Wand des Mischrohres (6) in Form von in Umfangsrichtung schräggestellten Bohrungen (12) gebildet ist,
- daß sich die das Mischrohr (6) umgebende Wand in einem Flammrohr (7) fortsetzt, das im Einbauzustand in den Feuerraum eines Kessels hineinragt, und
- daß die Wand des Flammrohres (7) in einem axialen Abstand stromab von dem Ende des Mischrohres (6) mit Durchbrüchen (15) versehen ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (15) von schräg in Strömungsrichtung des Verbrennungsgases im Flammrohr (7) verlaufenden Bohrungen gebildet sind.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (6) durch schräggestellte Rippen (6a) im Flammrohr (7) zentriert ist.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (6) an seinem großen Ende mit einem zylindrischen Fortsatz (14) versehen ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (7) und das Mischrohr (6) aus Keramik bestehen.