DE4224315C2 - Recuperator burner for a gaseous or liquid fuel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rekuperatorbrenner für einen gas­ förmigen oder flüssigen Brennstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a recuperator burner for a gas shaped or liquid fuel according to the preamble of claim 1.

Ein solcher Brenner, der zur direkten und indirekten Beheizung von Ofenräumen industrieller Wärmeanlagen, wie Industrieöfen und Brennkammern, dient, ist aus der DE 28 36 433 A1 bekannt. Bei die­ sem Rekuperatorbrenner sind längs der Austauschfläche des Rohr­ rekuperators die Verbrennungsluft und das Abgas im Gleich- und Gegenstrom geführt. Da der Rekuperator luftseitig drei nachein­ ander angeordnete Kreisringquerschnitte aufweist, erfolgt eine dreimalige Richtungsänderung der vorzuwärmenden Verbrennungsluft. Nachteilig ist ein hoher Druckverlust durch die mit der Tempera­ turänderung einhergehende Volumenstromzunahme des Luftstromes und der große Einbauquerschnitt für den Rekuperator in einem In­ dustrieofen.Such a burner for direct and indirect heating of furnace rooms of industrial heating systems, such as industrial furnaces and Combustion chambers, is known from DE 28 36 433 A1. At the recuperative burners are along the exchange surface of the pipe recuperators the combustion air and the exhaust gas in the same and Countercurrent led. Since the recuperator on the air side three has otherwise arranged circular cross sections, one takes place three changes in direction of the preheated combustion air. A disadvantage is a high pressure loss due to the tempera associated change in volume flow of the air flow and the large installation cross section for the recuperator in one industrial furnace.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Rekuperatorbrenner derart zu gestalten, daß bei vergleichmäßig­ ten, niedrigen Druckverlusten für den Strom sowohl der Verbren­ nungsluft als auch des Abgases ein hoher thermischer Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringer Masse und geringen Abmessungen des Brenners ermöglicht ist.The invention has for its object the generic Recuperator burner to be designed in such a way that in comparison ten, low pressure drops for the electricity of both the combustion air and the exhaust gas have a high thermal efficiency with low mass and small dimensions of the Brenners is enabled.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing note male of claim 1 solved.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Expedient embodiments of the invention result from the Subclaims.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in der Ein­ sparung von hitze- und zunderbeständigem Material und in der Er­ zielung geringer Vordrücke für die Absaugung des Abgases sowie den Anschluß der Verbrennungsluft bei günstigen Wärmeübergangs­ bedingungen.The advantages achievable with the invention consist in the one saving of heat and scale resistant material and in the Er aiming at low admission pressure for the exhaust gas as well as the connection of the combustion air with favorable heat transfer conditions.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Rekuperatorbrenner.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. The only Figure shows a longitudinal section through a recuperator burner.

Ein als Rohrrekuperator 4 ausgebildeter Wärmeübertrager im Reku­ peratorbrenner verfügt über einen äußeren Kreisringquerschnitt 1 für den Abgasstrom und einen inneren Kreisringquerschnitt 2 für den Verbrennungsstrom. Die beiden Kreisringquerschnitte 1, 2 sind gasdicht voneinander getrennt. Das Abgas tritt an der Aus­ trittsebene 3 des Rekuperatorbrenners in den äußeren Kreisring­ querschnitt 1 ein und verläßt den Rohrrekuperator 4 am Abgasaus­ trittsstutzen 5, unterstützt durch einen Treibluftstrom aus einer Düse 6.A trained as a tube recuperator 4 heat exchanger in the recuperator burner has an outer circular cross section 1 for the exhaust gas flow and an inner circular ring cross section 2 for the combustion flow. The two circular cross sections 1 , 2 are separated from one another in a gas-tight manner. The exhaust gas enters at the exit level 3 of the recuperator burner into the outer circular cross section 1 and leaves the pipe recuperator 4 at the exhaust outlet connection 5 , supported by a flow of propellant air from a nozzle 6 .

Die Verbrennungsluft tritt durch einen Luftstutzen 7 in den inne­ ren Kreisringquerschnitt 2 ein und durchströmt den Rohrrekupera­ tor 4 gegenläufig zum Abgas bis zur Austrittsebene 3 des Rekupe­ ratorbrenners, in der die Verbrennung mit dem zugeführten Brenn­ stoff aus einem Zuführungsrohr 8 erfolgt. Infolge der Temperatur­ zunahme des Verbrennungsluftstromes und der Temperaturabnahme des Abgasstromes längs der Austauschfläche 9 ändern sich die beiden Volumenströme im Betriebszustand.The combustion air enters through an air nozzle 7 in the inner ring cross-section 2 and flows through the pipe recuperator 4 in the opposite direction to the exhaust gas up to the outlet level 3 of the recuperative burner, in which the combustion takes place with the supplied fuel from a supply pipe 8 . As a result of the temperature increase in the combustion air flow and the temperature decrease in the exhaust gas flow along the exchange surface 9 , the two volume flows change in the operating state.

Bei konstanten Kreisringquerschnitten führt dies nach der Be­ ziehungWith constant circular cross-sections, this leads to the Be drawing

luftseitig infolge der Geschwindigkeitszunahme zu wesentlich hö­ heren Druckverlusten Δp und abgasseitig zur deutlichen Abnahme der Wärmeübergangszahl aufgrund kleinerer Geschwindigkeiten und Temperatur am Abgasaustritt. Dabei bedeutet ϕ die Dichte und ω die Geschwindigkeit des jeweiligen Gases. Mit einem einseitig konischen Innenrohr 10 auf der Luftseite und konischem Außenrohr 11 auf der Abgasseite ist es möglich, die Geschwindigkeiten und damit auch die Druckverluste und Wärmeübergangszahlen längs der Austauschfläche 9 annähernd konstant zu halten.on the air side due to the increase in speed to significantly higher pressure losses Δp and on the exhaust side for a significant decrease in the heat transfer coefficient due to lower speeds and temperature at the exhaust gas outlet. Here ϕ means the density and ω the speed of the respective gas. With a conical inner tube 10 on the air side and a conical outer tube 11 on the exhaust side, it is possible to keep the speeds and thus also the pressure losses and heat transfer coefficients along the exchange surface 9 approximately constant.

Dies ergibt niedrigere Druckverluste und zugleich günstigere Wär­ meübergangsbedingungen vom Abgas an die Verbrennungsluft bei klein­ ster Austauschfläche 9 und Abmessung des Rekuperators im Rekupera­ torbrenner.This results in lower pressure losses and at the same time more favorable heat transfer conditions from the exhaust gas to the combustion air with the smallest exchange surface 9 and dimension of the recuperator in the recuperator torch.

Hierbei ist die Änderung der äußeren und inneren Kreisringquer­ schnitte 1, 2 längs der Austauschfläche 9, jeweils der Volumen­ stromänderung folgend, kontinuierlich oder stufenweise ausgeführt. Weiterhin können die äußeren und inneren Kreisringquerschnitte 1, 2 auch nur zu einem Teil verändert sein. Here, the change in the outer and inner circular ring cross sections 1 , 2 along the exchange surface 9 , each following the volume flow change, carried out continuously or stepwise. Furthermore, the outer and inner circular cross sections 1 , 2 can also be changed only in part.

Die Ausführung des konischen Innen- und Außenrohres 10 und 11 kann dabei in unterschiedlichster Form erfolgen. Es können hier­ für Leittrichter aus einem dünnwandigen, hitze- und zunderbestän­ digen Stahlblech oder einem Feuerfeststoff, z. B. als Vakuumform­ teile aus keramischem Faserstoff, verwendet werden. Auf der Luft­ seite kann das Innenrohr 10 auch über eine mechanische Bearbei­ tung die erforderliche konische Form erhalten.The conical inner and outer tubes 10 and 11 can be designed in a wide variety of forms. It can be used here for guide funnels made of thin-walled, heat and zunderbestän steel sheet or a refractory such. B. as vacuum mold parts made of ceramic fiber, used. On the air side, the inner tube 10 can also receive the required conical shape via mechanical machining.

Claims (4)

1. Rekuperatorbrenner für einen gasförmigen oder flüssigen Brenn­ stoff zur direkten und indirekten Beheizung von Ofenräumen in­ dustrieller Wärmeanlagen, mit einem Rohrrekuperator, längs des­ sen Austauschfläche die Verbrennungsluft und das Abgas geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrrekuperator (4) längs seiner Austauschfläche (9) entsprechend der Volumenstromänderung der Ströme des Abgases und der Verbrennungsluft einen sich än­ dernden äußeren Kreisringquerschnitt (1) und inneren Kreisring­ querschnitt (2) aufweist.1. recuperator burner for a gaseous or liquid fuel for direct and indirect heating of furnace rooms in industrial heating systems, with a pipe recuperator, the combustion air and the exhaust gas are guided along the exchange surface, characterized in that the pipe recuperator ( 4 ) along its exchange surface ( 9 ) according to the change in volume flow of the flows of the exhaust gas and the combustion air has a changing outer ring cross-section ( 1 ) and inner ring cross-section ( 2 ). 2. Rekuperatorbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Kreisringquerschnitte (1, 2) kontinuierlich oder stufenweise ausgeführt ist.2. recuperator burner according to claim 1, characterized in that the change in the annular cross sections ( 1 , 2 ) is carried out continuously or stepwise. 3. Rekuperatorbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringquerschnitte (1, 2) längs der Austauschfläche (9) nur zu einem Teil verändert sind.3. recuperator burner according to claim 1, characterized in that the circular ring cross sections ( 1 , 2 ) along the exchange surface ( 9 ) are changed only in part. 4. Rekuperatorbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringquerschnitte (1, 2) an jeweils ein konisches Innen- und Außenrohr (10, 11) des Rohrrekuperators (4) angrenzen, die als Leittrichter aus einem dünnwandigen, hitze- und zunder­ beständigen Stahlblech oder einem Feuerfeststoff, z. B. als Vakuumformteile aus einem keramischen Faserstoff, ausgeführt sind.4. recuperator burner according to claim 1, characterized in that the circular ring cross sections ( 1 , 2 ) adjoin each a conical inner and outer tube ( 10 , 11 ) of the tube recuperator ( 4 ), which are resistant as a guide funnel from a thin-walled, heat and scale Sheet steel or a refractory, e.g. B. are designed as vacuum molded parts made of a ceramic fiber material.