DE4415717C2 - Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere für flüssige Brennstoffe, mit einem einer Blendenanordnung nachgeordneten, an einem stationären, vorzugsweise als Stützrohr ausgebildeten Stützelement festlegbaren, in einen zugeordneten Brennraum hineinragenden Flammrohr und mit einem im rückwärtigen Bereich des Flammrohrs vorgesehenen, zum Brennraum hin offenen, veränderlichen, äußeren Rezirkulationsquerschnitt.

Bei den bekannten Blaubrennern oben erwähnter Art sind die bei Dauerbetrieb wirksamen Rezirkulationsquerschnitte fest. Die Rezirkulation von Verbrennungsprodukten erhöht deren Verweilzeit im Reaktionsbereich, wodurch der NO_x-Anteil im Abgas abgesenkt werden kann und ist daher erwünscht. Sofern die Temperatur der über den brennraumseitig offenen Rezirkulationsquerschnitt aus dem Brennraum in den Reaktionsbereich gelangenden Verbrennungsprodukte jedoch vergleichsweise niedrig ist, kann sich dies negativ auf die Stabilität der Verbrennung auswirken. Die Temperatur der aus dem Brennraum ansaugbaren Verbrennungssprodukte ist jedoch sehr stark von der Brennraumkonfiguration abhängig und dem entsprechend von Typ zu Typ verschieden. Bei fest vorgegebener Größe des im Dauerbetrieb wirksamen Rezirkulationsquerschnitts muss daher aus Gründen der Betriebssicherheit eine mittlere Größe gewählt werden. Die Folge davon ist, dass die bei hoher Abgastemperatur an sich vorhandene Möglichkeit eines hohen Rezirkulationsvolumens nicht voll ausgeschöpft wird und dass bei niedriger Abgastemperatur die Stabilität der Verbrennung gefährdet ist.

Aus der DE 39 06 854 C1 ist zwar ein Blaubrenner bekannt, bei dem der hier durch Radialbohrungen des Flammrohrs gebildete, zum Brennraum hin offene Rezirkulationsquerschnitt durch Verschieben eines auf dem Flammrohr aufgenommenen Abdeckrings ganz oder teilweise verschließbar ist. Diese Maßnahme ist hier aber nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen, sondern dient lediglich dazu, die Kaltstarteigenschaften des Brenners zu verbessern. Im Dauerbetrieb wird der gesamte, fest vorgegebene Querschnitt der Radialbohrungen des Flammrohrs als Rezirkulationsquerschnitt wirksam. Eine Anpassung an die Verhältnisse verschiedener Brennraumtypen ist nicht vorgesehen.

Aus der DE 39 38 786 A1 ist weiterhin ein Blaubrenner bekannt, dessen Rezirkulationsquerschnitt veränderlich ist, wobei die Veränderung durch unterschiedlich lange Halterungen für das Flammrohr herstellbar ist.

Die DE 693 03 429 T2 zeigt einen Brenner mit einem Flammrohr mit einer Halte- Einrichtung zur Einstellung eines Zuströmquerschnitts, die wenigstens an einer Seite einen durch eine schräg zur Brennerachse angeordneten Stift- Schlitzverbindung gegebenen Stellbereich aufweist.

Hiervor ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Einstellbarkeit des Rezirkulationsquerschnitts eines Blaubrenners eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass für jeden Einsatzfall eine Optimierung der Menge der aus dem Brennraum ansaugbaren Rezirkulationsgase möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bei Dauerbetrieb wirksame Größe des zum Brennraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitts einstellbar ist.

Mit diesen Maßnahmen werden die Nachteile der bekannten Anordnungen vollständig vermieden. Durch Einstellung des bei Dauerbetrieb wirksamen, zum Brennraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitts entfällt die Notwendigkeit für Kompromisse bei der Wahl der Größe des genannten Rezirkulationsquerschnitts. Vielmehr kann die für jeden Brennraum optimale Rezirkulationsrate eingestellt werden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen stellen daher auch sicher, daß der erfindungsgemäße Brenner praktisch an jede Art von Brennraum optimal angepaßt werden kann, was eine hohe Vielseitigkeit ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung entnehmbar.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Blaubrenner und

Fig. 2 eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Flammrohrhalterung.

Der der Fig. 1 zugrundeliegende Blaubrenner enthält ein von einem stationären Gehäuseteil, hier in Form einer Montageplattform 1 abstehendes Stützrohr 2, dessen als Verbrennungsluft-Bereitstellungsraum fungierender Innenraum an ein Luftgebläse 3 angeschlossen ist. Das Stützrohr 2 umfaßt ein koaxial angeordnetes, von einer Brennstoffpumpe 4 mit Brennstoff, vorzugsweise Heizöl, beaufschlagbares Brennstoffrohr 5, das an seinem vorderen Ende eine als Zerstäuberdüse 6 ausgebildete Einspritzeinrichtung trägt.

Am vorderen Ende des Stützrohrs 2 ist eine den Innenraum begrenzende Blendenanordnung 7 vorgesehen, die eine zentrale Blendenöffnung 8 aufweist, über die Brennstoff und Verbrennungsluft nach vorne austreten können. Im dargestellten Beispiel ist die Blendenanordnung 7 zweiteilig ausgebildet. Die Blendenanordnung 7 enthält hier einen äußeren, am Stützrohr 2 befestigten Blendenring mit zentraler Ausnehmung, in die ein zugeordneter Ringeinsatz mit kleinerer, zentraler Ausnehmung wahlweise einsetzbar ist. Je nach Stellung des Ringeinsatzes kommt daher entweder dessen zentrale Durchgangsöffnung oder die größere, zentrale Durchgangsöffnung des äußeren Blendenrings als Blendenöffnung zum Tragen. Der Fig. 1 liegt eine Betriebsstellung zugrunde, bei der die kleinere Blendenöffnung in Form der zentralen Durchgangsöffnung des Einsatzrings zum Tragen kommt. Die vorstehend umrißene Ausgestaltung der Blendenanordnung ermöglicht eine Anpassung des wirksamen Querschnitts der zenteralen Blendenöffnung an unterschiedliche Betriebsverhältnisse. Der vorliegende Brenner ist daher zweistufig betreibbar. Zum Verstellen des genannten Einsatzrings ist diesem eine Stelleinrichtung 9 zugeordnet.

Von der Blendenanordnung 7 steht nach vorne ein koaxial zur zentralen Blendenöffnung 8 angeordnetes Mischrohr 9 ab, das über die Blendenöffnung 8 mit Verbrennungsluft und Brennstoff beaufschlagt wird. Das Mischrohr 9 ist von einem koaxialen Flammrohr 10 umfaßt, das vom Stützrohr 2 nach vorne absteht. Der Durchmesser des Mischrohrs 9 beträgt etwa die Hälfte des Durchmessers des Flammrohrs 10. Die Länge des Mischrohrs 9 entspricht maximal einem Sechstel der Länge des Flammrohrs 10. Der Durchmesser des Flammrohrs 10 kann dem Durchmesser des Stützrohrs 2 entsprechen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flammrohrdurchmesser etwas kleiner als der Stützrohrdurchmesser. Zum Zünden einer Flamme ist eine in das Flammrohr 10 hineinragende Zündelektrode 11 vorgesehen. Zur Beobachtung der gezündeten Flamme kann ein nach hinten aus dem Flammrohr 10 herausgeführtes Sichtrohr 12 vorgesehen sein.

Das Mischrohr 9 ist über Haltelaschen 13 am äußeren Blendenring der Blendenanordnung 7 starr befestigt. Die Haltelaschen 13 fungieren als Distanzelemente, die einen umlaufenden Spalt ergeben, der als innerer, d. h. zum Flammrohr 10 hin offener Rezirkulationsquerschnitt 14 fungiert, der hier lediglich durch die Haltelaschen 13 unterbrochen ist. Zwischen dem hinteren Ende des Flammrohrs 10 und dem benachbarten vorderen Ende des Stützrohrs 2 bzw. der Blendenanordnung 7 ist ebenfalls ein lediglich durch Haltelaschen 15 unterbrochener Spalt vorgesehen, der als äußerer, d. h. zum Brennraum hin, in den das Flammrohr 10 hineinragt, offener Rezirkulationsquerschnitt 16 fungiert. Der Querschnitt der wirksamen Blendenöffnung 8 ist so an den jeweiligen Luftdurchsatz angepaßt, daß sich bei jeder Leistungsstufe eine so hohe Axialgeschwindigkeit der über die Blendenöffnung 8 in das Mischrohr 9 eintretenden Verbrennungsluft ergibt, daß hiervon eine Injektorwirkung erzeugt wird. Aufgrund dieser Injektorwirkung werden über den inneren Rezirkulationsquerschnitt 14 Verbrennungsprodukte aus dem Flammrohr 10 angesaugt und dem Mischrohr 9 zugeführt. Gleichzeitig werden über den äußeren Rezirkulationsquerschnitt 16 Verbrennungsprodukte aus dem Brennraum angesaugt und dem Flammrohr 10 bzw. Mischrohr 9 zugeführt. Aufgrund dieser Rezirkulation von Verbrennungsprodukten lassen sich der Sauerstoff­ partialdruck und damit die Reaktionstemperaturen senken, wodurch der NO_x-Anteil der Abgase abgesenkt wird.

Gleichzeitig liefern die rezirkulierenden Abgase die Energie, die zur Erzielung einer optimalen Gemischaufbereitung benötigt wird.

Die Temperatur der Rauchgase, die über den äußeren Rezirkulationsquerschnitt 16 aus dem Brennraum angesaugt werden, darf nicht zu niedrig sein, um die Stabilität der Verbrennung nicht zu gefährden. Die Temperatur dieser Rauchgase ist jedoch sehr stark von der Brennraumkonfiguration abhängig und dem entsprechend von Kesseltyp zu Kesseltyp verschieden. Sofern die Temperatur der genannten Abgase zu niedrig ist, ist es daher nötig, die aus dem Brennraum angesaugte Abgasmenge zu verringern. Andererseits kann bei ausreichend hoher Abgastemperatur im Brennraum die Rezirkulationsquote erhöht werden, wodurch sich aufgrund der oben bereits erwähnten Zusammenhänge besonders niedrige NO_x-Anteile erreichen lassen.

Um die genannte Erhöhung bzw. Absenkung der Rezirkulationsquote zu ermöglichen, ist die Breite des den äußeren Rezirkulationsquerschnitt 16 bildenden Spalts einstellbar. Nach erfolgter Einstellung bleibt die Spaltbreite für den Dauerbetrieb festgelegt. Die Einstellung erfolgt außerhalb des Betriebs. Selbstverständlich wäre es denkbar, zusätzlich zu dieser an den Verhältnissen des Dauerbetriebs ausgerichteten Spalteinstellung auch eine hier nicht näher dargestellte, während des Betriebs verstellbare, dem äußeren Rezirkulationsquerschnitt 16 zugeordnete Absperreinrichtung vorzusehen, mittels derer der äußere Rezirkulationsquerschnitt 16 während der Anfahrphase zur Bewerkstelligung guter Kaltstarteigenschaften ganz oder teilweise verschließbar ist. Ebenso wäre es denkbar, auch eine Einstellbarkeit der lichten Weite des inneren Rezirkulationsquerschnitts 14 vorzusehen. Im dargestellten Beispiel ist der innere Rezirkulationsquerschnitt 14 nicht einstellbar. Die Haltelaschen 13 sind dem entsprechend starr ausgebildet und angeordnet.

Die das Halterohr 10 mit dem Stützrohr 2 verbindende, die Haltelaschen 15 enthaltende, den äußeren Rezirkulationsquerschnitt 16 überbrückende Halteeinrichtung ermöglicht dagegen die erwünschte Verstellbarkeit des Flammrohrs 10 und damit des äußeren Rezirkulationsquerschnitts 16 innerhalb eines vorgegebenen Stellbereichs. Das Flammrohr 10 ist an den vorderen Enden der entsprechend dem Durchmesserunterschied zwischen Flammrohr 10 und Stützrohr 2 gekröpften Laschen 15 befestigt. Über dem Rohrumfang können mehrere derartige Laschen vorgesehen sein. Diese können einzeln etwa mittels einer jeweils zugeordneten Stift-Schlitzverbindung am Stützrohr 2 festlegbar sein. Im dargestellten Beispiel stehen die Laschen 15, wie Fig. 2 zeigt, von einem auf dem Stützrohr 2 aufgenommenen Tragring 17 ab, der in axialer Richtung verstellbar ist. Hierzu ist der Tragring 17 zweckmäßig mehrfach am Umfang mit axialen oder zur Achsrichtung schräg verlaufenden Langlöchern 18 versehen, durch die jeweils eine oder mehrere stützrohrseitig befestigte Halteschrauben 19 durchgreifen, auf die jeweils eine zugeordnete Klemmutter aufgeschraubt werden kann. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Langlöcher 18 gegenüber der Richtung der Brennerachse schräg, wodurch bei gelöster Verschraubung durch Drehen des Tragrings 17 eine Verstellung in axialer Richtung und damit eine Änderung der lichten Weite des äußeren Rezirkulationsquerschnitts 16 möglich ist. Die genannte Verdrehbarkeit gewährleistet eine besonders hohe Bedienungsfreundlilchkeit. Zur Erleichterung der Einstellung kann dem Haltering 17 eine Skala 20 zugeordnet sein.

Vorstehend ist zwar ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, ohne daß jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. So wäre es beispielsweise auch ohne weiteres möglich, zur Bewerkstelligung der gewünschten Querschnittsänderung anstelle einer Verstellung des Flammrohrs 10 dieses durch Anbringen bzw. Abnehmen von rückwärtigen Verlängerungsringen zu verlängern bzw. zu verkürzen.

Claims (3)

1. Brenner, insbesondere für flüssige Brennstoffe, mit einem einer Blendenanordnung (7) nachgeordneten, an einem stationären, vorzugsweise als Stützrohr (2) ausgebildeten Stützelement festlegbaren, in einen zugeordneten Brennraum hineinragenden Flammrohr (10) und mit einem im rückwärtigen Bereich des Flammrohrs (10) vorgesehenen, zum Brennraum hin offenen, veränderlichen, äußeren Rezirkulationsquerschnitt (16) dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (10) mittels einer den äußeren Rezirkulationsquerschnitt (16) überbrückenden Halteeinrichtung (15, 17, 18, 19), die wenigstens an einer Seite einen durch eine schräg zur Brennerachse (21) angeordneten Stift- Schlitzverbindung (18, 19) gegebenen, axialen Stellbereich aufweist, am Stützelement (2) lösbar festlegbar ist und die bei Dauerbetrieb wirksame Größe des Rezirkulationsquerschnitts (16) durch Drehung des Flammrohrs (10) um die Brennerachse (21) einstellbar ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr (10) an Haltelaschen (15) befestigt ist, die von einem auf dem Stützelement aufgenommenen Haltering (17) abstehen, der wenigstens ein von wenigstens einer Halteschraube (19) durchgriffenes Langloch (18) aufweist.

3. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteeinrichtung eine Skala zugeordnet ist.