DE8908324U1 - Brenner zum Beheizen von Brennöfen mit gasförmigen Brennstoffen - Google Patents
Brenner zum Beheizen von Brennöfen mit gasförmigen BrennstoffenInfo
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Description
M l687/+I/bu
Peter Graef
Brenner zum Beheizen von Brennöfen
mit gasförmigen Brennstoffen
mit gasförmigen Brennstoffen
Di& vorliegende Erfindung ot>. trifft <--'nen Brenner insbesondere- sua Beheizen von keramischen '-renr.öfen, bestehend aus
einem rohrförmigen Brennerkopf, iir eingangsseitig mit einer
Zuführleitung für gasförmige Brennstoffe verbunden ist, ausgangsseitig eine Brennerdüse aufweist sowie eine Zuführleitung
für Luft bzw. Sauerstoff besitzt.
Bsi derartigen Brennern bildet der Brennerkopf eine Mischkammer,
in der das über die Zuführleitung einsfcrömead© Gas
mit der durch die andere Zuführleitung gelangenden Luft vermischt wird. Das Gas/Luftgemisch gelangt dann durch die
Brennerdüse und wird im Brennraum entzündet.
Es sind zudem sogenannte Dachdeckerbrenner bekannt, die anstelle einer Zuführleitung für Luft am Umfang der Mischkammer
Luft-Einströmöffnungen aufweisen.
üblicherweise werden zum Brennen keramischer Produkte
Tunnelöfen eingesetzt, durch die Brennwagen mit den zu brennenden Produkten hindurchgeführt werden. Derartige
Brennöfen besitzen ein relativ großes Innenvolumen, so daß der Aufheizvorgang sehr langsam erfolgt. Die verwendeten
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Brenner können ein langes Flammenbild besitzen, so daß hierbei hinsichtlich der Brenner kaum Problame auftreten.
Jedoch werden zunehmend zum Brennen von Karamikprodukten
sogenannte Schnellbrandöfen eingesetzt, die ein geringeres Innen-Volumen besitzen und sehr schnell aufgeheizt werden
müssen. Hierbei kommt es aber auch zu starken Aufheizungen der Brenner gelbst, was oft einen sogenannten Rückschlag zur
Folge hat, was bedeutet, daß sich das Gas/Luft-Gemisch
aufgrund der hohen Brennertemperatur bereits innerhalb des Brenners entzündet. Dies führ4: sogar zum Schmelzen von
Brennerbestandteilen. Selbst bei Verwendung von Brennerdüsen aus Keramikmaterial, z.B. aus Siliziumkarbid, treten derartige
Brennerrückschläge auf, weil sich das Keramikmaterial so stark aufheizen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brenner insbesondere für Schnellbrandverfahren zu schaffen, der
auch bei sehr hohen Brenntemperaturen rückschlagfrsi bleibt und sich damit auch zum Beheizen insbesondere von Schnellbrandöfen
bzw. Schnellbrand-Laboröfen eignet.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Brennerdüse
als Formkörper aus einem porösen, aus über ein mineralisches Bindemittel miteinander verkitteten, mineralischen
Fasern bestehenden Material gebildet ist.
Ein besonders für die Brennerdüse geeignetes Material ist
unter der Bezeichnung "PROCAL HT" erhältlich. Dabei handelt es sich um ein keramisch gebranntes Material aus einer Mischung
aus keramischen Fasern mit einer Länge von bis zu 15 mm und einer wässrigen Bindemittfelsuspension, Die Mischung
wird insbesondere im Vakuum geformt und keramisch gebrannt, so daß die Fasern keramisch gebunden sind. Das an sich
bekannte Material besteht vorzugsweise aus ca. 54 Gew.-%
AL2 O3 und ca. 46 Gew.-% Si O2 oder aus ca. 57 Gew.-%
AL, O3, ca. 36 Gew.-% Si O2 und ca. 7 Gew. -% Zr O2. Das
Material zeichnet sich insbesondere durch eine sehr geringe Dichte
bzw. Rohdichte von nur ca. 0,35 g/cm3 sowie durch eine sehr
geringe Wärmespeicherkapazität von ca. 1,1 kJ/KgK aus.
Ferner ist auch die Wärmeleitzahl mit ca. 0,1 bis 0,25 W/mK
vorteilhafterweise nur sehr gering. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist weiterhin, daß das verwendete Material
der Brennerdüse eine äußerst hohe, offene Porosität von ca. 80 Vol.-% aufweist.
Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, ein Material
für die Brennerdüse zu verwenden, in dem iiie Fasern in dem
Bindemittel hydraulisch gebunden 9ind. Hierbei ist das Bindemittel ein feuerfester Zement, Insbesondere Tonerdeschmelzzement,
wobei das Material dann vorzugsweise ca. 20% Bindemittel und ca. 80% Fasern enthält.
Bei einem Brennversuch mit dem erfindungsgemäBen Brenner
wurde in einem Versuchsofen ein Temperaturanstieg von 20* C
bis 1.400' C in nur einer Stunde erreicht. Dabei blieb der
Brenner selbst auch bei der Temperatur von 1.400" C noch
derart kühl, daß ar noch berührt werden konnte. Ein Rückschlägen
der Flamme in den Brenner ist somit absolut ausgeschlossen.
Dies ist einerseits auf die geringe Wärmeleitfähigkeit und
das geringe Wärmeaufnahmevermögen de3 erfindungsgemäfl verwendeten
Materials dar Brennerdüse zurückzuführen. Andererseits führt die offene Porosität des Düsenmaterials zu
einer Gasdurchlässigkeit, so daß das aus Strömungskanälen der Brennerdüse ausströmende Gas/Luftgemisch durch eine
zusätzliche, das Material selbst durchsetzende Strömung
stabilisiert wird und hierdurch '"laminar" austritt. Hierinist ein überraschender Effekt zu sehen, der allein anhand
der bekannten Materialeigenschaften nicht vorhergesehen werden konnte, da das Material bisher nur zur Wärmeisolierung
eingesetzt wurde. Der erfindungsgemäße Effekt ähnelt demjenigen bei einem mit einem Ausströmer-Sieb ausgestatteten
Wasserhahn, wobei hier das Sieb ebenfalls einen gleichmäßig weichen Strahl ergibt. Bei der vorliegenden Erfindung
könnte demzufolge von einer "weichen Flamme" gesprochen werden. Aufgrund der laminaren Strömung des Gas/Luftgemisches
wird eine äußerst ruhige, gleichmäßige und wirtschaftliche Verbrennung erreicht.
Durch die Erfindung ist es sogar möglich geworden, einen Brenner vom Typ eines "atmosphärischen Brenners" (Dachdeckerbrenner)
zu verwenden, bei dem die Verbrennungsluft durch die 3renngasströmung durch die Einströraöffnungen
angesaugt wird, und daraus einen sogenannten "Injektionsbrenner"
zu bilden, bei dem der Brennerkopf im Bereich der Luftöffnungen von einem Brennergehäuse umschlössen ist,
wobei dann das Brennergehäuse einen Anschluß insbesondere
für Druckluft aufweist. Dabei -st die Zufuhr der Druckluft vorzugsweise regelbar. Über den DruckluftanschluS gelangt
die Luft in einen Ringraum zwischen dem Brennergehäuse und dem Brennerkopf, von wo aus sie durch die Luft-Elnströmöffnungen
gedruckt wird und sich mit dem Brenngas vermischt. Mit einem derartigen Injektionsbrenner können sehr hohe
Brenntemperaturen erreicht werden, wobei aufgrund der Erfindung dennoch Rückschläge absolut ausgeschlossen sind.
Aufgrund seiner optimalen Verbrennung erfüllt der erfindungsgemäße
Brenner ohne weiteres die Aufgabe eines "Superschnellbrandes
n.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsraerkmale der Erfindung
h sind Gegenstand der Unteransprüche.
Anhand der Zeichnung soll im folgenden die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 Eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen, als
Injektionsbrenner ausgebildeten Brenners,
Fig. 2 eine Stirnansicht auf die Brennerdüse in Pfeil-'-:
richtung II in Fig. 1 und
|! Fig. 3 einen Querschnitt durch die Brennerdüse längs der
i Schnittlinie III-III in Fig. 2.
:\ Ein erfindungsgemäßer Brenner 2 besteht aus einem rohrförmi-
i gen Brennerkopf 4, der eingangsseitig bzw. an seinem hinteren
Ende einen Boden 5 mit einer Zuführleitung 6, insbeson-
: dere einer Rohrleitung, für gasförmige Brennstoffe aufweist.
Ausgangsseitig bzw. am vorderen Ende des Brennerkopfes 4 ist
eine Brennerdüse 8 mit mehreren axialen Strömungskanälen 10 befestigt. In seinem mittleren Bereich besitzt der Brennerkopf
4 in seiner Umfangswandung mehrere, umfänglich verteilt angeordnete Luft-Einströmöffnungen 12, die im dargestellten
Beispiel als längliche, axial ausgerichtete Schlitzöffnungen
ausgebildet sind. Der Brennerkopf 4 ist bis auf die Brenr!
nerdüse 8 von einem Brennergehäuse 14 umschlossen. Dieses
I Brennergehäuse 14 besitzt einen Anschluß 16 insbesondere für
I Druckluft. Über diesen Anschluß 16 gelangt die Druckluft
1 zunächst in einen zwischen dem Brennergehäuse 14 und dem
Jj Brennerkopf 4 gebildeten Ringraum und von hier weiter durch
I die Einströmöffnungen 12 in den Brennerkopf 4, der demzufol-
I ge eine Mischkammer darstellt, innerhalb der sich das durch
I die Zuführleitung 6 zugeführte Brenngas mit der Verbren-
1 nungsluft vermischt. Das Gas/Luftgemisch gelangt dann über
die Strömungskanäle 10 der Brennerdüse 8 nach außen und wird
hier entzündet. Gemäß Fig. 2 weist die Brennerdüse 8 vorzugsweise einen zentrischen Strömungskanal 10, acht auf
einem inneren, konzentrischen Kreis gleichmäßig verteilte Strömungskanäle 10 sowie weiterhin zwölf auf einem äußeren,
konzentrischen Kreis gleichmäßig verteilte Strömungskanäle
10 auf. Vorzugsweise sind dor rentrische StriJrr.ungskanai
und die auf dem äußeren Kreis liegenden Strömuncjskanäle 10
jeweils mit einem ersten, größeren Durchmesser D und die auf dem inneren Kreis liegenden Strömungskanäle 10 jeweils mit
einem zweiten, kleineren Durchmesser d ausgebildet (vgl. auch Fig. 3).
Erfindungs-remäß ist die Brennerdüse 3 als Formkörper 20 aus
einem porösen, aus über ein Bindemittal miteinander verkitteten
Fasern bestehenden Material ausgebildet. Dabei enthält das Material des For^tkörpers 20 mineralische, insbesondere
keramische Fasern mit einer Länge von vorzugsweise bis zu 15 mm. Diese Fasern sind mit dem Bindemittel insbesondere
keramisch gebunden. Hierzu werden die Fasern in einer zunächst wässrigen Suspension des Bindemittels gemischt.
Kachfolgend wird der Formkörper 20 vorzugsweise im Vdkuum-Fonnverfahren
geformt und keramisch gebrannt. Durch die Formung im Vakuum erhalten dia Fasern eine Textur. Der
Formkörper 20 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Im dargestellten Beispiel besitzt er zwei zylindrische
Abschnitte, und zwar einen ersten Abschnitt 22 mit einem kleineren, dem Innendurchmesser des Brennerkopfes 4 entsprechenden
Durchmesser und einen sich gegenüber djm ersten
Abschnitt 22 über eine Ringstufe 23 im Durchmesser erweiternden,
zweiten Abschnitt 24 (siehe Fig. 3). Mit dem ersten Abschnitt 22 ist die Brennerdüse 8 bzw. das Fonnteil
20 erfindungsgemäS in den Brennerkopf 4 eingesetzt und hier mittels- eines feuerfesten Zementes, insbesondere mit Toner-
deschmelzzement, einzementiert. Der zweite Abschnitt 24 des
Formteils 20 Liegt bündig auf einem vorzugsweise am Ende des Brennerkopfes 4 gebildeten, äußeren Ringwulst 26 an (siehe
ng- i).
A.is Material für die Brennerdüse 8 eignen sich insbesondere
die sich aus der nachfolgenden Tabelle ergebenden Zusammensetzungen,
wobei in der Tabelle auch die wichtigsten physikalischen Eigenschaften angegeben sind.
| Material | I | II |
| (PROCAL HT) | ||
| Anteile in % | ||
| Al2 O3 | 54 | 57 |
| Si O7 | 46 | 36 |
| Zr O3 | 7 | |
| Wärmespeicher- | ||
| Kapazität in | 1,1 | 1,1 |
| kJ/kqK | ||
| Wärmeleitzahl | ||
| W/m K | ||
| bei 500* C | 0,11 | 0,11 |
| 700* C | 0,14 | 0,14 |
| 900" C | 0,19 | 0,19 |
| 1.100' C | 0,23 | 0,22 |
| Schmelzpunkt | ||
| • C | > 1.700 | > 1.700 |
Aufgrund der Formung des Formkörpers 20 im Vakuumverfahren
besitzt das Material der erfindungsgemäflen Brennerdüse 8
eine offene durchströmbare Porosität von ca. 80%. Wie oben
bereits erläutert, führt dies zu einer laminaren Gas/ Luftströmung und zu einer sehr ruhigen, gleichmäßigen bzw.
homogenen, weichen Flamme. Dadurch, daß das Gas/Luftgemisch
auch durch eine offene durchströmbare Porosität der Brennerdüse gedrückt wird, erfolgt eine "innere Kühlung" der Brennerdüse
durch das Gas/Luft-Gemisch. Es ist daher absolvt
unmöglich, daß sich die Brennerdüse derart aufheizt, daS ain
Rückschlag erfolgt. Insofern dienen nicht nur die geringe
Wärmeleitfähigkeit und die geringe Wärmekapazität des Erennerdüsenmaterials
sur Verhinderung eines Rückschlages, sondern ein Rückschlag wird im wesentlichen durch die Durchströißung
des porösen Materials vermieden.
Mit der erfindungsgemäßen Brennerdüse können derart rapide Schnellbrandzyklen gefahren werden, wie sie mit den bisherigen,
aus dem Stand der Technik bekannten Brennern aufgrund von auftretenden Rückschlagen nicht erreichbar waren.
Demgegenüber ist der erfindungsgemäße Brenner absolut rückschlagfrei.
Hierdurch zeichnet er sich auch durch lange Standzeiten aus. __^. "
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfaßt auch alle ''\
im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen.
Claims (12)
1. f.renner, insbesondere zum Beheizen von keramischen
Brennofen, bestehend aus einem rohrförmigen Brennerkopf, der & .ngangsseitig mit einer Zuführleitung für
gasförmige Brennstoffe verbunden ist, ausgangsseitig eine Brennerdüse aufweist sowie eine Zuführleitung
für Luft bzw. Sauerstoff besitzt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (8) als Formkörper (20) aus einem porösen,
aus über ein mineralisches Bindemittel filzartig miteinander verkitteten, mineralischen Fasern bestehenden
Material gebildet ist.
2. Brenner nach Anspruch 1,
[' dadurchgekennzeichnet, da6 das
Material des Formkörpers (20) keramische Fasern ent-
&idiagr; hält.
3. Branner nach Anspruch 1 juer 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Fasern mit dem Bindemittel keramisch oder hydraulisch gebunden sind«
4. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 ,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Material des Formkörpers (20) aus ca. 54% Al2O3 und ca.
46% Si O2 oder aus ca. 57% Al2 O3, ca. 36% Si 0-, und ca.
7% Zr O2 besteht.
5. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bindemittel ein feuerfester Zement, inabesondere Tonerdeschmelzzement
ist.
6. Brenner nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Düsen-Formkörpers (20) ca. 20% Bindemittel
und ca. 80% Fasern enthält.
7. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fasern jeweils eine Länge im Bereich bis zu 15 mm aufweisen.
8. Brenner nach einem oder mehrerer, der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Düsen-Formkörpers (20) eine offene duxchströmbare
Porosität von 60 bis 90 VoI.-% , insbesondere von 75 bis 85 Vol.-i aufweist.
Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Düsen-Formkörpers (20) eine Rohdichte von
ca. 0,30 bia 0,4 g/cm3, eine Wärmeleitzahl von ca. 0,1 bis 0,25 W/mK und/oder eine Wärmespeicherkapazität von
ca. 1.1 kJ/kgK
10. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (&thgr;) in das der Gas-Zuführleitvng (6) abgekehrte
Ende des Brennerkopfes (4) mittels eines feuerfesten Zementes, insbesondere mittels Tonerdeschmelzzement,
einzementiert ist.
11. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse (8) mehrere, axiale Strömungskanäle (10)
mit gleichen oder unterschiedlichen Strömungsquerschnitten aufweist.
12. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß de: Brennerkopf (4) in seinem mittleren Bereich Luft-Ein-Strömöffnungen
(12) aufweist und in diesem Bereich von einem Brennergehäuse (14) umschlossen ist, wobei das
Brennergehäuse (14) einen die Luft-Zuführleitung bildenden Anschluß (16), insbesondere einen Druckiuftanschluß,
aufweist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8908324U DE8908324U1 (de) | 1989-07-07 | 1989-07-07 | Brenner zum Beheizen von Brennöfen mit gasförmigen Brennstoffen |
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Publications (1)
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| DE8908324U1 true DE8908324U1 (de) | 1990-11-08 |
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|---|---|---|---|
| DE8908324U Expired - Lifetime DE8908324U1 (de) | 1989-07-07 | 1989-07-07 | Brenner zum Beheizen von Brennöfen mit gasförmigen Brennstoffen |
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|---|---|
| DE (1) | DE8908324U1 (de) |
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