DD210412A3

DD210412A3 - Strahlungsbrenner fuer mehrstoffahrweise mit radial sich erweiternder flachflamme

Info

Publication number: DD210412A3
Application number: DD24008582A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Harbeck; Juergen Hellinger; Dietrich Holze; Wulf Kuehne; Gert Piltz; Michael Seddig; Peter Specht; Gerd Straube; Karl Weiss
Original assignee: Brennstoffinstitut
Priority date: 1982-05-24
Filing date: 1982-05-24
Publication date: 1984-06-06
Also published as: SU1302091A1; CS245490B1; FR2527312A1; DE3305186A1; CS201583A1; BG45814A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsbrenner mit radial sich erweiternder Flachflamme, der zur Durchfuehrung von Waerm -, Waermebehandlung-, Schmelz- und Brennprozessen vor allem in der Metallurgie, der keramischen Industrie und der metallver- und -bearbeitenden Industrie eingesetzt werden kann. Der Strahlungsbrenner muss auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen ohne konstruktive Aenderung einsetzbar sein,gutes Zuendverhalten besitzen und eine gute Flammenstabilitaet auch bei Ofenraumtemperaturen unter 800 Grad C aufweisen. Erfindungsgemaess ist die Gaszufuehrung innerhalb der Luftverdrallungseinrichtung in ihrer Stellung axial verschiebbar. Damit ist die Drallstroemung als wesentlicher Faktor fuer die Flachflamme beeinflussbar.

Description

Titel der Erfindung

Strahlungsbrenner für Mehrstoffahrweise mit radial sich erweiternder Flachflamme

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsbrenner mit radial sich erweiternder Plachflamme, der zur Durchführung von Wärm-, Wärmebehandlungs-, Schmelz- und Brennprozessen vor allem der Metallurgie, der keramischen Industrie und der metallver- und bearbeitenden Industrie eingesetzt werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Strahlungsbrenner mit radial sich erweiternder Flachflamme dienen zur intensiven, aber schonenden Übertragung der dem Brennstoff während der Verbrennung entbundenen Energie an das Wärmgut. Eine weitere Aufgabe ist eine hohe Temperaturvergleichmäßigung im Verbrennungsraum. Dieser Effekt wird bei Strahlungsbrennern dadurch erreicht, daß die ausströmenden heißen Abgase durch entsprechende konstruktive Gestaltung von Mischsystem und Brennerstein ihre Wärme an das meist keramische Brennersteinmaterial und die umgebenden Ofenwände abgeben·

Daraus resultiert eine intensive Festkörperstrahlung mit hoher Wärmestromdichte im Hochtemperaturbereich und ein schonender Wärmeübergang auf das Wärmgut.

Strahlungsbrenner unterscheiden sich vor allem in folgenden Dingen:-

- Art der Brennstoff- und Verbrennungsluft zuführung,

- Art der Vermischung von Brennstoff- und Verbrennungsluft. ' '

- Porm des Brennersteines und

- Winkel der sich radial erweiternden Plachflamme mit der Brennerachse.

Als Beispiel sei eine technische Lösung genannt, bei der die Luft- und Gas-zuführung. durch koaxial angeordnete Rohre erfolgt, wobei Gas innen und Luft außen in axialer Richtung zugefiüart werden. Die Luft wird über einen trichterartig erweiterten Kopf mit tangential angeordneten Bohrungen in mindestens drei Umfangsebenen verdrallt, während das Brenngas' in verschiedenen' Ebenen in'axialer Sichtung eintritt. Bei Brennstoff mit höherem Kohlenwasserstoffgehalt ist eine Anpassung an die niedrigere Zündgeschwindigkeit nicht möglich, so daß dann eine ungenügende Flammenstabilität besonders beim Kaltstart zu beobachten ist. J DD- PS 69659 /

Bei- einer" weiteren"bekannten technischen Lösung wird die Luft über tangential in einem bestimmten Winkel zur Brennerachse in ein oder zwei Umfangsebenen angeordnete Bohrungen verdrallt. Der entstehende Unterdruck führt zur Ansaugung und Vermischung mit dem fast drucklos zugeführten Brenngas.

Eine Anpassung an verschiedene Betriebsbedingungen, wie verfügbarer Verbrennungsluftdruck oder Verbrennungslufttemperatur, wird durch Veränderungen der Durchmesser und Winkel der Luftzuführungsbohrungeu. erreicht.

Die bekannten technischen Lösungen beinhalten in ihrer Gesamtheit folgende Nachteile:

1. Keine Anpassungsmöglichkeit an verschiedene Anwenderbetriebsbedingungen zur Erhaltung der wesentlichen Brennerparameter ohne konstruktive Änderungen.

2. Das .Brennverhalten für verschiedene Gasarten zeigt keine vergleichbaren Werte.

3. Geringer Arbeitsbereich mit sich radial erweiternder Plachflamme im Verhältnis zum gesamt möglichen Regelbereich des Brenners·

4. Mehrstoffahrweise ist nur durch konstruktive Veränderungen möglich.

5p Zuführung der Verbrennungsluft mit hohem Luftdruck.

6. Verschleißerscheinungen am Brenner durch ungenügende Abdichtung des Hingspaltes zwischen Brennermantel und umgebende Ofenwandung.

7. Ungenügendes Betriebsverhalten, vor allem bei Ofenraumtemperaturen unterhalb SOO G, was sich besonders, auf den Betrieb von periodisch arbeitenden Öfen störend auswirkt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Strahlungsbrenner mit radial sich erweiternder Plachflamme, bei dem ein intensiver Wärmeübergang durch Strahlung vom keramischen Material auf das Wärmgut erfolgt und damit ein rationeller Energieeinsatz bewirkt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erindung ist die Bereitstellung eines Strahlungsbrenners mit radial sich erweiternder Plachflamme, dessen Brennerparameter auch bei unterschiedlichsten Betriebsbedingungen ohne konstruktive Änderungen erhalten bleiben, der ein gutes Zündverhalten aufweist, dessen Plammenstabilität auch bei Ofenraumtemperaturen unter 800 C ausreichend ist, der einen großen Arbeitsbereich als Plachflammenbrenner im Verhältnis zu seinem möglichen Regelbereich besitzt, der die Mehrstoffahr¹«eise erlaubt und dessen Konstruktion dem Verschleiß durch heiße Abgase entgegenwirkt.

Die Erfindung stellt einen Strahlungsbrenner für Mehrstoff ahrweise mit sich radial erweiternder Plachflamme dar, die sich an einen trompetenartig erweiternden Verbrennungskanal im Brennerstein und an die ihn umgebende Ofenwand gut anlegt.

Daa führt zu einem hohen Wärmeübergang von den heißen Abgasen an das keramische Material des 3rennersteines und der. Öfenwand. Daraus resultiert wiederum ein intensiver Wärmeübergang durch Strahlung vom keramischen Material auf das Wärmgut. Sin weiterer Effekt ist die Ansaugung von Abgasen aus dem Ofenraum, wodurch eine Temperat-urvergleichmäßigung in der Ofenatmosphäre entsteht. .

Folgende, technische. Lösung gewährleistet eine radial sich erweiternde IPlachflamme.

Brennstoff und Verbrennungsluft werden über koaxial angeordnete Rohre einem Misch- und Verdauungssystem/zugeführt. Die Zuführungsrohre fördern von innen 'nach-außen die Medien Öl, Brenngas und Luft. Brenngas und Öl treten in einer Ebene in den Mis'chraunu ein-..

Die Brenngaszuführung erfolgt erfindungsgemäß über in gleichem Abstand um die Brennerachse und zu ihr unter einem Winkel 5 angeordnete Schrägbohrungen. Daraus ergibt sich besonders beim Einsatz von inertreichen Brenngasen, die Beibehaltung eines großen Arbeitsbereiches als Plachflammenbrenner.

Die Brennstoffzuführung ist innerhalb des Mischsystems in Richtung der Brennerachse verschiebbar.

Die Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Brenngas wird ' erfindungsgemäß durch in einem Mischteil unter einem Winkel von oC gegenüber der Brennerachse angeordnete Leitbleche realisiert, die in einen Konfusor auslaufen.

Der Rückstau des Konfusors führt zu einem Einströmen der Verbrennungsluft in den Mischraum sowohl' in radialer als; auch tangentialer Richtung, bezogen auf eine Umfangsebene, wobei in Strömungsrichtung der radiale Anteil zugunsten des tangentialen Anteiles gleichmäßig abgebaut wird. Daraus resultiert erfindungsgemäß das gute Kaltstartverhalten und die ausreichende Verdrallung auch in niedrigen Lastbereichen.

Der Konfusor im Mischteil bildet erfindungsgemäß mit einer

senkrecht auf der Brennerachse gedachten Ebene einen Winkel β , der die. Austrittsspirale der heißen Abgase innerhalb des Verbrennungskanals und aus dem Brennerstein und damit Misch- und Verbrennungszeit und letztlich die fflammenstabilität bestimmt.

Die verstellbare Brennstoffzuführung gestattet bei veränderter Verbrennungslufttemperatur und angepaßter Stellung der Brennstoffzuführung die Beibehaltung aller Brennerparameter, die bei Verwendung von Kaltluft nachweisbar sind.

Weiterhin ist die Anpassung des Brenners an die Eingangsbedingungen des Betreibers besonders in Bezug auf verfügbaren Verbrennungsluftdruck und -temperatur bei Realisierung optimaler Ausgangsparameter, wie z. 3. Arbeitsbereich als Plachflammenbrenner, möglich.

Die Öllanze kann auch bei Brenngasbetrieb im Brenner im zentrischen Bereich verbleiben und erlaubt dadurch durch einfaches umschalten während des Betriebes eine echte Mehrs toffahrwei se.

Bei Uichtverfügbarkeit von Heizöl kann die Öllanze gegen einen Pilotbrenner oder eine Zünd- und überwachungseinrichtung ausgetauscht werden.

Zur Einführung des Mischteiles in den zylindrischen Teil des Terorennungskanals im Brennerstein ist erfindungsgemäß eins .Überlappung vorgesehen, die den Abbau von Rotations-3-rosung durch. Reibung in möglichen Ringspalten verhindert ο

Zur Erhöhung der Lebensdauer des Brenners ist der Brennerstein so gestaltet, daß er als Widerlager für das Einbringen von Dochtmaterial in den Ringspalt zwischen Brenner und umgebender Ofenwand dient.

Die Konstruktion erlaubt eine einfache Fertigung und die Verwendung von Gußteilen.

Ausführungsbeispiel:

Das Ausführungsbeispiel zur Erfindung soll mit Hilfe der nachfolgend .aufgeführten Figuren erläutert werden:

1: Strahlungsbrenner für Mehrstoffahrweise mit radial sich ausbreitender Flachflamme und variabler Drall" gestaltung

Figur 2: Mischt eil'

Figur.3: Brenngasdrallring

Brenngas wird dem Brenner über das Gaszuführungsrohr 1 zugeführt« Der Eintritt in den Mischraum 2 erfolgt über den Gasdrallring 3> der mit Schrägbohrungen 16. (Figur-3) versehen ist» die gegenüber der Brennerachse einen Winkel von ^ 20 ... -^. 40 aufweisen. Das Führungsrohr 4 kann entsprechend den gegebenen Erfordernissen mit einer Ollanze, einem Pilotbrenner oder einer Zündungs- und Flammenüber— wachungseinrichtung versehen werden.

Die Verbrennungsluft gelangt über das Brennergehäuse 5 und das Luftzuführungsrohr 13 zum Mischteil 6.

Im Mischteil 6 (Figur 2) wird der Verbrennungsluft die notwendige Brall3trömung zur Erreichung der Flachflamme gegeben. Ss besteht aus Leitblechen 14, die gegenüber der Brennerachse einen Winkel > 20 ^w ... ^ 40° bilden. Diese Leitbleche 14 laufen in einen Konfusor 7 aus,, der in einer rechtwinklig zur Brennerachse gedachten Ebene unter einem Winkel > 10 ... 4^ 30 die Verbrennungsluft in den Mischraum 2 einfließen läßt.

-τ-

Im Mischraum 2 beginnt eine intensive Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft bei gleichseitiger Rotationsbewegung} die sich im zylindrischen Teil des Ver~ brennungskanales 15 im Brennerstein 8 fortsetzt und zu.einem Ausströmen der entstehenden heißen Verbrennungsprodukte über den trompetenartig erweiterten Innenraum des Brennersteines führt.

Die Veränderung der Drallströmung in ihrem absoluten Betrag wird durch das Verschieben des Gaszuführungsrohres 1 im Mischt eil 2 über eine Verstelleinrichtung 9 ermöglicht.

Zur Verhinderung der Störung der Drallströmung ist der Übergang 10 des Mischteiles 6 in den zylindrischen Teil des Verbrennungskanales 15 überlappt gestaltet. Zur Abdichtung des Brenners gegenüber der umgebenden Ofenwand ist im Brennerstein 3 ein Widerlager 11 zum Einbringen von Dichtungsmaterial vorgesehen.

Der Brennerstein S ist über das Brennersteingehäuse 12 mit den übrigen 3rennerteilen verbunden.

Claims

1. Strahlungsbrenner für Mehrstoffahrweise mit sich radial erweiternder J'lachflamme, die durch in Rotation gebrachte und verbrennende Gas- und Luftvolumenströme entsteht, die über einen kelchartig erweiterten Brennerstein ausströmen, dadurch gekennzeichnet, daß das koaxial angeordnete Gaszuführungsrohr (1) und das Luftzuführungsrohr (13) in ein Misch- und Verdauungssystem münden und das im Mischraum (2) endende !führungsrohr (4) und das Gaszuführungsrohr (1) in einer Ebene liegen, daß das Gaszufünrung3rohr (1), an dessen Ende der Gasdrail- ring (3) sitzt, über in gleichem Abstand um die Brennerachse und zu ihr angeordnete Schrägbohrungen (16) verfügt.und innerhalb der Luftverdrallungseinrichtung in Richtung der Brennerachse axial verschiebbar angeordnet ist, daß zur Vermischung von Luft und Gas im Mischteil (6) Leitbleche (14) angeordnet sind, die in einen Konfusor (7) auslaufen, daß der übergang .de3 Mischteiles (6) in den zylindrischen Teil des Verbrennungskanals (15) im Brennerstein (3) überlappt ausgeführt ist und daß der Durchmesser des Brennersteines (8) über einen Teil seiner oder die gesamte Länge größer ist als der Durchmesser des Brennersteingehäuses (12), so daß zur Abdichtung des Hingspaltes zwischen Brenner und Cfenwandung die entstehende Kante als Widerlager zum Einbringen von Dichtmaterialien dient.

Strahlungsbrenner nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet ,_; daß die Leitbleche (14) innerhalb der Luftverdrallungseinrichtung unter einem Winkel 20 £- vC <C 40 gegenüber der Brennerachse angeordnet sind.

2-

Erfindungsansprüche

3. Strahlungsbrenner nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche (14) in den Konfusor (7) auslaufen, der in Bezug auf eine rechtwinklig zur Brennerachse gedachte Ebene des Mischraumes die Verbrennungsluft unter einem Winkel 10 «£L fy 4L· 30 in diesen einströmen läßt ο

4. Strahlungsbrenner nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung von Brenngasen in den Mischraum (2) über Schrägbohrungen (16) erfolgt, die gegenüber der Brennerachse einen Winkel von 20 έί & £ 40 aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.