DE2703176C2

DE2703176C2 - Brenner

Info

Publication number: DE2703176C2
Application number: DE19772703176
Authority: DE
Inventors: Katsuhika Yamamoto Yasutaka Wakayama Kaburagi; Yutaka Amagasaki Hyogo Suzuki
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1976-01-26
Filing date: 1977-01-26
Publication date: 1984-03-01
Also published as: SU797612A3; GB1566503A; JPS5841406B2; DE2703176A1; JPS5290818A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner nach dem überbegriff des Anspruchs I.

Ein nach der DE-AS 22 58 082 bekannter Brenner dieser Art weist ein Brennstoffeinspritzrohr auf. an dessen vorderem Ende eine Zerstäuberdüse vorgesehen Ist. Aus der Zerstäuberdüse tritt kein um die Achse der Zerstäuberdüse wirbelnder Brennstoffslrahl aus.

Nach der DE-OS 15 51 797 ist ein Gasflachflammenbrenner mit einem Brennstoffeinspritzrohr bekannt, das kurz vor seinem geschlossenen Ende radiale Austrittsöffnungen aufweist. Das Brennstoffeinspritzrohr .~ndet am Ende einer Verengung eines Luftzuführungsrohrs, in dem sich unten im Winkel von 30 bis 90° zu seiner Achse angestellte, vorzugsweise unten /m Winkel von etwa 75° angestellte Leitschaufeln befinden, die dem Luftstrom eine Drallbewegung erteilen. Die aus dem Brenner austretende Flamme bestreicht beständig und ohne abzureißen die Wände eines Tunnels, kann also diese Wände anstechen.

Aufgabe der Erfindung 1st es, einen Brenner nach dem

Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, dessen Flamme die Wandung des Wlrbeldurchgangs nicht anstechen kann und bei dem die Bildung von Stickoxiden durch die Verbrennung beträchtlich gemindert lsi.

Die Lösung dieser Aufgabe Ist Im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Die Aufgabe wird durch die Kombination aller Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Bemessungsangaben Im Kennzeichen des

ίο Anspruchs 1 sorgen dafür, daß der Flammstrahl bei seiner Wlrbalbewegung Im Abstand von der Wandung des Wirbeldurthgangs gehalten werden kann und daß die Stickoxidbildung bei der Verbrennung wesentlich geringer 1st als bei bekannten Brennern.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Εε zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische

,20 Ansicht des Brenners.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Brenner gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt zur Erläuterung des Verbrenniingsablaufs in dem Brenner und

Fig. 4 eine graphische Darstellung zum Vergleich des Verlaufs der Flammentemperatur eines erfindungsgemäßen Brenners mit der Flammentemperatur eines konventionellen Brenners.
Der an einem ihm zugewandten Ofen A angeordnete Brenner umlaßt ein Brennstoffeinspritzrohr I, welches in der Längsmitlelachse des Brenners angeordnet Ist. und ein das Brennsloffelnsprilzrohr 1 umgebendes Luftzuführungsrohr 2 zur Zufuhr von Luft zu einem Verbrennungsraum.

Der Körper des Lultzuführungsrohres 2 isl unterteilt in zwei Abschnitte, von denen der hintere Abschnitt ein Rohrabschnitt 3 mit größerem Durchmesser Ist. Zwischen dem Rohrabschnitt 3 und dem koaxial innerhalb des Rohrabschnittes 3 angeordneten Brennsloffeinsprilzrohr 1 isl ein Ringraum vorgesehen, der als Lulldurchgang dient. Im Inneren des Rohrabschnittes 3 sind Leilschaufeln 4 drehbar oder stationär angeordnet. Die Leitschaufeln 4 sind radial und parallel zueinander angeordnet und kreuzen den Luftstrom unter einem Winkel von 45 bis 75 " zur Achse des Luftzuführungsrohrs 2. So wird der Luft, die in Richtung des Pfeiles a dem Rohrabschnitt 3 an seinem oberen Ende zugeführt wird, ein Drall erteilt, wenn sie zwischen den Leitschaufel 4 hindurchströmt. Danach wird sie kräftig in Richtung des Ofens A geblasen, und zwar mit einem Drall, wie er durch den Pfeil b angedeutet ist. Wenn der Anstellwinkel weniger als 45 beträgt, kann der Brenner schlecht gezündet werden. Wenn der Anstellwinkel mehr als 75 beträgt, wächst der Druckverlust an den Leitschaufeln 4.

Der Rohrabschnitl 3 mit größerem Durchmesser weist an seinem Austrittsende eine konis-he Verengung 5 auf. Diese dient zur Beschleunigung der Luft, wobei ihr Verjüngungsverhältnis etwa 0,4 bis 0,8 beträgt. Die Einströmgeschwindigkeit des mit der Drallbewegung versehenen, den Brennstoff mit sich führenden Luflstroms in de i Ofen A ist größer als die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit des Brennstoffs im Luftstrom. Die LInströmungsgeschw/ndigkeil kann dabei je nach Ari des verwendeten Brennstoffs variieren und beträgt vorzugsweise 20 bis 60 m/Sek.

Die konische Verengung 5 ist an ihrem vorderen Ende mit einem Wirbeldurchgang 7 verbunden, welcher einen dem kleinsten Durchmesser der konischen Verengung 5

entsprechenden Durchmesser aufweist und von feuerfestem Material iimiicbcn lsi. beispielsweise einem Brennerziegel 6. So strömt die Luft durch den Wirbeldurchgang 7 mit einem Drall In Richtung des Pfeiles l> und wird In das Innere des Ofens A eltif!-blasen.

Die Lunge I. des Wirbeldurchgangs 7 betrügt eiwn das 4liiL'hc seines Durchmessers D. Das Brennstoffelnsprltzrohr I lsi In den Wirbeldurchgang 7 so eingesetzt, daß sein vorderes hnue einen Abstund von der vorderen üf(-nung des Wirbeldurchgangs 7 aufweist, der das 0,5- bis I,(Küche des Durchmessers D betrügt Betrügt der Abstund wc.iiger als das 0, Hache des Durchmessers D, so wird die Mischung verschlechtert. Betrügt der Abstand mehr .ils das 4,Ülache des Durchmessers I). so kann die Menge der gebildeten Stickoxide zunehmen

Durch ilen vorstehend beschriebenen Aulhau des Brenners erhall die in Richtung des Pfeiles α dem LuIizulührungsrohr 2 zugeführte Luft eine Drallbewegung, wenn sie über die Leitschaufel 4 strömt. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft wird noch vergrößert uiiler Beibehaltung des Dralles gemüß Pfeil b, wenn sie • die der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit dienende konische Verengung 5 durchströmt. Schließlich wird die Luft nach dem Durchströmen des Wirbeldureh-' gangs 7 kräftig in den Ofen A eingeblasen. Wie man aus I ig. 3 erkennt, erzeugt der Luftdrall innerhalb des Wtiiheldurchgangs 7 und nahe dessen vorderer Öffnung einen linterdruekbere!i.^ph um die Achse des Lul'ldralles, um die gewünschte /irkuluiionsströniung gemäß Pfeil C zu erreichen. Die gestrichelten Linien in rig. 3 stellen die Druckverteilung dar.

Der Brennstoff, beispielsweise Öl oder Gu.s. der v.»m offenen vorderen Lndedes Brcnnstolfeinsprll/rohrcs I in den Ofen .·) unter einem Winkel von 5 bis 60 zur Achse des Lulizuführungsrohrs 2 eingcspril/t wird, prallt innerhalb des Ofens A gegen die Zirkularströniung von Verbrennungsgasen hoher Temperatur, worauf im Falle von Öl die ÖlpartikeJ schnell in den gasförmigen Zustand übergehen oder im f-alle von Gas dieses verteilt und mit der Lull vermischt wird. Das Gas wird daraufhin von dem es umgebenden Luftwirbel getragen und so wird die Verbrennung gestartet. Die Verbrennung erfolgt bemerkenswert .schnell im Vergleich zu der üblichen Ölverbrcnnung, da der Brennstoff bereits durch die Zirkularströniung der heißen Verbrennungsgase In gasförmigen Zustand überführt worden ist. Der Aufprall der Zirkularslröniung heißer Verbrennungsgase gegen den Brennstoff hat einen die schnelle Verbrennung fördernden Effekt. Da ferner der Luftdrall, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Zone B verteilten Gases er/eugi. die vom vorderen l-.nde '(es Brennstolfelnsprltzrahres I bis zu dem Punkt reicht, an welchem die flammen bildende Zone ( er/eugl wird, breitet sich die V erbrennungszone in Richtung der IJren-") nerachse aus.

Der Verlauf der ITamnieniempnra'ur des Brenners lsi in I ig. 4 dargestellt Im Vergleich zu dem Verlaul da [•lammeniemperatur bei einem üblichen Brenner, lüi den hall, daß Öl als Brennstoff verwendet wird.
■" Bei einem üblichen Brenner steigt die Temperatur innerhalb des BrenncrmundstUckes und seiner mlhcien Umgebung an und Stickoxide werden gebildet, u.'lhrcnd bei item erlindungsgemiißen Brenner die Verbrennung Im Inneren des Olens A beginnt, nachdem das Öl ilen ; Wirbeldurchgang 7 verlassen hat Sd ergibt sich aus Hg. 4. daß die maximale ITamnicnieniperaliir um etwa 100 ( geringer Ist als die hei dem üblichen Brenner und daß üer Bereich hoher Temperatur ins Innere Ucs Olens ■I verschoben ist. lerner zeigt die Kurve tier 1 lamnii:n-2i) temperatur einen relativ (lachen und runden Verlaul. Dies rührt daher, daß die Flamme durch den zirkulierenden Strom heißer Verbronnungsgiise in der üben beschriebenen Weise verdünnt wird, was zu einer wesentlichen V erringerur^¹ der Menge der von dem 2°) Brenner gebildeten Stickoxide führt.

In Versuchen wurden die Werte der von einem crlliv dungsgemäßen Brenner und einem bekannten Brenner gebildeten Stickoxide verglichen. Dabei wurde Öl verbrannt. Die Resultate sind in der lolgentien Tabelle aii!- ii) geführt:

Tabelle

Brennstoffluftverhältnis

1 : 1

1 :2

1 :4

Stickoxidgehalt bei
Brenner gemäß der
Erfindung

Brenner gemäß dem
Stand der Technik

51 ppm 62 ppm 84 ppm

130 ppm 180 ppm 200 ppm

Bei den Versuchen betrug die Oluntempeuiui I 250 C: als Brennstoff wurde Schweröl verwendet. Die Stickoxidwerte der Tabelle in ppm sind auf 11",. O_: bezogen.

Aus der Tabelle erkennt man. daß der crlindungsgemälJe Brenner nur jeweils etwa 40",, tier Menge an .Stickoxid erzeugt, die durch übliche Brenner erzeugt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Brenner mil einem Brennstoffeinspritzrohr, mit einem das Brennstoffeinspritzrohr konzentrisch umgebenden Luftzuführungsrohr, mit zwischen dem Luflzuführungsrohr und dem Brennstoffeinspritzrohr angeordneten Leitschaufel zur Urzeugung einer Drallbewegung des den Luflführungskanal durchströmenden Luftstronis un'J mit einem mit dem Luftzuführungsrohr verbundenen, das Brennstoffaustrlllsende des Brennstoffeinspritzrohrs axial überragenden, von einem anstechbaren Material begrenzten Wirbeldurchgang zu einem Ofen zum Einführen des durch die Leitschaufel mit einer Drallbewegung versehenen, den Brennstoff mit sich führenden Luftslroiiis in den Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennslolfeinspritzrohr (1) ein offenes vorderes Ende zum Austritt des Brennstoffs aufweist und dab die Einsiromgesehwindigkeit des mil der Drallbewegung versehenen, den Brennstoff mit sich führenden Luftstroms in den Ofen (A) größer isl als die Flammenausbrcilungsgeschwindigkeit des Brennstoffs im Luftstrom, daß die Leitschaulein (4) mit der Achse des Luftzuführungsrohrs (2) einen Winkel von 45 bis 75" einschließen und daß da* offene vordere Ende des BrennsiolTeinspriizrohrs (1) von dem offenen vorderen Ende des Wirbeldurchgangs (7) einen Abstand aufweist, der das 0,5- bis I,0fache des Durchmessers (D) des Wirbeldurchgangs (7) betrügt.
2. Brenner nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Einslrömgeschwindigkeit 20 bis 60 m/Sek. beträgt.
3. Brenner nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wirbeldurchgang (7) und dem Luftzuführungsrohr (2) eine konische Verengung (5) zur Beschleunigung des LuIlstromes angeordnet ist.
4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältni:; von Wirbeldurchgang (7) /u Lultzuführungsrohr (2) etwa 0,4 bis 0,8 beträgt.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufel (4) um das BrennstoHcinsprilzrohr (I) drehbar gelagert sind.