DE2724720C2

DE2724720C2 - Gasbrenner

Info

Publication number: DE2724720C2
Application number: DE2724720A
Authority: DE
Inventors: Juichi Fujisawa Honda; Michiaki Tokio/Tokyo Matsumoto; Sadao Saitama Mimori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1977-06-01
Publication date: 1986-02-20
Also published as: GB1572120A; US4175919A; JPS52148839A; DE2724720A1

Description

a)

sowohl das Gasluftgemisch als auch die Sekundärluft als freie Strahlen, also ohne Verwendung von Wirbelblechen oder Schaufeln aus ihren Ausströmöffnungen austreten;

b) die Strömungsgeschwindigkeit des Gasluftgemisches so gewählt ist, daß die austretenden Gasluftgemischstrahlen eine laminare Strömung bilden;

c) die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft so gewählt ist, daß die austretenden Sekundärluftstrahlen im Kern eine laminare, an ihrer sich erweiternden Peripherie jedoch eine turbulente Strömung bilden.

30

2. Gasbrenner nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft 2 bis 20 m/s beträgt.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausströmöffnungen (1K 23) für die Sekundärluft ein Stück stromabwärts der Ausströmöffnungen (3,20,22) für das Gasluftgemisch befinden und quer oder schräg zu diesen gerichtet sind (F i g. 1,2 und 3).

4. Gasbrenner nach !irAnsprü*ch/irbiy3j dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung sämtlicher Ausströmöffnungen als schmale Rechtecke sich die Ausströmöffnungen (27) für die Sekundärluft in der gleichen Ebene wie die Ausströmöffnungen (26) für das Gasluftgemisch befinden und parallel zu diesen gerichtet sind, wobei jeweils ein Ausströmkanal (26) für das Gasluftgemisch neben einem Ausströmkanal (27) für die Sekundärluft liegt und jeweils zwischen zwei benachbarten Kanälen eine Wand (25) angeordnet ist(Fig.4 bis6).

5. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft 2 bis 5 m/s beträgt.

6. Gasbrenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Flammenkerne höchstens das 0,6fache des Abstands des Berührungspunktes zweier benachbarter Sekundärluftstrahlen von ihren Ausströmöffnungen beträgt

60

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner, ausgestattet mit einem Mischrohr für die Zufuhr des Gases und der Primärluft in bereits vermischtem Zustand, ferner mit an das Mischrohr anschließenden Ausströmöffnungen für dieses Gemisch, ferner mit einer separaten Zuleitung für die Sekundärluft und mit an diese Zuleitung anschließenden Ausströmöffnungen für die Sekundärluft, wobei eine Beimischung der Sekundärluft zu den Brennerflammen stattfindet und wobei sich die Ausströmöffnungen für die Sekundärluft in unmittelbarer Nähe der Brennerflamme befinden.

Ein derartiger herkömmlicher Gasbrenner mit geringer Geräuschentwicklung webt einen Gemischgasbzw. Gasgemisch-Durchtritt für ein Gemischgas bzw. Gasgemisch aus gasförmigem Brennstoff und Primärksit auf, wobei ein Ende des Dtsrchtritts mit einen: Gasgemisch-Einlaß in Verbindung steht und dessen anderes Ende eine Flammen-Öffnung bildet.

Im Betrieb wird eine Mischung aus Primärluft und gasförmigem Brennstoff durch den Gemisch-Einlaß, dann durch den Gemisch-Durchtritt und dann aus der Flammen-Öffnung geführt, wodurch eine Innenflamme laminarer Strömung und eine Außenflamme gebildet werden, die eine große Menge an H₂ und CO in der hinteren oder nachkommenden Strömung enthält Eine Sekundärluft-Strömung strömt längs des Außenumfangs der Flammen-Öffnung mit einer Strömungsgeschwindigkeit von nur etwa 0,2 bis 03 m/s und wird dann mit der Außenflamme zerstreut und gemischt In diesem Fall liegt die Innenflamme in Form einer laminaren Strömung vor, wodurch geringe Verbrennungsgeräusche erzeugt werden. Gas und Primärluft werden zuvor gemischt so daß die Reaktionsgeschwindigkeit sehr groß ist, wobei der Brennstoff in der Innenflamme in CO. H2 und dergleichen zerlegt wird, weshalb dann die Größe der Innenflamme verringert wird. Die Außenflamme, die eine große Menge von CO und H? enthält wird mit Sekundärluft vermischt aufgrund von Moleküldiffusion, so daß die Größe der Außenflamme durch die Diffusionsgeschwindigkeit der Molekularbzw. Moleküldiffusion beherrscht wird.

Die Diffusjonsgeschwindigkeit ist jedoch sehr niedrig und es dauert etwa 100 bis 200 ms, bis die Außenflamme mit der Sekundärluft vollständig gemischt ist so daß die Größe der Außenflamme vergrößert werden sollte. Folglich erzeugt ein Gasbrenner dieser Art zwar einen relativ niedrigen Geräuschpegel, besitzt jedoch einen relativ niedrigen Verbrennungskammer-Durchsatz in der Größenordnung von 4,19 - 10⁶M(ImI³).

Bekannt sind auch Gasbrenner mit Hochlast-Verbrennung. Am Gemisch-Durchtritt ist dessen eines Ende mit einem Gasgemisch-Einlaß verbunden, während dessen anderes Ende mehrere Gasgemisch-Wirbelbleche oder -schaufeln aufweist. Ein Sekundärluft-Durchtritt umgibt den Außenumfang des Gasgemisch-Durchtritts, wobei ein Ende des Sekundärluft-Durchtritts mit einem Sekundär-Einlaß in Verbindung steht und wobei dessen anderes Ende mit Sekundärluft-Wirbelblechen oder -schaufeln nahe dem Außenumfang der Gasgemisch-Wirbelbleche oder -schaufeln versehen ist.

Bei einem Brenner dieser Art wird das Gasgemisch kräftig mit der Sekundärluft gemischt mit anschließender schneller Aufteilung des Brennstoffs in H2. CO und dergleichen sowie schneller Oxidation von CO und H2 zu CO2 und H2O, wodurch eine Hochlast-Verbrennung in der Größenordnung von 4,19 · 10^; kJ(hm^J) erfolgt. Es entsteht jedoch Turbulenz, wenn der Brennstoff in CO. H2 und dergleichen zerlegt wird, so daß ein hohes Verbrennungsgeräusch erzeugt wird.

Die DE-OS 21 29 357 beschreibt ein Verbrennungsverfahren bei Gasbrennern zum Unterdrücken der BiI-

3 4

dung von Stickstoffoxiden und Brennvorrichtungen an CO und H₂ enthält und einen Hinter-Strom der Inzum Durchführen dieses Verfahrens. Dabei werden nennamme4andenFi3nunen-O/fnungen3abhniinare

Gas- und Primärluft bis unmittelbar zur Ftammenbil- Strömung bildet derart, daß Sekundärluft mit der Audung getrennt geführt. Die Flammen werden vor ihrer Benflamme 5 während kurzer Zeit vermischt werden

Mischung mh der Sekundärluft in einer Kammer zu- s kann. Dabei wird ein Gasgemisch den Fhmmen-Öffmin-

sammengefafk und treten erst nach Durchströmen die- gen 3 zugeführt, das ein Gas et das dutch vorheriges

scr Kammer durch eine düsenartige Verengung mit der Mischen von Brennstoff und Primärluft entstanden ist.

Sekundärluft in Wirkung. und zwar in Form einer laminaren Strömung derart, daß Die US-PS 32 20 460 beschreibt eine Verbrennungs- die Größe der Innenflamme 4 klein ist und ein geringes

einrichtung mh einer eine innenflamme umgebenden, w Verbrennungsgeräusch aufweist. Obwohl die Sekundar-

mit Drallblechen versehenen Sekundärluf!zuführung. luft eine laminare Strömung an den Sekundärluft-Off-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nungen II voraussetzt, bestellt eine nacheilende oder Gasbrenner der im Oberbegriff des Hauptanspruchs an- Hinter-Strömnung der Sekundärluft aus einem Kern

gegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß auch verringerter Geschwindigkeit, einer sich um ihn hemm

bei Hochlast-Verbrennung ein geringer Geräuschpegel is befindlichen, die Lanunarströmung zerstreuende

und eine schnelle Vermischung der Sekundäriuft mit der Schicht und eine Turbulenzzone, die auf der hinteren

AuBenflamme erzielbar ist. Seite des Kerns entsteht und um einen gegebenen Win- Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzei- kel divergiert. Ein Primärverbrennungsgas, das eine

dien des Anspruchs 1 angeführten Merkmale. Die Un- große Menge an CO und H₂ von der AiiBenflamine ent-

teraitsprüchen kennzeichnen zweckmäßige wettere χ» hält und das um die Turbulenzzone strömt, wird in einen

Ausbildungen. Strahlstrom der Sekundäriuft von den Sekundäriuft- Die Innenflamme ist eine laminare Flamme und die Offnungen 11 gezogen, um damit gemischt zu werden. Sekundärluft wird am Außenflanunen-Abschnitt der In- und wird andererseits gemischt mh der Außenflamme S

nenflamme so zugeführt, daß die Verbrennung mit nied- in der Turbulenzzone infolge von darin erzeugter Tur-

rigem Geräuschpegel stattfinde!. Da die Sekundäriuft in 25 bulenz während sehr kurzer Zeit von etwa 10 ms. Nach-

Form einer turbulenten Strömung zugeführt wird, kann dem die AuBenflamme 5 mit der Sekundärluft gemischt

die Sekundärluft mit der Außenflamme schnell ver- ist, werden CO und H₂ während einer kurzen Zeh von

mischt werden, wodurch eine Hochlast-Verbrennung etwa 10 bis 20 ms vollständig oxidiert, wodurch eine

möglich ist Weher kann, wenn Sekundärluft von Sekun- Hochlast-Verbrennung in der Größenordnung von

däriuft-Öffhungen in Form einer laminaren Strömung χ 4,19 - l<Pk| (hm¹) möglich ist.

mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit zugeführt Auf diese Wehe wird Sekundärluft in eine laminare

wird und dann stromab der Sekundärluft-Öffnüjigen Strömung geblasen und dann zu Turbulenzen gebracht

turbulent gemacht wird, die Größe eines Brenners her- derart, daß in bezug auf die gleiche Strömungsge-

abgesctzt werden, wodurch sich ein vereinfachter Auf- schwindigkeit die Größe der Sekundärluft-Offnungen

bau ergibt. 15 11 herabgesetzt werden kann, wenn Luft als laminare

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dar- Strömung anstatt ab turbulente Strömung geblasen gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es bzw. gefördert wird. Folglich kann die Größe eines zeigt Strahlstroms herabgesetzt werden mit besserer Mi-Fig. I im Längsschnitt einen Gasbrenner gemäß el· schung des Verbrennungsgases mit Sekundärluft. Danem ersten Ausfürrptngsfoetspiel der Erfindung; 40 durch wird die Größe des Gasbrenners insgesamt gerjsa-

F ig. 2 im Längsschnitt em Gasbrenner gemäß einem ger.

zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Die F ig. 2 und 3 zeigen eine Werterbildung des eriäu-

F ig. 3 in Aufsicht den Gasbrenner gemäß F ig. 2; leiten Ausführungsbetspiels. Dabei ist eine Verbren- F i g.4 kn Längsschnitt einen Gasbrenner gemäß el· nungskammer 17 dargestellt, wobei Luft die Außenflä-

nem dritten Ausführungsbetspiel der Erfindung; 45 ehe der aufzuheizenden Verbrennungskammer 17 wsa-

F ig. 5 im Längssdimiit vergrößert das Ausführungs- gibt. Weiter ist dargestellt ein GasgemKch-EiiilaB 1«. ein

beispie!gemäßFig.4; Sekundärluft-Einlaß 19 und eine Hauptflammea-Off-

Fig.6 in Aufsicht das Ausfühningsbeisptd gemäß nung 20, die in Form eines zwischen einer Fiarnmem-Öff- F i g. 5. nungspbtte 21 und der Wand der Verbrennungskam- Ein Aiisführumgsbeispad der Erfindung wird anhand se mer 17 gebildeten Schlitzes definiert ist Weiter sirad

der F i g. 1 erläutert. Durch den GemischeinbS 2 strömt Hufsfbunmen-Offnungen 22 und Seki^daräuft-Oifeiam-

eine Mischung aus Prifflaäräarfi und gasförmigem Brenn- gen 23 vorgesehen, die in Form vom .mehreren Schlitzen

stoff, damm durdh den Gewsch-Durchtritt 1 und die ausgebildet sind, die zu dem Wänden der VerfereiMimg«-

Flamrnejwfljauragen 3, wodurch eine innenfHamnte 4 la- kammer 17 gerichtet und bezüglich der Fäaanmenricb-

minarer Strömung und eine Außenflamme 5 gebadet ss «mg lämgäch ausgebildet «ad. SeiienpUtien 24 ver-

werden. Der Sekundädoift-Dixnditriit 8 führt von einem schließen die Seiten eines Bnemners m dessen Lämgsrich-

Sekundirktft-Eiiralaß 9 am dnem Ende zum mit Sekun- tang. Haoaptflammen werden Ilamgs .der Wände der Ver-

därluft-öffnuatgen 11 zusammenwirkenden aoderen Eai- bmeranm^skaimmer 17 gebildet, während Sekundärluft

de, wobei diese SekundMuft-Öffnungen il stromab der auf einen nachfolgenden Stnöemaangsteil eraer Flamme

Flammen-Öffnungen 3 angeordnet sind. Die durch die «9 geMxseß oder zubewegt w«L Bei «neun Versuch mit Sekundärluft-Öffnungen 11 strömende Sekundärluft M- «j»er Wänmdeistung der Verbrennung von ca.

det eine laminare Strömung und erzeugt eine relativ 15-ÖOOkJ/h,einer Breileder Verbrennungskammer 17

hohe Strömung?geschwindigkeit. Darüber hinaus ist die von 30 mm, einer Länge von 280 mm. einer Sciilitzbreite

Innenflamme so ausgebildet, daß sie laminare Strömung der Setendärluft-Öffnungen 23 von 0.7 mm, einer Tei-

bcsitzt. b5 lung νου 5 mm und einer Sekundärluft-Strömungsge-

Im Betrieb wird Sekundärluft mit relativ hoher Strö- schwindigken von 4.5 m/s wurde eine Wärmelast von

nuingsgeschwindigkeit durch den Sekundärluft-Einlaß 9 etwa 12.7 - 10^: k| (hm^J) erreicht, wobei der Geräusch-

/11 einer Aiißcnl'liimme 5 geführt, die eine große Menge pegel der gleiche war wie bei einem Bunsenbrenner

(ohne Berücksichtigung des Gebläse-Geräusches zur Sekundärluft-Zufuhr).

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird Sekundärluft einem Gasgemisch seitlich zugeführt. Ebenso kann, wie in Fig.4 dargestellt, Sekundärluft in der gleichen Riehtung wie die des Gasgemisches zugeführt werden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 sind Flammen-Öffnungen 26 und Sekundärluft-Öffnungen 27 dargestellt mit dazwischen angeordneten dicken Brennerwänden 25, wobei die Flammen-Öffnungen 26 und die Sekundärluft-öffnungen 27 auch in linearer Form ausgebildet sein können.

Die Abmessungen der jeweiligen Teile eines Brenners sind dabei: Breite der Flammen-Öffnungen 26 von I mm. Breite der Sekundärluft-Öffnungen 27 von 0,8 mm, Dicke der Brennerwand 25 von 2.4 mm, Strömungsgeschv.'indigkeit des Gemischgases bzw. Gasgemisches von 1 m/s und Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft von 6 m/s.

In dieser Hinsicht ist in einer Stagnationszone stromab der Brennerwände 25 die Dicke der Brennerwände 25 etwa 2,4 mm und es werden eine sich in Rückwärtsrichtung umwälzende Strömung sowie geringe Wirbel aufgrund der Wirkung der Sekundärluft hoher Strömungsgeschwindigkeit von 6 m/s erzeugt, wodurch stabile Flammen erzeugt werden, die sich an den stromabgelegenen Seiten der Brennerwände 25 anlegen. Die Außenflamme kann mit Sekundärluft während einer kurzen Zeit von etwa 50 ms schnell gemischt werden, wodurch eine leise Hochlast-Verbrennung ermöglicht ist.

Bei 8 Flammen-Öffnungen von 1,0 mm ■ 160 mm und 9 Sekundärluft-Öffnungen 27 von 0,8 mm-156 mm wurde eine thermische Last von etwa 35 ■ 10⁶ kj (hm³) erreicht bei einem Geräuschpegel, der der gleiche ist wie bei einem Bunsenbrenner ohne Berücksichtigung des Geräusches eines Gebläses zur Zufuhr der Sekundärluft.

Im folgenden erfolgt eine Erläuterung von Abmessungen und Geschwindigkeit bzw. deren bevorzugten Bereiche aufgrund von Versuchsergebnissen. Die Breite der Flammen-Öffnungen 26 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 3 mm. Wenn die Breite der Flammen-Öffnungen 26 kleiner als 0,5 mm ist, wird ein stabiler Verbrennungsbereich herabgesetzt, da ein Grenzgeschwindigkeitsgradient zunimmt. Folglich kann diese Breite von 0,5 mm als zulässige Mindestbreite betrachtet werden. Wenn andererseits die Breite der Flammen-Öffnungen 26 größer als 3 mm ist wird die Verbrennungslast verringert, da die Außenflamme nicht mehr mit der Sekundärluft schnell vermischt wird, so daß die Obergrenze des Bereichs von 3 mm als zulässiger Maximalwert betrachtet werden kann.

Die Wanddicke der Brennerwand 25 von 2 bis 5 mm hat sich als ausreichend herausgestellt Bei einer Breite bzw. Dicke von weniger als 2 mm ergibt sich eine Flamme bei einem geringen Primärluftverhältnis. Deshalb kann die Dicke von 2 mm als zulässige geringste Dicke angesehen werden. Wenn andererseits die Breite größer als 5 mm ist, muß die Größe eines Gasbrenners erhöht werden.

Vorzugsweise beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft 2 bis 10 m/s. Die Strömungsgeschwindigkeit der Sekundärluft hängt ab von einem stabilen Verbrennungsbereich, der Verbrennungslast und der Kapazität des Brenners, so daß gute Verbrennung auch bei Strömungsgeschwindigkeiten oberhalb dieses Bereiches erreicht werden kann.

Eine ausführliche Erläuterung des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 4 erfolgt anhand der F i g. 5 und 6. Es ist dargestellt ein Innengehäuse 28 mit Brennerwänden 25, die in ihrem oberen Bereich Seite an Seite einander gegenüberliegen. Unter den Seite an Seite im Innenbehälter 28 angeordneten Brennerwänden 25 befindet sich eine Gasgemisch-Kammer 29. Öffnungen sind an ihrer Oberseite bzw. zwei gegenüberliegenden Seitenwänden im oberen Bereich vorgesehen zum Einsetzen der Brennerwände 25 durch diese. Ein Sekundärluft-Durchtritt 31, der durch die Brennerwände 25 definiert ist, steht in seitlicher Verbindung mit der Öffnung. Die Brennerwände 25 nehmen Zwischen- oder Abstandsplatten 32, 33,34 auf, zwischen jeweils einem Wandpaar im innengehäuse 28, die darin befestigt sind. Die Abstandsplatten 32 definieren Gasgemisch-Durchtritte 35 dazwischen. Die Abstandsplatte 33 definiert den Sekundärluft-Durchtritt 31 sowie die Gemischgas-Kammer 29 auf der anderen Seite. Das Innengehäuse 28 dieser Anordnung ist in einem Außengehäuse 36 angeordnet, um dazwischen eine Sekundärluft-Kammer 40 zu bilden. Die Sekundärluft wird in den Sekundärluft-Durchtritt 31 von dessen Seite zugeführt.

Das wesentliche Merkmal dieses Brenners liegt darin, daß Sekundärluft-Schlitze 27 an den entgegengesetzten Seiten der Flammen-Schlitze 26 angeordnet sind, wobei dazwischen die Brennerwände 25 angeordnet sind. Geräusch wird infolge von Turbulenz in der Innenflamme erzeugt. Folglich ist es vorteilhaft, daß die Innenflamme in einem Stagnationsbereich gebildet ist, der zwischen den beiden diffundierenden laminar strömenden Schichten des Strahlstroms der Sekundärluft definiert is't, .in dem geringe Turbulenz stattfindet, und daß die Außenflamme in einer Turbulenzzone gebildet ist, die unter einem Winkel «divereiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasbrenner, ausgestattet mit einem Mischrohr für die Zufuhr des Gases und der Primärluft in bereits vermischtem Zustand, ferner mit an das Mischrohr anschließenden Ausströmöffnungen für dieses Gemisch, ferner mit einer separaten Zuleitung für die Sekundärluft und .mit an diese Zuleitung anschließenden Ausströmöffnungen für die Sekundär- luft, wobei eine Beimischung der Sekundärluft zu den Brennerflammen stattfindet und wobei sich die Ausströmöffnungen für die Sekundärluft in unmittelbarer Nähe der Brennerflammen befinden, dadurch gekennzeichnet, daß

15