DE4409545A1 - Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zur stöchio­ metrischen Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, bestehend aus einem in einen Kesselraum ragenden Brennerrohr, einer in dieses eingesetzten Zer­ stäuberdüse, der über eine Brennstoffleitung der Brenn­ stoff zuführbar ist, einer die Zerstäuberdüse umgebenden durch das Brennerrohr gebildeten Luftzuführungsleitung für die von einem Ventilator oder dgl. geförderte Verbren­ nungsluft und einer in dem Brennerrohr vor der Zerstäuber­ düse angeordneten Stauscheibe.

Brenner dieser Art sind in einer großen Anzahl unter­ schiedlicher Ausgestaltungen, beispielsweise durch die EP-A1-0 410 135, bekannt und haben sich in der Praxis auch bewährt. Die Stauscheibe ist hierbei mit einer zentrischen Öffnung, durch die der aus der Zerstäuberdüse austretende Brennstoff in die Brennkammer eingespritzt wird, sowie mit schlitzartigen sich radial nach außen erstreckenden Durchbrechungen versehen, durch die die Verbrennungsluft der Brennkammer zuströmt. Durch die Stauscheibe wird somit die Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nicht wesentlich verändert, diese wird vielmehr der Brennkammer wie auch der Brennstoff nahezu in axialer Richtung zugeführt.

Durch die in Richtung der Brennerflamme in die Brenn­ kammer einströmende Verbrennungsluft kann jedoch, ins­ besondere bei sich verändernden Brennerleistungen durch eine unzureichende Anpassung der Menge und/oder der Strömungsgeschwindigkeit durch Absaugen eine Pulsation der Brennerflamme auftreten, die Brennerflamme wandert mehr oder weniger in die Brennkammer hinein. Dadurch wird nicht nur, da in diesem Falle die Zeit für die Vermi­ schung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft sehr kurz und damit unzureichend ist, die Verbrennung verschlech­ tert, sondern es lagert sich auch verstärkt Ruß an der Stauscheibe ab, und es müssen hohe Brenngeräusche in Kauf genommen werden. Einen allen Anforderungen gerecht wer­ dende Betriebsweise ist demnach bei dem bekannten Bren­ nern oftmals nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Brenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem es nahezu ausgeschlossen ist, daß die Brennerflamme ihre Lage ver­ ändert und durch die Verbrennungsluft mehr oder weniger in die Brennkammer verlagert wird, die Brennerflamme soll sich vielmehr auch bei wechselnden Betriebsbedingungen stets in unmittelbarer Nähe der Stauscheibe ausbilden. Pulsationen der Brennerflamme sollen somit zuverlässig vermieden werden, so daß stets eine gute Verbrennung bei geringen Schadstoffanteilen in den Abgasen gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Brenner der vor­ genannten Art dadurch erreicht, daß die Stauscheibe im äußeren Bereich mit einem in Richtung der Brennkammer des Brenners abstehenden zylinderförmig ausgebildeten Ansatz­ stück versehen ist und daß in das Ansatzstück mehrere vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt ange­ ordnete Ausnehmungen zur gesteuerten radialen Einbringung von Verbrennungsluft eingearbeitet sind.

Die in das Ansatzstück eingearbeiteten Ausnehmungen können als auf der der Brennkammer zugekehrten Seite offene Schlitze ausgebildet sein, wobei die Schlitze parallel zueinander verlaufende oder in Richtung der Brennkammer divergierende oder konvergierende seitliche Begrenzungsflächen aufweisen können. Es ist aber auch möglich, die Ausnehmungen als Bohrungen, als Langlöcher oder als schlitzartige Durchbrechungen zu gestalten.

Vorteilhaft ist es des weiteren, die in das Ansatzstück der Stauscheibe eingearbeiteten Ausnehmungen auf der Innen- und/oder Außenmantelfläche mit Leitschaufeln zu versehen, die tangential zu einem Grundkreis verlaufend ausgebildet sein können. Eine besonders einfache Ausge­ staltung ist gegeben, wenn die die Ausnehmungen begren­ zenden Stege des Ansatzstückes ganz oder teilweise als Leitschaufeln ausgebildet sind.

Bei einem mit einem achssenkrecht nach innen abstehenden Kragen versehenen Brennerrohr ist es ferner zweckmäßig, das Ansatzstück der Stauscheibe in dem durch den Kragen abgedeckten Durchmesserbereich des Brennerrohres anzuordnen.

Angebracht ist es ferner, zur Abdeckung der durchström­ baren Querschnittsfläche der Ausnehmungen des Ansatz­ stückes auf oder in diesem einen axial verschiebbaren und/oder verdrehbaren Ring anzuordnen, so daß bei der Montage des Brenners die Menge der radial einströmenden Verbrennungsluft leicht eingestellt werden kann.

Wird bei einem Brenner dessen Stauscheibe gemäß der Er­ findung mit einem abstehenden Ansatzstück versehen, in das Ausnehmungen eingearbeitet sind, so ist es möglich, zusätzlich zu der axial in die Brennkammer einströmenden Verbrennungsluft mittels der Stauscheibe auch Verbren­ nungsluft radial, und zwar gesteuert in die Brennkammer einzubringen. Durch die durch die Ausnehmungen des Ansatz­ stückes radial in die Brennkammer gelangende Verbren­ nungsluft wird dabei nicht nur in kurzer Zeit eine inten­ sive Vermischung des Brennstoffes mit der gesamten in die Brennkammer eingedrungenen Verbrennungsluft bewirkt, sondern es wird vor allem erreicht, daß die Brenner­ flamme auch bei wechselnden Betriebsbedingungen stets ihre Lage nahe der Stauscheibe beibehält. Ein Absaugen der Brennerflamme von der Stauscheibe wird nämlich durch die radial einströmende Verbrennungsluft zuverlässig verhindert.

Da somit keine Pulsationen der Brennerflamme in Kauf zu nehmen sind, treten auch keine dadurch bedingten hohen Brenngeräusche auf, vielmehr wird, da die Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft durch die sich kreuzenden Teilströme kurzfristig erfolgt, die Verbren­ nung weiter verbessert und Rußablagerungen an der Stau­ scheibe werden weitgehend vermieden, so daß die Abgase nur geringe Verbrennungsrückstände enthalten. Mit geringem zusätzlichen Bauaufwand wird somit durch die vorschlags­ gemäße Ausgestaltung einer Stauscheibe das Betriebsver­ halten eines Brenners wesentlich verbessert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Brenners dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:

Fig. 1 den Brenner mit einer in dessen Brennerrohr eingesetzten mit einem axial abstehenden Ansatzstück und mit in dieses eingearbeiteten Ausnehmungen versehene Stauscheibe,

Fig. 2 bis 5 jeweils einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit unterschiedliche gestalteten Ausnehmungen und

Fig. 6 die Stauscheibe des Brenners nach Fig. 1, in Vorderansicht mit als Leitschaufeln aus­ gebildeten Stegen.

Der in Fig. 1 dargestellte und mit 1 bezeichnete Brenner dient zur stöchiometrischen Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Medien und besteht im wesentlichen aus einem Brennerrohr 11 und einer Zerstäuberdüse 12, der über eine mit einem Filter 17 versehene Brennstoffleitung 15 mittels einer in dieser eingesetzten Pumpe 16 aus einem Vorrats­ behälter 14 der Brennstoff zugeführt wird. Die Zerstäuber­ düse 12, der eine Zündelektrode 18 oder eine Zündkerze zu­ geordnet ist, ist von einer Luftzuführungsleitung 13 um­ geben, in der die von einem Ventilator 19 geförderte Ver­ brennungsluft der Zerstäuberdüse 12 zuströmt. Die Luftzu­ führungsleitung 13 ist hierbei durch das Brennerrohr 11 gebildet, das mittels eines Flansches 5 an einer Wand 4 eines Heizkessels 2 befestigt ist, so daß das Brennerrohr 11 durch eine Öffnung 6 in dessen Kesselraum 3 hineinragt.

Vor der Zerstäuberdüse 12 ist in dem Brennerrohr 11 eine Stauscheibe 21 angeordnet, die mittels Führungs­ rippen 22 in Achsrichtung A des Brennerrohres 11 verstell­ bar gehalten ist. Die Stauscheibe 21 weist eine zentrische Öffnung 23 zur Einbringung des aus der Zerstäuberdüse 12 austretenden Brennstoffes in eine Brennkammer 20 auf, außerdem ist die Stauscheibe 21 mit schlitzartig ausge­ bildeten Öffnungen 24 zur Zuführung der geförderten Ver­ brennungsluft versehen.

Um zu gewährleisten, daß unabhängig von der Geometrie des Heizkessels 2 die Zuführung von Abgas aus dem Kessel­ raum 3 in die Brennkammer 20 des Brenners 1 gleichmäßig erfolgt, ist an dem freien Ende des Brennerrohres 11, das aus einem zylindrischen Teil 11′ und einem sich konisch verjüngenden Teil 11′′ zusammengesetzt ist, ein Kragen 25 angebracht. Der Kragen 25 besteht hierbei aus einer planen Scheibe 26, die an den sich konisch ver­ jüngenden Teil 11′′ des Brennerrohres 11 angeschweißt ist, so daß die Öffnung des Brennerrohres 11 im äußeren Bereich abgedeckt ist.

Damit die sich vor der Stauscheibe 21 ausbildende Brenner­ flamme stabilisiert ist und stets ihre Lage beibehält, ist die Stauscheibe 21 im äußeren Bereich mit einem zylinder­ artig ausgebildeten ringförmigen Ansatzstück 31 versehen, das in Richtung der Brennkammer 20 absteht und mit unter­ schiedlich gestalteten Ausnehmungen versehen ist. Gemäß Fig. 1 sind die Ausnehmungen als zur Brennerkammer 20 hin offene Schlitze 32 mit parallel zueinander verlaufen­ den seitlichen Begrenzungsflächen ausgebildet, gemäß den Fig. 2 und 3 divergieren bzw. konvergieren die seit­ lichen Begrenzungsflächen der Schlitze 33 und 34. Nach den Fig. 4 und 5 sind die Ausnehmungen als Bohrungen 35 bzw. als Langlöcher 36 ausgebildet.

Durch die Ausnehmungen des Ansatzstückes 31 kann somit Verbrennungsluft auch radial von außen in die Brennkammer 20 gesteuert einströmen, die Vermischung der Verbrennungs­ luft mit dem Brennstoff wird dadurch in kurzer Zeit be­ werkstelligt und die Brennerflamme wird nahe der Stau­ scheibe 21 stabilisiert, ein Abwandern von der Stauscheibe 21 in Richtung des Kesselraumes 3 wird somit vermieden.

Damit die Verbrennungsluft auch mit einem Drall und/oder mit erhöhter Geschwindigkeit in die Brennkammer 20 ein­ strömen kann, ist gemäß Fig. 6 das Ansatzstück 31 der Stauscheibe 21 mit Leitschaufeln 37 versehen. Die Leit­ schaufeln 37 sind hierbei durch die zwischen den Schlitzen 32 befindlichen Stege 38 gebildet, die entsprechend ge­ krümmt ausgebildet sind.

Um die durchströmbare Querschnittsfläche der in das Ansatzstück 31 eingearbeiteten Ausnehmungen leicht ver­ ändern zu können, ist gemäß Fig. 2 in dieses ein Ring 41 eingesetzt. Durch Verdrehen und/oder Verschieben des ebenfalls divergierende Ausnehmungen 42 aufweisenden Ring es 41 kann somit bei der Montage des Brenners 1 die Menge der radial durch die mittels Streben 22′ in dem Brennerrohr 11 gehaltenen Stauscheibe 21 in die Brennkammer 20 einströmenden Verbrennungsluft eingestellt werden.

Claims (9)

1. Brenner (1) zur stöchiometrischen Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, bestehend aus einem in einen Kesselraum (3) ragenden Brenner­ rohr (11), einer in dieses eingesetzten Zerstäuber­ düse (12), der über eine Brennstoffleitung (15) der Brennstoff zuführbar ist, einer die Zerstäuberdüse (12) umgebenden durch das Brennerrohr (11) gebil­ deten Luftzuführungsleitung (13) für die von einem Ventilator (19) oder dgl. geförderte Verbrennungs­ luft und einer in dem Brennerrohr (11) vor der Zer­ stäuberdüse (12) angeordneten Stauscheibe (21), dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe (21) im äußeren Bereich mit einem in Richtung der Brennkammer (20) des Brenners (1) ab­ stehenden zylinderförmig ausgebildeten Ansatzstück (31) versehen ist und daß in das Ansatzstück mehrere vorzugs­ weise gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Ausnehmungen (Schlitze 33, 34, 35, Bohrungen 35, Lang­ löcher 36) zur gesteuerten radialen Einbringung von Verbrennungsluft eingearbeitet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Ansatzstück (31) eingearbeiteten Ausnehmungen als auf der der Brennkammer (21) zugekehrten Seite offene Schlitze (32, 33, 34) ausgebildet sind.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (32, 33, 34) parallel zueinander verlaufende oder in Richtung der Brennkammer (20) divergierende oder konvergierende seitliche Be­ grenzungsflächen aufweisen.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Ansatzstück (31) eingearbeiteten Ausnehmungen als Bohrungen (35), als Langlöcher (36) oder als schlitzartige Durchbrechungen ausgebildet sind.

5. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Ansatzstück (31) der Stauscheibe (21) eingearbeiteten Ausnehmungen (Schlitze 32) auf der Innen- und/oder Außenmantelfläche mit Leitschaufeln (38) versehen sind.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Leitschaufeln (38) tangential zu einem Grundkreis verlaufend ausgebildet sind.

7. Brenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausnehmungen (Schlitze 32) begrenzenden Stege (37) des Ansatzstückes (31) ganz oder teilweise als Leitschaufeln (38) ausgebildet sind.

8. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit einem achssenkrecht nach innen ab­ stehenden Kragen (25) versehenen Brennerrohr (11) das Ansatzstück (31) der Stauscheibe (21) in dem durch den Kragen (25) abgedeckten Durchmesserbereich des Brenner­ rohres (11) angeordnet ist.

9. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung der durchströmbaren Querschnittsfläche der Ausnehmungen des Ansatzstückes (31) auf oder in diesem ein axial verschiebbarer und/oder verdrehbarer Ring (41) angeordnet ist.