DE2854395C2 - Flachflammengasbrenner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flachflammengasbrenner zum Einbau in einem feuerfesten toroidalen Tunnel der Ausmauerung von öfen mit einem Gehäuse, das einen tangentialen Luftzuführungsstutzen und in seinem Innern ein koaxial zu ihm angeordnetes Gasrohr mit Kanälen für einen gleichsinnig mit der Luft drallbehafteten Gasaustritt aufweist

Ein solcher FlachflammengasbreiJier ist aus dem SU-Erfinderschein 3 43 111 bekannt.

Flachflammengasbrenner dieser Bauart werden verwendet zur Beheizung von z. B. Anwärmeöfen, Glühofen und öfen für die Wärmebehandlung von Erzen, aber auch sonst in der Metallurgie, im Maschinenbau und in der chemischen Industrie. Dabei geht es darum, zur Intensivierung des Wärmeaustausches mit der Oberfläche der Ofenausmauerung und zur gleichmäßigen Erwärmung des Materials ein Brennen des Gases mit flacher, sich über die Oberfläche der feuerfesten Ofenausmauerung ausbreitender Flamme zu erzielen.

Bei der bekannten Ausbildung liegen die Gasrohrkanäle in der Nähe des Endes des Gasrohrs in zwei Reihen in dessen zylindrischer Wand, so daß das Gas bei seinem Austritt in den umhüllenden Ringkanal-Luftstrom einen rechten Winkel mit dessen Bewegungsrichtung bildet. Das Gas vermischt sich mit der Luft und gelangt in den toroidalen Tunnel. Bei der Bewegung längs des zylindrischen Teils des toroidalen Tunnels werden die Gasströme weiter intensiv vermischt. Beim Austritt aus dem zylindrischen Teil des Tunnels entzündet sich das Gas-Luft-Gemisch.

Unter Einwirkung der radial gerichteten Fliehkräfte breitet sich die Flamme beim Austritt aus dem Tunnel aus und wird um 90° von der Achse des Brenners auf die Verbindungslinie des Tunnels und der Maueroberfläche abgelenkt. Die Flamme nimmt eine flache fächerartige Form an. An der Mündung des Brenners bildet sich dabei ein intensiver Gegenwirbel, der den Brennprozeß stabilisiert.

Nachteilig ist bei dem bekannten Flachflammengasbrenner jedoch, daß das Gas durch die in der Seitenwand des Gasrohrs gelegenen Kanälen in den Luftstrom austritt, und zwar an der engsten Stelle des Ringkanalquerschnitts zwischen dem Gehäuse des Brenners und dem Gasrohr. Dadurch vergrößern sich stark die Druckverluste sowohl in der Luft- als auch in der Gasströmung.

Auch ist der Betrieb des bekannten Brenners nur in einem verhältnismäßig engen Bereich der Luft- und Gasdurchuatzmengen möglich. Deshalb ist-er auch nicht zum Verheizen von Gasen mit niedrigen Heizwerten geeignet, weil hierbei das notwendige Luftvolumen pro Einheit Gasvolumen kleiner ist als bei Gasen mit hohem Heizwert, z. B. Erdgas. Im letzteren Fall hat die Richtung und die kinetische Energie des Gasstromes eine große Bedeutung für die Ausbildung einer gerichteten, flachen Flamme.

Aus der DE-OS 21 22 219 ist ein Gasbrenner mit einem Gasrohr bekannt, aus dem das Gas in einen einhüllenden ringförmigen Luftstrom austritt, und zv/ar durch in der Stirnwand des Gasrohrs ausgebildete, unter einem Neigungswinkel verlaufende Kanäle. Hier hat jedoch weder der Luft- noch der Gasstrom einen Drall, d. h. es ist weder ein tangentialer Luftzuführungsstutzen vorgesehen, noch stehen die Gasaustrittskanäle windschief zur Gasrohrachse, sondern sie schneiden sich auf dieser. Somit ist dieser bekannte Brenner von vornherein auch nicht zur Erzeugung einer flachen fächerartigen Flamme gedf :hr: es soll im Gegenteil eine schlanke Flamme erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flachflammengasbrenner der eingangs genannten gattungsgemäßen Ausbildung zu entwickeln, mit dem Gase verschiedener Heizwerte bei verhältnismäßig geringen Drücken der Luft und des Gases vor dem Brenner verbrannt werden können, wobei ein weiter Änderungsbereich des Gasdurchsatzes offenstehen soll

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Gasaustrittskanäle in der Stirnwand des Gasrohrs ausgearbeitet sind und zu einer rechtwinklig auf der Achse des Gehäuses stehenden Fbene unter einem Neigungswinkel verlaufen.

Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Wenn gemäß Anspruch 2 der Neigungswinkel der Gasaustrittskanäle 30 bis 60° beträgt, so durchdringt das aus den Kanälen ausströmende Gas nicht den Luftströmungsquerschnitt, sondern trägt, da es unter einem Winkel in die gleiche Richtung mit dem sich drehenden Luftstrom gerichtet ist, zur Erhöhung der kinetischen Energie des rotierenden Gas-Luft-Gemisches bei, das in 50· dem feuerfesten toroidalen Tunnel zu brennen beginnt und weiter brennt in offener, flacher Flamme, die sich über die Oberfläche der Neuerung ausbreitet.

Zur Stabilisierung des Brennprozesses, insbesondere bei Schwachlast kann man gemäß Anspruch 3 in der Mitte der Stirnwand einen zylindrischen Flammenhalter anbringen.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Flachflammengasbrenner im Längsschnitt;

F i g. 2 den Schnitt gemäß der Linie II-II in F i g. 1;

Fig. 3 den Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1;

F i g. 4 einen Flachflammengasbrenner mit einem zylindrischen Flammenhalter in der Mitte der Stirnwand des Gasrohrs.

Der Flachflammengasbrenner hat ein Metallgehäuse 1 mit einem tangential mündenden Stutzen 2 für die

Luftzufuhr. Koaxial im Gehäuse 1 verläuft ein Gasrohr 3 für die Gaszufuhr. In der Stirnwand 4 des Gasrohrs 3 sind Kanäle 5 für den Austritt des Gases ausgebildet Die Kanäle 5 verlaufen unter einem Neigungswinkel zu einer rechtwinklig auf der Längsachse des Gehäuses 1 stehenden Ebene.

Der Brenner wird an der Mauerung von öfen mit einem feuerfesten toroidalen Tunnel 6 angebaut

Der Stutzen 2 für die Luftzufuhr in das Gehäuse 1 des Brenners ist tangential zur Mantellinie des Gehäuses 1 angebracht und hat einen rechteckigen Querschnitt

Die Kanäle 5 in der Stirnwand des Gasrohrs 3 haben rechteckigen Querschnitt and sind gleichmäßig auf dem Umfang einer Kreislinie unter einem Winkel von 30 bis 60° zur auf der Gehäuseachse rechtwinklig stehenden Ebene in Drehrichtung des Luftstromes angeordnet Bei einem Verlauf der Kanäle 5 unter einem Winkel von weniger als 30° ist es konstruktiv schwierig, die notwendige Anzahl von Kanälen 5 für den Gasaustritt in der Stirnwand 4 unterzubringen. Außerdem würden sich die Luft- und Gasströme bei kleinem Austrittswinkel des Gases fast parallel bewegen, was das Mischen der Ströme und die Funktion des Flachflammengasbrenners verschlechtern würde.

Bei einem Verlauf der Kanäle 5 unter einem Winkel von mehr als 60" würde sich die Flamme des Brenners, besonders beim Verbrennen von Gasen mit niedrigem Heizwert nur wenig ausbreiten, da dann der Gasstrom fast nicht rotieren würde und der Drall nur der Luftströmung nur ein teilweises Öffnen der Flamme bewirken würde.

Bei der Ausbildung gemäß Fig.4 ist an der Stirnwand 4 des Gasrohrs 3 an der zum Tunnel 6 gerichteten Seite ein zylindrischer Flaminenhalter 7 angebracht

Der Betrieb des beschriebenen Flachflammengasbrenners in einem Wärmeaggregat verläuft folgendermaßen:

Kalte oder bis auf 400° erhitzte Luft gelangt durch den tangentiden Stutzen 2 in das Gehäuse 1 des Brenners tangential zu dessen Wänden und beginnt eine schraubenlinienförmig fortschreitende Bewegung unter Ausbildung von Fliehkräften. Das Gas strömt durch das Gasrohr 3 und gelangt durch die Kanäle 5 der Stirnwand 4 in den sich drehenden Luftstrom. Da die Kanäle 5 unter einem Winke! zur Ebene, die rechtwinklig auf der Längsachse des Gehäuses 1 steht, geneigt verlaufen, hat das Gas beim Austritt aus den Kanälen 5 eine Geschwindigkeitskomponente in Fortschrittsrichtung sowie einen Drall in gleiche! Richtung wie die Luft, mit der es sich intensiv vermischt.

Im Ergebnis strömen da*> Gas und die Luft in einer Richtung, wobei sie sich gut vermischen. Da die beiden Komponenten sich nicht gegenseitig behindern, treten keine zusätzlichen Widerstände auf dem Strömungsweg auf. Optimale Winkel verleihen dem Gas eine gute Drehbewegung.

Das sich drehende Gas-Luft-Gemisch gelangt in den feuerfesten toroidalen Tunnel 6, in dem es sich wegen der Fliehkräfte über die Wände des Tunnels 6 ausbreitet. Nach der Zündung brennt das Gas auf den Wänden des Tunnels 6 und auf der Oberfläche der anliegenden Mauerung mit offener, flacher Flamme.

Im Zentrum des toroidalen Tunnels 6 entsteht eine Unterdruckzone, in die erhitzte Brennprodukte aus den Außenbrennzonen des Brenners gesaugt werden, wo- 6f durch eine gute Stabilisirung des Zündprozesses gewährleistet wird.

Bei geringen Gas- und Luftdurchsätzen schwächt sich die zentrale Unterdruckzone ab, und die Stabilität d?s Zündprozesses verschlechtert sich. Zur Gewährleistung einer stabilen Zündung in diesem Fall dient der an der Stirnwand 4 angebrachte spezielle zylindrische Flammenhalter 7 gemäß F i g. 4. Hinter diesem Flammenhalter 7 entsteht sogar bei geringem Gas- und Luftdurchsatz eine stabile Rezirkulationszone der heißen Brennprodukte, die eine sichere Zündung des Gases gewährleisten.

Der betrachtete Flachflammengasbrenner ist von einfacher Konstruktion und gewährleistet bei verhältnismäßig kleinen Drücken des Gases und der Luft vor dem Brenner ein effektives Verbrennen von verschiedenartigen Brenngasen mit flacher offener Flamme. Der Brenner kann sowohl mit kalter als auch mit bis auf 400° C erhitzter Luft und mit gasförmigen Brennstoffen verschiedener Heizwerte und niedriger Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamme betrieben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. FIachflammengasbrenner zum Einbau in einem feuerfesten toroidalen Tunnel (6) der Ausmauerung von Öfen mit einem Gehäuse (1), das einen tangentialen Luftzuführungsstutzen (2) und in seinem Innern ein koaxial zu ihm angeordnetes Gasrohr (3) mit Kanälen für einen gleichsinnig mit der Luft drallbehafteten Gasaustritt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittskanäle (5) in der Stirnwand (4) des Gasrohrs (3) ausgearbeitet sind und zu einer rechtwinklig auf der Achse des Gehäuses (1) stehenden Ebene unter einem Neigungswinkel verlaufen.

2. Flachflammengasbrehner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Gasaustrittskanäle (5) 30 bis 60° beträgt.

3. Flachflammengasbrenner nach Ansprüchen 1 und 2, dauLjch gekennzeichnet, daß zwischen den Gasaustrittsfcanälen (5) in der Mitte der Stirnwand (4) ein zylindrischer Rammenhalter (7) angeordnet ist.