DE1181359B

DE1181359B - Jet pipe

Info

Publication number: DE1181359B
Application number: DEJ19688A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Theodor Schmidt
Original assignee: INDUGAS GES fur IND GASVERWEN; Indugas Gesellschaft fur Industrielle Gasverwendung MbH
Current assignee: INDUGAS GES fur IND GASVERWEN; Indugas Gesellschaft fur Industrielle Gasverwendung MbH
Priority date: 1961-03-30
Filing date: 1961-03-30
Publication date: 1964-11-12

Description

Strahlrohr Strahlrohre, wie sie insbesondere in Industrieöfen Verwendung finden, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt und bestehen in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus dem eigentlichen Strahlrohr mit eingesetztem Brennerkopf und daran rückseitig angeschlossenen Zuführungsleitungen für die Brennmittel und die Verbrennungsmittel, wobei der Brennerkopf im allgemeinen eine zentrale Brennmittelaustrittsdüse und umgebende Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen aufweist. Durch die Verbrennung der Brennmittel wird das Strahlrohr erwärmt, das seine strahlende Wärme dem zu erhitzenden Gut abgibt. Im einzelnen sind sowohl solche Strahlrohre bekannt, bei denen das eigentliche Strahlrohr ein Mantelrohr darstellt, in dem konzentrisch ein Innenrohr angeordnet ist, wobei sich im Innenrohr der erwähnte Brennerkopf befindet und im Innenrohr die Verbrennung stattfindet, während die Rauchgase durch den Ringraum zwischen Innenrohr und Mantelstrahlrohr zurückgeführt werden, um unter Umständen die Brennmittel und Verbrennungsmittel vorzuwärmen. Es sind aber auch solche Strahlrohre bekannt, in denen die Rauchgase geradeaus und ohne Umlenkung von einer Seite zur anderen strömen. In allen Fällen strömen bei den bekannten Ausführungsformen die aus der Brennmittelaustrittsdüse und den Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen austretenden Brennmittel bzw. Verbrennungsmittel Strahlen im wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Strahlrohrachse.Radiant tube Radiant tubes as used in particular in industrial furnaces find, are known in various embodiments and consist in their fundamental Structure from the actual radiant tube with inserted burner head and on the back connected supply lines for the fuel and the combustion means, wherein the burner head generally has a central fuel outlet nozzle and Has surrounding combustion agent outlet openings. By burning the With the fuel, the radiant tube is heated, which gives off its radiant heat to the one to be heated Makes good. In detail, both such jet pipes are known in which the actual Radiant tube represents a jacket tube in which an inner tube is arranged concentrically is, where the mentioned burner head is in the inner tube and in the inner tube the combustion takes place while the flue gases pass through the annulus between the inner tube and jacketed jet pipe are returned to the fuel and under certain circumstances Preheat the combustion agent. But there are also such jet pipes known in where the smoke gases flow straight and without deflection from one side to the other. In all cases, in the known embodiments, these flow out of the fuel outlet nozzle and the combustion agent or combustion agent exiting the combustion agent outlet openings Beams essentially parallel to each other and parallel to the beam tube axis.

Die bekannte Ausführungsform ist insofern nicht frei von Nachteilen, als sich bei der beschriebenen Strömung der Brennmittel und Verbrennungsmittel ungleichmäßige Erhitzungen des Strahlrohres, bzw. zunächst des Innenrohres, nicht vermeiden lassen. Das gilt insbesondere für Teillastbetrieb. Auch läßt sich, wiederum bei Teillastbetrieb, nicht vermeiden, daß die aus der Reaktion der Brennmittel mit den Verbrennungsmitteln entstehenden Flamme das Strahlrohr oder Innenrohr unmittelbar beaufschlagt, welches an derartigen Beaufschlagungsstellen leicht durchbrennt. Im Ergebnis ist die Lebensdauer der bekannten Strahlrohre, selbst wenn diese aus hochwarmfestem Material hergestellt werden, nicht befriedigend. - Die gleichen Nachteile gelten für eine Ausführungsform mit U-förmig geführtem Strahlrohr, bei der Brennmittel und Verbrennungsmittel in unter anderem einander parallelen, gleichsam kegelförmigen Strahlen aus dem Brennerkopf austreten. Hier bildet sich gleichsam ein Brennpunkt, an dem Überhitzungen auftreten. Auch entsteht ein verhältnismäßig kurzer Verbrennungsweg, und ist die Strömung im ganzen infolge Fehlens einer Drallkomponente in den austretenden Brennmittel- bzw. Verbrennungsmittelstrahlen wenig stabil.The known embodiment is insofar not free from disadvantages, than in the described flow of the fuel and combustion media is uneven Do not allow the radiant tube or the inner tube to heat up to be avoided. This applies in particular to partial load operation. It is also possible, again with partial load operation, do not avoid the result of the reaction of the fuel with the combustion means resulting flame acts directly on the radiant tube or inner tube, which easily burns through at such exposure points. The result is the life the known radiant tubes, even if they are made of high-temperature material become, not satisfactory. - The same disadvantages apply to one embodiment with U-shaped radiant tube, with the fuel and combustion agent in among other things parallel, almost conical beams from the burner head step out. Here, as it were, a focal point forms at which overheating occurs. There is also a relatively short combustion path and the flow is in the due to the lack of a swirl component in the exiting fuel or fuel Combustion agent jets not very stable.

Im übrigen ist ein Gasbrenner bekannt, bei dem zur Aufrechterhaltung des Mischungsverhältnisses bei verschiedenen Durchsatzmengen im Kreise angeordnete Gasaustrittsdüsen angeordnet sind, deren Achsen Erzeugende eines Hyperboloids bilden, wobei diese Verbrennungsmittelstrahlen von einem Mischrohr umgeben sind, welches der Form des Hyperboloids derart. angepaßt ist, daß die aus den Düsen austretenden Gasstrahlen die Mischrohrwand nicht treffen. Die beschriebenen Probleme bei Strahlrohren sind durch diese bekannten Maßnahmen nicht beeinflußt worden.In addition, a gas burner is known in which to maintain of the mixing ratio at different throughput rates arranged in circles Gas outlet nozzles are arranged, the axes of which form generators of a hyperboloid, these combustion agent jets being surrounded by a mixing tube, which the shape of the hyperboloid like that. is adapted that the emerging from the nozzles Gas jets do not hit the mixing tube wall. The problems described with jet pipes have not been affected by these known measures.

Die Erfindung betrifft ein Strahlrohr mit eingesetztem Brennerkopf und daran angeschlossenen Zuführungsleitungen für die Brennmittel (z. B. Gas) und die Verbrennungsmittel (z. B. Luft) sowie mit einer zentralen Brennmittelaustrittsdüse und umgebenden Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die Anwendung der an sich bekannten Merkmale, daß die aus dem Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen austretenden Verbrennungsmittelstrahlen (in geometrischer Betrachtung) die Erzeugenden eines Rotatiorishyperboloids bilden, dessen Achsen mit -der Bre""m"ttelaustrittsdüsenachse und damit Strahlrohrachse zusammenfällt. Offenbar besitzen die so orientierten Verbrennungsmittelstrahlen eine Drallkomponente, die stabilisierend wirkt.The invention relates to a jet pipe with an inserted burner head and supply lines connected thereto for the fuel (e.g. gas) and the means of combustion (e.g. air) and a central fuel outlet nozzle and surrounding combustion agent outlet openings. The invention is characterized by using the features known per se that the combustion agent outlet openings exiting combustion agent jets (in geometrical terms) the generators of a Rotatiorishyperboloids, whose axes with -der Bre "" m "ttelaustrittsdüsenachse and thus the axis of the jet pipe coincides. Apparently they have incinerator jets oriented in this way a swirl component that has a stabilizing effect.

Beschriebene Orientierung der Verbrennungsmittelstrahlen in bezug auf den Brennmittelstrahl kann auf verschiedenste Weise verwirklicht werden, z. B. durch besondere düsenförmige Gestaltung der Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen oder auch durch Leitvorrichtungen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich funktionell und baulich durch Einfachheit auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen in einer Fläche angeordnet sind, die einerseits von der Brennmittelaustrittsdüsenmündung nach außen trichterförmig ansteigt und andererseits in sich ein regelmäßiges Faltwerk mit radialen Kämmen bzw. Tälern bildet. Der Begriff Faltwerk ist dabei in dem Sinne gebraucht, wie er beispielsweise auch in der Statik üblich ist und weiter durch die Figuren erläutert.Described orientation of the combustion agent jets in relation to on the fuel jet can be implemented in various ways, for. B. by special nozzle-shaped design of the combustion agent outlet openings or by guiding devices. A preferred embodiment of the invention, which are functional and structurally characterized by simplicity, is characterized in that the combustion agent outlet openings in one Surface are arranged on the one hand from the fuel outlet nozzle mouth rises like a funnel to the outside and on the other hand a regular fold forms with radial crests or valleys. The term folded structure is in that sense used, as it is also common in statics, for example, and continues through the figures explained.

Im einzelnen läßt sich die letztbesehriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlrohres auf verschiedene Weise weiter ausbilden. So geht ein Vorschlag der Erfindung dahin, daß die zu je einem Kamm zusammenlaufenden Flächen des Faltwerkes unterschiedlich steil, aber von Kamm zu Kamm gleich sind. Im allgemeinen wird man im übrigen die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen in dem Faltwerk längs eines oder mehrerer Kreise um die Brennmittelaustrittsdüsenachse auf gleichsinnig geneigten Faltwerksflächen anordnen.In detail, the last described embodiment of the invention Further train the jet pipe in various ways. So goes a suggestion of the Invention to the effect that the surfaces of the folded structure that converge to form a comb different steepnesses, but the same from crest to crest. Generally one will otherwise the combustion agent outlet openings in the folded structure along one or several circles around the fuel outlet nozzle axis on inclined in the same direction Arrange folding surfaces.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß durch Anwendung einer an sich bekannten Mischeinrichtung bei einem Strahlrohr ein neuer Effekt erreicht, nämlich eine gleichmäßige Erwärmung des Strahlrohres über seinen gesamten Umfang, insbesondere auch für Teillastbetrieb, gewährleistet ist. Dabei ist infolge der Orientierung der Verbrennungsmittelstrahlen nach Richtung von geraden Erzeugenden eines Rotationshyperboloids ein langer stabiler Verbrennungsweg geschaffen und die Gefahr reduziert, daß die Flamme das Strahlrohr bzw. bei Ausführungsformen mit Innenrohr das Innenrohr beaufschlagt und Durchbrennungen hervorruft. Darüber hinaus erhält die Flamme und erhalten die Rauchgase einen vorteilhaften Drall, der die Verbrennung fördert und eine gleichmäßige Temperaturverteilung bewirkt. Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aber auch darin, daß sich der Brennerkopf des erfindungsgemäßen Strahlrohres in der Ausführungsform mit Faltwerk auf einfachste Weise, z. B. durch Pressen oder als Gußstück, herstellen läßt. Das erfindungsgemäße Strahlrohr kann selbstverständlich mit oder ohne Innenrohr ausgeführt werden.The advantages achieved by the invention are mainly in it see that by using a mixer known per se in a jet pipe a new effect is achieved, namely a uniform heating of the radiant tube guaranteed over its entire scope, especially for partial load operation is. This is due to the orientation of the combustion agent jets in the direction from straight generatrices of a hyperboloid of revolution a long stable combustion path created and reduces the risk that the flame the jet pipe or in embodiments with the inner tube acts on the inner tube and causes burnouts. About that in addition, the flame and the flue gases receive a beneficial swirl, which promotes combustion and ensures an even temperature distribution. the Advantages achieved by the invention exist in the preferred embodiment the invention but also in that the burner head of the jet pipe according to the invention in the embodiment with folding in the simplest way, for. B. by pressing or as a casting, can be produced. The jet pipe according to the invention can of course with or without an inner tube.

Die Erfindung wird an Hand der lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Strahlrohr, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt nach dem Gegenstand nach F i g. 1 und F i g. 3 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach F i g. 2.The invention is illustrated by means of only one exemplary embodiment Drawing explained in more detail; it shows F i g. 1 shows an axial section through a jet pipe according to the invention, FIG. 2 shows an enlarged section according to the object according to FIG. 1 and F i g. 3 shows a section in the direction A-A through the object F i g. 2.

Das in den Figuren dargestellte Strahlrohr ist z. B. zur Strahlungsbeheizung eines Industrieofens bestimmt und besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus eben dem eigentlichen Strahlrohr 1 mit einem darin eingesetzten Brennerkopf 2. An diesem Brennerkopf sind die Zuführungsleitungen 3, 4 für die Brennmittel und Verbrennungsmittel angeschlossen, und zwar ist eine zentrale Brennmittelaustrittsdüse 5 vorgesehen und daran das zentrale Brennmittelzuführungsrohr 3 angeschlossen, welches koaxial von dem umgebenden Verbrennungsmittelzuführungsrohr 20 aufgenommen wird, über das die Verbrennungsmittel den Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen 6 im Brennerkopf 2 zugeführt werden. Der Eintrittsstutzen für die Verbrennungsmittel ist mit 7 bezeichnet, der für die Brennmittel mit B. Im übrigen ist auf das Brennmittelzuführungsrohr 3 noch ein Schutzmantel 9 aufgeschoben, der dazu dient, naphteilig hohe, z. B. Zerfall von Kohlenwasserstoffen bedingende, Erwärmungen des Brennmittels zu verhindern. Tatsächlich ist nämlich das in den Figuren dargestellte Strahlrohr ein solches mit Innenrohr 10, so daß die Rauchgase nach dem Verlassen des Innenrohres 10, wie die Pfeile 11 andeuten, umgelenkt werden und durch den Zwischenraum 12 zwischen Strahlrohr 1 und Innenrohr 10 zurückströmen sowie Brennmittel und Verbrennungsmittel vorwärmen. Die Abgase werden über den Rohrstutzen 13 abgeführt. Die in den Figuren angedeuteten Flächen 14 sind Wärmeaustauschlamellen und dienen insbesondere der Vorwärmung der Verbrennungsmittel.The jet pipe shown in the figures is z. B. intended for radiant heating of an industrial furnace and its basic structure consists of the actual radiant tube 1 with a burner head 2 inserted therein and connected thereto the central fuel supply pipe 3, which is received coaxially by the surrounding combustion medium supply pipe 20 , via which the combustion medium is supplied to the combustion medium outlet openings 6 in the burner head 2. The inlet nozzle for the combustion agent is designated with 7 , the one for the fuel with B. In addition, a protective jacket 9 is pushed onto the fuel supply pipe 3, which serves to naph-parted high, z. B. to prevent the decomposition of hydrocarbons causing heating of the fuel. In fact, the jet pipe shown in the figures is one with an inner pipe 10, so that after leaving the inner pipe 10, as the arrows 11 indicate, the flue gases are deflected and flow back through the space 12 between the jet pipe 1 and the inner pipe 10, as well as fuel and combustion agents preheat. The exhaust gases are discharged via the pipe socket 13. The surfaces 14 indicated in the figures are heat exchange fins and serve in particular to preheat the combustion means.

Wie in den Figuren durch die strichtpunktierten Linien 15 angedeutet ist, ist bei dem dargestellten Strahlrohr die Anordnung so getroffen, daß die aus den Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen 6 austretenden Verbrennungsmittelstrahlen in geometrischer Betrachtung die geraden Erzeugenden eines Rotationshyperboloids bilden, dessen Achse mit der Brennmittelaustrittsdüsenachse 16 und damit mit der Strahlrohrachse zusammenfällt. Dabei sind im Ausführungsbeispiel die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen 6 in einer Fläche angeordnet, die einerseits von der Mündung der Brennmittelaustrittsdüse 5 nach außen trichterförmig ansteigt und andererseits in sich ein regelmäßiges Faltwerk mit radialen Kämmen 17 bzw. Tälern 18 bildet, die bei der beschriebenen Ausführungsform offenbar in ihrer Höhe von außen nach innen abnehmen. Der Begriff Faltwerk bedarf im einzelnen unter Hinweis auf insbesondere die F i g. 2 und die F i g. 3 keiner weiteren Erläuterung mehr. Diese Figuren lassen im übrigen erkennen, daß im Ausführungsbeispiel die zu je einem Kamm 17 zusammenlaufenden Flächen a, b des Faltwerkes unterschiedlich steil, von Kamm zu Kamm aber gleich sind. Die Verbrennungsmittelaustrittsöffnungen.6 sind im Ausführungsbeispiel längs eines Kreises 19 in dem Faltwerk 17, 18 angeordnet, und zwar auf gleichsinnig geneigten Faltwerkflächen. Im Ergebnis entsteht so eine rotierende Flamme, wobei sich der Drall dieser Flamme auch in die Rauchgase hinein fortsetzt, so daß eine umfangmäßig gleichmäßige Erwärmung des Strahlrohres 1 gewährleistet wird, während darüber hinaus derartig lange Verbrennungswege sich ergeben, daß eine unmittelbare Beaufschlagung im Ausführungsbeispiel des Innenrohres 10 durch die Flanune und folglich das Durchbrennen desselben vermieden wird.As indicated in the figures by the dash-dotted lines 15 , the arrangement of the jet pipe shown is such that the combustion agent jets exiting from the combustion agent outlet openings 6 form, in geometrical terms, the straight generators of a rotational hyperboloid, the axis of which is with the fuel outlet nozzle axis 16 and thus with the Beam tube axis coincides. In the exemplary embodiment, the combustion agent outlet openings 6 are arranged in an area which, on the one hand, rises in a funnel-shaped manner from the mouth of the fuel outlet nozzle 5 and, on the other hand, forms a regular folded structure with radial ridges 17 or valleys 18 , which in the embodiment described are obviously in their height remove from the outside in. The term folded structure, with reference to, in particular, FIG. 2 and FIG. 3 no further explanation. These figures show, moreover, that in the exemplary embodiment the surfaces a, b of the folded structure converging to form a comb 17 each have different steepnesses, but are the same from comb to comb. In the exemplary embodiment, the combustion agent outlet openings 6 are arranged along a circle 19 in the folding mechanism 17, 18, specifically on folding mechanism surfaces inclined in the same direction. The result is a rotating flame, the swirl of this flame also continuing into the flue gases, so that a circumferentially uniform heating of the jet pipe 1 is ensured, while moreover such long combustion paths result that a direct exposure in the embodiment of the inner pipe 10 by the flanune and consequently the burning through of the same is avoided.

Claims

Claims: 1. Jet pipe with inserted burner head and connected supply lines for the fuel and the combustion agent as well as with a central Breanm; ttelaustrittsdüse and surrounding combustion agent outlet openings, characterized by the application of the known features, da.ß emerging from the combustion agent outlet openings (6) Combustion medium jets (cf. 15) form, in geometrical terms, the straight generators of a rotational hyperboloid, the axis of which coincides with the axis of the fuel outlet nozzle (16) and thus the axis of the jet tube.

2. jet pipe according to claim 1, characterized in that the combustion agent outlet openings (6) are arranged in an area that is on the one hand from the fuel outlet nozzle mouth (5) rises like a funnel outwards and on the other hand a regular one Forms folded structure with radial crests (17) or valleys (18).

3. Jet pipe after the Claims 1 and 2, characterized in that they each converge to form a comb (17) Areas of the folded structure differ in steepness but are the same from crest to crest.

4. jet pipe according to claims 1 to 3, characterized in that the combustion agent outlet openings (6) in the folding mechanism along one or more circles around the axis of the fuel outlet nozzle (16) or jet pipe axis arranged on folded surfaces inclined in the same direction are. Considered publications: German patent specifications No. 868 647, 955 985.