DE3117708C2 - Gas burner - Google Patents
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Abstract
Der Gasbrenner enthält eine Kammer (1), in der Gasverteilungsrohre (2) angeordnet sind, die mit axial liegenden Austrittsbohrungen (3) versehen sind. Im Eintrittsabschnitt eines jeden Gasverteilungsrohres (2) ist senkrecht zur Gasbewegung in demselben Abstand eine Zwischenwand (4) mit Bohrungen (5) angebracht, die auf deren Umfang gleichmäßig verteilt sind um das im Rohr (2) strömende Gas zur Rohrperipherie hin zu leiten.The gas burner contains a chamber (1) in which gas distribution pipes (2) are arranged, which are provided with axially arranged outlet bores (3). In the inlet section of each gas distribution pipe (2), an intermediate wall (4) with bores (5) is arranged perpendicular to the gas movement and at the same distance, which are evenly distributed around its circumference in order to guide the gas flowing in the pipe (2) towards the pipe periphery.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a gas burner according to the preamble of patent claim 1.
Ein derartiger Gasbrenner ergibt sich aus der nicht vorveröffentlichten, jedoch einen fingierten Stand der Technik darstellenden DE-OS 30 46 682. Dieser Gasbrenner weist eine mit Heißluft beaufschlagbare Kammer auf, in der diese durchsetzend Gasverteilerrohre reihenweise angeordnet sind. In den Gasverteilerrohren sind axial und radial angeordnete Austrittsbohrungen vorgesehen, wobei benachbarte Gasverteilerrohre relativ zueinander derart angeordnet sind, daß deren Stirnflächen seitens der Austrittsbohrungen in verschiedenen Ebenen relativ zu der Ebene der Kammer liegen. Infolgedessen bilden die Gasstrahlen an jedem Gasverteilerrohr eine eigene brennende Flamme, wobei jedes tiefer angeordnete Gasverteilerrohr mit seiner Flamme auch die Wand des herausragenden Gasverteilerrohres beheizt, wodurch das im Rohr strömende Gas auf eine hohe Temperatur erwärmt wird. Wird diesem Gasbrenner, z. B. beim Betrieb in Schmelzöfen, Heißluft zugeführt, so wird das Gas durch die Heißluft infolge des Wärmedurchgangs durch Rohrwände nur unzureichend vorgewärmt, da das Gas im wesentlichen in der Rohrmitte strömt.A gas burner of this type is disclosed in DE-OS 30 46 682, which was not published prior to this date but represents fictitious prior art. This gas burner has a chamber in which hot air can be supplied and in which gas distribution pipes are arranged in rows passing through them. Axially and radially arranged outlet bores are provided in the gas distribution pipes, with adjacent gas distribution pipes being arranged relative to one another in such a way that their end faces on the side of the outlet bores lie in different planes relative to the plane of the chamber. As a result, the gas jets on each gas distribution pipe form their own burning flame, with each gas distribution pipe arranged lower down also heating the wall of the protruding gas distribution pipe with its flame, as a result of which the gas flowing in the pipe is heated to a high temperature. If this gas burner, e.g. If hot air is supplied, for example during operation in melting furnaces, the gas is only insufficiently preheated by the hot air due to the heat transfer through the pipe walls, since the gas flows essentially in the middle of the pipe.
Bekannt ist ferner ein Gas-Öl-Brenner, der eine Gaskammer mit einem zur Gaszufuhr dienenden Seitenstutzen und eine Luftkammer mit einem zur Luftzufuhr dienenden Seitenstutzen enthält (Buch von Maizels P. B., Vigdorchik D. Ja. "Gasbrennervorrichtungen", Verlag für Bauliteratur, Moskau 1964, S. 282). Die Gaskammer des Brenners ist auf der einen Seite verschlossen und weist auf der anderen Seite ein Rohrgitter auf, an welches Gasverteilerrohre angeschweißt sind, die durch die Luftkammer längs der Zentralachse der zum Luftaustritt bestimmten Bohrungen verlaufen. Am Ende eines jeden Gasverteilerrohres ist ein Endstück - eine Düse mit zum Gasaustritt bestimmten Bohrungen - aufgeschraubt. In der Mitte des Brenners ist längs dessen Achse ein Rohr angebracht, in das ein kleines Rohr mit einer Ölzufuhrdüse eingesetzt ist. Dieser Brenner ist vorwiegend zur Verbrennung von Gas in Kesselfeuerungen bestimmt, wo die Temperatur der Verbrennungsprodukte niedriger als in den metallurgischen Öfen zum Schmelzen von Gußeisen und Stahl sein kann. Daher wird den Gasbrennern meist Kaltluft zugeführt. Beim Einsatz des Brenners in Schmelzöfen muß zum Erreichen einer Temperatur von 1800°C Heißluft mit einer Temperatur von 450 bis 650°C zugeführt werden. In diesem Fall wird das Gas durch die Heißluft infolge des Wärmedurchgangs durch die Wände der Gasverteilerrohre ungenügend vorgewärmt, da wegen der offenen Rohrenden seitens der Gaskammer das Gas vornehmlich durch die zentralen Teile der Rohre und nicht an den erhitzten Wänden strömt, was auch durch die Anordnung der Bohrungen zum Gasaustritt in den Endstückdüsen auf den Stirnseiten der Gasverteilerrohre begünstigt wird. Außerdem ist bei der Hochtemperaturverbrennung von Gas das Abschmelzen der Wände der Endstückdüsen sowie die Vergrößerung der zum Gasaustritt bestimmten Bohrungen in denselben möglich, was zur Störung der Gasverteilung in den Rohren, einer Vergrößerung der Flammenlänge und einer Erniedrigung der Temperatur führt.A gas-oil burner is also known which contains a gas chamber with a side nozzle for gas supply and an air chamber with a side nozzle for air supply (book by Maizels P. B., Vigdorchik D. Ja. "Gas burner devices", Publishing House for Construction Literature, Moscow 1964, p. 282). The gas chamber of the burner is closed on one side and has a pipe grid on the other side, to which gas distribution pipes are welded, which run through the air chamber along the central axis of the holes intended for air outlet. An end piece - a nozzle with holes intended for gas outlet - is screwed onto the end of each gas distribution pipe. In the middle of the burner, along its axis, a pipe is attached, into which a small pipe with an oil supply nozzle is inserted. This burner is designed primarily for gas combustion in boiler furnaces, where the temperature of the combustion products can be lower than in metallurgical furnaces for melting cast iron and steel. Therefore, cold air is usually supplied to the gas burners. When the burner is used in melting furnaces, hot air with a temperature of 450 to 650°C must be supplied to reach a temperature of 1800°C. In this case, the gas is not sufficiently preheated by the hot air due to the heat passing through the walls of the gas distribution pipes, since the open pipe ends on the side of the gas chamber mean that the gas flows mainly through the central parts of the pipes and not along the heated walls, which is also facilitated by the arrangement of the holes for gas outlet in the end nozzles on the front sides of the gas distribution pipes. In addition, during high-temperature combustion of gas, the walls of the end nozzles may melt and the holes in them intended for gas outlet may enlarge, which leads to disruption of gas distribution in the tubes, an increase in the flame length and a decrease in temperature.
Bekannt sind außerdem Gasbrenner, die Gasverteilerrohre enthalten, welche durch eine zur Luftverteilung bestimmte Kammer verlaufen (Buch von Maizels P.B., Vigdorchik D.Ja. "Gasbrennervorrichtungen", Verlag Bauliteratur, Moskau 1964, S. 200-203). Auf die Enden der Gasverteilerrohre sind Düsen aufgeschraubt, die Kanäle zum Gasaustritt aufweisen, wobei diese Düsen in den zum Luftauftritt bestimmten Stutzen angeordnet sind. Jedoch können diese Brenner infolge beträchtlicher Abstände zwischen den zum Luftaustritt bestimmten Stutzen und somit zwischen den Gasverteilerrohren nur dort eingesetzt werden, wo die Erzielung von niedrigeren Temperaturen als in Gasöfen zum Schmelzen und Überhitzen von Eisenmetallen und Eisenmetallegierungen, nämlich in Dampf- und Warmwasserkesseln, erforderlich ist. Außerdem besitzen die Brenner bei kurzflammiger Gasverbrennung große Gehäuseabmessungen. Dabei ist ein Brennen des Gases in den Stutzen und das Abschmelzen der Stutzenwände bei Anwendung von Heißluft und der Hochtemperaturverbrennung des Gases möglich.Gas burners are also known that contain gas distribution pipes that run through a chamber intended for air distribution (book by Maizels P.B., Vigdorchik D.Ja. "Gas burner devices", Bauliteratur publishing house, Moscow 1964, pp. 200-203). Nozzles are screwed onto the ends of the gas distribution pipes, which have channels for gas outlet, and these nozzles are arranged in the nozzles intended for air inlet. However, due to the considerable distances between the nozzles intended for air outlet and thus between the gas distribution pipes, these burners can only be used where it is necessary to achieve lower temperatures than in gas furnaces for melting and superheating ferrous metals and ferrous metal alloys, namely in steam and hot water boilers. In addition, the burners have large housing dimensions for short-flame gas combustion. It is possible for the gas in the nozzle to burn and the nozzle walls to melt when hot air and high-temperature combustion of the gas are used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Gasbrenner derart weiterzubilden, daß der Wärmedurchgang von der Heißluft über das jeweilige Gasverteilerrohr auf das Gas intensiviert wird.The invention is based on the object of developing the generic gas burner in such a way that the heat transfer from the hot air via the respective gas distribution pipe to the gas is intensified.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is solved by the characterizing features of patent claim 1.
Bei einer derartigen Ausführung des Brenners wird das Leiten der Gasstrahlen zu den Wänden der Gasverteilerrohre hin und die Bewegung des Gases entlang dieser Rohrwände erreicht, so daß das Gas durch die Heißluft vorgewärmt wird, was die Effektivität der Gasverbrennung erhöht.With such a design of the burner, the gas jets are directed towards the walls of the gas distribution pipes and the gas moves along these pipe walls so that the gas is preheated by the hot air, which increases the efficiency of gas combustion.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Bei der konstruktiven Ausführung des Gasverteilerrohres gemäß Patentanspruch 2 wird eine Verringerung der Länge der gesamten Brennerflamme und eine Erhöhung der Temperatur in denselben gewährleistet.The structural design of the gas distribution pipe according to claim 2 ensures a reduction in the length of the entire burner flame and an increase in the temperature therein.
Bei der Ausführung der Bohrungen mit einem Durchmesser der kleiner als 0,05 des Außendurchmesser D des Gasverteilerrohres ist, nimmt der Widerstand gegen die Gasströmung durch die Bohrungen beträchtlich zu, der Wärmedurchgang und die Eindringtiefe des Gases in den Luftstrom bei dessen Austritt aus den Gasverteilerrohren nehmen aber ab, was zur Erniedrigung der Temperatur in der brennenden Flamme führt.When drilling holes with a diameter smaller than 0.05 of the outer diameter D of the gas distribution pipe, the resistance to gas flow through the holes increases considerably, but the heat transfer and the depth of penetration of the gas into the air stream when it exits the gas distribution pipes decrease, which leads to a reduction in the temperature in the burning flame.
Bei der Ausführung der Bohrungen mit einem Durchmesser der größer als 0,3 des Außendurchmessers D des Gasverteilerrohres ist, nimmt die Zahl der Bohrungen, mit denen ein jedes Gasverteilerrohr versehen ist, ab, wodurch die Gasverteilung in den Rohren und damit der Wärmedurchgang sowie die Vermischung des Gases mit Luft verschlechtert wird und wodurch demzufolge die Temperatur der Flamme abfällt.When the holes are made with a diameter greater than 0.3 of the external diameter D of the gas distribution pipe, the number of holes provided on each gas distribution pipe decreases, which worsens the gas distribution in the pipes and thus the heat transfer and the mixing of the gas with air, and consequently causes the flame temperature to drop.
Die konstruktive Anordnung der Gasverteilerrohre gemäß Patentanspruch 3 gestattet es, eine gute Vermischung des Gases mit Luft und eine gute Vorwärmung des Gases bei minimalen Längen der Gasverteilerrohre zu gewährleisten sowie eine kurze Hochtemperaturflamme zu erzielen.The structural arrangement of the gas distribution pipes according to patent claim 3 makes it possible to ensure good mixing of the gas with air and good preheating of the gas with minimal lengths of the gas distribution pipes and to achieve a short high-temperature flame.
Bei der Anordnung der Gasverteilerrohre in bezug auf die Kammerwände in einem Abstand λ, der kleiner als der Durchmesser d 3 ist, und mit einem Abstand h zwischen den Rohren, der kleiner als der doppelte Durchmesser d 3 ist, nimmt der Widerstand gegen die Luftbewegung zwischen den Gasverteilerrohren beträchtlich zu und der Wärmedurchgang ab und wird die gleichmäßige Verteilung von Luft und Gas im Austrittsquerschnitt der Luftkammer sowie der Brennprozeß in einem Brennertunnel, der an die Luftkammer anschließt, gestört, die Flamme wird länger und ihre Temperatur niedriger.When arranging the gas distribution pipes with respect to the chamber walls at a distance λ smaller than the diameter d 3 and with a distance h between the pipes smaller than twice the diameter d 3 , the resistance to the air movement between the gas distribution pipes increases considerably and the heat transfer decreases, the uniform distribution of air and gas in the outlet cross-section of the air chamber and the combustion process in a burner tunnel adjoining the air chamber are disturbed, the flame becomes longer and its temperature lower.
Bei der Anordnung der Gasverteilerrohre in bezug auf die Wände der Luftkammer in einem Abstand λ, der größer als das 12,5fache des Durchmessers d 3 der Bohrungen in der Zwischenwand ist und mit einem Abstand h zwischen den Reihen der Gasverteilerrohre, der größer als das 25fache des Durchmessers d 3 ist, nehmen die Abmessungen des Brenners und des Brennertunnels zu, werden der Wärmedurchgang und die Vermischungsbedingungen für Gas und Luft schlechter und nimmt die Temperatur der Flamme ab.When arranging the gas distribution pipes with respect to the walls of the air chamber at a distance λ greater than 12.5 times the diameter d 3 of the holes in the intermediate wall and with a distance h between the rows of gas distribution pipes greater than 25 times the diameter d 3 , the dimensions of the burner and the burner tunnel increase, the heat transfer and the mixing conditions for gas and air deteriorate and the temperature of the flame decreases.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to the embodiments shown in the drawing. It shows
Fig. 1 in schematischer Darstellung die Gesamtansicht eines Gasbrenners im Längsschnitt gemäß Linie I-I der Fig. 2; Fig. 1 is a schematic representation of the overall view of a gas burner in longitudinal section according to line II of Fig. 2;
Fig. 2 den Schnitt gemäß Linie II-II der Fig. 1; Fig. 2 shows the section along line II-II of Fig. 1;
Fig. 3 den Schnitt gemäß Linie III-III der Fig. 1; Fig. 3 shows the section along line III-III of Fig. 1;
Fig. 4 den Schnitt gemäß Linie IV-IV der Fig. 1; Fig. 4 shows the section along line IV-IV of Fig. 1;
Fig. 5 den Schnitt gemäß Linie V-V der Fig. 1; Fig. 5 shows the section along line VV of Fig. 1;
Fig. 6 eine Ausführungsform der Austrittsteils des Gasbrenners im Längsschnitt; Fig. 6 an embodiment of the outlet part of the gas burner in longitudinal section;
Fig. 7 den Schnitt gemäß Linie VII-VII der Fig. 6; Fig. 7 shows the section along line VII-VII of Fig. 6;
Fig. 8 eine Ansicht gemäß Pfeil A in Fig. 6, dessen Richtung mit der Achse der Gasverteilerrohre zusammenfällt. Fig. 8 is a view according to arrow A in Fig. 6, the direction of which coincides with the axis of the gas distribution pipes.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, enthält der Gasbrenner Luftkammer 1, in der Gasverteilerrohre 2 angeordnet sind, die mit axial liegenden Austrittsbohrungen 3 versehen sind. Im Eintrittsabschnitt eines jeden Gasverteilerrohres 2 ist senkrecht zur Bewegungsrichtung des Gases eine Zwischenwand 4 mit Bohrungen 5 angebracht, die auf deren Umfang gleichmäßig verteilt sind, um das im Gasverteilerrohr 2 strömende Gas zur Peripherie desselben zu leiten.As can be seen from Fig. 1 and 2, the gas burner contains an air chamber 1 in which gas distribution pipes 2 are arranged, which are provided with axially arranged outlet bores 3. In the inlet section of each gas distribution pipe 2 , an intermediate wall 4 with bores 5 is arranged perpendicular to the direction of movement of the gas, which are evenly distributed around its circumference in order to guide the gas flowing in the gas distribution pipe 2 to the periphery thereof.
Die Gasverteilerrohre 2 sind an einen stirnseitigen Gassammler 6 angeschlossen.The gas distribution pipes 2 are connected to a front-side gas collector 6 .
Für die Anordnung der Gasverteilerrohre 2 sind verschiedene Varianten möglich, wie dies in den Fig. 3 bis 8 dargestellt ist. In den Fig. 3 bis 5 ist eine zweireihige Anordnung der Gasverteilerrohre 2 in den vertikalen Ebenen zugrunde gelegt und in den Fig. 6 bis 8 eine dreireihige Anordnung der Rohre in den vertikalen Ebenen wiedergegeben. Möglich sind Varianten mit ein- und mehrreihiger Anordnung der Gasverteilerrohre 2.Various variants are possible for the arrangement of the gas distribution pipes 2 , as shown in Figs. 3 to 8. Figs. 3 to 5 are based on a two-row arrangement of the gas distribution pipes 2 in the vertical planes, and Figs. 6 to 8 show a three-row arrangement of the pipes in the vertical planes. Variants with a single-row and multi-row arrangement of the gas distribution pipes 2 are possible.
Jedes Gasverteilerrohr 2 ist ferner zusätzlich mit zwei ringförmigen Reihen von radial liegenden Bohrungen 7 versehen, deren Durchmesser d 1 dem Durchmesser d 2 der axial liegenden Austrittsbohrung 3 und dem Durchmesser d 3 der Bohrungen 5 in der quergestellten Zwischenwand 4 entspricht und 0,05 bis 0,3 des Außendurchmessers D des Gasverteilerrohres 2 beträgt.Each gas distribution pipe 2 is further provided with two annular rows of radially arranged bores 7 , the diameter d 1 of which corresponds to the diameter d 2 of the axially arranged outlet bore 3 and the diameter d 3 of the bores 5 in the transverse intermediate wall 4 and amounts to 0.05 to 0.3 of the outer diameter D of the gas distribution pipe 2 .
Die Gasverteilerrohre 2 sind in der Kammer 1 reihenweise angeordnet und zwar derart, daß die Randreihen der Gasverteilerrohre 2 in bezug auf die Wände der Kammer 1 in einem Abstand λ liegen, der das 1,0- bis 12,5fache des Durchmessers d 3 der Bohrungen 5 in der Zwischenwand 4 beträgt, während der Abstand h zwischen den Reihen der Rohre 2 das 2- bis 25fache dieses Durchmessers beträgt.The gas distribution pipes 2 are arranged in rows in the chamber 1 in such a way that the edge rows of the gas distribution pipes 2 are located with respect to the walls of the chamber 1 at a distance λ which is 1.0 to 12.5 times the diameter d 3 of the holes 5 in the intermediate wall 4 , while the distance h between the rows of pipes 2 is 2 to 25 times this diameter.
Der Brenner arbeitet folgendermaßen.The burner works as follows.
Der Kammer 1 wird Heißluft zugeführt, die die Wände der Gasverteilerrohre 2 umströmt und erhitzt. Danach wird dem stirnseitigen Sammler 6 Gas zugeführt, das durch die Bohrungen 5 in den quergestellten Zwischenwänden 4 in die Gasverteilerrohre 2 gelangt.Hot air is supplied to the chamber 1 , which flows around and heats the walls of the gas distribution pipes 2. Gas is then supplied to the front collector 6 , which enters the gas distribution pipes 2 through the holes 5 in the transverse partition walls 4 .
Infolge der gleichmäßigen Verteilung der Bohrungen 5 längs des Umfangs einer jeden Zwischenwand wird die Bewegung des Gasstromes vorwiegend an der Wand des Gasverteilerrohres 2 entlang gewährleistet, was es ermöglicht, den Prozeß des Wärmedurchganges von der heißen Luft durch die Wände der Rohre 2 zum Gas zu intensivieren. Das erhitzte Gas gelangt, indem es aus den axial und radial liegenden Bohrungen 3 und 7 austritt, in den Brennraum, wo es sich mit der heißen Luft vermischt und verbrennt.Due to the uniform distribution of the holes 5 along the circumference of each partition wall, the movement of the gas flow is ensured predominantly along the wall of the gas distribution pipe 2 , which makes it possible to intensify the process of heat transfer from the hot air through the walls of the pipes 2 to the gas. The heated gas, emerging from the axially and radially located holes 3 and 7 , enters the combustion chamber, where it mixes with the hot air and burns.
Infolge der Vorerhitzung des Gases durch die Wärme des heißen Luftstromes nimmt die Flammenlänge ab und die Flammentemperatur zu.As a result of the preheating of the gas by the heat of the hot air stream, the flame length decreases and the flame temperature increases.
Der Gasbrenner arbeitet stabil bei geringen und großen Gas- und Luftdurchflußmengen, bei Luftverhältnissen größer und kleiner als 1. Der Gasbrenner kann mit Erdgas, Generatorgas, Wasserstoff und anderen Brenngasen arbeiten.The gas burner operates stably at low and high gas and air flow rates, at air ratios greater and less than 1. The gas burner can operate with natural gas, generator gas, hydrogen and other fuel gases.
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