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EP0363834A1 - Burner, particularly a high-speed burner - Google Patents

Burner, particularly a high-speed burner Download PDF

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Publication number
EP0363834A1
EP0363834A1 EP89118554A EP89118554A EP0363834A1 EP 0363834 A1 EP0363834 A1 EP 0363834A1 EP 89118554 A EP89118554 A EP 89118554A EP 89118554 A EP89118554 A EP 89118554A EP 0363834 A1 EP0363834 A1 EP 0363834A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
outer tube
flame holder
burner according
burner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP89118554A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0363834B1 (en
Inventor
Gerhard Stenzel
Manfred Weid
Detlef Dr.-Ing. Altemark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EOn Ruhrgas AG
Original Assignee
Ruhrgas AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19883834762 external-priority patent/DE3834762A1/en
Priority claimed from DE19883835381 external-priority patent/DE3835381A1/en
Application filed by Ruhrgas AG filed Critical Ruhrgas AG
Priority to AT89118554T priority Critical patent/ATE104416T1/en
Publication of EP0363834A1 publication Critical patent/EP0363834A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0363834B1 publication Critical patent/EP0363834B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/74—Preventing flame lift-off
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/03005—Burners with an internal combustion chamber, e.g. for obtaining an increased heat release, a high speed jet flame or being used for starting the combustion

Definitions

  • the invention relates to a burner, in particular high-speed burners, having a housing which contains a flow channel for the oxygen carrier gas, an outer tube which has an open downstream end and is fastened to the housing with an upstream end in such a way that it forms a continuation of the flow channel , a combustion chamber which has an open downstream end and is inserted into the outer tube in such a way that its downstream end is substantially flush with the downstream end of the outer tube.
  • a burner is known from VDI report No. 645, edition 1987, page 352, in which a combustion chamber is arranged inside an outer tube, the outer tube being fastened to a housing, in such a way that it is a continuation of one of the housing formed flow channel for an oxygen carrier gas.
  • the end of the combustion chamber facing the housing has a flame holder which is designed as a flat burner plate.
  • the burner plate is provided with openings for the passage of part of the oxygen carrier gas and also has a central inlet for a fuel.
  • the part of the oxygen carrier gas flowing in the annular space between the combustion chamber and the outer tube is introduced into the latter through radial openings in front of the downstream end of the combustion chamber.
  • the object of the invention is to create a burner, in particular a high-speed burner with improved combustion properties, in particular with improved flame stability and reduced pollutant emission, in particular with reduced NO x emission.
  • a burner in particular high-speed burner, with a housing which contains a flow channel for an oxygen carrier gas, an outer tube which has an open downstream end and is attached to the housing with its upstream end in such a way that it is a continuation of the Flow channel forms a firewall, which has an open upstream end and an open downstream end and is inserted into the outer tube such that its downstream end is substantially aligned with the downstream end of the outer tube, the downstream ends of the outer tube and the combustion chamber form jet openings between them for the exit of a secondary part of the oxygen carrier gas, the jet openings being located at a circumferential distance from one another, a flame holder which is inserted into the upstream end of the combustion chamber and an essentially k Onic jacket, which extends in the flow direction from a central inlet of the flame holder against the combustion chamber and has openings for the passage of a primary part of the oxygen carrier gas and a device for supplying fuel to the flame holder.
  • control range can be doubled over the known construction due to the improved flame stability, to a value of at least 1:40. This also applies to large outputs of 350 kW and more.
  • the high-speed burner according to the invention is suitable for furnace temperatures of at least up to 1600 ° C.
  • a particular advantage of the burner according to the invention is its low noise.
  • the invention is based on the knowledge that the addition of the oxygen carrier gas, for. B. of secondary air, in front of the outlet opening of the combustion chamber leads to vigorous mixing and accordingly to a high thermal conversion. This leads to a comparatively high NO x formation.
  • the oxygen carrier gas for grading the combustion is placed essentially radially on the outside of the flame emerging from the burner.
  • the mixing of the oxygen carrier gas into the flame and the course of a second combustion stage can thus be controlled very well.
  • an optimization between the flame length on the one hand and the NO x emission on the other hand can easily be achieved.
  • the jacket of the flame holder preferably widens essentially conically. This results in a very good burning behavior with simple manufacture.
  • the flame stability can also be increased in that a substantially cylindrical section is arranged at the downstream end of the casing, which section merges into a substantially radial flange adjoining the combustion chamber.
  • the edge between the cylindrical section and the flange provides an additional flame holder.
  • the passage openings of the flame holder form mutually offset rows which run around the jacket in the circumferential direction. This results in a very favorable flow passage through the flame holder.
  • the latter effect is further promoted in that the axes of the passage openings are perpendicular to the tangents of the jacket pointing in the direction of flow and an angle of 90-45 ° with the tangents pointing in the circumferential direction shut down. If the latter angle is 90 °, the flame holder can also be manufactured very cheaply. As the angle increases, the swirl with which the flow enters the basket-shaped flame holder increases.
  • the burner according to the invention can be a premixing burner.
  • the fuel reaches the flame holder together with the oxygen carrier gas.
  • This mixture can also contain a cooling gas, for example exhaust gas or water vapor.
  • the burner is particularly advantageous to design the burner as a secondary air burner.
  • the basket-shaped shape of the flame holder, to which the fuel is fed separately, and the staggering of the passage openings result in "stage combustion", which is characterized by low pollutant content, in particular by low NO x formation.
  • the burner can preheat the air to more than 600 ° C. It is possible to operate the burner as a recuperator burner.
  • the burner according to the invention is designed as a two-stage secondary burner.
  • the flame stability guaranteed according to the invention offers the possibility of allowing the first stage, namely the "stage combustion" on the basket-shaped flame holder, to run with a very low air ratio and accordingly relocating a high proportion of the combustion to the second, already cooled stage.
  • the combustion-appropriate, central supply of the fuel to the flame holder takes place according to the invention through a fuel lance with essentially radial outlet openings which open inside the flame holder.
  • the controllability of the burner according to the invention to a low output value gives the possibility of igniting the burner directly while avoiding a pilot burner.
  • the flame holder has an ignition opening at the level of the outlet openings of the fuel lance and that before the ignition Opening an ignition device is arranged in the guide for the oxygen carrier gas.
  • the ignition spark or arc is drawn through the ignition opening by the oxygen carrier gas and can ignite the fuel emerging from the essentially radial outlet openings of the fuel lance.
  • the ignition device is always in the cool area, namely in the guide outside the flame holder and is flushed there, like the outer wall of the flame holder, by the oxygen carrier gas, which is usually air.
  • outlet openings of the fuel lance are at the level of a row of the through openings of the flame holder, one of these through openings works as an ignition opening.
  • an essentially cylindrical section is arranged at the upstream end of the jacket of the flame holder and surrounds the outlet openings of the fuel lance. This leads to a very favorable introduction of the fuel into the basket-shaped flame holder.
  • the fuel lance is screwed into a socket of a frontal base body of the housing and that the flame holder with the cylindrical section arranged at its upstream end is attached to the socket and is secured in a tensile manner.
  • the flame holder and the fuel lance together with the base body form a common assembly that can be assembled and disassembled closed.
  • the ignition device can preferably also belong to this assembly.
  • the invention proposes that the cylindrical section arranged at the upstream end of the flame holder has a flushing opening. The latter establishes a connection to the guide for the oxygen carrier gas.
  • the fuel lance has an attached tip provided with the outlet openings, which is secured by a continuous bolt which is supported in the cylindrical section arranged at the upstream end of the flame holder. If you pull the flame holder off the fuel lance, you can let the bolt fall out and remove the tip from the fuel lance.
  • the fuel lance is advantageously supported with projections in the cylindrical section arranged at the upstream end of the flame holder. Between these projections you can look into the interior of the flames through the cylindrical section of the flame holder. Accordingly, the base body is preferably also provided with UV flame monitoring. The fuel lance is rotated so that its projections do not block the monitoring.
  • the flame holder is slidably guided in the burner chamber connected to the housing. After detaching the base body from the housing, the entire assembly of the base body can then be pulled out of the burner. To facilitate this process, it is advisable to guide the flame holder with great tolerance in the combustion chamber. This has the further advantage that a cooling air curtain lies over the combustion chamber wall behind the flame holder.
  • the combustion chamber is fastened in an outer tube connected to the housing, an assembly which can be removed from the housing in a closed manner also arises at the front end of the burner.
  • the burner according to the invention can be characterized in that the burner chamber is guided with a nozzle in a nozzle of the outer tube and is supported upstream with projections in the outer tube.
  • the flame holder and / or the tip of the fuel lance and / or the combustion chamber and / or the outer tube consist of ceramic material. This enables the burner to work as a high temperature burner.
  • the burner chamber can be slotted onto the outer tube.
  • the combustion chamber and outer tube form an inseparable unit.
  • the invention also proposes that the combustion chamber be fastened to the outer tube by a bolt.
  • This bolt can be glued in with an adhesive, it being possible to soften the adhesive by the action of heat and to loosen the connection.
  • Another preferred feature is that the bolt is stepped and engages with its thicker portion in an opening in the outer tube; while it protrudes with its thinner section through an opening of the combustion chamber and is secured there with a split pin.
  • the invention proposes that the bolt be offset and engage with its thinner portion in an opening of the outer tube and with its thicker portion in an opening of the combustion chamber, the bolt being supported by the flame holder.
  • the edge of the opening of the combustion chamber can preferably be angled in order to prevent the bolt from tilting.
  • the combustion chamber and / or the outer tube have at least one slot running essentially in the axial direction and extending at least over part of the length.
  • the slot is preferably continuous. Depending on the pressure conditions, either small amounts of air can enter through the slot in the combustion chamber or combustion gases can escape. If this bothers, the slot can be at least partially preferably filled with the same ceramic material according to the invention. Now only thermal stresses, but no more manufacturing stresses, can cause the component to tear. The slot then forms a predetermined breaking point.
  • three slots are evenly distributed over the circumference, either in the front or in the rear area.
  • the slots run up to half of the component.
  • a problem is the connection of the ceramic material to the housing of the burner.
  • the invention solves the problem in that the outer tube is elastically braced against a ring that can be attached to the housing.
  • the bracing is preset to the optimal value, and the assembly consisting of the combustion chamber and secondary air duct can then be assembled and disassembled by making or breaking the connection between the ring and the housing.
  • the jet openings for the oxygen carrier gas are formed by indentations of the downstream end of the combustion chamber and / or indentations of the outer tube.
  • Indentations in the combustion chamber lead to "channels" forming in the flame in which the rays are inserted.
  • the beams are placed on the "undamaged" circumference of the flame.
  • the indentations and bulges are offset from one another, some of the rays are embedded in the flame, while further rays are placed on the circumference of the flame.
  • a structure is formed which is wavy in the circumferential direction.
  • the invention thus offers a large number of possible combinations for controlling the mixing of the oxygen carrier gas into the flame and for cooling it.
  • the exhaust gas recirculation which also influences the NO x emission.
  • different layers of flame / secondary air / exhaust gas result.
  • An advantageous construction provides that the jet openings formed between the downstream ends of the outer tube and the combustion chamber are connected to one another by gap sections running in the circumferential direction.
  • the oxygen carrier gas emerging from the gap sections practically does not contribute to thorough mixing, but also supports the flame-reducing NO x caused by the oxygen carrier gas jets. It also cools the burner materials. However, it is extremely difficult to set the oxygen carrier gas throughput in the gap sections. Accordingly, the arrangement will preferably be made such that the gap width of the gap sections is small compared to the diameter of the jet openings.
  • the downstream end of the combustion chamber and the outer tube preferably have a circularly symmetrical cross section. Any other cross-sections are also possible according to the invention, but a circular-symmetrical cross-section ensures an extremely uniform influence on the entire flame. There is also a uniform temperature distribution, which leads to a symmetrical material load.
  • combustion chamber and the outer tube can be rotated relative to one another. This allows the indentations of the combustion chamber and the indentations of the casing to be brought into any relative positions with respect to one another.
  • the combustion chamber can extend to the outlet opening with a constant cross section.
  • the invention has a particularly advantageous effect on those gas burners in which the downstream end of the combustion chamber is designed as a nozzle, since the entry of the oxygen carrier gas in front of the narrowest cross section of the nozzle leads to particularly high NO x emissions.
  • the jet openings for the oxygen carrier gas can be aligned in a convergent manner.
  • the oxygen carrier gas jets are thus pressed into the flame in the manner desired in each case, which also gives the possibility of controlling the mixing.
  • a corresponding design is characterized in that the outer tube converges towards the downstream end of the combustion chamber.
  • the downstream end of the combustion chamber which is designed as a nozzle, can have, according to the invention, an end section that is parallel to the direction of flow and to the end of which the outer tube runs.
  • the end of the combustion chamber preferably also runs parallel to the direction of flow.
  • a radial flange is arranged at the downstream end of the combustion chamber, on the outer edge of which the outer tube runs.
  • the oxygen carrier gas jets emerge from the jet openings at an increased distance from the base of the flame, which results in a particularly simple possibility for also placing an exhaust gas layer between the flame and the oxygen carrier gas jets. This increases the intensity of the mixing process.
  • the invention proposes that the combustion chamber merge into the end face of the flange via a curve.
  • the guidance of the oxygen carrier gas jets can be further improved according to the invention in that the outer tube protrudes slightly in the shape of a funnel above the downstream end of the nozzle.
  • the construction according to the invention is particularly suitable for production from pourable, in particular ceramic material, since the jacket on the one hand and the combustion chamber on the other hand can be formed as separate components. It is then particularly advantageous that the downstream end is slidably guided in the jacket in order to avoid thermal stresses.
  • the components preferably have the same wall thicknesses.
  • the high-speed burner shown is a two-stage secondary air burner.
  • the burner has a housing 1 which forms a guide 2 for an oxygen carrier gas, in the present case an air guide.
  • a flame holder 3 is arranged in the guide and has through openings 4.
  • a combustion chamber 5 adjoins the flame holder 3 and has a nozzle 6 at its downstream end.
  • a fuel lance 7 is provided for supplying fuel to the flame holder 3.
  • the fuel is gas.
  • the passage openings 4 are formed according to the invention in a jacket 8 of the flame holder 3 that widens in the flow direction.
  • a cylindrical section 9 adjoins the jacket 8 and merges into a radial flange 10.
  • the flange 10 establishes the connection to the combustion chamber 5.
  • the transition between the cylindrical section 9 and the radial flange 10 defines an additional flame holder effect, which contributes to flame stabilization.
  • the passage openings 4 of the flame holder form mutually offset rows which run around the jacket 8 in the circumferential direction.
  • the axes of the passage openings 4 are each perpendicular to the surface of the jacket 8. This results in a favorable flow passage through the flame holder.
  • the fuel lance 7 has radial outlet openings 11 which open upstream of the through-openings 4 in a cylindrical section 12 of the flame holder 3, this cylindrical section 12 adjoining the upstream end of the jacket 4 closes.
  • the fuel is thus introduced cheaply into the flame holder.
  • An ignition opening 13 is formed in the cylindrical section 12.
  • An ignition device 14, in the present case an ignition plug, is located in the guide 2 in front of this ignition opening 13. The spark plug is always in the cool area, because air flows around it, as does the outer wall of the flame holder 3. During the ignition process, the spark or arc is blown through the air through the ignition opening 13 and can thus cause the ignition process.
  • the spark plug can be rotated to adjust the spark gap to the ignition opening.
  • the guide 2 is connected upstream of the flame holder 3 to a radial air line 15.
  • the inflowing air is deflected and can flow axially towards the flame holder 3 in a correspondingly uniform manner.
  • the housing 1 has a base body 16 which carries a socket 17 on the inside.
  • the fuel lance 7 is screwed into this nozzle 17.
  • the cylindrical section 12, which adjoins the upstream end of the jacket 8, is attached to the socket 17.
  • a screw 18 secures both the flame holder 3 and the fuel lance 7 with respect to the base body 16. This results in a structurally advantageous solution.
  • a flushing opening 19 is provided, which continuously allows air to flow from the guide 2 to the jacket 8 of the flame holder and prevents the backflow of gas.
  • the fuel lance 7 carries an attached tip 20 which has the outlet openings 11 and which is secured by a continuous bolt 21. If the flame holder is pulled off the fuel lance, the bolt 21 falls out.
  • the fuel lance 7 is also provided with projections 22 in order to enable a support against the cylindrical section 12 of the flame holder.
  • the fuel lance is rotated so that a UV flame monitor 22 'has a clear view of the combustion chamber 5.
  • the flame holder 3 is slidably guided in the combustion chamber 5. After detaching the base body 16 from the housing 1, the entire assembly can thus be pulled out of the housing to the rear.
  • the annular gap between the flange 10 and the combustion chamber 5 creates an air curtain on the combustion chamber wall behind the flame holder 3.
  • the combustion chamber 5 is fastened in an outer tube 23 connected to the housing 1, namely its nozzle 6 is guided in a nozzle 24 of the outer tube, while at the other end it is supported in the outer tube 23 with projections 25 distributed over the circumference.
  • the combustion chamber 5 and the outer tube 23, like the flame holder 3 and the tip 20 of the fuel lance 7, are made of ceramic material.
  • the burner is therefore suitable for very high temperatures.
  • the combustion chamber can be slotted onto the outer tube. In the present case, however, the connection between the combustion chamber and the outer tube 23 is made by a glued bolt 26 which can be released by the action of heat.
  • Fig. 2 shows a modified embodiment using a stepped pin 26 '.
  • the thicker section of the bolt engages in an opening in the outer tube 23, while the thinner section passes through an opening in the combustion chamber 5 and is secured by a split pin 27.
  • the thinner section engages in an opening of the outer tube 23, while the thicker section lies in an opening of the combustion chamber 5, specifically at the point at which the flange 10 of the flame holder 3 is located.
  • the opening in the combustion chamber has an angled edge 28 to prevent the pin 26 des from tilting.
  • the outer tube 23 has a bent edge 29 with which it is clamped against a ring 30, with the interposition of at least one elastic ring disk 31.
  • Bolts 32 which act on an annular disc 33.
  • the ring 30 can be fastened to the housing 1 by screws 35 with the interposition of a seal 34 (FIG. 1) without the clamping of the outer tube 23 changing.
  • the embodiment according to FIG. 2 has an optimized mixing of the fuel with the air within the basket-shaped flame holder 3.
  • the outlet openings 11 of the fuel lance 7 open at the level of the first row of the passage openings 4 of the jacket 8. Fuel and air jets thus meet directly, in particular when, which is particularly preferred, the outlet openings 11 lie directly opposite the outlet openings 4.
  • the vibration behavior of this version is not quite as favorable as that of the embodiment according to FIG. 1.
  • FIG. 6 shows the downstream region of the high-speed burner with its combustion chamber 5, the downstream end 36 of which forms a nozzle, and with its outer tube 23, which surrounds the combustion chamber 5.
  • the outer tube 23 serves to supply oxygen carrier gas to the nozzle.
  • the downstream end 36 of the combustion chamber is set back slightly from the end of the outer tube 23. Any damage is therefore limited to the outer tube 23. There they can be visually determined, which would not be the case if the combustion chamber were damaged.
  • the downstream end 36 of the combustion chamber and the outer tube 23 delimit jet openings 37 for the oxygen carrier gas, which are located at a circumferential distance from one another, and the jet openings running in the circumferential direction gap sections 38 interconnecting one another.
  • the jet openings are formed by indentations 39 in the downstream end 36 of the combustion chamber 1.
  • the converging alignment of the jet openings 37, their dimensions and the dimensions of the gap sections 38 are selected such that the oxygen carrier gas mixes with the flame emerging from the nozzle to the desired extent. This ensures that the flame is not too long and the NO x emission is not too large.
  • the downstream end 36 of the combustion chamber 5 and the outer tube 23 converge towards one another.
  • the nozzle has an end section 40 which is parallel to the flow direction and to the end of which the outer tube 23 runs. The latter is also axially parallel at its end. Here too there is a converging exit of the rays. Apart from this, the combustion chamber 5 can move in the axial direction to compensate for thermal expansions with respect to the outer tube 23.
  • the downstream end 36 of the combustion chamber 5 has indentations 39 for forming jet openings 37, while the outer tube 23 is provided with bulges 41 for forming jet openings 37 '.
  • Both the nozzle and the outer tube 23 have a circular cross-section. They are rotatably supported one inside the other.
  • Figures 7, 9, 10 and 11 make it clear how large the range of variation of the possibilities of influence according to the invention is. Since the invention also includes exhaust gas recirculation, a wide variety of layers of flame, oxygen carrier gas and exhaust gas can be achieved.
  • the oxygen carrier gas emerging from the gap sections 38 can also be used to influence the flame, specifically for cooling it.
  • the gap width will be small compared to the diameter of the jet openings 37 and 37 'because the throughput through the gap section is difficult to adjust.
  • FIGS. 12 and 13 differs from that according to FIGS. 8 and 9 above all in that a at the downstream end 36 of the combustion chamber 5, in the present case at the downstream end of the parallel-walled end section 40, is formed radial flange 42 is arranged, on the outer edge of which the outer tube 23 tapers.
  • the transition between the end section 40 and the flange 42 is rounded for fluidic reasons. Due to the flange 42, the oxygen carrier gas jets occur at a radial distance from the base of the flame. This makes it easier to suck in an exhaust gas layer as an intermediate layer between the flame and the oxygen carrier gas jets, which likewise serves to optimize the flame length and NO x formation, and allows the intensity of the combustion step to be set.
  • FIGS. 12 and 13 also show that the bulges 41, unlike in FIG. 8, grow out of the outer tube 23 with increasing width.
  • the combustion chamber 5 with its downstream end 36 and possibly the end section 40 and the flange 42 is made in one piece from ceramic in the present case.
  • the two parts can be arranged such that, as mentioned, there is longitudinal displacement in the region of the nozzle. This not only allows different thermal expansions, but also compensates for manufacturing tolerances. Furthermore, the components have the same wall thickness.
  • FIGS. 14 and 15 show a high-speed burner which essentially corresponds to the embodiment according to FIGS. 12 and 13.
  • the end portion of the outer tube 23 is aligned axially parallel, and it is instead of the flange 42, a widened portion 42 'with axially parallel outlet with the interposition of the end portion 40 at the downstream end 36 of the combustion chamber 5 is arranged.
  • the embodiment according to FIGS. 14 and 15 is particularly favorable in terms of production technology for the ceramic material.
  • FIGS. 16 and 17 show the application of the invention to a combustion chamber 5, which is designed with a constant cross-section up to its downstream end 2, that is, it does not belong to a high-speed burner.
  • the combustion chamber 5 has a slot 44 which serves to avoid stress cracks.
  • connection of the fuel lance 7 and the cylindrical section 12 to the nozzle 17 can also be done differently than by screwing or plugging on.
  • the invention is also not limited to the two-stage burner shown, in which secondary air is supplied to the region of the narrowest cross section 6 of the combustion chamber 5. Rather, the invention can be readily applied to single-stage burners in which all of the combustion air is passed through the flame holder 3.
  • the passage openings 4 can also be aligned at an angle to the surface of the flame holder in order to generate a swirl.
  • the burner is suitable for any fluid or dusty fuel.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 8 and 9 and 16 and 17 can be provided with a flange 40 corresponding to FIGS. 12 and 13.
  • bulges 41 of the outer tube 23 can also be present instead of the indentations 39 of the combustion chamber.
  • the arrangement of a flange 40 according to FIGS. 12 and 13 is also possible here.
  • a flange 42 can be provided instead of the bulges 41 of the outer tube 23, bulges 39 of the combustion chamber 5 or of the section 40 and, if appropriate.
  • the flange 42 can also have corresponding recesses in its edge.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

Der Brenner, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrenner weist eine Brennkammer (5) mit einem korbförmigen Flammenhalter (3) auf. Der Flammenhalter umfaßt einen sich in Strömungsrichtung konisch erweiternden Mantel (8), in welchem Durchtrittsöffnungen(4) ausgebildet sind. Eine Brennstofflanze (7) mündet mit radialen Austrittsöffnungen (11) im stromauf gelegenen Bereich des Flammenhalters (3). Die Brennkammer (5) ist von einem Außenrohr (23) umgeben, das dazu dient, Sauerstoffträgergas den aus der Brennkammer (5) austretenden Flammen zuzuführen. Zwischen der Brennkanmer (5) und dem Außenrohr (23), die als gesonderte, gegeneinander verdrehbare und verschiebbare Bauteile ausgebildet sind, werden an dem stromab gelegenen Enden Strahlöffnungen (37) für das Sauerstoffträgergas gebildet.The burner, in particular high-speed burner, has a combustion chamber (5) with a basket-shaped flame holder (3). The flame holder comprises a jacket (8) which widens conically in the direction of flow and in which through openings (4) are formed. A fuel lance (7) opens out with radial outlet openings (11) in the upstream region of the flame holder (3). The combustion chamber (5) is surrounded by an outer tube (23) which serves to supply oxygen carrier gas to the flames emerging from the combustion chamber (5). Jet openings (37) for the oxygen carrier gas are formed at the downstream ends between the combustion chamber (5) and the outer tube (23), which are designed as separate, mutually rotatable and displaceable components.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere Hochgeschwindig­keitsbrenner mit einem Gehäuse, das einen Strömungskanal für das Sauerstoffträgergas enthält, einem Außenrohr, das ein offenes strom­ab gelegenes Ende aufweist und mit einem stromauf gelegenen Ende derart an dem Gehäuse befestigt ist, daß es eine Fortsetzung des Strömungskanals bildet, einer Brennkammer, die ein offenes stromab gelegenes Ende aufweist und derart in das Außenrohr eingesteckt ist, das ihr stromab gelegenes Ende mit dem stromab gelegenen Ende des Außenrohres im wesentlichen fluchtet.The invention relates to a burner, in particular high-speed burners, having a housing which contains a flow channel for the oxygen carrier gas, an outer tube which has an open downstream end and is fastened to the housing with an upstream end in such a way that it forms a continuation of the flow channel , a combustion chamber which has an open downstream end and is inserted into the outer tube in such a way that its downstream end is substantially flush with the downstream end of the outer tube.

Es handelt sich um einen Industriebrenner, insbesondere für Wärme­behandlungen.It is an industrial burner, especially for heat treatments.

Aus dem VDI-Bericht Nr. 645, Ausgabe 1987, Seite 352, ist ein Bren­ner bekannt, bei dem eine Brennkammer innerhalb eines Außenrohres angeordnet ist, wobei das Außenrohr an einem Gehäuse befestigt ist, und zwar derart, daß es eine Fortsetzung eines vom Gehäuse gebilde­ten Strömungskanals für ein Sauerstoffträgergas darstellt. Das dem Gehäuse zugewandte Ende der Brennkammer weist einen Flammenhalter auf, der als ebene Brennerplatte ausgebildet ist. Die Brennerplatte ist mit Öffnungen für den Durchtritt eines Teils des Sauerstoffträ­gergases versehen und weist ferner einen zentralen Einlaß für einen Brennstoff auf. Der im Ringraum zwischen der Brennkammer und dem Außenrohr strömende Teil des Sauerstoffträgergases wird vor dem stromab gelegenen Ende der Brennkammer durch Radialöffnungen in letztere eingeleitet.A burner is known from VDI report No. 645, edition 1987, page 352, in which a combustion chamber is arranged inside an outer tube, the outer tube being fastened to a housing, in such a way that it is a continuation of one of the housing formed flow channel for an oxygen carrier gas. The end of the combustion chamber facing the housing has a flame holder which is designed as a flat burner plate. The burner plate is provided with openings for the passage of part of the oxygen carrier gas and also has a central inlet for a fuel. The part of the oxygen carrier gas flowing in the annular space between the combustion chamber and the outer tube is introduced into the latter through radial openings in front of the downstream end of the combustion chamber.

Es wurde gefunden, daß ein derartiger Brenner hinsichtlich Flammen­stabilität und Schadstoffemission als verbesserungsbedürftig er­scheint.It has been found that such a burner appears to be in need of improvement with regard to flame stability and pollutant emissions.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Brenner, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrenner mit verbesserten Brenneigenschaften, insbesondere mit verbesserter Flammenstabilität und verminderter Schadstoffemission, insbesondere mit verminderter NOx-Emission zu schaffen.Accordingly, the object of the invention is to create a burner, in particular a high-speed burner with improved combustion properties, in particular with improved flame stability and reduced pollutant emission, in particular with reduced NO x emission.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Brenner, insbesondere Hochge­schwindigkeitsbrenner mit einem Gehäuse, das einen Strömungskanal für ein Sauerstoffträgergas enthält, einem Außenrohr, das ein offe­nes stromab gelegenes Ende aufweist und mit seinem stromauf gelege­nen Ende derart an dem Gehäuse befestigt ist, daß es eine Fortset­zung des Strömungskanals bildet, einer Brennkarmer, die ein offenes stromauf gelegenes Ende und ein offenes stromab gelegenes Ende auf­weist und derart in das Außenrohr eingesteckt ist, daß ihr stromab gelegenes Ende mit dem stromab gelegenen Ende des Außenrohres im wesentlichen fluchtet, wobei die stromab gelegenen Enden des Außen­rohres und der Brennkammer zwischen sich Strahlöffnungen für den Austritt eines Sekundärteils des Sauerstoffträgergases bilden, wo­bei die Strahlöffnungen in Umfangsabstand zueinander liegen, einem Flammenhalter, der in das stromauf gelegende Ende der Brennkammer eingesteckt ist und einen im wesentlichen konischen Mantel auf­weist, der sich in Strömungsrichtung von einem zentralen Einlaß des Flammenhalters gegen die Brennkammer erweitert und Öffnungen für den Durchtritt eines Primärteils des Sauerstoffträgergases aufweist und einer Einrichtung zum Zuführen von Brennstoff zum Flammenhal­ter.This object is achieved by a burner, in particular high-speed burner, with a housing which contains a flow channel for an oxygen carrier gas, an outer tube which has an open downstream end and is attached to the housing with its upstream end in such a way that it is a continuation of the Flow channel forms a firewall, which has an open upstream end and an open downstream end and is inserted into the outer tube such that its downstream end is substantially aligned with the downstream end of the outer tube, the downstream ends of the outer tube and the combustion chamber form jet openings between them for the exit of a secondary part of the oxygen carrier gas, the jet openings being located at a circumferential distance from one another, a flame holder which is inserted into the upstream end of the combustion chamber and an essentially k Onic jacket, which extends in the flow direction from a central inlet of the flame holder against the combustion chamber and has openings for the passage of a primary part of the oxygen carrier gas and a device for supplying fuel to the flame holder.

Es wurde gefunden, daß sich der Regelbereich gegenüber der bekann­ten Konstruktion aufgrund der verbesserten Flammenstabilität ver­doppeln läßt, und zwar auf einen Wert bis zu mindestens 1:40. Dies gilt auch für große Leistungen von 350 kW und mehr. Der erfindungs­gemäße Hochgeschwindigkeitsbrenner eignet sich für Ofentemperaturen von mindestens bis zu 1600 °C.It has been found that the control range can be doubled over the known construction due to the improved flame stability, to a value of at least 1:40. This also applies to large outputs of 350 kW and more. The high-speed burner according to the invention is suitable for furnace temperatures of at least up to 1600 ° C.

Als besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Brenners ist seine Geräuscharmut hervorzuheben.A particular advantage of the burner according to the invention is its low noise.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Zugabe des Sauerstoffträgergases, z. B. von Sekundärluft, vor der Austritts­öffnung der Brennkanmer zu einer heftigen Durchmischung und dem­entsprechend zu einem hohen thermischen Umsatz führt. Dabei kommt es zu einer vergleichsweise hohen NOx-Bildung.The invention is based on the knowledge that the addition of the oxygen carrier gas, for. B. of secondary air, in front of the outlet opening of the combustion chamber leads to vigorous mixing and accordingly to a high thermal conversion. This leads to a comparatively high NO x formation.

Mit der Konstruktion nach der Erfindung hingegen wird das Sauer­stoffträgergas zur Stufung der Verbrennung im wesentlichen strah­lenförmig außen auf die aus der Brennkarmer austretende Flamme auf­gelegt. Damit lassen sich das Einmischen des Sauerstoffträgergases in die Flamme und der Ablauf einer zweiten Verbrennungsstufe sehr gut steuern. Je größer die Durchmischung, desto kürzer, härter und NOx-reicher die Flamme; je geringer die Durchmischung, desto län­ger, weicher und NOx-ärmer die Flamme. Erfindungsgemäß läßt sich ohne weiteres eine Optimierung zwischen der Flammenlänge einerseits und der NOx-Emission andererseits erzielen.With the construction according to the invention, on the other hand, the oxygen carrier gas for grading the combustion is placed essentially radially on the outside of the flame emerging from the burner. The mixing of the oxygen carrier gas into the flame and the course of a second combustion stage can thus be controlled very well. The greater the mixing, the shorter, harder and NO x -rich the flame; the lower the mixing, the longer, softer and less NO x the flame. According to the invention, an optimization between the flame length on the one hand and the NO x emission on the other hand can easily be achieved.

Vorzugsweise erweitert sich der Mantel des Flammenhalters im we­sentlichen konisch. Dies ergibt bei einfacher Fertigung ein sehr gutes Brennverhalten.The jacket of the flame holder preferably widens essentially conically. This results in a very good burning behavior with simple manufacture.

Die Flammenstabilität kann ferner dadurch erhöht werden, daß am stromab gelegenen Ende des Mantels ein im wesentlichen zylindri­scher Abschnitt angeordnet ist, der in einen sich an die Brenn­kammer anschließenden, im wesentlichen radialen Flansch übergeht. Die Kante zwischen dem zylindrischen Abschnitt und dem Flansch bie­tet eine zusätzliche Flammenhalterung.The flame stability can also be increased in that a substantially cylindrical section is arranged at the downstream end of the casing, which section merges into a substantially radial flange adjoining the combustion chamber. The edge between the cylindrical section and the flange provides an additional flame holder.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung bilden die Durchtrittsöffnungen des Flammenhalters gegeneinander versetzte Reihen, die in Umfangsrichtung um den Mantel herumlaufen. Dies er­gibt einen sehr günstigen Strömungsdurchgang durch den Flammenhal­ter.According to a further advantageous feature of the invention, the passage openings of the flame holder form mutually offset rows which run around the jacket in the circumferential direction. This results in a very favorable flow passage through the flame holder.

Der letztgenannte Effekt wird ferner dadurch gefördert, daß die Achsen der Durchtrittsöffnungen auf den in Strömungsrichtung wei­senden Tangenten des Mantels senkrecht stehen und mit den in Um­fangsrichtung weisenden Tangenten einen Winkel von 90 - 45° ein­ schließen. Beträgt der letztgenannte Winkel 90°, so läßt sich der Flammenhalter außerdem sehr günstig fertigen. Mit zunehmendem Win­kel verstärkt sich der Drall, mit dem die Strömung in den korbför­migen Flammenhalter eintritt.The latter effect is further promoted in that the axes of the passage openings are perpendicular to the tangents of the jacket pointing in the direction of flow and an angle of 90-45 ° with the tangents pointing in the circumferential direction shut down. If the latter angle is 90 °, the flame holder can also be manufactured very cheaply. As the angle increases, the swirl with which the flow enters the basket-shaped flame holder increases.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner kann es sich um einen vormischen­den Brenner handeln. Dabei gelangt der Brennstoff zusammen mit dem Sauerstoffträgergas zum Flammenhalter. Dieses Gemisch kann außerdem ein Kühlgas, beispielsweise Abgas oder Wasserdampf, enthalten.The burner according to the invention can be a premixing burner. The fuel reaches the flame holder together with the oxygen carrier gas. This mixture can also contain a cooling gas, for example exhaust gas or water vapor.

Ganz besonders vorteilhaft hingegen ist es, den Brenner als Sekun­därluftbrenner auszubilden. Durch die korbförmige Gestalt des Flam­menhalters, dem der Brennstoff separat zugeführt wird, und durch die Staffelung der Durchtrittsöffnungen kommt es zu einer "Stufen­verbrennung", die sich durch Schadstoffarmut, insbesondere durch geringe NOx-Bildung auszeichnet. Der Brenner kann dabei mit einer Vorwärmung der Luft auf mehr als 600 °C arbeiten. Hierzu besteht die Möglichkeit, den Brenner als Rekuperatorbrenner zu betreiben.On the other hand, it is particularly advantageous to design the burner as a secondary air burner. The basket-shaped shape of the flame holder, to which the fuel is fed separately, and the staggering of the passage openings result in "stage combustion", which is characterized by low pollutant content, in particular by low NO x formation. The burner can preheat the air to more than 600 ° C. It is possible to operate the burner as a recuperator burner.

Um den Effekt der Schadstoffarmut weiter zu steigern, ist der er­findungsgemäße Brenner als zweistufiger Sekundärbrenner ausgebil­det. Die erfindungsgemäß gewährleistete Flammenstabilität bietet die Möglichkeit, die erste Stufe, nämlich die "Stufenverbrennung" am korbförmigen Flammenhalter, mit sehr niedriger Luftzahl ablaufen zu lassen und dementsprechend einen hohen Anteil der Verbrennung in die zweite, bereits gekühlte Stufe zu verlegen.In order to further increase the effect of low pollution, the burner according to the invention is designed as a two-stage secondary burner. The flame stability guaranteed according to the invention offers the possibility of allowing the first stage, namely the "stage combustion" on the basket-shaped flame holder, to run with a very low air ratio and accordingly relocating a high proportion of the combustion to the second, already cooled stage.

Die verbrennungsgerechte, zentrale Zufuhr des Brennstoffs zum Flam­menhalter erfolgt erfindungsgemäß durch eine Brennstofflanze mit im wesentlichen radialen Austrittsöffnungen, die innerhalb des Flammen­halters münden.The combustion-appropriate, central supply of the fuel to the flame holder takes place according to the invention through a fuel lance with essentially radial outlet openings which open inside the flame holder.

Die erfindungsgemäße Regelbarkeit des Brenners auf einen niedrigen Leistungswert gibt die Möglichkeit, den Brenner unter Vermeidung eines Zündbrenners direkt zu zünden. Hierzu ist es besonders vor­teilhaft, daß der Flammenhalter auf der Höhe der Austrittsöffnungen der Brennstofflanze eine Zündöffnung aufweist und daß vor der Zünd­ öffnung eine Zündeinrichtung in der Führung für das Sauerstoffträ­gergas angeordnet ist. Während des Zündvorganges wird der Zündfunke oder Lichtbogen von dem Sauerstoffträgergas durch die Zündöffnung hindurchgezogen und kann den aus den im wesentlichen radialen Aus­trittsöffnungen der Brennstofflanze austretenden Brennstoff zünden. Die Zündeinrichtung liegt dabei immer im kühlen Bereich, nämlich in der Führung außerhalb des Flammenhalters und wird dort, ebenso wie die Außenwand des Flammenhalters, von dem Sauerstoffträgergas, bei dem es sich in der Regel um Luft handelt, umspült.The controllability of the burner according to the invention to a low output value gives the possibility of igniting the burner directly while avoiding a pilot burner. For this purpose, it is particularly advantageous that the flame holder has an ignition opening at the level of the outlet openings of the fuel lance and that before the ignition Opening an ignition device is arranged in the guide for the oxygen carrier gas. During the ignition process, the ignition spark or arc is drawn through the ignition opening by the oxygen carrier gas and can ignite the fuel emerging from the essentially radial outlet openings of the fuel lance. The ignition device is always in the cool area, namely in the guide outside the flame holder and is flushed there, like the outer wall of the flame holder, by the oxygen carrier gas, which is usually air.

Sofern die Austrittsöffnungen der Brennstofflanze auf der Höhe einer Reihe der Durchtrittsöffnungen des Flammenhalters liegen, arbeitet eine dieser Durchtrittsöffnungen als Zündöffnung.If the outlet openings of the fuel lance are at the level of a row of the through openings of the flame holder, one of these through openings works as an ignition opening.

Bei einer derartigen Anordnung empfiehlt es sich, daß die Austritts­öffnungen der Brennstofflanze auf gegenüberliegende Durchtrittsöff­nungen des Flammenhalters gerichtet sind, da hieraus eine optimale Durchmischung des Brennstoffs mit der Luft gewährleistet wird. In der Regel wird man die unterste Lochreihe des Flammenhalters wäh­len. Allerdings besteht die Gefahr, daß Schwingungsprobleme auftre­ten. Unter diesem Gesichtspunkt kann es vorteilhafter sein, daß die Austrittsöffnungen der Brennstofflanze stromauf der Durchtrittsöff­nungen des Flammenhalters münden. Dabei bedarf es dann ggf. einer gesonderten Zündöffnung.With such an arrangement, it is recommended that the outlet openings of the fuel lance be directed towards opposite passage openings of the flame holder, since this ensures optimal mixing of the fuel with the air. As a rule, you will choose the bottom row of holes in the flame holder. However, there is a risk of vibration problems. From this point of view, it can be more advantageous that the outlet openings of the fuel lance open upstream of the through openings of the flame holder. This may require a separate ignition opening.

Vorzugsweise ist an dem stromauf gelegenen Ende des Mantels des Flammenhalters ein im wesentlichen zylindrischer Abschnitt angeord­net, der die Austrittsöffnungen der Brennstofflanze umgibt. Dies führt zu einer sehr günstigen Einleitung des Brennstoffs in den korbförmigen Flammenhalter.Preferably, an essentially cylindrical section is arranged at the upstream end of the jacket of the flame holder and surrounds the outlet openings of the fuel lance. This leads to a very favorable introduction of the fuel into the basket-shaped flame holder.

Eine optimale, nämlich indirekte Beaufschlagung des Flammenhalters mit Luft ergibt sich dadurch, daß die Führung für das Sauerstoff­trägergas stromauf des Flammenhalters an eine radiale Luftleitung angeschlossen ist. Es erfolgt also eine Umlenkung der aus der Luft­leitung austretenden Luft und eine entsprechend gleichmäßige, nicht direkt seitliche Beaufschlagung des Flammenhalters.An optimal, namely indirect application of air to the flame holder results from the fact that the guide for the oxygen carrier gas is connected upstream of the flame holder to a radial air line. There is therefore a deflection of the air emerging from the air line and a correspondingly uniform, not directly lateral action on the flame holder.

Als konstruktiv besonders einfache Lösung wurde gefunden, daß die Brennstofflanze in einen Stutzen eines stirnseitigen Grundkörpers des Gehäuses eingeschraubt ist und daß der Flammenhalter mit dem an seinem stromauf gelegenen Ende angeordneten zylindrischen Abschnitt auf den Stutzen aufgesteckt ist und zugfest gesichert ist. Auf die­se Weise bilden der Flammenhalter und die Brennstofflanze zusammen mit dem Grundkörper eine gemeinsame Baugruppe, die geschlossen mon­tiert und demontiert werden kann. Zu dieser Baugruppe kann vorzugs­weise auch die Zündeinrichtung gehören.As a structurally particularly simple solution, it was found that the fuel lance is screwed into a socket of a frontal base body of the housing and that the flame holder with the cylindrical section arranged at its upstream end is attached to the socket and is secured in a tensile manner. In this way, the flame holder and the fuel lance together with the base body form a common assembly that can be assembled and disassembled closed. The ignition device can preferably also belong to this assembly.

Um sicherzustellen, daß sich in dem zylindrischen Abschnitt hinter dem Flammenhalter kein zündfähiges Gemisch bilden kann, schlägt die Erfindung vor, daß der am stromauf gelegenen Ende des Flammenhal­ters angeordnete zylindrische Abschnitt eine Spülöffnung aufweist. Letztere stelle eine Verbindung zu der Führung für das Sauerstoff­trägergas her.In order to ensure that no ignitable mixture can form in the cylindrical section behind the flame holder, the invention proposes that the cylindrical section arranged at the upstream end of the flame holder has a flushing opening. The latter establishes a connection to the guide for the oxygen carrier gas.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, daß die Brennstofflanze eine aufgesteckte, mit den Austrittsöffnungen ver­sehene Spitze aufweist, die von einem durchgehenden Bolzen gesi­chert ist, welcher in dem am stromauf gelegenen Ende des Flammen­halters angeordneten zylindrischen Abschnitt abgestützt ist. Zieht man den Flammenhalter von der Brennstofflanze ab, so kann man den Bolzen herausfallen lassen und die Spitze von der Brennstofflanze abnehmen.For manufacturing reasons, it is advantageous that the fuel lance has an attached tip provided with the outlet openings, which is secured by a continuous bolt which is supported in the cylindrical section arranged at the upstream end of the flame holder. If you pull the flame holder off the fuel lance, you can let the bolt fall out and remove the tip from the fuel lance.

Die Brennstofflanze ist vorteilhafterweise mit Vorsprüngen in dem am stromauf gelegenen Ende des Flammenhalters angeordneten zylin­drischen Abschnitt abgestützt. Zwischen diesen Vorsprüngen kann man durch den zylindrischen Abschnitt des Flammenhalters in das Innere der Flammen blicken. Dementsprechend ist der Grundkörper vorzugs­weise ferner mit einer UV-Flammenüberwachung versehen. Die Brenn­stofflanze wird so gedreht, daß ihre Vorsprünge die Überwachung nicht versperren.The fuel lance is advantageously supported with projections in the cylindrical section arranged at the upstream end of the flame holder. Between these projections you can look into the interior of the flames through the cylindrical section of the flame holder. Accordingly, the base body is preferably also provided with UV flame monitoring. The fuel lance is rotated so that its projections do not block the monitoring.

Erfindungsgemäß ist der Flammenhalter verschieblich in der mit dem Gehäuse verbundenen Brennerkammer geführt. Nach Lösen des Grundkör­pers vom Gehäuse kann sodann die gesamte Baugruppe des Grundkörpers aus dem Brenner herausgezogen werden. Um diesen Vorgang zu erleich­tern, empfiehlt es sich, den Flammenhalter mit großer Toleranz in der Brennkammer zu führen. Dies bietet den weiteren Vorteil, daß sich hinter dem Flammenhalter ein kühlender Luftschleier über die Brennkammerwand legt.According to the flame holder is slidably guided in the burner chamber connected to the housing. After detaching the base body from the housing, the entire assembly of the base body can then be pulled out of the burner. To facilitate this process, it is advisable to guide the flame holder with great tolerance in the combustion chamber. This has the further advantage that a cooling air curtain lies over the combustion chamber wall behind the flame holder.

Ist, wie es erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, die Brennkammer in einem mit dem Gehäuse verbundenen Außenrohr befestigt, so entsteht auch am vorderen Ende des Brenners eine geschlossen vom Gehäuse abnehmbare Baugruppe.If, as is proposed according to the invention, the combustion chamber is fastened in an outer tube connected to the housing, an assembly which can be removed from the housing in a closed manner also arises at the front end of the burner.

Der Brenner nach der Erfindung kann aus konstruktiven Gründen da­durch gekennzeichnet sein, daß die Brennerkammer mit einer Düse in einer Düse des Außenrohres geführt und stromauf mit Vorsprüngen im Außenrohr abgestützt ist.For structural reasons, the burner according to the invention can be characterized in that the burner chamber is guided with a nozzle in a nozzle of the outer tube and is supported upstream with projections in the outer tube.

Erfindungsgemäß bestehen der Flammenhalter und/oder die Spitze der Brennstofflanze und/oder die Brennkammer und/oder das Außenrohr aus keramischem Material. Dies befähigt den Brenner, als Hochtemperaturbrenner zu arbeiten.According to the invention, the flame holder and / or the tip of the fuel lance and / or the combustion chamber and / or the outer tube consist of ceramic material. This enables the burner to work as a high temperature burner.

Daneben ergibt sich eine Anzahl günstiger konstruktiver und ferti­gungstechnischer Möglichkeiten. So kann die Brennerkammer erfindungs­gemäß am Außenrohr angeschlickert sein. Brennkammer und Außenrohr bilden dabei eine untrennbare Einheit. Ferner schlägt die Erfindung vor, daß die Brennkammer durch einen Bolzen am Außenrohr befestigt ist. Dieser Bolzen kann durch einen Kleber eingeklebt sein, wobei die Möglichkeit besteht, den Kleber durch Hitzeeinwirkung zu erwei­chen und die Verbindung zu lösen. Ein weiteres bevorzugtes Merkmal besteht darin, daß der Bolzen abgesetzt ist und mit seinem dickeren Abschnitt in eine Öffnung des Außenrohres eingreift; während er mit seinem dünneren Abschnitt durch eine Öffnung der Brennkammer hin­durchragt und dort mit einem Splint gesichert ist. Als Alternative schlägt die Erfindung vor, daß der Bolzen abgesetzt ist und mit seinem dünneren Abschnitt in eine Öffnung des Außenrohres sowie mit seinem dickeren Abschnitt in eine Öffnung der Brennkammer ein­greift, wobei der Bolzen von dem Flammenhalter abgestützt ist. Hier­bei kann der Rand der Öffnung der Brennkammer vorzugsweise angewin­kelt sein, um ein Verkanten des Bolzens zu verhindern.In addition, there are a number of favorable design and manufacturing options. According to the invention, the burner chamber can be slotted onto the outer tube. The combustion chamber and outer tube form an inseparable unit. The invention also proposes that the combustion chamber be fastened to the outer tube by a bolt. This bolt can be glued in with an adhesive, it being possible to soften the adhesive by the action of heat and to loosen the connection. Another preferred feature is that the bolt is stepped and engages with its thicker portion in an opening in the outer tube; while it protrudes with its thinner section through an opening of the combustion chamber and is secured there with a split pin. As an alternative, the invention proposes that the bolt be offset and engage with its thinner portion in an opening of the outer tube and with its thicker portion in an opening of the combustion chamber, the bolt being supported by the flame holder. Here, the edge of the opening of the combustion chamber can preferably be angled in order to prevent the bolt from tilting.

Zur Vermeidung von Rissen in den keramischen Bauteilen infolge von Fertigungsspannungen und/oder thermischer Ausdehnung weist erfin­dungsgemäß die Brennkammer und/oder das Außenrohr mindestens, einen im wesentlichen in Achsrichtung laufenden, sich mindestens über einen Teil der Länge erstreckenden Schlitz auf. Vorzugsweise ist der Schlitz durchgehend. Durch den Schlitz in der Brennkammer kön­nen je nach Druckverhältnissen entweder geringe Mengen Luft ein­treten oder Verbrennungsabgase austreten. Wenn dies stört, kann erfindungsgemäß der Schlitz mindestens teilweise vorzugsweise mit demselben keramischen Material aufgefüllt werden. Jetzt können nur noch thermische Spannungen, jedoch keine Fertigungsspannungen mehr zum Reißen des Bauteils führen. Der Schlitz bildet dann eine Soll­bruchstelle.In order to avoid cracks in the ceramic components as a result of manufacturing stresses and / or thermal expansion, the combustion chamber and / or the outer tube have at least one slot running essentially in the axial direction and extending at least over part of the length. The slot is preferably continuous. Depending on the pressure conditions, either small amounts of air can enter through the slot in the combustion chamber or combustion gases can escape. If this bothers, the slot can be at least partially preferably filled with the same ceramic material according to the invention. Now only thermal stresses, but no more manufacturing stresses, can cause the component to tear. The slot then forms a predetermined breaking point.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind drei Schlitz gleich­mäßig auf dem Umfang verteilt, und zwar entweder im vorderen oder im hinteren Bereich. Bei der Brennkammer verlaufen die Schlitze etwa bis zur Hälfte des Bauteils.In an advantageous embodiment, three slots are evenly distributed over the circumference, either in the front or in the rear area. In the combustion chamber, the slots run up to half of the component.

Ein Problem stellt die Verbindung des keramischen Materials mit dem Gehäuse des Brenners dar. Die Erfindung löst das Problem dadurch, daß das Außenrohr elastisch gegen einen Ring verspannt ist, der am Gehäuse befestigbar ist. Die Verspannung wird auf den optimalen Wert voreingestellt, und die aus Brennkammer und Sekundärluftfüh­rung bestehende Baugruppe kann sodann dadurch montiert und demon­tiert werden, daß man die Verbindung zwischen dem Ring und dem Ge­häuse herstellt bzw. löst.A problem is the connection of the ceramic material to the housing of the burner. The invention solves the problem in that the outer tube is elastically braced against a ring that can be attached to the housing. The bracing is preset to the optimal value, and the assembly consisting of the combustion chamber and secondary air duct can then be assembled and disassembled by making or breaking the connection between the ring and the housing.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Strahlöffnungen für das Sauerstoffträgergas von Einbuchtungen des stromab gelegenen Endes der Brennkammer und/oder Ausbuchtungen des Außenrohres gebildet werden. Einbuchtungen der Brennkammer füh­ren dazu, daß sich "Rinnen" in der Flamme bilden, in die die Strah­len eingelegt sind. Bei Ausbuchtungen des Außenrohres werden die Strahlen auf den "unversehrten" Umfang der Flamme aufgelegt. Sind sowohl Einbuchtungen der Brennkammer als auch Ausbuchtungen des Außenrohres vorhanden, so können diese übereinander liegen, wobei dann Strahlen entstehen, die partiell versenkt sind. Liegen die Ein- und Ausbuchtungen versetzt zueinander, so wird ein Teil der Strahlen in die Flamme eingebettet, während weitere Strahlen auf den Umfang der Flamme aufgelegt werden. Es entsteht eine in Um­fangsrichtung wellenförmige Struktur. Die Erfindung bietet also eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten zur gewünschten Steue­rung der Einmischung des Sauerstoffträgergases in die Flamme und zu deren Kühlung. Hinzu kommt der jeweils bewirkte Effekt der Abgasre­zirkulation, der die NOx-Emission ebenfalls beeinflußt. Es ergeben sich je nach Führung des Sauerstoffträgergases unterschiedliche Schichtungen Flamme/Sekundärluft/Abgas.In a further development of the invention it is proposed that the jet openings for the oxygen carrier gas are formed by indentations of the downstream end of the combustion chamber and / or indentations of the outer tube. Indentations in the combustion chamber lead to "channels" forming in the flame in which the rays are inserted. When the outer tube bulges, the beams are placed on the "undamaged" circumference of the flame. are Both indentations of the combustion chamber and indentations of the outer tube are present, so that they can lie one above the other, in which case rays are formed which are partially sunk. If the indentations and bulges are offset from one another, some of the rays are embedded in the flame, while further rays are placed on the circumference of the flame. A structure is formed which is wavy in the circumferential direction. The invention thus offers a large number of possible combinations for controlling the mixing of the oxygen carrier gas into the flame and for cooling it. In addition, there is the effect of the exhaust gas recirculation, which also influences the NO x emission. Depending on the guidance of the oxygen carrier gas, different layers of flame / secondary air / exhaust gas result.

Eine vorteilhafte konstruktive Ausführung sieht vor, daß die zwi­schen den stromab gelegenen Enden des Außenrohres und der Brennkam­mer gebildeten Strahlöffnungen miteinander durch in Umfangrichtung verlaufende Spaltabschnitte verbunden sind.An advantageous construction provides that the jet openings formed between the downstream ends of the outer tube and the combustion chamber are connected to one another by gap sections running in the circumferential direction.

Das aus den Spaltabschnitten austretende Sauerstoffträgergas trägt zwar zu einer Durchmischung praktisch nicht bei, unterstützt jedoch ebenfalls die durch die Sauerstoffträgergasstrahlen bewirkte NOx­mindernde Flammenkühlung. Auch kühlt es die Brennermaterialien. Allerdings läßt sich in den Spaltabschnitten der Sauerstoffträger­gasdurchsatz nur äußerst schwer einstellen. Dementsprechend wird man die Anordnung vorzugsweise derart treffen, daß die Spaltbreite der Spaltabschnitte klein gegenüber dem Durchmesser der Strahlöff­nungen ist.The oxygen carrier gas emerging from the gap sections practically does not contribute to thorough mixing, but also supports the flame-reducing NO x caused by the oxygen carrier gas jets. It also cools the burner materials. However, it is extremely difficult to set the oxygen carrier gas throughput in the gap sections. Accordingly, the arrangement will preferably be made such that the gap width of the gap sections is small compared to the diameter of the jet openings.

Vorzugsweise besitzen das stromab gelegene Ende der Brennkammer und das Außenrohr einen kreissymmetrischen Querschnitt. Zwar sind erfindungsgemäß auch beliebige andere Querschnitte möglich, jedoch gewährleistet ein kreissymmetrischer Querschnitt eine äußerst gleichmäßige Beeinflussung der gesamten Flamme. Auch ergibt sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung, die zu einer symmetrischen Materialbelastung führt.The downstream end of the combustion chamber and the outer tube preferably have a circularly symmetrical cross section. Any other cross-sections are also possible according to the invention, but a circular-symmetrical cross-section ensures an extremely uniform influence on the entire flame. There is also a uniform temperature distribution, which leads to a symmetrical material load.

Außerdem bietet sich die besonders vorteilhafte Möglichkeit, daß die Brennkammer und das Außenrohr relativ zueinander verdrehbar sind. Damit lassen sich die Einbuchtungen der Brennkammer und die Ausbuchtungen des Mantels in beliebige Relativstellungen zueinander bringen.In addition, there is the particularly advantageous possibility that the combustion chamber and the outer tube can be rotated relative to one another. This allows the indentations of the combustion chamber and the indentations of the casing to be brought into any relative positions with respect to one another.

Die Brennkammer kann sich mit konstantem Querschnitt bis zur Aus­trittsöffnung erstrecken. Die Erfindung wirkt sich jedoch mit be­sonderem Vorteil auf solche Gasbrenner aus, bei denen das stromab gelegene Ende der Brennkammer als Düse ausgebildet ist, da der Ein­tritt des Sauerstoffträgergases vor dem engsten Querschnitt der Düse zu besonders hoher NOx-Emission führt.The combustion chamber can extend to the outlet opening with a constant cross section. However, the invention has a particularly advantageous effect on those gas burners in which the downstream end of the combustion chamber is designed as a nozzle, since the entry of the oxygen carrier gas in front of the narrowest cross section of the nozzle leads to particularly high NO x emissions.

Erfindungsgemäß können die Strahlöffnungen für das Sauerstoffträger­gas konvergent ausgerichtet sein. Damit drücken sich die Sauerstoff­trägergasstrahlen in der jeweils gewünschten Weise in die Flamme ein, wodurch ebenfalls eine Steuerungsmöglichkeit für die Durchmi­schung gegeben ist.According to the invention, the jet openings for the oxygen carrier gas can be aligned in a convergent manner. The oxygen carrier gas jets are thus pressed into the flame in the manner desired in each case, which also gives the possibility of controlling the mixing.

Eine entsprechende konstruktive Gestaltung ist dadurch gekennzeich­net, daß das Außenrohr konvergent auf das stromab gelegene Ende der Brennkammer zuläuft. Alternativ kann das als Düse ausgebildete stromab gelegene Ende der Brennkammer erfindungsgemäß einen zur Strömungsrichtung parallelwandigen Endabschnitt aufweisen, auf des­sen Ende das Außenrohr zuläuft. Vorzugsweise verläuft auch das Ende der Brennkammer parallel zur Strömungsrichtung.A corresponding design is characterized in that the outer tube converges towards the downstream end of the combustion chamber. Alternatively, the downstream end of the combustion chamber, which is designed as a nozzle, can have, according to the invention, an end section that is parallel to the direction of flow and to the end of which the outer tube runs. The end of the combustion chamber preferably also runs parallel to the direction of flow.

In allen Fällen ist es vorteilhaft, daß am stromab gelegenen Ende der Brennkammer ein radialer Flansch angeordnet ist, auf dessen Außenrand das Außenrohr zuläuft. Die Sauerstoffträgergasstrahlen treten dabei in erhöhtem Abstand zum Flammenfuß aus den Strahl­öffnungen auf, wodurch sich eine besonders einfache Möglichkeit dafür ergibt, eine Abgasschicht auch noch zwischen die Flamme und die Sauerstoffträgergasstrahlen zu legen. Dies erhöht die Intensi­tät des Mischungsvorgangs.In all cases, it is advantageous that a radial flange is arranged at the downstream end of the combustion chamber, on the outer edge of which the outer tube runs. The oxygen carrier gas jets emerge from the jet openings at an increased distance from the base of the flame, which results in a particularly simple possibility for also placing an exhaust gas layer between the flame and the oxygen carrier gas jets. This increases the intensity of the mixing process.

Um dabei die strömungstechnischen Verhältnisse zu optimieren, schlägt die Erfindung vor, daß die Brennkammer über eine Rundung in die Stirnfläche des Flansches übergeht.In order to optimize the fluidic conditions, the invention proposes that the combustion chamber merge into the end face of the flange via a curve.

Ferner läßt sich erfindungsgemäß die Führung der Sauerstoffträger­gasstrahlen noch dadurch verbessern, daß das Außenrohr trichterför­mig geringfügig über das stromab gelegene Ende der Düse vorsteht.Furthermore, the guidance of the oxygen carrier gas jets can be further improved according to the invention in that the outer tube protrudes slightly in the shape of a funnel above the downstream end of the nozzle.

Die erfindungsgemäße Konstruktion eignet sich vor allem für eine Fertigung aus gießbarem, insbesondere keramischen Material, da der Mantel einerseits und die Brennkammer andererseits als getrennte Bauteile ausgebildet werden können. Dabei ist es dann besonders vorteilhaft, daß das stromab gelegene Ende verschieblich in dem Mantel geführt ist, um Wärmespannungen zu vermeiden.The construction according to the invention is particularly suitable for production from pourable, in particular ceramic material, since the jacket on the one hand and the combustion chamber on the other hand can be formed as separate components. It is then particularly advantageous that the downstream end is slidably guided in the jacket in order to avoid thermal stresses.

Je nach dem Fertigungsverfahren und zur Vermeidung von Wärmespan­nungen haben die Bauteile vorzugsweise gleiche Wanddicken.Depending on the manufacturing process and to avoid thermal stresses, the components preferably have the same wall thicknesses.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbei­spiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläu­tert. Die Zeichnung zeigt in:

  • Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch einen Hochgeschwindigkeitsbrenner nach der Erfindung;
  • Fig. 2 eine alternative Befestigung zwischen Außenrohr und Brennkammer;
  • Fig. 3 eine weitere Alternative dieser Befestigung;
  • Fig. 4 die Einzelheit A aus Fig. 1;
  • Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausführungs­form in einer Darstellung entsprechend Fig. 1;
  • Fig. 6 einen axialen Teilschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 7 durch eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenner;
  • Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig. 6;
  • Fig. 8 einen axialen Teilschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 9 durch eine weitere Ausührungsform eines er­findungsgemäßen Brenners;
  • Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX in Fig. 8;
  • Fig. 10 einen Schnitt entsprechend Fig. 10 durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners;
  • Fig. 11 die Vorrichtung nach Fig. 10 in einer anderen Dreh­stellung;
  • Fig. 12 einen axialen Teilschnitt entlang der Linie XII-XII in Fig. 13 durch eine weitere Ausführungsform eines er­findungsgemäßen Brenners;
  • Fig. 13 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 12;
  • Fig. 14 einen axialen Teilschnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 15 durch eine weitere Ausführungsform eines er­findungsgemäßen Brenners;
  • Fig. 15 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 14;
  • Fig. 16 einen Schnitt entlang der Linie XVI-XVI in Fig. 17 durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungs­gemäßen Brenners; und
  • Fig. 17 einen Schnitt entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 16.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawing. The drawing shows in:
  • Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a high-speed burner according to the invention;
  • 2 shows an alternative fastening between the outer tube and the combustion chamber;
  • Fig. 3 shows another alternative of this attachment;
  • Fig. 4 shows the detail A from Fig. 1;
  • 5 shows a partial section through a modified embodiment in a representation corresponding to FIG. 1;
  • 6 shows a partial axial section along the line VI-VI in FIG. 7 through a modified embodiment of a burner according to the invention;
  • Fig. 7 is a section along the line VII-VII in Fig. 6;
  • 8 shows a partial axial section along the line VIII-VIII in FIG. 9 through a further embodiment of a burner according to the invention;
  • Fig. 9 is a section along the line IX-IX in Fig. 8;
  • 10 shows a section corresponding to FIG. 10 through a further embodiment of a burner according to the invention;
  • 11 shows the device according to FIG. 10 in a different rotational position;
  • 12 shows a partial axial section along the line XII-XII in FIG. 13 through a further embodiment of a burner according to the invention;
  • Fig. 13 is a front view of the device of Fig. 12;
  • 14 shows an axial partial section along the line XIV-XIV in FIG. 15 through a further embodiment of a burner according to the invention;
  • Figure 15 is a front view of the device of Figure 14;
  • 16 shows a section along the line XVI-XVI in FIG. 17 through a further embodiment of a burner according to the invention; and
  • FIG. 17 shows a section along the line XVII-XVII in FIG. 16.

Bei dem dargestellten Hochgeschwindigkeitsbrenner handelt es sich um einen zweistufigen Sekundärluftbrenner.The high-speed burner shown is a two-stage secondary air burner.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist der Brenner ein Gehäuse 1 auf, welches eine Führung 2 für ein Sauerstoffträgergas, im vorliegenden Fall eine Luftführung bildet. In der Führung ist ein Flammenhalter 3 angeordnet, der Durchtrittsöffnungen 4 aufweist. An den Flammenhal­ter 3 schließt sich eine Brennkammer 5 an, die an ihrem stromab gelegenen Ende eine Düse 6 aufweist. Ferner ist eine Brennstofflan­ze 7 zum Zuführen von Brennstoff zum Flammenhalter 3 vorgesehen. Bei dem Brennstoff handelt es sich im vorliegenden Falle um Gas.As shown in FIG. 1, the burner has a housing 1 which forms a guide 2 for an oxygen carrier gas, in the present case an air guide. A flame holder 3 is arranged in the guide and has through openings 4. A combustion chamber 5 adjoins the flame holder 3 and has a nozzle 6 at its downstream end. Furthermore, a fuel lance 7 is provided for supplying fuel to the flame holder 3. In the present case, the fuel is gas.

Die Durchtrittsöffnungen 4 sind erfindungsgemäß in einem sich in Strömungsrichtung erweiternden Mantel 8 des Flammenhalters 3 aus­gebildet. Mit diesen Merkmalen wird ein sehr günstiges Brennverhal­ten erzielt, das auch bei hohen Leistungen einen Regelbereich von 1:40 zuläßt. Dabei arbeitet der Brenner überraschend leise und schadstoffarm.The passage openings 4 are formed according to the invention in a jacket 8 of the flame holder 3 that widens in the flow direction. With these features, a very favorable combustion behavior is achieved, which allows a control range of 1:40 even at high powers. The burner works surprisingly quiet and low in pollutants.

An den Mantel 8 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 9 an, der in einen radialen Flansch 10 übergeht. Der Flansch 10 stellt den Anschluß zur Brennkammer 5 her. Der Übergang zwischen dem zylindri­schen Abschnitt 9 und dem radialen Flansch 10 definiert einen zu­sätzlichen Flammenhaltereffekt, der zur Flammenstabilisierung bei­trägt.A cylindrical section 9 adjoins the jacket 8 and merges into a radial flange 10. The flange 10 establishes the connection to the combustion chamber 5. The transition between the cylindrical section 9 and the radial flange 10 defines an additional flame holder effect, which contributes to flame stabilization.

Wie dargestellt, bilden die Durchtrittsöffnungen 4 des Flammenhal­ters gegeneinander versetzte Reihen, die in Umfangsrichtung um den Mantel 8 herumlaufen. Die Achsen der Durchtrittsöffnungen 4 stehen jeweils senkrecht auf der Fläche des Mantels 8. Dies ergibt einen günstigen Strömungsdurchgang durch den Flammenhalter.As shown, the passage openings 4 of the flame holder form mutually offset rows which run around the jacket 8 in the circumferential direction. The axes of the passage openings 4 are each perpendicular to the surface of the jacket 8. This results in a favorable flow passage through the flame holder.

Die Brennstofflanze 7 weist radiale Austrittsöffnungen 11 auf, die stromauf der Durchtrittsöffnungen 4 in einem zylindrischen Ab­schnitt 12 des Flammenhalters 3 münden, wobei sich dieser zylindri­sche Abschnitt 12 an das stromauf gelegene Ende des Mantels 4 an­ schließt. Somit wird der Brennstoff günstig in den Flammenhalter eingeführt. Auf der Höhe der radialen Austrittsöffnungen 11 ist in dem zylindrischen Abschnitt 12 eine Zündöffnung 13 ausgebildet. Vor dieser Zündöffnung 13 befindet sich in der Führung 2 eine Zündein­richtung 14, im vorliegenden Fall eine Zündkerze. Die Zündkerze liegt ständig im kühlen Bereich, denn sie wird, ebenso wie die Außenwand des Flammenhalters 3, von Luft umströmt. Beim Zündvorgang wird der Funke oder Lichtbogen von der Luft durch die Zündöffnung 13 hindurchgeblasen und kann auf diese Weise den Zündvorgang bewirken. Die Zündkerze ist drehbar, um den Funkenabstand zur Zündöffnung einstellen zu können.The fuel lance 7 has radial outlet openings 11 which open upstream of the through-openings 4 in a cylindrical section 12 of the flame holder 3, this cylindrical section 12 adjoining the upstream end of the jacket 4 closes. The fuel is thus introduced cheaply into the flame holder. At the level of the radial outlet openings 11, an ignition opening 13 is formed in the cylindrical section 12. An ignition device 14, in the present case an ignition plug, is located in the guide 2 in front of this ignition opening 13. The spark plug is always in the cool area, because air flows around it, as does the outer wall of the flame holder 3. During the ignition process, the spark or arc is blown through the air through the ignition opening 13 and can thus cause the ignition process. The spark plug can be rotated to adjust the spark gap to the ignition opening.

Die Führung 2 ist stromauf des Flammenhalters 3 an eine radiale Luftleitung 15 angeschlossen. Die zuströmende Luft wird umgelenkt und kann den Flammenhalter 3 entsprechend gleichmäßig axial an­strömen.The guide 2 is connected upstream of the flame holder 3 to a radial air line 15. The inflowing air is deflected and can flow axially towards the flame holder 3 in a correspondingly uniform manner.

Das Gehäuse 1 verfügt über einen Grundkörper 16, der innenseitig einen Stutzen 17 trägt. In diesen Stutzen 17 ist die Brennstoff­lanze 7 eingeschraubt. Ferner ist der zylindrische Abschnitt 12, der sich an das stromauf gelegene Ende des Mantels 8 anschließt, auf den Stutzen 17 aufgesteckt. Eine Schraube 18 sichert sowohl den Flammenhalter 3, als auch die Brennstofflanze 7 gegenüber dem Grund­körper 16. Es ergibt sich eine konstruktiv günstige Lösung.The housing 1 has a base body 16 which carries a socket 17 on the inside. The fuel lance 7 is screwed into this nozzle 17. Furthermore, the cylindrical section 12, which adjoins the upstream end of the jacket 8, is attached to the socket 17. A screw 18 secures both the flame holder 3 and the fuel lance 7 with respect to the base body 16. This results in a structurally advantageous solution.

In dem zylindrischen Abschnitt 12 des Flammenhalters 3 ist eine Spülöffnung 19 vorgesehen, die ständig Luft aus der Führung 2 zum Mantel 8 des Flammenhalters strömen läßt und die Rückstromung von Gas verhindert.In the cylindrical section 12 of the flame holder 3, a flushing opening 19 is provided, which continuously allows air to flow from the guide 2 to the jacket 8 of the flame holder and prevents the backflow of gas.

Die Brennstofflanze 7 trägt eine aufgesteckte, die Austrittsöff­nungen 11 aufweisende Spitze 20, die von einem durchgehenden Bol­zen 21 gesichert ist. Zieht man den Flammenhalter von der Brenn­stofflanze ab, so fällt der Bolzen 21 heraus.The fuel lance 7 carries an attached tip 20 which has the outlet openings 11 and which is secured by a continuous bolt 21. If the flame holder is pulled off the fuel lance, the bolt 21 falls out.

Die Brennstofflanze 7 ist ferner mit Vorsprüngen 22 versehen, um eine Abstützung gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 12 des Flam­menhalters zu ermöglichen. Die Brennstofflanze wird so gedreht, daß eine UV-Flammenüberwachung 22′ einen freien Blick in die Brennkam­mer 5 hat.The fuel lance 7 is also provided with projections 22 in order to enable a support against the cylindrical section 12 of the flame holder. The fuel lance is rotated so that a UV flame monitor 22 'has a clear view of the combustion chamber 5.

Der Flammenhalter 3 ist verschieblich in der Brennkammer 5 geführt. Nach Lösen des Grundkörpers 16 vom Gehäuse 1 kann also die gesamte Baugruppe nach hinten aus dem Gehäuse herausgezogen werden. Der Ringspalt zwischen dem Flansch 10 und der Brennkammer 5 erzeugt hinter dem Flammenhalter 3 einen Luftschleier auf der Brennkammer­wand.The flame holder 3 is slidably guided in the combustion chamber 5. After detaching the base body 16 from the housing 1, the entire assembly can thus be pulled out of the housing to the rear. The annular gap between the flange 10 and the combustion chamber 5 creates an air curtain on the combustion chamber wall behind the flame holder 3.

Die Brennkammer 5 ist in einem mit dem Gehäuse 1 verbundenen Außen­rohr 23 befestigt, und zwar ist ihre Düse 6 in einer Düse 24 des Außenrohrs geführt, während sie am anderen Ende mit über dem Umfang verteilten Vorsprüngen 25 im Außenrohr 23 abgestützt ist.The combustion chamber 5 is fastened in an outer tube 23 connected to the housing 1, namely its nozzle 6 is guided in a nozzle 24 of the outer tube, while at the other end it is supported in the outer tube 23 with projections 25 distributed over the circumference.

Die Brennkammer 5 und das Außenrohr 23 bestehen, ebenso wie der Flammenhalter 3 und die Spitze 20 der Brennstofflanze 7, aus kera­mischen Material. Der Brenner ist also für sehr hohe Temperaturen geeignet. Die Brennkammer kann an das Außenrohr angeschlickert sein. Im vorliegenden Fall jedoch wird die Verbindung zwischen der Brennkammer und dem Außenrohr 23 von einem geklebten Bolzen 26 her­gestellt, der durch Hitzeeinwirkung gelöst werden kann.The combustion chamber 5 and the outer tube 23, like the flame holder 3 and the tip 20 of the fuel lance 7, are made of ceramic material. The burner is therefore suitable for very high temperatures. The combustion chamber can be slotted onto the outer tube. In the present case, however, the connection between the combustion chamber and the outer tube 23 is made by a glued bolt 26 which can be released by the action of heat.

Demgegenüber zeigt Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform unter Verwendung eines abgesetzten Bolzens 26′. Der dickere Abschnitt des Bolzens greift in eine Öffnung des Außenrohrs 23, während der dün­nere Abschnitt durch eine Öffnung der Brennkammer 5 hindurchgeht und von einem Splint 27 gesichert ist.In contrast, Fig. 2 shows a modified embodiment using a stepped pin 26 '. The thicker section of the bolt engages in an opening in the outer tube 23, while the thinner section passes through an opening in the combustion chamber 5 and is secured by a split pin 27.

Die Abwandlungsform nach Fig. 3 arbeitet ebenfalls mit einem abge­setzten Bolzen 26˝. Im vorliegenden Fall greift der dünnere Ab­schnitt in eine Öffnung des Außenrohrs 23, während der dickere Ab­schnitt in einer Öffnung der Brennkammer 5 liegt, und zwar an der­jenigen Stelle, an der sich der Flansch 10 des Flammenhalters 3 befindet. Die Öffnung in der Brennkammer weist einen abgewinkelten Rand 28 auf, um ein Verkanten des Bolzens 26˝ zu verhindern.3 also works with a stepped bolt 26˝. In the present case, the thinner section engages in an opening of the outer tube 23, while the thicker section lies in an opening of the combustion chamber 5, specifically at the point at which the flange 10 of the flame holder 3 is located. The opening in the combustion chamber has an angled edge 28 to prevent the pin 26 des from tilting.

Fig. 4 zeigt den Anschluß des Mantels 23 an das Gehäuse 1. Das Außenrohr 23 weist einen umgebogenen Rand 29 auf, mit dem es gegen einen Ring 30 verspannt ist, und zwar unter Zwischenschaltung min­destens einer elastischen Ringscheibe 31. Zum Verspannen dienen Bolzen 32, die auf eine Ringscheibe 33 einwirken. Der Ring 30 kann unter Zwischenschaltung einer Dichtung 34 (Fig. 1) durch Schrau­ben 35 am Gehäuse 1 befestigt werden, ohne daß sich die Einspannung des Außenrohrs 23 ändert.4 shows the connection of the jacket 23 to the housing 1. The outer tube 23 has a bent edge 29 with which it is clamped against a ring 30, with the interposition of at least one elastic ring disk 31. Bolts 32, which act on an annular disc 33. The ring 30 can be fastened to the housing 1 by screws 35 with the interposition of a seal 34 (FIG. 1) without the clamping of the outer tube 23 changing.

Aufgrund der Tatsache, daß nach Fig. 1 die radialen Austrittsöff­nungen 11 der Brennstofflanze 7 innerhalb des zylindrischen Ab­schnitts 12 münden, ergibt sich ein besonders schwingungsgünstiges Verhalten der Ausführungsform nach Fig. 1.Due to the fact that, according to FIG. 1, the radial outlet openings 11 of the fuel lance 7 open within the cylindrical section 12, the behavior of the embodiment according to FIG. 1 is particularly favorable in terms of vibration.

Demgegenüber weist die Ausführungsform nach Fig. 2 eine optimierte Durchmischung des Brennstoffs mit der Luft innerhalb des korbförmi­gen Flammenhalters 3 auf. Hier münden die Austrittsöffnungen 11 der Brennstofflanze 7 auf der Höhe der ersten Reihe der Durchtrittsöff­nungen 4 des Mantels 8. Brennstoff- und Luftstrahlen treffen also direkt aufeinander, insbesondere dann, wenn, was besonders bevor­zugt ist, den Austrittsöffnungen 11 Durchtrittsöffnungen 4 direkt gegenüberliegen. Allerdings ist das Schwingungsverhalten dieser Version nicht ganz so günstig wie das der Ausführungsform nach Fig. 1.In contrast, the embodiment according to FIG. 2 has an optimized mixing of the fuel with the air within the basket-shaped flame holder 3. Here, the outlet openings 11 of the fuel lance 7 open at the level of the first row of the passage openings 4 of the jacket 8. Fuel and air jets thus meet directly, in particular when, which is particularly preferred, the outlet openings 11 lie directly opposite the outlet openings 4. However, the vibration behavior of this version is not quite as favorable as that of the embodiment according to FIG. 1.

Fig. 6 zeigt den stromab gelegenen Bereich des Hochgeschwindig­keitsbrenners mit seiner Brennkammer 5, deren stromab gelegenes Ende 36 eine Düse bildet, und mit seinem Außenrohr 23, welches die Brennkammer 5 umgibt. Das Außenrohr 23 dient dazu, der Düse Sauer­stoffträgergas zuzuführen. Das stromab gelegene Ende 36 der Brenn­kammer ist gegenüber dem Ende des Außenrohrs 23 geringfügig zurück­gesetzt. Etwaige Beschädigungen beschränken sich daher auf das Außenrohr 23. Dort können sie visuell festgestellt werden, was bei etwaigen Beschädigungen der Brennkammer nicht der Fall wäre.FIG. 6 shows the downstream region of the high-speed burner with its combustion chamber 5, the downstream end 36 of which forms a nozzle, and with its outer tube 23, which surrounds the combustion chamber 5. The outer tube 23 serves to supply oxygen carrier gas to the nozzle. The downstream end 36 of the combustion chamber is set back slightly from the end of the outer tube 23. Any damage is therefore limited to the outer tube 23. There they can be visually determined, which would not be the case if the combustion chamber were damaged.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich, begrenzen das stromab gelegene Ende 36 der Brennkammer und das Außenrohr 23 zwischen sich in Umfangsab­stand zueinander liegende Strahlöffnungen 37 für das Sauerstoffträ­gergas sowie in Umfangsrichtung verlaufende, die Strahlöffnungen miteinander verbindende Spaltabschnitte 38. Die Strahlöffnungen werden im vorliegenden Falle durch Einbuchtungen 39 des stromab gelegenen Endes 36 der Brennkammer 1 gebildet.As can be seen from FIG. 7, the downstream end 36 of the combustion chamber and the outer tube 23 delimit jet openings 37 for the oxygen carrier gas, which are located at a circumferential distance from one another, and the jet openings running in the circumferential direction gap sections 38 interconnecting one another. In the present case, the jet openings are formed by indentations 39 in the downstream end 36 of the combustion chamber 1.

Die konvergierende Ausrichtung der Strahlöffnungen 37, deren Abmaße sowie die Abmaße der Spaltabschnitte 38 sind so gewählt, daß sich das Sauerstoffträgergas gerade in dem gewünschten Ausmaß mit der aus der Düse austretenden Flamme mischt. Dadurch wird erreicht, daß die Flamme nicht zu lang und die NOx-Emission nicht zu groß wird.The converging alignment of the jet openings 37, their dimensions and the dimensions of the gap sections 38 are selected such that the oxygen carrier gas mixes with the flame emerging from the nozzle to the desired extent. This ensures that the flame is not too long and the NO x emission is not too large.

Bei der Konstruktion nach den Figuren 6 und 7 laufen das stromab gelegene Ende 36 der Brennkammer 5 und das Außenrohr 23 konvergent aufeinander zu. Bei der Konstruktion nach den Figuren 8 und 9 hin­gegen weist die Düse einen zur Strömungsrichtung parallelwandigen Endabschnitt 40 auf, auf dessen Ende das Außenrohr 23 zuläuft. Letzteres ist an seinem Ende ebenfalls achsparallel ausgebildet. Auch hierbei ergibt sich ein konvergierender Austritt der Strahlen. Abgesehen davon, kann sich die Brennkammer 5 zum Ausgleich von Wär­medehnungen gegenüber dem Außenrohr 23 in Achsrichtung verschieben.In the construction according to FIGS. 6 and 7, the downstream end 36 of the combustion chamber 5 and the outer tube 23 converge towards one another. In the construction according to FIGS. 8 and 9, on the other hand, the nozzle has an end section 40 which is parallel to the flow direction and to the end of which the outer tube 23 runs. The latter is also axially parallel at its end. Here too there is a converging exit of the rays. Apart from this, the combustion chamber 5 can move in the axial direction to compensate for thermal expansions with respect to the outer tube 23.

Im übrigen zeigt Fig. 9, daß im vorliegenden Fall die Strahlöff­nungen 37′ für das Sauerstoffträgergas von Ausbuchtungen 41 des Außenrohres 23 gebildet werden. Die Sauerstoffträgergasstrahlen werden also nicht, wie bei der Konstruktion nach den Figuren 6 und 7, in Vertiefungen der Flamme eingelegt, sondern vielmehr auf den Mantel der Flamme aufgelegt.9 shows that in the present case the jet openings 37 'for the oxygen carrier gas from bulges 41 of the outer tube 23 are formed. The oxygen carrier gas jets are therefore not placed in depressions of the flame, as in the construction according to FIGS. 6 and 7, but rather are placed on the jacket of the flame.

Bei der Ausführungsform nach den Figuren 10 und 11 weist das strom­ab gelegene Ende 36 der Brennkanmer 5 Einbuchtungen 39 zur Bildung von Strahlöffnungen 37 auf, während das Außenrohr 23 mit Ausbuch­tungen 41 zur Bildung von Strahlöffnungen 37′ versehen ist. Sowohl die Düse als auch das Außenrohr 23 besitzen einen kreissymmetri­schen Querschnitt. Sie sind drehbar ineinander gelagert.In the embodiment according to FIGS. 10 and 11, the downstream end 36 of the combustion chamber 5 has indentations 39 for forming jet openings 37, while the outer tube 23 is provided with bulges 41 for forming jet openings 37 '. Both the nozzle and the outer tube 23 have a circular cross-section. They are rotatably supported one inside the other.

In der Position nach Fig. 10 überlagern sich die Austrittsöff­nungen 37 und 37′. Die entsprechend dicken Sauerstoffträgergasstrah­len werden also etwa bis zur Mitte ihres Umfangs in die aus der Düse austretende Flamme eingebettet.In the position shown in FIG. 10, the outlet openings 37 and 37 'overlap. The correspondingly thick oxygen carrier gas jets are thus embedded approximately up to the middle of their circumference in the flame emerging from the nozzle.

In der Position nach Fig. 11 sind die Brennkammer 5 und das Außen­rohr 23 um einen Halbschnitt relativ zueinander verdreht. Dies hat zur Folge, daß die aus den Strahlöffnungen 37 austretenden Sauer­stoffträgergasstrahlen in die Flamme eingebettet und die aus den Strahlöffnungen 37′ austretenden Sauerstoffträgergasstrahlen auf den Flammenumfang aufgelegt werden. Es entsteht also eine in Um­fangsrichtung wellenförmige Struktur. Zwischen den Positionen der Figuren 10 und 11 sind beliebige Zwischenstellungen möglich.11, the combustion chamber 5 and the outer tube 23 are rotated relative to one another by a half-cut. The result of this is that the oxygen carrier gas jets emerging from the jet openings 37 are embedded in the flame and the oxygen carrier gas jets emerging from the jet openings 37 'are placed on the circumference of the flame. A structure which is undulating in the circumferential direction thus arises. Any intermediate positions are possible between the positions of FIGS. 10 and 11.

Die Figuren 7, 9, 10 und 11 machen deutlich, wie groß die Varia­tionsbreite der erfindungsgemäßen Einflußmöglichkeiten ist. Da die Erfindung auch die Abgasrezirkulation mit einbezieht, lassen sich unterschiedlichste Schichtungen von Flamme, Sauerstoffträgergas und Abgas erzielen.Figures 7, 9, 10 and 11 make it clear how large the range of variation of the possibilities of influence according to the invention is. Since the invention also includes exhaust gas recirculation, a wide variety of layers of flame, oxygen carrier gas and exhaust gas can be achieved.

Das aus den Spaltabschnitten 38 austretende Sauerstoffträgergas kann ebenfalls zur Beeinflussung der Flamme herangezogen werden, und zwar zu deren Kühlung. Allerdings wird man in den meisten Fäl­len die Spaltbreite klein gegenüber dem Durchmesser der Strahlöff­nungen 37 und 37′ wählen, weil der Durchsatz durch den Spaltab­schnitt schwer einzustellen ist.The oxygen carrier gas emerging from the gap sections 38 can also be used to influence the flame, specifically for cooling it. However, in most cases the gap width will be small compared to the diameter of the jet openings 37 and 37 'because the throughput through the gap section is difficult to adjust.

Die Ausführungsform nach den Figuren 12 und 13 unterscheidet sich von der nach den Figuren 8 und 9 vor allen Dingen dadurch, daß an dem als Düse ausgebildeten stromab gelegenen Ende 36 der Brennkam­mer 5, im vorliegenden Fall am stromab gelegenen Ende des parallel­wandigen Endabschnitts 40, ein radialer Flansch 42 angeordnet ist, auf dessen Außenrand das Außenrohr 23 zuläuft. Der Übergang zwi­schen dem Endabschnitt 40 und dem Flansch 42 ist aus strömungstech­nischen Gründen gerundet. Aufgrund des Flansches 42 treten die Sauerstoffträgergasstrahlen in radialem Abstand vom Flammenfuß auf. Dies erleichtert das Einsaugen einer Abgasschicht als Zwischenlage zwischen der Flamme und den Sauerstoffträgergasstrahlen, was eben­falls der Optimierung von Flammenlänge und NOx-Bildung dient, und erlaubt die Einstellung der Intensität der Verbrennungsstufung.The embodiment according to FIGS. 12 and 13 differs from that according to FIGS. 8 and 9 above all in that a at the downstream end 36 of the combustion chamber 5, in the present case at the downstream end of the parallel-walled end section 40, is formed radial flange 42 is arranged, on the outer edge of which the outer tube 23 tapers. The transition between the end section 40 and the flange 42 is rounded for fluidic reasons. Due to the flange 42, the oxygen carrier gas jets occur at a radial distance from the base of the flame. This makes it easier to suck in an exhaust gas layer as an intermediate layer between the flame and the oxygen carrier gas jets, which likewise serves to optimize the flame length and NO x formation, and allows the intensity of the combustion step to be set.

Im übrigen zeigt Fig. 12, daß das Außenrohr 23 trichterförmig ge­ringfügig über das stromab gelegene Ende des zur Düse gehörenden Flansches 42 vorsteht. Dies dient der zuverlässigen Lenkung der Sauerstoffträgergasstrahlen.12 shows that the outer tube 23 protrudes slightly in a funnel shape over the downstream end of the flange 42 belonging to the nozzle. This serves to reliably direct the oxygen carrier gas jets.

Ferner zeigen die Figuren 12 und 13, daß die Ausbuchtungen 41, an­ders als in Fig. 8, mit zunehmender Breite aus dem Außenrohr 23 herauswachsen.FIGS. 12 and 13 also show that the bulges 41, unlike in FIG. 8, grow out of the outer tube 23 with increasing width.

Die Brennkammer 5 mit ihrem stromab gelegenen Ende 36 und ggf. dem Endabschnitt 40 sowie dem Flansch 42 ist im vorliegenden Fall ein­stückig aus Keramik hergestellt. Gleiches gilt für das Außenrohr 23. Die beiden Teile können so angeordnet sein, daß, wie erwähnt, im Bereich der Düse eine Längsverschieblichkeit gegeben ist. Dies läßt nicht nur unterschiedliche Wärmedehnungen zu, sondern kompensiert auch Fertigungstoleranzen. Ferner haben die Bauteile gleiche Wand­stärken.The combustion chamber 5 with its downstream end 36 and possibly the end section 40 and the flange 42 is made in one piece from ceramic in the present case. The same applies to the outer tube 23. The two parts can be arranged such that, as mentioned, there is longitudinal displacement in the region of the nozzle. This not only allows different thermal expansions, but also compensates for manufacturing tolerances. Furthermore, the components have the same wall thickness.

Die Figuren 14 und 15 zeigen einen Hochgeschwindigkeitsbrenner, der im wesentlichen mit der Ausführungsform nach den Figuren 12 und 13 übereinstimmt. Allerdings ist in Fig. 14 der Endabschnitt des Außen­rohres 23 achsparallel ausgerichtet, und es ist anstelle des Flan­sches 42 ein aufgeweiteter Abschnitt 42′ mit achsparallelem Auslauf unter Zwischenschaltung des Endabschnittes 40 am stromab gelegenen Endes 36 der Brennkammer 5 angeordnet. Die Ausführungsform nach den Figuren 14 und 15 ist fertigungstechnisch besonders günstig auf den Werkstoff Keramik abgestellt.FIGS. 14 and 15 show a high-speed burner which essentially corresponds to the embodiment according to FIGS. 12 and 13. However, in Fig. 14 the end portion of the outer tube 23 is aligned axially parallel, and it is instead of the flange 42, a widened portion 42 'with axially parallel outlet with the interposition of the end portion 40 at the downstream end 36 of the combustion chamber 5 is arranged. The embodiment according to FIGS. 14 and 15 is particularly favorable in terms of production technology for the ceramic material.

Die Figuren 16 und 17 schließlich zeigen die Anwendung der Erfin­dung auf eine Brennkammer 5, die bis zu ihrem stromab gelegenen Ende 2 mit konstantem Querschnitt ausgeführt ist, also nicht zu einem Hochgeschwindigkeitsbrenner gehört. Die Brennkammer 5 weist einen Schlitz 44 auf, der zu Vermeidung von Spannungsrissen dient.Finally, FIGS. 16 and 17 show the application of the invention to a combustion chamber 5, which is designed with a constant cross-section up to its downstream end 2, that is, it does not belong to a high-speed burner. The combustion chamber 5 has a slot 44 which serves to avoid stress cracks.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmöglichkeiten ge­geben. So kann die Verbindung der Brennstofflanze 7 und des zylin­drischen Abschnitts 12 mit dem Stutzen 17 auch anders als durch Verschrauben bzw. Aufstecken erfolgen. Auch ist die Erfindung nicht beschränkt auf den dargestellten zweistufigen Brenner, bei dem Se­kundärluft dem Bereich des engsten Querschnitts 6 der Brennkammer 5 zugeführt wird. Vielmehr läßt sich die Erfindung ohne weiteres auf einstufige Brenner anwenden, bei denen die gesamte Verbrennungsluft durch den Flammenhalter 3 geleitet wird. Auch konnen die Durch­trittsöffnungen 4 winklig zur Fläche des Flammhalters ausgerichtet sein, um einen Drall zu erzeugen. Der Brenner eignet sich für be­liebige fluid- oder staubförmige Brennstoffe.In the context of the invention, there are quite a number of possible modifications. Thus, the connection of the fuel lance 7 and the cylindrical section 12 to the nozzle 17 can also be done differently than by screwing or plugging on. The invention is also not limited to the two-stage burner shown, in which secondary air is supplied to the region of the narrowest cross section 6 of the combustion chamber 5. Rather, the invention can be readily applied to single-stage burners in which all of the combustion air is passed through the flame holder 3. The passage openings 4 can also be aligned at an angle to the surface of the flame holder in order to generate a swirl. The burner is suitable for any fluid or dusty fuel.

Ferner können die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 8 und 9 sowie 16 und 17 mit einem Flansch 40 entsprechend den Figuren 12 und 13 versehen werden. Auch können im Falle der Figuren 6 und 7 Ausbuchtungen 41 des Außenrohres 23 anstelle der Einbuchtungen 39 der Brennkammer vorhanden sein. Auch hier ist die Anordnung eines Flansches 40 gemäß Fig. 12 und 13 möglich. Sowohl für die letztge­nannten Figuren als auch für die Figuren 8 und 9 gilt, daß anstelle der Ausbuchtungen 41 des Außenrohres 23 Einbuchtungen 39 der Brenn­kammer 5 bzw. des Abschnittes 40 und ggf. eines Flansches 42 vorge­sehen sein können. Anstelle von Einbuchtungen kann der Flansch 42 auch entsprechende Ausnehmungen seines Randes aufweisen.Furthermore, the exemplary embodiments according to FIGS. 8 and 9 and 16 and 17 can be provided with a flange 40 corresponding to FIGS. 12 and 13. In the case of FIGS. 6 and 7, bulges 41 of the outer tube 23 can also be present instead of the indentations 39 of the combustion chamber. The arrangement of a flange 40 according to FIGS. 12 and 13 is also possible here. Both for the last-mentioned figures and for FIGS. 8 and 9, it is true that, instead of the bulges 41 of the outer tube 23, bulges 39 of the combustion chamber 5 or of the section 40 and, if appropriate, a flange 42 can be provided. Instead of indentations, the flange 42 can also have corresponding recesses in its edge.

Claims (17)

1. Brenner, insbesondere Hochgeschwindigkeitsbrenner mit einem Gehäuse (1), das einen Strömungskanal (2) für ein Sauer­stoffträgergas enthält,
einem Außenrohr (23), das ein offenes stromab gelegenes Ende aufweist und mit seinem stromauf gelegenen Ende derart an dem Gehäuse (1) befestigt ist, daß es eine Fortsetzung des Strö­mungskanals (2) bildet,
einer Brennkammer (5), die ein offenes stromauf gelegenes Ende und ein offenes stromab gelegenes Ende (36) aufweist und der­art in das Außenrohr (23) eingesteckt ist, daß ihr stromab gelegenes Ende (36) mit dem stromab gelegenen Ende des Außen­rohres (23) im wesentlichen fluchtet, wobei die stromab gele­genen Enden des Außenrohres (23) und der Brennkammer (5) zwi­schen sich Strahlöffnungen (37, 37′) für den Austritt eines Sekundärteils des Sauerstoffträgergases bilden, wobei die Strahlöffnungen (37, 37′) in Umfangsabstand zueinander liegen, einem Flammenhalter (3), der in das stromauf gelegende Ende der Brennkanmer (5) eingesteckt ist und einen im wesentlichen konischen Mantel (8) aufweist, der sich in Strömungsrichtung von einem zentralen Einlaß des Flammenhalters (3) gegen die Brennkammer (5) erweitert und Öffnungen (4) für den Durchtritt eines Primärteils des Sauerstoffträgergases aufweist und einer Einrichtung (7) zum Zuführen von Brennstoff zum Flammenhalter (3).1. burner, in particular high-speed burner with a housing (1) which contains a flow channel (2) for an oxygen carrier gas,
an outer tube (23) which has an open downstream end and is attached with its upstream end to the housing (1) such that it forms a continuation of the flow channel (2),
a combustion chamber (5) which has an open upstream end and an open downstream end (36) and is inserted into the outer tube (23) in such a way that its downstream end (36) merges with the downstream end of the outer tube (23 ) aligned substantially, the downstream ends of the outer tube (23) and the combustion chamber (5) between them form jet openings (37, 37 ') for the exit of a secondary part of the oxygen carrier gas, the jet openings (37, 37') at a circumferential distance to each other, a flame holder (3), which is inserted into the upstream end of the combustion chamber (5) and has a substantially conical jacket (8), which extends in the direction of flow from a central inlet of the flame holder (3) against the combustion chamber ( 5) expanded and has openings (4) for the passage of a primary part of the oxygen carrier gas and a device (7) for supplying fuel to the flame holder (3). 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am strom­ab gelegenen Ende des Mantels (8) des Flammenhalters (3) ein im wesentlichen zylindrischer Abschnitt (9) angeordnet ist, der in einen sich an die Brennkammer (5) anschließenden, im wesentlichen radialen Flansch (10) übergeht.2. Burner according to claim 1, characterized in that at the downstream end of the jacket (8) of the flame holder (3) arranged essentially cylindrical section (9) which merges into a substantially radial flange (10) adjoining the combustion chamber (5). 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (7) zum Zuführen des Brennstoffs eine Brenn­stofflanze mit im wesentlichen radialen Austrittsöffnungen (11) umfaßt, wobei die Austrittsöffnungen (11) innerhalb des Flam­menhalters (3) münden.3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the device (7) for supplying the fuel comprises a fuel lance with substantially radial outlet openings (11), the outlet openings (11) opening within the flame holder (3). 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­net, daß der Flammenhalter (3) auf der Höhe der Austrittsöff­nungen (11) der Brennstofflanze (7) eine Zündöffnung (13) auf­weist und daß vor der Zündöffnung (13) eine Zündeinrichtung (14) innerhalb des Strömungskanals (2) für das Sauerstoffträgergas angeordnet ist.4. Burner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flame holder (3) at the level of the outlet openings (11) of the fuel lance (7) has an ignition opening (13) and in front of the ignition opening (13) an ignition device ( 14) is arranged within the flow channel (2) for the oxygen carrier gas. 5 Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­net, daß der Flammenhalter (3) verschieblich in der Brennkam­mer (5) geführt ist.5 burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flame holder (3) is displaceably guided in the combustion chamber (5). 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­net, daß die Brennkammer (5) mit ihrem stromab gelegenen Ende (36) in dem stromab gelegenen Ende des Außenrohres (23) verschieblich geführt und stromauf mit Vorsprüngen (25) im Außenrohr (23) abgestützt ist.6. Burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the combustion chamber (5) with its downstream end (36) in the downstream end of the outer tube (23) slidably and upstream with projections (25) in the outer tube ( 23) is supported. 7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­net, daß die Strahlöffnungen (37, 37′) für den Austritt des Sekundärteils des Sauerstoffträgergases von Einbuchtungen (39) des stromab gelegenen Endes (36) der Brennkammer (5) und/oder von Ausbuchtungen (41) des stromab gelegenen Endes des Außen­rohres gebildet werden.7. Burner according to one of claims 1 to 6, characterized in that the jet openings (37, 37 ') for the exit of the secondary part of the oxygen carrier gas from indentations (39) of the downstream end (36) of the combustion chamber (5) and / or bulges (41) of the downstream end of the outer tube are formed. 8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­net, daß die stromab gelegenen Enden der Brennkammer und des Außenrohres einen im wesentlichen kreissymmetrischen Quer­schnitt besitzen und daß die Brennkammer (5) und das Außen­rohr (23) relativ zueinander verdrehbar sind.8. Burner according to one of claims 1 to 7, characterized in that the downstream ends of the combustion chamber and the Outer tube have an essentially circularly symmetrical cross section and that the combustion chamber (5) and the outer tube (23) can be rotated relative to one another. 9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­net, daß die Öffnungen (4) des Flammenhalters (3) für den Durchtritt des Primärteils des Sauerstoffträgergases gegenein­ander versetzte Reihen bilden, die in Umfangsrichtung um den Mantel (8) herumlaufen, und daß die Achsen der Öffnungen auf den in Strömungsrichtung weisenden Tangenten des Mantels senk­recht stehen und mit den in Umfangsrichtung weisenden Tangen­ten einen Winkel von 90-45° einschließen.9. Burner according to one of claims 1 to 8, characterized in that the openings (4) of the flame holder (3) for the passage of the primary part of the oxygen carrier gas form mutually offset rows which run circumferentially around the jacket (8), and that the axes of the openings are perpendicular to the tangents of the jacket pointing in the direction of flow and enclose an angle of 90-45 ° with the tangents pointing in the circumferential direction. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­net, daß die Brennstofflanze (7) in einen Stutzen (17) eines stirnseitigen Grundkörpers (16) des Gehäuses (1) eingeschraubt ist und daß der Flammenhalter (3) mit dem an seinem Einlaß angeordneten zylindrischen Abschnitt (12) auf den Stutzen (17) aufgesteckt und dort zugfest gesichert ist.10. Burner according to one of claims 1 to 9, characterized in that the fuel lance (7) is screwed into a socket (17) of an end-side base body (16) of the housing (1) and that the flame holder (3) with the at his Inlet arranged cylindrical section (12) is attached to the nozzle (17) and secured there tensile. 11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­net, daß die Brennstofflanze (7) eine aufgesteckte, mit den Austrittsöffnungen (11) versehene Spitze (20) aufweist, die von einem durchgesteckten Bolzen (21) gesichert ist, welcher in dem am Einlaß des Flammenhalters angeordneten zylindrischen Abschnitt (12) abgestützt ist.11. Burner according to one of claims 1 to 10, characterized in that the fuel lance (7) has an attached, with the outlet openings (11) provided tip (20) which is secured by a plug-in bolt (21), which in the at the inlet of the flame holder arranged cylindrical portion (12) is supported. 12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Außenrohr (23) elastisch gegen einen Ring verspannt ist, der am Gehäuse (1) befestigt ist.12. Burner according to one of claims 1 to 11, characterized in that the outer tube (23) is elastically braced against a ring which is fixed to the housing (1). 13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­zeichnet, daß das stromab gelegene Ende (36) der Brennkam­mer (1) einen verminderten Querschnitt besitzt.13. Burner according to one of claims 1 to 12, characterized in that the downstream end (36) of the combustion chamber (1) has a reduced cross section. 14. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Strahlöffnungen (37, 37′) für den Austritt des Sekundärteils des Sauerstoffträgergases konvergent ausge­richtet sind.14. Burner according to one of claims 1 to 13, characterized in that the jet openings (37, 37 ') are convergent for the exit of the secondary part of the oxygen carrier gas. 15. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Flammenhalter (3) und/oder die Spitze (20) der Brennstofflanze (7) und/oder die Brennkammer (5) und/oder das Außenrohr (23) aus keramischem Material bestehen.15. Burner according to one of claims 1 to 14, characterized in that the flame holder (3) and / or the tip (20) of the fuel lance (7) and / or the combustion chamber (5) and / or the outer tube (23) ceramic material. 16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (5) und/oder das Außenrohr (23) mindestens einen, im wesentlichen in Achsrichtung laufenden, sich mindestens über einen Teil der Länge erstreckenden Schlitz aufweist.16. Burner according to claim 15, characterized in that the combustion chamber (5) and / or the outer tube (23) has at least one, essentially in the axial direction, extending at least over part of the length of the slot. 17. Brenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz mindestens teilweise vorzugsweise mit demselben kera­mischen Material aufgefüllt ist.17. Burner according to claim 16, characterized in that the slot is at least partially preferably filled with the same ceramic material.
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