EP0642645A1 - Dralleinstellvorrichtung für luft und brenngase in brennern. - Google Patents

Dralleinstellvorrichtung für luft und brenngase in brennern.

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EP0642645A1
EP0642645A1 EP94914260A EP94914260A EP0642645A1 EP 0642645 A1 EP0642645 A1 EP 0642645A1 EP 94914260 A EP94914260 A EP 94914260A EP 94914260 A EP94914260 A EP 94914260A EP 0642645 A1 EP0642645 A1 EP 0642645A1
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burner
flexible tubes
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air duct
swirl
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    • 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
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
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    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14021—Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14241—Post-mixing with swirling means

Definitions

  • the invention relates to a swirl setting device for air and fuel gases in burners for the combustion of pulverulent or fine-grained, liquid and / or gaseous fuels, in particular for rotary kilns with at least one primary air duct and at least one combustion nozzle.
  • air channels can either be arranged coaxially on the outside or between the fuel channels.
  • the nozzle cross-sections are adjustable from the cold end of the burner.
  • the swirl air duct is provided with a helical vortex at the end of the nozzle.
  • Axial air nozzles are usually designed to be divergent and have an annular cross section or are divided into several cross-sectional segments, which can be round or rectangular. Designs are also known which have a centrally arranged air duct, but which have hardly any influence on the shape of the flame.
  • a burner is known from DD-PS 132 022, in which the air guidance system is rigidly installed. Depending on the given arrangement, which cannot be adjusted during operation, angles of attack of up to 80 ° can be specified here, but these cannot be changed during operation.
  • EP-OS 132 831 shows an injector burner in which flexible pipes are used.
  • the corrugated surface of the flexible tubes which are designed as a corrugated hose, is used in order to achieve better mixing.
  • Such a hose can be installed in a bent position, which can increase the turbulence. A change in the angle of attack in operation is not provided for in this training and is also not possible.
  • the swirl adjusting device essentially consists in the primary air duct containing a plurality of flexible pipes, the ends of which facing away from the Brehner nozzle can be rotated concentrically with respect to the axis of the burner and / or are displaceable in the axial direction of the burner, and their ends facing the burner nozzle in the axial direction of the burner are slidably and / or pivotally mounted.
  • the ends facing the burner nozzle can only be pivoted if the ends facing away from the burner nozzle are mounted so as to be displaceable in the axial direction of the burner, with the ends of the flexible tubes facing away from the burner nozzle also being displaced in this case due to the flexibility of the tubes If the ends of the pipes facing the burner nozzle are only pivotably mounted, the exit angle changes, since the rise in the helical lines in turn changes.
  • the design can be such that the storage of the free ends of the flexible tubes is formed by slots or elongated holes running in the longitudinal direction thereof, which cooperate with bolts which are essentially radial to the burner axis, as a result of which the desired kinematics the adjustment of the flexible pipes is ensured with a simple common drive.
  • the drive can act on a common part which is designed as a support, the design advantageously being such that the ends of the flexible tubes facing away from the burner nozzle are fixed in an annular disk-shaped support which is provided with a drive for Rotation of the carrier and / or for moving the carrier in the direction of the burner axis is connected.
  • the drive can be formed by a simple hydraulic drive if only an axial displacement of the annular disk-shaped carrier is required in order to influence the exit angle from the flexible tubes.
  • a rotation of the carrier can be effected with such a displacement drive if the carrier itself is rotatably guided in helical grooves, and thus at the same time the carrier is also rotated with an axial displacement of the carrier.
  • the free ends of the flexible tubes must be displaceable in the axial direction, for which, as mentioned above, the slots or elongated holes running in the longitudinal direction can be provided together with radial bolts.
  • a rotary drive can, for example, contain a toothed sleeve, the teeth of which mesh with a drive pinion.
  • the design is such that the flexible pipes open into an area of the primary air duct with an annular cross section, and that the primary air duct tapers into an annular nozzle following the mouth of the flexible pipes.
  • the desired rotation of the air flow, and consequently the flame shape can be set precisely and in a user-friendly manner by means of an adjustment device with an indicator scale attached to the cold end of the burner.
  • FIG. 1 shows a view of the swirl adjusting device, partly in section
  • FIG. 2 shows an axial section through the configuration according to FIG. 1 with the flexible tubes being oriented essentially axially.
  • the flexible swirl setting device is located in an annular primary air duct 1 about 0.5 m from a burner outlet nozzle 2.
  • about 12 to 36 flexible tubes 3 with a length of about 350 mm are arranged in a planetary manner on the circumference in the annular duct 1.
  • the front ends 4 of these flexible tubes are rotatably and axially slidably attached.
  • the rear part of the hoses or tubes 3 is contained in a ring 5 which is rotatably mounted about the axis of the burner.
  • the ring 5 is rotated via the rotatable sleeve 6, which has external teeth, a pinion 7 of a drive shaft (not shown) meshing with this external toothing.
  • the ends 4 of the flexible tubes facing the burner nozzle 2 open into a rotation chamber 8 which is arranged directly in front of the outlet nozzle 2.
  • the flexible tubes 3 nestle helically against the inner tube 11, the free ends 4 of the flexible tubes being deflected relative to the burner axis 9 depending on the angle of rotation of the ring. Since the rotatable ring 5 is mounted almost tightly between the inner tube 11 and the outer tube 10, the air flows through the flexible tubes 3 into the rotation chamber 8. In this rotation chamber 8 the rotation takes place depending on the deflection angle of the ends 4 of the flexible tubes.
  • the ring 5 is rotated from the cold end of the burner.
  • the outer tube of the burner is designated by 10.
  • the rotatable sleeve 6 is slidably mounted on the inner tube 11.
  • the free ends 4 of the flexible tubes 3 have a slot 12 running in the axial direction, in which a bolt 13 engages.
  • a length compensation in the region of the front ends 4 can take place when the annular carrier 5 is rotated and the slope of the helix of the flexible tubes 3 changes, and when the outflow angle to the axis increases, a corresponding shortening and thus a corresponding displacement of the free ends 4 takes place in the guide formed by the slot 12 and the bolt 13.

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Description

Dralleinatellvorrichtunα für Luft, und Brenngase in Brennern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dralleinstellvorrichtung für Luft und Brenngase in Brennern für die Verbrennung pulverförmiger oder feinkörniger, flüssiger und/oder gasförmigr Brennstoffe, inbbesondere für Drehrohröfen mit we¬ nigstens einem Primärluftkanal und wenigstens einer Brenndüse.
um bei Drehrohrofenbrennern die Flammenform mittels der Pri¬ märluft zu beeinflussen, sind moderne Brenner in der Regel mit zwei Primärluftkanälen ausgestattet.
Diese Luftkanäle können entweder koaxial außen oder zwischen den Brennstoffkanälen angeordnet sein. Zentral befindet sich zumeist eine Öllanze. In der Regel sind die Düsenquerschnitte vom kalten Ende des Brenners verstellbar ausgeführt. Der Dralluftkanal ist am Düsenende mit einem schraubenförmigen Wirbier versehen. Axialluftdüsen sind zumeist divergent ausge- führt und haben einen kreisringförmigen Querschnitt bzw. sind in mehrere Querschnittsegmente, die rund oder rechteckig sein können, unterteilt. Auch sind Bauformen bekannt, die einen zentrisch angeordneten Luftkanal besitzen, der aber kaum Ein¬ fluß auf die Flammenform besitzt.
Sinn und Zweck all dieser Ausströmsysteme ist es, aus den beiden Luftströmen, nämlich aus der Axialkomponente und der Drall- bzw. Radialkomponente, einen für die Flammenform geeig¬ neten resultierenden Luftstrom zu erzeugen.
Weiters sind Konstruktionen mit verstellbaren Drallschaufeln sowie Konstruktionen von axial verschiebbaren konischen Wirb¬ lern bzw. Dralleinrichtungen bekannt.
Aus der DE-PS 2 127 474 ist ein Brenner mit starr abgewinkel¬ ten Brenngasdüsen bekannt geworden, welche mit Hilfe von Klemmschrauben in ihrer Position gehalten werden. Eine Drall- einstellung ist bei einer derartigen Ausbildung dadurch möglich, daß jede der Düsen einzeln nach Lösen der Klemm¬ schrauben verstellt wird, wobei eine derartige Verstellung nur von der heißen Seite des Brenners erfolgen kann. Daraus re- sultiert, daß der Brenner zum Zweck der Drallverstellung ab¬ gestellt, abgekühlt und ausgebaut werden muß.
Aus der DD-PS 132 022 ist ein Brenner bekannt geworden, bei welchem das LuftführungsSystem starr eingebaut ist. Je nach vorgegebener, aber im Betrieb unverstellbarer Anordnung lassen sich hier Anstellwinkel bis zu 80° vorgeben, welche jedoch im Betrieb nicht verändert werden können.
Der EP-OS 132 831 ist ein Injektorbrenner zu entnehmen, bei welchem flexible Rohre eingesetzt werden. Bei einer derartigen Ausbildung wird die gewellte Oberfläche der flexiblen Rohre, welche als Ringwellenschlauch ausgebildet sind, ausgenützt, um eine bessere Durchmischung zu erzielen. Ein derartiger Schlauch kann in abgeknickter Lage eingebaut werden, wodurch die Turbulenzen verstärkt werden können. Eine Veränderung des Anstellwinkels ist im Betrieb bei dieser Ausbildung nicht vorgesehen und auch nicht möglich.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem während des Betriebes die Flammenführung optimiert werden kann, und eine besonders ruhige Flammenführung durch homogene Einmischung der Luft in den Brennstoff erzielt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Dralleinstellvorrichtung im wesentlichen darin, daß der Primärluftkanal eine Mehrzahl flexibler Rohre enthält, deren der Brehnerdüse abgewandten Enden konzentrisch zur Achse des Brenners verdrehbar und/oder in Achsrichtung des Brenners verschiebbar gelagert sind und deren der Brennerdüse zugewandte Enden in Achsrichtung des Brenners verschieblich und/oder schwenkbar gelagert sind. Auf diese Weise wird ein koaxialer, kreisringförmiger Luftström in Teilströme zerlegt, wobei die axialen Teilluftströme stufenloε in eine gewünschte Rotation versetzt werden können, wodurch die Flammenform in geeigneter Weise beeinflußt werden kann. Es wird hiefür nur ein einziger Luftkanal benötigt, wobei der Vorteil einer derartigen Konstruktion verbrennungstechnisch auf einer ruhigeren Flammenführung durch homogenere Ein- mischung der Luft in den Brennstoff, verglichen mit her¬ kömmlichen Düsensystemen, besteht, bei welchen sich zwei Luftströme in einer Weise gegenseitig beeinflussen, daß ein resultierender Luftstrom erzeugt wird. Die Strömungsverluste gegenüber mit Axial- und Raldialluftkanälen ausgestatteten Brennern sind hiebei wesentlich geringer, da die Kreisring- oberfläche bei einem Luftkanal naturgemäß geringer ist als bei zwei Kanälen. Es können somit Primärluftventilatoren, die den Brenner anspeisen, mit einem wesentlich geringerem Druck¬ potential verwendet werden, wodurch eine beträchtliche Ener- gieeinsparung bewirkt wird. Dadurch, daß die Mehrzahl flexibler Rohre an ihrer einen Seite verdrehbar und/oder in Achsrichtung des Brenners verschieblich gelagert sind und an ihren der Brennerdüse zugewandten Enden in Achsrichtung des Brenners verschieblich und/oder schwenkbar gelagert sind, lassen sich durch einfache Maßnahmen die Anstellwinkel der einzelnen Teilströme verändern. Wenn hiebei die der Brenner¬ düse abgewandten Enden um die Achse des Brenners verdreht werden, müssen die der Brennerdüse zugewandten Enden in Achs- richtung des Brenners verschieblich gelagert sein, da eine derartige Verdrehung den Anstieg der Schraubenlinie verändert, längs welcher die einzelnen flexiblen Schläuche verlaufend an¬ geordnet sind. Umgekehrt können die der Brennerdüse zuge¬ wandten Enden lediglich schwenkbar gelagert sein, wenn die der Brennerdüse abgewandten Enden in Achsrichung des Brenners verschieblich gelagert sind, wobei auch in diesem Fall auf¬ grund der Flexiblilität der Rohre eine Verschiebung der der Brennerdüse abgewandten Enden der flexiblen Rohre dann, wenn die der Brennerdüse zugewandten Enden der Rohre lediglich schwenkbar gelagert sind, zu einer Veränderung des Austritts- winkel führt, da sich der Anstieg der Schraubenlinien wiederum verändert. In besonders einfacher Weise kann die Ausbildung hiebei so ge¬ troffen sein, daß die Lagerung der freien Enden der flexiblen Rohre von in Längsrichtung derselben verlaufenden Schlitzen oder Langlöchern gebildet ist, welche mit zur Brennerachse im wesentlichen radialen Bolzen zusammenwirken, wodurch die ge¬ wünschte Kinematik der Verstellung der flexiblen Rohre mit einem einfachen gemeinsamen Antrieb gewährleistet ist. Der An¬ trieb kann hiebei an einem gemeinsamen Teil angreifen, welcher als Träger ausgebildet ist, wobei die Ausbildung mit Vorteil so getroffen ist, daß die der Brennerdüse abgewandten Enden der flexiblen Rohre in einem ringscheibenförmigen Träger fest¬ gelegt sind, welcher mit einem Antrieb zum Verdrehen des Trägers und/oder zum Verschieben des Trägers in Richtung der Brennerachse verbunden ist. Bei einer derartigen Ausbildung kann der Antrieb von einem einfachen hydraulischen Antrieb ge¬ bildet werden, wenn lediglich eine axiale Verschiebung des ringscheibenförmigen Trägers erforderlich ist, um den Aus- trittswinkel aus den flexiblen Rohren zu beeinflussen. Ein Verdrehen des Trägers kann sowohl mit einem derartigen Verschiebeantrieb bewirkt werden, wenn der Träger selbst in schraubenlinienförmigen Nuten verdrehbar geführt ist, und somit gleichzeitig mit einer axialen Verschiebung des Trägers auch ein Verdrehen des Trägers erfolgt. Wenn lediglich eine Verdrehung des gemeinsamen Trägers erfolt, müssen die freien Enden der flexiblen Rohre in Achsrichtung verschieblich gela¬ gert sein, wofür, wie oben erwähnt, die in Längsrichtung ver¬ laufenden Schlitze oder Langlöcher gemeinsam mit radialen Bolzen vorgesehen sein können. Ein Drehantrieb kann beispiels¬ weise eine gezahnte Hülse enthalten, deren Zahnung mit einem Antriebsritzel kämmt.
In weiterer Verbesserung der strömungstechnischen Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Ausbildung so getroffen, daß die flexiblen Rohre in einen Bereich des Primärluftkanales mit kreisringförmigem Querschnitt münden, und daß sich der Primärluftkanal im Anschluß an die Mündung der flexiblen Rohre zu einer Ringdüse verjüngt. Bei der Fertigung von Brennern mit nur einem Luftkanal in Verbindung mit der flexiblen Dralleinstellvorrichtung entfällt ein Luftkanal mit den entsprechenden Düseneinbauten, Anschluß- stutzen etc., was zu einer Produktionskosten- und Gewichtsein¬ sparung führt.
Durch eine am kalten Ende des Brenners angebrachte Verstell- einrichtung mit Anzeigerskala läßt sich exakt und bedie- nungsfreundlich die gewünschte Rotation des Luftstromes, und somit in der Folge die Flammenform einstellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu- tert. In dieser zeigen Fig.l eine Ansicht der Dralleinstell¬ vorrichtung teilweise im Schnitt und Fig.2 einen Axialschnitt durch die Ausbildung nach Fig.l bei im wesentlichen axialer Ausrichtung der flexiblen Rohre.
Die flexible Dralleinstellvorrichtung befindet sich in einem kreisringförmigen Primärluftkanal 1 etwa 0,5 m von einer Bren¬ nerausströmdüse 2 entfernt. In dem Kreisringkanal 1 sind je nach Luftleistung etwa 12 bis 36 flexible Rohre 3 mit einer Länge von ca. 350 mm am Umfang planetenartig angeordnet. Die vorderen Enden 4 dieser flexiblen Rohre sind drehbar und axial verschiebbar befestigt. Der rückwärtige Teil der Schläuche bzw. Rohre 3 ist in einem Ring 5 gefaßt, welcher um die Achse des Brenners drehbar gelagert ist.
Die Verdrehung des Ringes 5 erfolgt über die eine Außen¬ verzahnung aufweisende drehbare Hülse 6, wobei mit dieser Außenverzahnung ein Ritzel 7 einer nicht dargestellten An¬ triebswelle kämmt.
Die der Brennerdüse 2 zugewandten Enden 4 der flexiblen Rohre münden in eine Rotationskammer 8, welche unmittelbar vor der Austrittsdüse 2 angeordnet ist. Wenn der Ring 5 verdreht wird, schmiegen sich die flexiblen Rohre 3 schraubenlinienförmig an das Innenrohr 11 an, wobei je nach Verdrehwinkel des Ringes die freien Enden 4 der flexiblen Rohre gegenüber der Brennerachse 9 ausgelenkt werden. Da der drehbare Ring 5 nahezu dicht zwischen dem Innenrohr 11 und dem Außenrohr 10 gelagert ist, strömt die Luft durch die flexiblen Rohre 3 in die Rotationskammer 8. In dieser Rotationskammer 8 erfolgt die Rotation in Abhängigkeit vom Auslenkwinkel der Enden 4 der flexiblen Rohre. Die Verdrehung des Ringes 5 er¬ folgt vom kalten Ende des Brenners aus.
Bei der Darstellung nach Fig.2 ist das Außenrohr des Brenners mit 10 bezeichnet. Die drehbare Hülse 6 ist gleitend am Innenrohr 11 gelagert. Die freien Enden 4 der flexiblen Rohre 3 weisen einen in Achsrichtung verlaufenden Schlitz 12 auf, in welchen ein Bolzen 13 eingreift. Bei einer derartigen Aus¬ bildung kann bei einer Verdrehung des ringförmigen Trägers 5 und einer Veränderung der Steigung der Schraubenlinie der flexiblen Rohre 3 ein Längenausgleich im Bereich der vorderen Enden 4 erfolgen, wobei dann, wenn der Ausströmwinkel zur Achse zunimmt, eine entsprechende Verkürzung und damit eine entsprechende Verschiebung der freien Enden 4 in der durch den Schlitz 12 und den Bolzen 13 gebildeten Führung erfolgt. Wenn anstelle eines derartigen Schlitzes 12 eine einfache Bohrung für den Eingriff des Bolzens 13 vorgesehen wäre, würde eine Beaufschlagung des ringförmigen Trägers 5 in Achsrichtung genügen, um gleichfalls eine Verschwenkung der freien Enden 4 der flexiblen Rohre 3 zur Achse 9 des Brenners zu erzielen. In Fig.2 ist die Brennerlanze mit 14 bezeichnet.

Claims

Patentansprüche:
1. Dralleinste.llvorrichtung für Luft und Brenngase in Brennern für die Verbrennung pulverförmiger oder feinkörniger, flüs- siger und/oder gasförmiger Brennstoffe, insbesondere für Dreh¬ rohröfen mit wenigstens einem Primärluftkanal (1) und we¬ nigstens einer Brenndüse (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Primärluftkanal eine Mehrzahl flexibler Rohre (3) enthält, de¬ ren der Brennerdüse (2) abgewandten Enden konzentrisch zur Achse des Brenners verdrehbar und/oder in Achsrichtung des Brenners verschiebbar gelagert sind, und deren der Brenner- düse (2) zugewandte Enden (4) in Achsrichtung des Brenners verschieblich und/oder schwenkbar gelagert sind.
2. Dralleinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Lagerung der freien Enden der flexiblen Roh¬ re (3) von in Längsrichtung derselben verlaufenden Schlit¬ zen (12) oder Langlöchern gebildet ist, welche mit zur Bren¬ nerachse (9) im wesentlichen radialen Bolzen (13) zusammen- wirken.
3. Dralleinstellvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die der Brennerdüse (2) abgewandten Enden der flexiblen Rohre in einem ringscheibenförmigen Träger (5) festgelegt sind, welcher mit einem Antrieb zum Verdrehen des Trägers (5) und/oder zum Verschieben des Trägers (5) in Rich¬ tung der Brennerachse verbunden ist.
4. Dralleinstellvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Rohre (3) in einen Bereich des Primärluftkanales (1) mit kreisringförmigem Querschnitt münden, und daß sich der Primärluftkanal (1) im Anschluß an die Mündung der flexiblen Rohre zu einer Ringdüse (2) ver¬ jüngt.
EP94914260A 1993-03-25 1994-03-23 Dralleinstellvorrichtung für luft und brenngase in brennern Expired - Lifetime EP0642645B1 (de)

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