ADJUSTABLE BURNER EQUIPMENT FOR A GASEOUS FUEL

Abstract: 1. A burner system for a gaseous fuel having a gas supply line and an air supply line (16; 8), both of which terminate in the region of a gas and air mixing chamber (13) enclosed by a wall (18), and in said burner system the gas supply and the air supply to the mixing chamber (13) being able to be simultaneously varied in a fixed ratio of gas to air via variable cross-section ducts or ports (28; 20) by means of a mechanism which can be adjusted along the longitudinal axis in accordance with the required burner output, viz. - the gas supply by means of a displaceable conical closure member (21; 121) which protrudes through an adjustment port (20) in the gas supply line (16), and - the air supply by means of a further displaceable member (25) cooperating with the conical closure member (21), characterized in that a) the adjustment port (20) is provided in a diaphragm wall (17) fitted in the gas supply line (16), b) the conical closure member (21; 121) is rigidly joined to a cylindrical box-type component (25) which encloses said closure member and constitutes a further member, its bottom side being open and receiving the stream of gas from the gas supply line (16) and its other side incorporating a gas discharge port (27), c) the wall (18) enclosing the gas and air mixing chamber (13) is cylindrical or quasi-cylindrical and in said wall are set the ducts (28) for the air supply, and d) the box-type component (25) slides inside the wall (18).

Description: Leistungsveränderbare Brennereinrichtung für einen gasförmiaen Brennstoff Die Erfindung betrifft eine Brennereinrichtung für einen gasförmigen Brennstoff mit einer Brennstoff- und einer Luftzufuhrleitung, die beide im Bereich einer von einer Wandung umschlossenen Brennstoff-Luft-Mischzone enden, bei welcher Brennereinrichtung die Brennstoff-. und die Luftzufuhr in die Mischzone gleichzeitig über quer schnittsveränderbare Kanäle mittels einer entlang der Längsachse verstellbaren Vorrichtung entsprechend der erforderlichen Brennerleistung in einem festliegenden Brennstoff-Luft-Verhältnis veränderbar sind, nämlich - die Gaszufuhr mittels eines verschiebbaren Schlie- kegels, der durch eine Verstellöffnung der Brenn stoffzufuhrleitung ragt, und - die Luftzufuhr mittels eines mit dem SchlieSkegel zusammenwirkenden weiteren verschiebbaren Organs. Aus der US-A 1 350 051 ist ein Gasbrenner bekannt, bei dem die Gas- und die Luftzufuhr in eine Gas-Luft-Mischzone, an die sich der eigentliche Flammbereich sofort anschliesst, veränderbar ist. Die Veränderbarkeit wird durch eine spindelartige Vorrichtung ermöglicht, die an ihrer AuSenseib2Schieber trägt, die die hintereinander geschalteten Gas- und Luftzuführungsleitungen, die jeweils peripher an einem Tubus enden, durch gleitendes Abschieben öffnen oder schliessen. Dabei wird gleichzeitig die Gas- und die Luftzufuhr in einem eingestellten VrkMltwis se3ndert. Zusätzlich sind am Ende der eigent lichten Brennkamm r noch Sekundär-Luftzuführungen vorgesehen. Bei dem Betrieb von Brennern fur gasförmige Brennstoffe stellt sich allgemein die Aufgabe, über den vorgesehenen Lastbereich möglichst eine stöchiometrische Verbrennung aufrecht zu erhalten, gleichzeitig für eine gute Durchmischung der ankommenden Brennstoff- und Luftmengen zu sorgen und einen gefahrlosen Betrieb zu gewährleisten. Bei dem bekannten Brenner ist nachteilig, dass die Gaszuführung relativ schlecht zu dosieren ist, da der Querschnitt der peripher ankommenden Gaszufuhrleitung schon bei einer kleinen Verstellstrecke relativ stark verändert wird. Es ist dabei nicht ohne weiteres möglich, die Zuführkanäle beliebig gross zu machen, da das ankommende Gas im allgemeinen unter einem Uberdruck von 3 - 10 bar steht und daher für eine bestimmte Leistung des Gasbrenners auch der Querschnitt der zu verstellenden Leitung nur ein relativ kleines Maximum haben darf. Bei dem bekannten Brenner ist daher eine mit einem relativ feinen Gewinde versehene Spindel zur Verstellung der Gas Luftzufuhr vorgesehen. Das bekannte Konstruktionsprinzip ist nicht ohne weiteres übertragbar auf eine Brennereinrichtung, die mit einem Servo-Motor arbeitet, auch wenn in Figur 3 der bekannten Einrichtung ein anderer Steuermechanismus dargestellt ist, der möglicherweise ähnlich von einem Servo-Stellmotor übernommen werden kann. Weiterhin ist eine Brennereinrichtung der eingangs genannten Art aus der DE-A 1 551 803 bekannt. Die gemeinsame Steuerung der Ausströmquerschnitte von Luft und Brennstoff wird durch eine bewegliche Schwinge vorgenommen, welche zwei Steuerschlitten in axialer Richtung verschiebt. Der eine Steuerschlitten steuert durch Verschiebung einer in einer kegelförmig zulaufenden Luft zu leitung liegenden Scheibe den Ausströmquerschnitt der Luft und der andere Schlitten durch Verschieben eines Kegels in der Brennstoffzufuhrleitung den Gasaustrittsquerschnitt. Nachteilig bei der vdrgenannten Brennereinrichtung ist, dass die gemeinsame Verstellbarkeit über in Langlöchern der Schwinge geführte Zapfen, über Kurvenscheiben sowie über Hebelführungen erfolgt. Damit ist ein relativ komplizierter und verschleissanfälliger Mechanismus verwendet worden, der nach kurzer Betriebszeit ungenau arbeiten wird. Es stellt sich die Aufgabe, die Brennereinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass bei einer verschleissarmen Bauweise eine sehr genau einstellbare und auch für längere Standzeiten ihre Einstellwerte beibehaltende Brennstoff- und Luftzufuhr erreichbar ist, auch wenn das Brenngas unter einem hohen Druck in die Brennereinrichtung einströmt und dieser Druck sich bis in die Mischkammer ohne Drosselung fortsetzt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einer Brennereinrichtung gemass Erfindung, bei der a) der Schliesskegels starr mit einem ihm umgebenen zylindrischen Dosenteil als weiterem Organ verbunden ist, dessen eine Seite den Brennstoff-Strom von der Brennstoff-Zufuhrleitung aufnimmt und dessen andere Seite mit einem Brennstoff-Durchlass versehen ist, b) bei dem die die Brennstoff-Luft-Mischzone umgebende Wandung zylindrisch oder quasi-zylindrisch ist, und in ihr die Kanäle für die Luftzufuhr eingelassen sind, c) und bei der der Dosenteil innerhalb der Wandung glei tet. Bei der Brennereinrichtung gemäss Erfindung ist eine zentrisch um die Verstellachse angeordnete Brennstoff leitung vorgesehen, in die vorzugsweise eine mit einer Öffnung versehene Blendenwand eingebaut ist, die mit Hilfe eines sehr flachwinkeligen Kegels verstellbar ist. 0 Der Öffnungswinkel des Kegels liegt zwischen 1 und 15 (Altgrad), wobei die Kegelsteigung vorzugsweise konstant ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Kegelwandung abweichend davon an der Spitze mit einem grossen und/oder am Ende mit einem kleineren, gegebenenfalls bis zu Null herabgesetzten Öffnungswinkel ausgestattet ist. Der Kegel selbst kann relativ lang sein, so dass über eine relativ lange Verstellstrecke eine sehr feinfühlige und sich nur langsam verstellende Querschnittsveränderung moglich ist. Dieses Prinzip eignet sich daher besonders für die Anwendung von Servomotoren. Aus der DE-A 31 13 511 ist eine Brennereinrichtung bekannt, bei der die Luftzuführung über eine Luftzufuhrleitung erfolgt, die über drallerzeugende Vorrichtungen eine Verbindung zwischen dem Ende der Luftzufuhrleitung und der Mischzone herstellt. Die drallerzeugenden Vorrichtungen sind gleichzeitig als querschnittsveränderbare Kanäle gestaltet. Dieses Prinzip lässt sich mit Vorteil auch bei der vorliegenden Brennereinrichtung verwenden, wenn die querschnittsveränderbare Luftzufuhrleitung an der Peripherie der Mischzone endet Gemäss eines Merkmales der Erfindung sind in die die Brennstoff-Luft-Mischzone umgebende Wandung querschnittsveranderbare, drallerzeugende Luftkanäle eingelassen, die die Verbindung zwischen dem Ende der Luftzufuhrleitung und der Brennstoff-Luft-Mischzone bilden. Es handelt sich hierbei um tangential in die Wandung eingeschnittene runde oder eckige Kanäle, wie sie im Prinzip aus der genannten DE-OS 31 13 511 bekannt sind. Weitere Merkmale der Unteransprüche sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen: Figur a einen Querschnitt durch eine Brennereinrich tung gemäss 'Erfindung in einer niedrigen Last stufe; Figur 1 b die Brennerein-richtung gemäss Figur 1 in Vollaststufe; Figur 2 die verstellbare Blendeneinrichtung in ver grösserter Darstellung und Figur 3 eine andere Gestaltung des Schliesskegels. Für die Brennereinrichtung ist als Brennstoff in erster Linie Erdgas oder ein verwandtes Gas vorgesehen. Es eignen sich jedoch auch reine Gase, wie Methah, Propan oder Butan sowie Stadtgas. Nicht auszuschliessen ist auch die Verwendung eines Kohlenstaub-Luft- oder bl-Luft- Gemisches. Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich allerdings auf einen Gasbrenner. In den Figuren 1 a und 1 b ist im Querschnitt eine Brennereinrichtung gezeigt, wie sie beispielsweise bei der Verbrennung Von Erdgas in einem Kessel für ein Mehr- familienhausin der Grössenordnung 100.000 kcal/h verwendet werden kann. Die Brennereinrichtung, allgemein mit 1 bezeichnet, schliesst sich hierbei an eine Kesselwand 2 an. Die Brennereinrichtung weist ein dreiteiliges Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 zerfällt in folgende Teile: ein sich auf die Kesselwand 2 im Inneren abstützendes Kopfteil 31, ein gestrecktes Tubusteil 32 und ein das Tubusteil 32 teilweise umgebendes, sich an der Rückseite der Kesseiwand 2 unmittelbar anschlieendes, im wesentlichen der Luftzuführung dienendes Trommelteil 33. Die Teile 31 - 33 liegen im wesentlichen konzentrisch als Drehkörper zu dem gezeichneten Querschnitt und entlang einer Achse A. Das Trommelteil 33 umschliesst eine runde, in die Kesselwand 2 eingearbeitete Öffnung 4 mit einer runden Wandung 5, die an ihrer Rückseite durch eine mit Mittelöffnung 6 versehene Rückwand 7 abschliesst. Auf die Wandung 5 des Trommelteils 33 ist ein relativ grossdimensionierter, zylindrischer Stutzen 8 aufgesetzt. In die Öffnung 6 ist ferner der bereits erwähnte Tubusteil 32 fest eingesetzt. Der Tubusteil, der ebenfalls zylindrisch geformt ist, hat einen wesentlich geringeren Durchmesser als der Trommelteil 33. Der Tubusteil 32 ragt mit seinem Ende 9 aus dem Trommelteil 33 heraus und ist mit einer Rückwand 10, die mit einer Öffnung 11 versehen ist, verschlossen. Der Tubusteil 32 liegt ebenfalls- konzentrisch zu der Achse A und endet kurz vor der Resselwand-Öffnung 4 in dem Flansch 12 einer Gas-Luft-Mischkammer 13, deren Wandung 18 eine Gas-Luft-Mischzone 14 umschliesst. Die Gas-Luft-Mischkammer 13 endet an ihrer Stirnseite innerhalb des Kessels in einem Flansch 15, an den sich die Wandungen des Kopfteils 31 stützend anschliessen und eine Verbindung zur Kesselwand 2 herstellen. Der Tubusteil 32 dient in erster Linie zur Gasführung. Er ist dazu an seinem überstehenden Ende 9 mit einem Gaseinleitungsstutzen 16 versehen, durch den das Brenngas, z. B. Erdgas, einströmt und im Inneren des Tubusteiles 32 bis zu einer Blendenwand 17 ungehindert strömen kann. Dabei ist in den Tubusteil 32 ein verdrehbarer Blendenzylinder 51 mit einer kreisrunden Öffnung 51' eingebaut. Blendenzylinder und Öffnung können zur Ersteinstellung der Gaszufuhr gegeneinander nach Art einer Blendeneinstellung so weit verdreht werden, dass eine gewünschte Gasmenge durch den Stutzen 16 und die Öffnung 51' in den Tubusteil 32 eintreten kann. Wie detaillierter aus der Figur 2 hervorgeht, ist die Blendenwand 17 mit einer Verstellöffnung 20 versehen, die genau konzentrisch zur Achse A liegt und die die einzige Öffnung innerhalb der Blendenwand 17 ist. Die Öffnung 20 ist in die Blendenwand 17 etwas konisch eingeschnitten, und zwar divergierend zur Öffnung des Tubusteiles 32 hin. Die Gaszufuhr durch den Tubusteil 32 kann mit Hilfe eines einen Teil einer schieberartigen Vorrichtung bildenden Schliesskegels 21 verstellt werden. Der Schliesskegel 21 ist entlang der Achse A innerhalb der Verstellöffnung 20 verschiebbar, wobei je nach Stellung des Schliesskegels 21 die Verstellöffnung 20 von einem Maximumquerschnitt bis zu einem Minimum bzw. bis zu einem völligen Verschluss querschnittsveränderbar ist. Das für die Erfindung wesentliche Zusammenspiel von Verstellöffnung 20 und Schliesskegel 21 wird ermöglicht durch eine verstellbare Gleitstange 22, die durch den Tubusteil 32 hindurchragt und deren Ende in einem in der Rückwand 10 des Tubusteiles 32 eingebauten Gleitlager 23 beweglich ist. An ihrer in Richtung Kessel ragenden Spitze ist die Gleitstange 22 mit einer perforierten ersten Wandscheibe 24 verschraubt, die wiederum fest mit einem zylindrischen Dosenteil 25 verbunden ist. Die Grundseite des Dosenteils 25 ist offen und bildet damit einen Brennstoff-Durchlass 30. Den stirnseitigen Abschluss des zylindrischen Dosenteils 25 bildet eine weitere, zweite Wandscheibe 26, die mit einer zentrischen Gas-Austritts öffnung 27 versehen ist. Statt einer oder zusätzlich zu zentrischen Öffnungen können weitere Öffnungen in der Wandscheibe 26 vorgesehen sein. Der Dosenteil 25 ist über die Gleitstange 22 mit dem Schliesskegel 21 demnach starr verbunden. Der Dosenteil 25 kann sich gegenüber de Tubusteil 32 axial bewegen. Mit den bisher beschriebenen Teilen liegt eine Brennereinrichtung 1 für einen Gasbrenner vor, die mit einer Gaszufuhrleitung versehen ist, die am Stutzen 16 beginnt, sich in den Tubusteil 32 fortsetzt, mit Hilfe der Anordnung aus Verstelloffnung 20 und Schliesskegel 21 querschnittsveränderbar ist, und die in der Austritts öffnung 27 in der Gas-Luft-Mischzone 14 endet. Die Luftzufuhrleitung beginnt mit dem Stutzen 8, setzt sich in das Innere des Trommelteiles 33 fort, führt durch die von der Gas-Luft-Mischkammer offen gelassene periphere Teilöffnung 4 in den Kopfteil 31 und von dort über tangential eingestellte, schlitzartige Luftkanäle 28 unter relativ hoher Geschwindigkeit in die Gas-Luft-Mischkammer 14 und vermischt sich dort mit dem Gas. Das Gas Luft-Gemisch tritt aus der Öffnung 29 der Kammer 13 aus und kann mit Hilfe einer (gestrichelt dargestellten) Zündvorrichtung 40 gezündet werden. Der die Gleitstange 22 umschlieende -Schliesskegel 21 ist beispielsweise als Drehteil mit einem Kegelöffnungswin 0 0 kel zwischen 1 und 15 , vorzugsweise zwischen 3,5 und 5 hergestellt. ueber eine Flanschverbindung 41 ist der Kegel abnehmbar verbunden mit einem Mantelrohr 42, wel ches. sich durch das Gleitlager 23 fortsetzt. Der durch die Öffnung 11 ragende Teil der Gleitstange 22 und dem Mantelrohr 42 wird mit Hilfe eines Servomotor-Antriebes 44 hin- und herbewegt. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist eine dazu auf das Mantelrohr 42 aufgesetzte Muffe 45 innerhalb einer Gleithülse 45' verschiebbar angeordnet. Ein Abschaltkontakt 46 drückt auf einen Schalter 46' und sorgt für eine Notabschaltung, falls eine bestimmte Minimalstellung des Schliesskegels 21 überschritten ist. Diese Massnahme verhindert, dass durch den Schliesskegel die Verstellöffnung 20 beschädigt wird. Weiterhin ist eine Pufferfeder 47 in eine Nut der Gleithülse 45' derart eingebaut, dass bei Verstellen der Gleitstange gegen die Minimumstellung an der Feder 47 noch eine Abpufferung erfolgt. Damit ist die Gleitstange 22, die durch den Servomotor 44 angetrieben wird, im Bereich ihrer Endstellung abgefedert und abgesichert. Weiterhin sorgt ein Luftdruckwächter 50 für eine Uberwachung des Luftdruckes innerhalb des Trommelteiles 33, womit ebenfalls die Betriebssicherheit gewährleistet wird, denn bei Abfall des Druckes wird auch die Gaszufuhr abgeschaltet. Durch die Betätigung der Gleitstange 22 und des Schliesskegels 21 wird, wie beschrieben, gleichzeitig der Dosenteil 25 vor den Luftkanälen 28 hin und her bewegt und sorgt damit für eine Querschnittsveränderung dieser Luftzuführöffnungen. Der Dosenteil 25 bildet demnach das mit dem Schliesskegel verbundene weitere Organ, mit dem die LuftzufühTeitungen querschnittsveränderbar sind. Vorzugsweise ist der Schliesskegel 21 als Spitze einer im Inneren des Tubusteiles beweglich angeordnete Lanze (Gleitstange 22) gestaltet. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Schliesskegel isoliert über einen gesonderten Antrieb bewegt wird. Im vorliegenden Falle ist die Kegel spitze bzw. Lanze mit zwei hintereinandergeschalteten Wandscheiben 24 und 26 verbunden, von denen die eine eine Kreisringform und die andere eine Scheibenform aufweist, bei der eine zentrische, im Bereich der Kegelspitze liegende Austrittsöffnung 27 vorhanden ist. Die beiden Wandscheiben: 24 und 26 sind susammen mit der Kegelspitze bewegli-ch. dagegen starr innerhalb des nicht-beweglichen Tubusteiles 32 ist die Blendenwand 17 angeordnet, die von dem Schliesskegel 21 durchdrungen wird. Die äussere Mantelform und der Öffnungswinkel des Kegels 21 werden im wesentlichen an die Bedürfnisse der Ver stellgeschwindigkeit und Verstelistrecke angepasst. Eine schlanke Kegelform -ermöglicht es, dass auch bei höherem Gasdruck eine sehr exakte Bemessung der Gaszufuhr er mögliche wird. Anstelle eines Kegelmantels mit konstantem Kegelwinkel, 0 der im allgemeinen zwischen 1 und 15 Öffnungswinkel besitzt, können auch trompetenartig geformte Kegelmantel oder solche mit Stufenverstellung verwendet werden. Figur 3 zeigt einen Schliesskegel 121, der eine von der vorgeschriebenen Ausführungsform abgewandelte Form hat. An seiner Spitze 36 ist er stärker konvergierend; sein 0 Öffnungswinkel beträgt etwa zwischen 10 und 30 . An seinem Ende 37 ist er dagegen abgeflacht, d. h. er nimmt die Form eines Zylindermantels an; der Öffnungswinkel 0 geht gegen 0 . Die Mantelform des Kegels 21 bzw. 121 kann somit an die Kennlinie eines für die Luftzufuhr sorgenden Gebläses sehr exakt angepasst werden. Eine genaue zentrische Ausrichtung der Gas-Luft-Mischkammer kann mit Hilfe einer Verstellschraube 34 bewerkstelligt werden, die in den Trommelteil 33 eingesetzt ist. Luftgeblase- und Gasgebläsedruck und die Durchsatzmengen können sehr genau aufeinander abgestimmt werden, so dass die Gasmenge auf eine stochiometrische Verbrennung hin bemessen werden kann. Die Blendenscheibe 17 und der Schliesskegel 21 können auch ohne weiteres ausgewechselt werden, um den Brenner an andere Gegebenheiten anzupassen. Insgesamt ergibt sich eine für gasförmige Brennstoffe geeignete Brennereinrichtung, mit der innerhalb eines grossen Lastbereiches die Brennstoff- und Luftzufuhr gesteuert werden kann.

Claims: P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Brennereinrichtung für einen gasförmigen Brennstoff mit einer Brennstoff- und einer Luftzufuhrleitung (16, 38; 8), die beide im Bereich einer von einer Wandung (30) umschlossenen Brennstoff-Luft-Mischzone enden, bei welcher Brennereinrichtung die Brennstoff und die Luftzufuhr in die Mischzone (13) gleichzeitig einer querschnittsveränderbare Kanäle (28, 20) mittels einer entlang der Längsachse verstellbaren Vorrich tung entsprechend der erforderlichen Brennerleistung in einem festliegenden Brennstoff-Luft-Verhältnis veränderbar sind, nämlich - die Gaszufuhr mittels eines verschiebbaren SchlieL- kegels (2), der durch eine Verstellöffnung (20) der Brennstoffzufuhrleitung ragt, und - die Luftzufuhr mittels eines mit dem SchtieSkegel (21) zusammenwirkenden weiteren verschiebbaren Organs (25), dadurch gekennzeichnet, dass a) der Schliekegels -(21; 121) starr mit einem ihm umgebenden zylindrischen Dosenteil (25) als weite rem Organ verbunden ist, dessen eine Seite den Brennstoff-Strom von der Brennstoff-Zufuhrleitung (16) aufnimmt und dessen andere Seite mit einem Brennstoff-Durchlaf. (30) versehen ' ist, b) die die Brennstoff-Luft-tlischzone (13) umgebende Wandung (30) zylindrisch oder quasi-zylindrisch ist, und in ihr die Kanäle (28) für die Luftzufuhr eingelassen sind, c) und daL der Dosenteil (25) innerhalb der Wandung ('3 0 r Ieitet. 2. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die Verstelldffnung (20) in einer in die-Brennstoffzufuhrleitung eingebauten Blendenwand (17) vorgesehen ist. 3. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Öffnungswinkel des Schliesskegels (21), vorzusweise auf seiner Mantellänge konstant, 0 zwischen 1 und 15 beträgt. 4. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Mantel des Schliesskegels (121) im mittleren Bereich einen konstanten Öffnungswinkel besitzt, an seiner Spitze t36) abweichend davon einen grösseren und/oder an seinem Ende (37) einen kleine ren, gegebenenfalls bis zum Wert Null herabgesetzten Öffnungswinkel besitzt. 5. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die SchlieSkegelspitze über wenigstens eine perforierte Wandscheibe (24) mit dem Dosenteil (25) verbunden ist. 6. Brennereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, dass zwei hintereinandergeschaltete Wand scheiben (24, 26) an der Schliesskegelspitze ange ordnet sind, von denen die den Nix*luB des Dosentejls (25) bildende kreisringförmig ist.

Inventors: GRAAT, JOHANNES WILHELMUS
Applicants: SMIT OVENS B.V.
Application year: 1985
Main classification: F23D14
IPC codes: F23D14