TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Erzeugung eines Heissgasstromes, sowie einen Heissgaserzeu- ger mit dem Brenner gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. STAND DER TECHNIK

Zur Erzeugung von Heissgasströmen für Trock- nungs- und Erhitzungszwecke in der Industrie, z.B. für die Trocknung und Erhitzung von granuliertem Mineralmaterial bei der Asphaltherstellung, kommen in der Regel mit fossilen Brennstoffen befeuerte Brenner zum Einsatz, bei denen der Brennstoff in einem Verbrennungsluftstrom fein verteilt und verbrannt wird. Für die Erzeugung dieses Verbrennungsluftstromes wird üblicherweise ein mit elektrischer Energie angetriebenes Gebläse verwendet, welches je nach Grosse bzw. Leistung einen nicht unerheblichen Anteil an den Investitions- und Betriebskosten eines solchen Brenners bildet.

Um das Gebläse und damit den im Betrieb zusätzlich zur Brennstoffenergie erforderlichen Bedarf an elektrischer Energie so gering wie möglich zu halten, wird heute bei einigen Brennern ein Teil der vom Gebläse gelieferten Verbrennungsluft vor deren Zuführung zur Verbrennungszone über Injektoren teilweise expandiert und mittels der so erzeugten Injektorwirkung zusätzliche Frischluft aus der Umgebung angesaugt, welche dann zusammen mit der expandierten Gebläseluft der Verbrennungszone zugeführt wird.

Neben dem Vorteil geringerer Investitionsund Betriebskosten ergibt sich bei diesen Brennerbauarten jedoch der Nachteil, dass die Ansaugung der Frischluft mittels Injektoren mit einer starken Geräuschentwicklung verbunden ist, weshalb derartige Brenner vielerorts nicht einsetzbar sind.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, einen Brenner mit Injektoren zur Ansaugung zusätzlicher Frischluft sowie einen Heissgaserzeuger mit einem solchen Brenner zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen oder zumindest teilweise vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch den Brenner und den

Heissgaserzeuger gemäss den unabhängigen Patentansprüchen gelöst .

Gemäss Patentanspruch 1 betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt einen bevorzugterweise für Schweröl geeigneten Brenner zur Erzeugung eines Heiss- gasstromes zu Heiz- bzw. Trocknungszwecken. Der Brenner umfasst einen Brennermantel und weist Injektoren auf, welche beim bestimmungsgemässen Betrieb des Brenners mit Gebläseluft gespeist werden und über eine oder mehrere Ansaugöffnungen im Brennermantel Frischluft aus der Umgebung ansaugen. Diese Frischluft vermischt sich im Betrieb innerhalb des Brenners mit der über die Injektoren expandierten Gebläseluft und wird dann der Verbrennungszone zugeführt. Dabei ist der Brenner derartig ausgestal- tet, dass die Austrittsöffnungen der Injektoren vom Brennermantel überdeckt sind, also bei einer Seitenansicht des Brenners hinter dem Brennermantel verborgen sind.

Derartige erfindungsgemässe Brenner weisen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten gat- tungsgemässen Brennern bei gleicher Leistung und Wirtschaftlichkeit deutlich geringerer Geräuschemissionen auf .

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ansaugöffnungen des Brennermantels von einer einzigen Ab- deckvorrichtung, bevorzugterweise von einem umlaufenden Kragen, oder von mehreren einzelnen Abdeckvorrichtungen, z.B. einzelnen haubenförmigen Abdeckungen, verdeckt, so dass diese bei einer Seitenansicht des Brenners hinter der bzw. den Abdeckvorrichtungen verborgen sind. Hierdurch lässt sich eine weitere Verringerung der Geräuschemissionen erreichen.

Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn die Abdeckvorrichtungen derartig ausgebildet sind, dass die angesaugte Umgebungsluft auf ihrem Weg zu den Austrittsöffnungen der Injektoren eine Umlenkung von mehr als 90°, insbesondere von etwa 180° erfährt, da dies eine weitere Reduktion der Geräuschemissionen begünstigt.

Weiter ist es bei Ausführungsformen des er- findungsgemässen Brenners, bei denen die Ansaugöffnungen des Brennermantels von Abdeckvorrichtungen verdeckt sind, bevorzugt, dass diese Abdeckvorrichtungen mit einer schallabsorbierenden Auskleidung versehen sind, wodurch ein Grossteil des beim Austritt der Gebläseluft aus den Inkjektoren erzeugten Schalls abgefangen wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform begrenzt der Brennermantel einen Strömungskanal mit kreisringförmigen Querschnitt für den Transport der angesaugten Frischluft zur Verbrennungszone, in welchen in Strömungsrichtung eine Vielzahl Injektoren hineinragen. Der Brennermantel bildet also in diesem Fall die äussere Begrenzung eines kreisringförmigen Strömungskanals für den aus über die Injektoren expandierter Gebläseluft und über die Ansaugöffnungen angesaugter Umgebungsluft gebildeten Verbrennungsluftstrom. Zudem ist es bevorzugt, dass die Injektoren bezogen auf den Kreisringquerschnitt des Strömungskanals umfangsmässig gleichmässig verteilt in den Strömungskanal eintreten.

Diese Bauweise begünstigt bei einem konstruktiv einfachen Aufbau des Brenners die Erzeugung einer gleichmässigen stabilen Verbrennungsluftströmung in dem Strömungskanal und an dessen Austritt und ermöglicht gleichzeitig eine Kühlung des Brennermantels mit dieser Luftströmung. Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die In ^¬ jektoren auf zwei konzentrischen Teilkreisen angeordnet sind, bevorzugterweise mit versetzten Umfangspositionen, da hierdurch eine noch gleichmässigere Einströmung der expandierten Gebläseluft in den Strömungskanal möglich ist.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Brenners weist der Brennermantel eine im Wesentlichen umfangsmässig umlaufende Ansaugöffnung auf, d.h. eine Ansaugöffnung, welche sich über den gesamten Umfang des Brennermantels erstreckt und allenfalls durch schmale Stege oder Rippen unterbrochen ist. Eine solche Ansaugöffnung weist geringe Druckverluste beim Durchströmen auf ist daher einem guten Wirkungsgrad des Brenners förderlich.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Brenner derartig ausgebildet, dass die Austrittsöffnungen der Injektoren in Strömungsrichtung gesehen an mindestens zwei verschiedenen axialen Positionen angeordnet sind. Hierdurch lässt sich eine stabile Luftströmung auch bei relativ langen Strömungskanälen sicherstellen.

Dabei ist weiter bevorzugt, dass diejenigen Injektoren, deren Austrittsöffnungen stromaufwärts zuoberst angeordnet sind, aus einem Sammelraum mit Gebläse- luft gespeist werden, während die Injektoren, deren Austrittsöffnungen stromabwärts von den zuvor genannten Injektoren angeordnet sind, aus einem Strömungskanal gespeist werden, welcher ebenfalls aus dem Sammelraum mit Gebläseluft gespeist wird und in welchem im Betrieb Ver- brennungsluft zur Verbrennungszone strömt. Auf diese

Weise ist es möglich, die Unterschiede der Druckdifferenzen über den Injektoren zwischen stromaufwärts und stromabwärts positionierten Injektoren in engen Grenzen zu halten und dadurch einen über den gesamten Betriebsbe- reich des Brenners stabilen Betrieb zu gewährleisten. Dabei ist es weiter bevorzugt, dass die Eintrittsöffnungen der aus dem Strömungskanal gespeisten Injektoren derartig in dem Strömungskanal angeordnet sind, dass im Betrieb ein Teil der kinetischen Strömungsenergie der in diesem Strömungskanal strömenden Verbren- nungsluftströmung umgewandelt wird in Druckenergie für die Expansion in den Injektoren. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die in dem Strömungskanal geführte Strömung für den Eintritt in den jeweiligen Injektor keine oder nur eine geringfügige Umlenkung erfährt, bzw. bevor- zugterweise erst innerhalb des Injektors eine grossere Umlenkung erfährt.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Brenner konzentrisch zueinander angeordnete, bevorzugterweise kreisringförmige Austrittsquer- schnitte für einen den Brennstoff tragenden Luftstrom und für Verbrennungsluft auf und ist derartig ausgebildet, dass der äusserste der konzentrischen Austrittsquerschnitte im Betrieb mit der über die Injektoren angesaugten Frischluft gespeist wird. Hierdurch wird im Betrieb eine Hüllströmung aus Verbrennungsluft um die den Brennstoff tragende Strömung gelegt, was einer stabilen Verbrennungszone und einer vollständigen Verbrennung förderlich ist.

Gemäss Anspruch 14 betrifft ein zweiter As- pekt der Erfindung einen Heissgaserzeuger mit einer

Brennkammer, welche einen Feuerraum bildet, in den ein Brenner gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung einmündet, derart, dass der Feuerraum im Betrieb die Verbrennungszone umgibt. Bei einer solchen Verwendung des erfindungs- gemässen Brenners für einen Heissgaserzeuger treten die Vorteile der Erfindung besonders deutlich zu Tage.

In einer bevorzugten Ausführungsform des

Heissgaserzeugers weist dieser eine Vielzahl bevorzugterweise identischer Brenner gemäss dem ersten Aspekt der Erfindung auf, welche in den Feuerraum einmünden, wobei es weiter bevorzugt ist, dass diese auf identischen axia- len Positionen bezüglich der Strömungsrichtung des im Betrieb mit dem Heissgaserzeuger erzeugten Heissgases in den Feuerraum einmünden. Auf diese Weise können mit einer Brennergrösse erfindungsgemässe Heissgaserzeuger mit praktisch beliebiger Heizleistung bereitgestellt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht von schräg oben auf einen erfindungsgemässen Schwerölbrenner;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Schwerölbrenner aus Fig. 1; und

Fig. 3 eine perspektivische Schnittdarstellung durch die Brenneranordnung des Brenners aus den Figuren 1 und 2.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfin- dungsgemässen Brenners in Form eines Schwerölbrenners 1 ist in den Figuren 1 und 2 gezeigt, einmal in einer perspektivischen Draufsicht und einmal im Vertikalschnitt. Wie zu erkennen ist, besteht der Brenner grundsätzlich aus einem einstufigen Radialgebläse 2 zur Bereitstellung der Verbrennungsluft und einer Brenneranordnung 3, welche miteinander verschraubt sind.

Wie aus Fig. 2 in Zusammenschau mit Fig. 3, welche die Brenneranordnung 3 perspektivisch im Schnitt zeigt, zu erkennen ist, befindet sich im Zentrum der

Brenneranordnung 3 eine Brennerlanze 4, an deren brenner- austrittsseitigem bzw. verbrennungszonenseitigem Ende ein Düsenkörper 5 mit Düsenbohrungen (nicht gezeigt) angeordnet ist. An ihrem anderen Ende ist die Brennerlanze 4 mit einer Zuführungsleitung 20 für Schweröl verbunden. Innerhalb der Brennerlanze 4 ist eine zentrale Bohrung vorhan- den, welche die Zuführungsleitung 20 mit dem Düsenkörper 5 verbindet.

Die Brennerlanze 4 wird koaxial von einem ersten Rohr 6 umgeben, welches im Bereich des Austritts der Düsenbohrungen aus dem Düsenkörper 5 einen Einsatz 7 aufweist, welcher den Rohrquerschnitt in diesem Bereich verjüngt. Zwischen dem Rohr 6 mit dem endseitig in diesem angeordneten Einsatz 7 und der Brennerlanze 4 mit dem dazu gehörenden Düsenkörper 5 wird ein erster, kreisringförmiger Strömungskanal 8 gebildet, welcher im Bereich des Austritts der Düsenbohrungen aus dem Düsenkörper 5 seinen kleinsten Strömungsquerschnitt aufweist und über eine erste Drosselklappe 9 mit der Austrittsseite des Gebläses 2 verbindbar ist.

Stromaufwärts vom Düsenkörper 5 im ersten Strömungskanal 8 befindet sich ein spiralförmiges Leitblech 10, welches der im Betrieb durch den Strömungskanal 8 strömenden Luft vor ihrem Eintreten in den vom Einsatz 7 begrenzten Bereich des Strömungskanals 8 einen Drall aufprägt. Das Leitblech 10 wird von der Brennerlanze 4 getragen und ist fest mit dieser verbunden.

Das erste Rohr 6 ist koaxial von einem zweiten Rohr 12 umgeben, welches wiederum koaxial von einem dritten Rohr 16 umgeben ist, welches im Bereich seines brenneraustrittsseitigen Endes einen düsenartigen Einsatz 19 aufweist. Der Einsatz 19 verjüngt den Rohrquerschnitt in diesem Bereich zum brenneraustrittsseitigen Ende hin zuerst sprunghaft und danach stetig zunehmend. Zwischen dem zweiten Rohr 12 mit dem Düsenring 14 und dem dritten Rohr 16 mit dem Einsatz 19 wird ein zweiter, kreisring- förmiger Strömungskanal 17 für Verbrennungsluft gebildet. Dieser zweite Strömungskanal 17 ist über eine zweite Drosselklappe 18 mit der Austrittsseite des Gebläses 2 verbindbar.

Der Einsatz 19 umgibt das erste Rohr 6 mit dem darin angeordneten Einsatz 7 im Bereich des aus- trittsseitigen Endes des Einsatzes 7 und begrenzt den in diesem Bereich zwischen ihm und dem Düsenring 14 gebildeten zweiten Strömungskanal 17 derart, dass im Betrieb die aus dem zweiten Strömungskanal 17 austretende

Verbrennungsluft V eine Hüllströmung um den aus dem

Einsatz 7 und damit aus dem ersten Strömungskanal 8 austretenden und zerstäubtes Öl tragenden Luftstrom Z herum bildet.

Das dritte Rohr 16 ist koaxial von einem vierten Rohr 21 umgeben, welches hier den anspruchsge- mässen Brennermantel bildet. Zwischen dem dritten Rohr 16 und dem vierten Rohr 21 wird ein dritter kreisringförmiger Strömungskanal 22 gebildet. Das vierte Rohr 21 umgibt das dritte Rohr 16 im Bereich des austrittsseitigen Endes desselben derart, dass im Betrieb die aus dem dritten Strömungskanal 22 austretende Luftströmung L eine Hüll- Strömung um den aus dem dritten Rohr 16 und damit aus dem zweiten Strömungskanal 17 austretenden Luftstrom V bildet.

Wie weiter zu erkennen ist, ist der dritte Strömungskanal 22 über eine Vielzahl von Injektorrohren 23 mit einem Sammelraum 25 für Verbrennungsluft verbunden, der über die zweite Drosselklappe 18 mit der Druckseite des Gebläses 2 verbindbar ist. Die Injektorrohre 23 sind auf zwei konzentrischen Teilkreisen mit versetzten Umfangspositionen gleichmässig über den Umfang des Quer- Schnitts des dritten Strömungskanals 22 verteilt.

Im Bereich der Injektorrohre 23 weist das vierte Rohr 21 eine umfangsmässig im wesentlichen umlaufende Ansaugöffnung 24 auf, welche den von diesem Rohr 21 umgebenen dritten Strömungskanal 22 und die Austritts- Seiten der Injektorrohre 23 mit der Umgebung verbindet. Dabei ist die Ansaugöffnung 24 derartig dimensioniert, dass das vierte Rohr 21 die Austritte der Injektorrohre 23 überdeckt, diese also in der Seitenansicht unter dem vierten Rohr 21 verborgen sind.

Stromabwärts der zuvor erwähnten Injektorrohre 23 mündet eine Vielzahl weiterer Injektoren 30 in den dritten Strömungskanal 22 ein, welche Verbrennungsluft aus dem zweiten Strömungskanal 17 abzweigen und in den dritten Strömungskanal 22 expandieren, unter Erzeugung einer Injektorwirkung im dritten Strömungskanal 22. Auch diese Injektorrohre 30 sind gleichmässig über den Umfang des dritten Strömungskanals 22 verteilt. Wie weiter zu erkennen ist, zweigen sie die entnommene Verbrennungsluft aus dem zweiten Strömungskanal 17 unter einem Winkel von etwa 40° zur Durchströmungsrichtung dieses Strömungskanals ab, so dass im Betrieb ein Teil der vor- handen Strömungsenergie in Druckenergie für die Expansion umgewandelt wird.

Wie weiter zu erkennen ist, ist die Ansaugöffnung 24 von einem umlaufenden Kragen 29 (anspruchsge- mässe Abdeckvorrichtung) abgedeckt, derart, dass die An- Säugöffnung 24 in einer Seitenansicht des Brenners hinter dem Kragen 29 verborgen ist. Wie zu erkennen ist, wird hierdurch der über die Ansaugöffnung 24 aus den Umgebung angesaugten Luft auf ihrem Weg zu den Austrittsöffnungen der Injektoren 23, 30 eine Umlenkung von etwa 180° aufge- zwungen.

Im Betrieb wird der Brennerlanze 4 über eine Brennstoffpumpe (nicht gezeigt) Schweröl zugeführt, welches dann über die Düsenbohrungen des Düsenkörpers 5 in den ersten Strömungskanal 8 eingespritzt wird.

Gleichzeitig wird dem ersten Strömungskanal 8 über die erste Drosselklappe 9 und einen ersten Sammelraum 26 und dem zweiten Strömungskanal 17 über die zweite Drosselklappe 18 und einen zweiten Sammelraum 25 Luft vom Gebläse 2 zugeführt.

Die im ersten Strömungskanal 8 strömende Luft passiert den Bereich, in dem das spiralförmige Leitblech 10 angeordnet ist, und tritt anschliessend als Drallströmung in den Bereich ein, in welchem das Schweröl über die Düsenbohrungen des Düsenkörpers 5 in den ersten Strö- mungskanal 8 eingespritzt wird. Dabei reisst sie das eingespritzte Schweröl mit sich und tritt anschliessend als Luftstrom Z mit darin fein verteilten Schwerölteil ^¬ chen aus dem Einsatz 7 des ersten Rohres 6 aus, um sodann in der an den Brenneraustritt anschliessenden Verbrennungszone verbrannt zu werden.

Die im zweiten Strömungskanal 17 geführte Verbrennungsluft wird in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste Teilstrom wird über die Injektorrohre 30 in den dritten Strömungskanal 22 expandiert, währen der zweite Teilstrom im Bereich des austrittsseitigen Endes des zweiten Strömungskanals 17 in einen dort angeordneten Drallkörper 27 eintritt, welchen er als Drallströmung verlässt. Anschliessend tritt der zweite Teilstrom in den düsenförmigen Einsatz 19 ein, welcher das austrittssei- tige Ende des zweiten Strömungskanal 17 bildet. Diesen verlässt er sodann als spiralförmig rotierende Strömung, welche eine Hüllströmung aus Verbrennungsluft V um den aus dem Einsatz 7 und damit aus dem ersten Strömungskanal 8 austretenden Luftstrom Z mit dem darin enthaltenen zerstäubten Schweröl bildet.

Eine Teilmenge der über die zweite Drossel- klappe 18 in den zweiten Sammelraum 25 eintretenden Ver- brennungsluftmenge V wird über die Injektorrohre 23 in den dritten Strömungskanal 22 expandiert. Gleichzeitig wird durch die durch diese Injektorrohre 23 und durch die über die stromabwärts angeordneten Injektorrohre 30 er- zeugte Injektorwirkung über die Ansaugöffnung 24 Frischluft aus der Umgebung in den dritten Strömungskanal 22 gesaugt, welche sich dann mit der über die Injektoren 23, 30 expandierten Luft vermischt und im dritten Strömungskanal 23 weiterströmt. Am Ende dieses Strömungskanals 23 passiert diese Luftströmung eine Anordnung aus Leitrippen 28, bevor sie aus diesem austritt und dabei eine geradgerichtete Hüllströmung Z um die aus dem zweiten Strömungskanal 17 austretende spiralförmige Hüllströmung aus Verbrennungsluft V bildet.

Alternativ oder zusätzlich zur Schwerölbefeuerung kann der Brenner 1 auch mit einem Brenngas betrie- ben werden. Wie zu erkennen ist, wird zwischen dem ersten Rohr 6 und dem zweiten Rohr 12 ein weiterer kreisringförmiger Strömungskanal 13 gebildet, welcher brenneraus- trittsseitig in einem Düsenkranz 14 mündet und an seinem anderen Ende mit einer Brenngaszuführung 15 verbunden ist. Über diesen weiteren Strömungskanal 13 kann Brenngas von der Brenngaszuführung 15 zum Düsenkranz 14 geführt werden, zum Eindüsen des Brenngases in die Verbrennungszone .

Während dem Betrieb des Brenners können die die Drosselklappen 9, 18 individuell derartig eingestellt werden, dass ein gewünschtes Flammenbild erhalten wird, gegebenenfalls unter zusätzlicher Einstellung der axialen Position der Brennerlanze 4 und der zugeführten Brenn- stoffmenge. Falls ein Betrieb mit Brenngas stattfindet, kann auch die zugeführte Brenngasmenge eingestellt werden .

Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und auch in anderer Weise innerhalb des Umfangs der nun folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann .