[0001] Die Erfindung richtet sich auf einen Dampferzeugergasbrenner zur Verbrennung niederkalorischer
Gase, der ein Kernluftrohr, ein unter Ausbildung eines insbesondere ringförmigen Gasströmungsquerschnittes
koaxial um das Kernluftrohr angeordnetes Gasrohr und mindestens ein weiteres, unter
Ausbildung eines insbesondere ringförmigen Sekundärluftströmungsquerschnittes um das
Gasrohr angeordnetes Rohrelement umfasst, wobei in dem Gasströmungsquerschnitt erste
Drallkörper angeordnet sind.
[0002] Bei der Ausbildung von Gasfeuerungen für Dampferzeuger kommen auch Gasbrenner zum
Einsatz, die niederkalorische Gase verbrennen. Solche niederkalorischen Gase werden
insbesondere in der Nähe von Hüttenwerken als so genannte Hüttengase zur Verfügung
gestellt. Hierbei kann es sich um Gichtgas oder Hochofengas, Konvertergas, Kokereigas
oder ähnliche Prozessrückstandsgase handeln.
[0003] Zur Verbrennung dieser Gase ist es aus der Praxis bekannt, übliche Gasbrenner mit
einem zusätzlichen Ringquerschnitt zu versehen, durch welchen hindurch dann das niederkalorische
Gas der Brennermündung und der Brennerflamme zugeführt wird.
[0004] Bei Gasfeuerungen können im Brennkammerbereich Druckschwingungen auftreten, die zu
Schäden an der Ausmauerung der Stahlkonstruktion führen. Druckschwingungen treten
dort auf, wo es eine Anregungsquelle, einen Resonanzraum und eine Verbindung über
Rohrleitungen gibt. Das Entstehen von Druckschwingungen in der Feuerung ist eine Folge
der strömungs-, wärme- und verbrennungstechnischen sowie der akustischen Eigenschaften
der gesamten Anlage. Die Basis von Druckschwingungen ist ein Rückkopplungskreis, bei
dem die Zuleitungen des Resonanzsystems, der Brenner, das Kopplungsglied und die Flamme
einschließlich des Brennraums die Anregungsquelle und Verstärkung sind. Die Druckschwingungen
sind auf eine plötzliche Volumenzunahme nach der Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches
zurückzuführen. Erzeugt die Verbrennung genügend starke Impulse mit einer Frequenz,
die der Eigenfrequenz der Brennkammer nahe kommt, entsteht eine Resonanzschwingung,
welche die zusätzliche Belastung hervorruft. Mit steigender Dampferzeuger- und damit
Brennerleistung und steigendem Brenngasheizwert werden größere Schallenergien an die
Brennkammerwände übertragen. Da gerade in kurzen und damit heißen Flammen Maximalwerte
des Energieumsatzes je Raum- und Zeiteinheit und damit auch große Schwankungen auftreten,
hat demgegenüber eine "weiche" Verbrennungsführung in Folge verzögerter Reaktion den
Erfolg, die Anregung einer Resonanzschwingung zu vermeiden.
[0005] Aus der Praxis ist ein gattungsgemäßer Dampferzeugergasbrenner bekannt, der in dem
Gasströmungsquerschnitt des niederkalorischen Gases angeordnete Drallkörper aufweist.
Mit Hilfe dieser Drallkörper wird zum einen die Vermischung zwischen niederkalorischem
Gas und Verbrennungsluft beeinflusst, zum anderen aber auch die Gasaustrittsgeschwindigkeit,
wodurch eine stabile Verbrennung gewährleistet wird.
[0006] Oftmals aber werden in Hüttenwerken entstehende Gase dort gemischt und dann als niederkalorisches
Hüttengas dem Dampferzeugergasbrenner zugeführt. Bei einer solchen Vermischung mehrerer
Hüttengase ändern sich je nach Mischungsverhältnis der verschiedenen Gase die Brennstoffeigenschaften,
insbesondere der Heizwert des dem Dampferzeugergasbrenner zugeführten Verbrennungsgases.
Die variierenden Brennstoffeigenschaften nehmen Einfluss auf die Flammenbildung und
können dann wiederum dazu führen, dass durch die Verbrennung Feuerraumschwingungen
angeregt werden. Bei steigender Zündintensität, die beispielsweise bei einem höheren
Heizwert des Brenngases auftritt, steigt die Anregungsenergie. Unter bestimmten Randbedingungen
kann dann eine Resonanzschwingung der Rauchgassäule im Feuerraum entstehen.
[0007] Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die
es ermöglicht, einen Dampferzeugergasbrenner unter Berücksichtigung der jeweiligen
Zündintensität an variierende Brenngaseigenschaften, insbesondere einen schwankenden
Heizwert, anzupassen.
[0008] Bei einem Dampferzeugergasbrenner der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die ersten Drallkörper verstellbar angeordnet
sind.
[0009] Dadurch, dass die ersten Drallkörper verstellbar im Gasströmungsquerschnitt angeordnet
sind, kann gegebenenfalls auch während des Betriebes eines Dampferzeugergasbrenners
der durch die ersten Drallkörper erzeugte Drallgrad des strömenden niederkalorischen
Verbrennungsgases zur Einstellung von dessen Geschwindigkeitstangentialkomponente
und damit der Drallgrad des Brenngasstromes beeinflusst werden. Durch die ersten Drallkörper
erfährt der zunächst in längsaxialer Richtung des Gasbrenners strömende Brenngasstrom
eine Ablenkung in tangentialer Richtung, die dem nach dem Verlassen der ersten Drallkörper
wieder in längsaxialer Richtung strömenden Brenngasstrom einen Drallimpuls, den so
genannten Brenngasdrall, aufzwingt. Durch Verstellung des Brenngasdralls, d. h. ein
Variieren des Maßes und des Grades/der Neigung der Ablenkung des Brenngasstromes von
seiner ursprünglichen längsaxialen Strömungsrichtung in eine tangentiale Ablenkungsrichtung,
kann Einfluss auf die im Mündungsbereich des Brenners stattfindende Vermischung des
niederkalorischen Brenngases mit der im Kernluftrohr zugegebenen Primär- oder Kernluft
und der radial außenseitig zugegebenen Sekundärluft genommen werden. In Abhängigkeit
von den jeweils gegebenen Brenngaseigenschaften, insbesondere dem jeweiligen Brenngasheizwert,
werden die ersten Drallkörper derart eingestellt und ggf. während des Betriebes verstellt,
dass eine optimale Verbrennung und Flammenbildung erfolgt, die die Entstehung von
Feuerraumschwingungen vermeidet. Der durch die Stellung der ersten Drallkörper zu
erzielende Drallgrad kann dabei sowohl einmalig bei Inbetriebnahme des Dampferzeugergasbrenners
eingestellt und auf die zu verbrennende Gasqualität abgestimmt werden als auch während
des Betriebs des Dampferzeugergasbrenners permanent und/oder kontinuierlich den Brennstoffeigenschaften
und dem Brenngasstrom entsprechend gesteuert und angepasst werden.
[0010] In besonders günstiger Weise lassen sich die ersten Drallkörper verstellbar in dem
Gasströmungsquerschnitt dadurch anordnen, dass die ersten Drallkörper als sich in
radialer Richtung des Kernluftrohres erstreckende Drallschaufeln ausgebildet sind.
Hierdurch stehen die ersten Drallkörper in Form von Schaufeln von der Außenseite des
Kernluftrohres ausgehend in den Gasströmungsquerschnitt hinein und können nun insbesondere
um ihre Längsachse rotierbar ausgebildet sein. Durch Rotation um die Längsachse kann
dann eine je nach Rotationsstellung größere oder kleinere Querschnittsfläche der jeweiligen
Drallschaufel der Strömungsrichtung des Brenngasstromes entgegengestellt werden und
damit als Strömungshindernis und Strömungsumleitungsfläche wirkend den Brenngasstrom
in einen unterschiedlichen Drallgrad versetzen. Dazu sieht die Erfindung in Ausgestaltung
vor, dass die ersten Drallkörper jeweils um ihre sich in radialer Richtung des Kernluftrohres
erstreckende Längsachse rotierbar außenseitig auf dem Kernluftrohr angeordnet sind.
[0011] Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn die ersten Drallkörper stromaufwärts der Mündungsbereiche
von Kernluftrohr und Gasrohr in den Feuerraum angeordnet sind, was die Erfindung ebenfalls
vorsieht. Hierdurch lässt sich vor dem Erreichen des Mündungsbereiches im Brenner
eine Vergleichmäßigung der mit einem Drallimpuls versehenen Brenngasströmung erzielen.
Insbesondere ist dies zweckmäßig, wenn auch die Sekundärluft mit einem entsprechenden
Drallgrad versehen wird. Dabei ist es dann weiterhin gemäß Weiterbildung der Erfindung
von Vorteil, wenn die ersten Drallkörper in Bezug auf in dem Sekundärluftströmungsquerschnitt
angeordnete zweite Drallkörper an einer weiter stromaufwärts gelegenen Position angeordnet
sind.
[0012] Insgesamt lässt sich durch die Anordnung von ersten Drallkörpern in dem Gasströmungsquerschnitt,
aber auch durch die Anordnung von zweiten Drallkörpern in dem Sekundärluftströmungsquerschnitt
eine verzögerte Vermischung von Brenngas und Verbrennungsluft im Ausgangsbereich des
Dampferzeugergasbrenners zum Feuerraum hin erreichen, mit Hilfe welcher die Zündung
jeweils optimal positioniert werden kann.
[0013] Um die verzögerte Vermischung von Brenngas und Verbrennungsluft weiter zu unterstützen,
zeichnet sich die Erfindung in Weiterbildung durch einen Strömungsleitring aus, der
im stirnseitigen Mündungsbereich des Gasrohres angeordnet ist, der in dem Gasströmungsquerschnitt
strömendes Gas in Richtung auf die Brennerlängsachse zu ablenkende erste Strömungsflächen
und in dem Sekundärluftströmungsquerschnitt strömende Luft in Richtung von der Brennerlängsachse
fort ablenkende zweite Strömungsflächen aufweist. Hierdurch wird der Sekundärluftstrom
nach außen und der Verbrennungsgasstrom nach innen abgelenkt und somit das Zusammentreffen
der beiden Gase verzögert.
[0014] Von Vorteil ist es hierbei, wenn der Strömungsleitring axial verstellbar an dem Gasrohr
angeordnet ist, was die Erfindung in Ausgestaltung vorsieht.
[0015] Eine günstige Gestaltung des Strömungsleitringes lässt sich dann realisieren, wenn
der Strömungsleitring Löcher aufweist, insbesondere eine den Gasströmungsquerschnitt
des Gasrohres überdeckende Fläche des Strömungsleitringes als Lochblende ausgebildet
ist.
[0016] Vorteilhafte Materialien zur Herstellung des Strömungsleitringes sind hitzebeständiges
Blech, Keramikmaterial oder Gussmetall, insbesondere Schleuderguss, wobei die Erfindung
in vorteilhafter Ausgestaltung schließlich weiterhin vorsieht, dass der Strömungsleitring
gekühlt ist und/oder mit einer keramischen Beschichtung versehen ist.
[0017] Die Erfindung ist nachstehend anhand der einzigen Figur beispielhaft näher erläutert.
[0018] Die einzige Figur zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Seiten- und
Querschnittsdarstellung einen insgesamt mit 1 bezeichneten Dampferzeugergasbrenner,
der in Form eines so genannten Rundbrenners ausgestaltet ist. Der Brenner weist ein
Kernluftrohr 2 auf, das im Zentrum des Dampferzeugergasbrenners 1 koaxial um dessen
Längsachse 3 herum angeordnet ist. Durch das Kernluftrohr 2 wird der einem Feuerraum
4 eines Dampferzeugers zugewandten Mündungsseite des Dampferzeugergasbrenners 1 Verbrennungsluft
als Kernluft zugeleitet. Außenseitig um das Kernluftrohr 2 herum ist zumindest im
mündungsseitigen weiteren Endbereich des Dampferzeugergasbrenners 1 ein ringförmiger
Gasströmungsquerschnitt 5 ausgebildet. Dieser Gasströmungsquerschnitt 5 wird außenseitig
von einem Gasrohr 6 begrenzt, das koaxial um das Kernluftrohr 2 angeordnet ist. Um
das Gasrohr 6 herum ist ein weiterer Strömungsbereich als ringförmiger Sekundärluftströmungsquerschnitt
7 ausgebildet, der außenseitig von einem Rohrelement 8 umfasst und begrenzt ist. Durch
den Gasströmungsquerschnitt 5 wird dem Mündungsbereich des Dampferzeugergasbrenners
1 ein niederkalorisches Brenn- oder Verbrennungsgas, ein so genanntes Hüttengas, das
in einem Hüttenwerk an verschiedenen Produktionsstätten entstehen kann, zugeleitet.
Bei dem Hüttengas kann es sich auch um eine Mischung verschiedener Gase wie Hochofengichtgas,
Kokereigas oder ähnlichem handeln. Durch den Sekundärluftströmungsquerschnitt 7 wird
dem Mündungsbereich des Dampferzeugergasbrenners 1 sekundäre Verbrennungsluft, die
so genannte Sekundärluft, zugeführt. In dem Gasströmungsquerschnitt 5 sind erste Drallkörper
9 und in dem Sekundärluftströmungsquerschnitt 7 sind zweite Drallkörper 10 angeordnet.
Die ersten und zweiten Drallkörper 9, 10 sind als Drallkörperringe auf dem jeweiligen
Rohr, dem Kernluftrohr 2 bei den ersten Drallkörpern 9 und dem Gasrohr 6 bei den zweiten
Drallkörpern 10, angeordnet und erstrecken sich durch den jeweiligen Strömungsquerschnitt
5, 7 bis zu dem nächstliegenden Rohr, dem Gasrohr 6 im Falle der ersten Drallkörper
9 und dem Rohrelement 8 im Falle der zweiten Drallkörper 10.
[0019] Die ersten Drallkörper 9 sind in Form von Drallschaufeln ausgebildet und bilden einen
Schaufelkranz aus. Die jeweilige Längsachse jedes der einzelnen ersten Drallkörper
9 des Schaufelkranzes ist radial auf die Längsachse 3 gerichtet positioniert. Um diese
Längsachse ist jede einzelne Drallschaufel 9 rotierbar und somit in ihrer Relativlage
in dem Gasströmungsquerschnitt 5 verstellbar. Sowohl die ersten Drallkörper 9 als
auch die zweiten Drallkörper 10 sind stromaufwärts der Mündungsöffnung des Dampferzeugergasbrenners
1 zum Feuerraum 4 innerhalb des jeweiligen Strömungsquerschnittes 5, 7 angeordnet,
wobei in Bezug auf die Mündungsöffnung des Dampferzeugergasbrenners 1 die ersten Drallkörper
9 weiter stromaufwärts positioniert sind als die zweiten Drallkörper 10.
[0020] In der Mündungsöffnung des Gasrohres 6 ist ein Strömungsleitring 11 angeordnet. Er
ist in Richtung der Längsachse 3 axial verstellbar an der Innenseite des Gasrohres
6 angeordnet und/oder befestigt. Der Strömungsleitring 11 weist Strömungselemente
12 auf, die mit dem Gasströmungsquerschnitt 5 zusammenwirkende erste Strömungsflächen
12a und mit dem Sekundärluftströmungsquerschnitt 7 zusammenwirkende zweite Strömungsflächen
12b aufweisen. Hierbei sind die ersten Strömungsflächen 12a so ausgelegt, dass in
dem Gasströmungsquerschnitt 5 strömendes Gas in Richtung auf die Brennerlängsachse
3 zu abgelenkt wird und sind die zweiten Strömungsflächen 12b so ausgelegt, dass in
dem Sekundärluftströmungsquerschnitt 7 strömende Luft in Richtung von der Brennerlängsachse
3 fort abgelenkt wird. Der Strömungsleitring 11 ist dabei weiterhin so ausgebildet,
dass seine kreisringförmige Endfläche 13 lediglich die mündungsseitige Austrittsseite
des Gasströmungsquerschnittes 5 überdeckt und diese Fläche in Form einer Lochblende
ausgebildet ist. Lediglich die zweiten Strömungsflächen 12b reichen außenseitig geringfügig
in die Fortsetzung des Sekundärluftströmungsquerschnittes 7 in den Feuerraum 4 hinein.
Der Strömungsleitring 11 besteht aus einem metallischen Gussmaterial, insbesondere
Schleuderguss, kann aber auch aus einem Keramikmaterial oder einem hitzebeständigen
Blech gefertigt sein. Weiterhin kann der Strömungsleitring 11 gekühlt sein und/oder
mit einer keramischen Beschichtung versehen sein.
[0021] Im Inneren des Kernluftrohres 2 sind, wie von üblichen Gasbrennern bekannt, Gaslanzen
14a, 14b angeordnet, mit welchen gewünschtenfalls auch ergänzend hochkalorisches Gas,
beispielsweise Erdgas, der Dampferzeugergasbrennermündung zur Verbrennung als ergänzendes
Brenngas zugeführt werden kann. Außerdem ist im Zentrum des Brenners längs der Längsachse
3 ein Öl- oder Gaszündbrenner 15 angeordnet.
1. Dampferzeugergasbrenner (1) zur Verbrennung niederkalorischer Gase, der ein Kernluftrohr
(2), ein unter Ausbildung eines insbesondere ringförmigen Gasströmungsquerschnittes
(5) koaxial um das Kernluftrohr (2) angeordnetes Gasrohr (6) und mindestens ein weiteres,
unter Ausbildung eines insbesondere ringförmigen Sekundärluftströmungsquerschnittes
(7) um das Gasrohr (6) angeordnetes Rohrelement (8) umfasst, wobei in dem Gasströmungsquerschnitt
(5) erste Drallkörper (9) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ersten Drallkörper (9) verstellbar zur Einstellung der Geschwindigkeitstangentialkomponente
angeordnet sind.
2. Dampferzeugergasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Drallkörper (9) als sich in radialer Richtung des Kernluftrohres (2) erstreckende
Drallschaufeln ausgebildet sind.
3. Dampferzeugergasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Drallkörper (9) jeweils um ihre sich in radialer Richtung des Kernluftrohres
(2) erstreckende Längsachse rotierbar außenseitig auf dem Kernluftrohr (2) angeordnet
sind.
4. Dampferzeugergasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Drallkörper (9) stromaufwärts der Mündungsbereiche von Kernluftrohr (2)
und Gasrohr (6) angeordnet sind.
5. Dampferzeugergasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Drallkörper (9) in Bezug auf in dem Sekundärluftströmungsquerschnitt (7)
angeordnete zweite Drallkörper (10) an einer weiter stromaufwärts gelegenen Position
angeordnet sind.
6. Dampferzeugergasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stirnseitig im Mündungsbereich des Gasrohres (6) ein Strömungsleitring (11) angeordnet
ist, der in dem Gasströmungsquerschnitt (5) strömendes Gas in Richtung auf die Brennerlängsachse
(3) zu ablenkende erste Strömungsflächen (12a) und in dem Sekundärluftströmungsquerschnitt
(7) strömende Luft in Richtung von der Brennerlängsachse (3) fort ablenkende zweite
Strömungsflächen (12b) aufweist.
7. Dampferzeugergasbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsleitring (11) axial verstellbar an dem Gasrohr (6) angeordnet ist.
8. Dampferzeugergasbrenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsleitring (11) Löcher aufweist, insbesondere eine den Gasströmungsquerschnitt
(5) des Gasrohres (6) überdeckende Fläche (13) des Strömungsleitringes (11) als Lochblende
ausgebildet ist.
9. Dampferzeugergasbrenner nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsleitring (11) aus hitzebeständigem Blech, einem Keramikmaterial oder
aus einem Gussmetall, insbesondere Schleuderguss, besteht.
10. Dampferzeugergasbrenner nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsleitring 11 gekühlt ist und/oder mit einer keramischen Beschichtung
versehen ist.