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Dokumentenidentifikation DE69721915T2 29.01.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000826926
Titel Rekuperativer Strahlrohrbrenner mit Abgasrückführung auf der Abgasseite
Anmelder Bloom Engineering Co., Inc., Pittsburgh, Pa., US
Erfinder Finke, Harry P., Pittsburgh, Pennsylvania 15241, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 69721915
Vertragsstaaten BE, DE, FR, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.09.1997
EP-Aktenzeichen 972026801
EP-Offenlegungsdatum 04.03.1998
EP date of grant 14.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.01.2004
IPC-Hauptklasse F23L 15/04
IPC-Nebenklasse F23C 9/08   F23C 3/00   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Strahlungsrohrbrenner und insbesondere auf wiedergewinnende Strahlungsrohrbrenner, die Verunreinigung zum Verringern von NOX-Emissionen benutzen.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Die Notwendigkeit zum Minimieren der Bildung von Oxiden von Stickstoff während der Verbrennung ist eine Notwendigkeit geworden vieler Anwendungen wie Feuerheizer, Boiler, Ölfelddampfmaschinen und ähnlichem. Diese Anforderung wird auch auf Wärmebehandlungsofen und andere Anwendungen angewendet, die Strahlungsrohrbrenner als die Prozesswärmequelle benutzen.

Es ist bekannt, daß es zwei Grundquellen der NOX-Bildung gibt, hauptsächlich von dem Stickstoff in der Luft und weiter von kraftstoffgebundenem Stickstoff. Die wahrscheinliche Benutzung von neu verfügbaren synthetischen Kraftstoffen, die große Beträge von kombiniertem Stickstoff enthalten, als auch die Zunahme der Notwendigkeit zum Energiesparen erhöhen weiter die Anforderung für niedrige NOX-Emissionen.

Verschiedene Formen von Stufenverbrennung und niedrigen Flammentemperaturen sind mit herkömmlichen Brennern zum Verringern von NOX-Emissionen verwendet worden. Weiterhin sind verschiedene Formen von Geräten zum Verunreinigen von Verbrennungsluft mit Produkten der Verbrennung zum Senken der Flammentemperatur benutzt worden. Ein solches Gerät ist in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung 52-44805 offenbart, bei dem ein Teil der Produkte der Verbrennung, die in einen Abgasschenkel strömen, mit der Verbrennungsluft, die zu dem Brenner geliefert wird, außerhalb des Ofens gemischt wird. Ein anderes solches Gerät ist in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung 56-12904 dargestellt, bei dem ein Rekuperator in einem Strom von Produkten der Verbrennung positioniert ist. Verbrennungsluft wird in den Rekuperator gerichtet, so daß sie durch Wärme erwärmt wird, die zu dem Rohr durch die Produkte der Verbrennung übertragen wird. Die erwärmte Luft wird dann außerhalb des Ofens mit einem Teil der Produkte der Verbrennung gemischt. Die Mischung wird zu dem Brennerschenkel zum Verbrennen geliefert.

Ein anderer Strahlungsrohrbrenner niedrigen NOX ist aus der Druckschrift EP 0 290 665 bekannt. Bei dieser Strahlungsrohrbrenneranordnung wird ein Strom von Verbrennungsluft mit hoher Geschwindigkeit axial durch eine Luftsammelkammer zum Mischen der Produkte der Verbrennung mit der Verbrennungsluft zum Bilden einer Mischung gerichtet, die weiter mit dem Kraftstoff in einem Brennerarm eines Strahlungsrohres gemischt wird.

Ähnliche Eigenschaften werden in dem Gasbrenner des Patentes DE 39 09 339 A1 gefunden; die Luft wird vorgewärmt, und die Gasbehandlung wird durch die Umgebung der Gasflamme mit einem konzentrischen Rohr verringert.

Es verbleibt die Notwendigkeit für eine Strahlungsrohrbrenneranordnung, die wirksam NOX-Emissionen verringert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nachteile des Standes der Technik werden verringert oder überwunden durch ein Gerät und ein Verfahren zum Verringern von NOX-Bildung in einem Strahlungsrohrgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Strahlungsrohrbrenneranordnung ein Strahlungsrohr, das einen Brennerschenkel und einen Abgasschenkel enthält, einen in dem Brennerschenkel positionierten Brenner, einen Abzug zum Ausgeben von Verbrennungsprodukten, einen Kraftstoffeinlaß für den Brenner und einen Kanal zum Fördern von Luft, die mit Verbrennungsprodukten gemischt ist, zu dem Brenner. Der Rekuperator enthält ein erstes äußeres Luftrohr, das innerhalb des Abgasschenkels so enthalten ist, daß ein erster ringförmiger Durchgang zum Fördern von Verbrennungsprodukten in eine erste Richtung zwischen dem Luftrohr und dem Abgasschenkel des Strahlungsrohres abgegrenzt ist. Das erste äußere Luftrohr ist mit einer Luftquelle verbunden. Ein zweites inneres Mischrohr ist innerhalb des ersten äußeren Luftrohres so enthalten, daß ein zweiter ringförmiger Durchgang zum Fördern von Luft in eine zweite Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung zwischen dem Luftrohr und dem Mischrohr abgegrenzt ist. Das Mischrohr ist an einem Ende mit dem Kanal und an dem gegenüberliegenden Ende mit dem Luftrohr verbunden. Die Luft wird durch Wärmeübertragung von den Verbrennungsprodukten in dem ersten Durchgang erwärmt. Eine Beschränkung ist in dem Ende des Mischrohres gegenüber des Kanals zum Beschränken des Luftflusses von dem Luftrohr in dem Mischrohr angeordnet. Eine Leitung ist zwischen dem ersten Durchgang in dem Abgasschenkel und dem Inneren des Mischrohres benachbart zu der Beschränkung vorgesehen.

Die Beschränkung funktioniert als eine Strahlpumpe zum Bewirken einer Zunahme der Geschwindigkeit der Luft, die von dem Luftrohr zu dem Mischrohr strömt. Die Zunahme der Geschwindigkeit verursacht eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Mischrohres und dem Strahlungsrohrabgasschenkel, wodurch Fluid innerhalb des ersten Durchgangs über die Leitung in das Mischrohr benachbart zu der Beschränkung gezogen wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält ein wiedergewinnendes Strahlrohrgerät zur Benutzung mit einem Ofen einen Brennerschenkel, der durch die Ofenwand vorsteht, und einen Abgasschenkel, der durch die Ofenwand vorsteht. Ein Verbindungsschenkel verbindet das Ende des Brennerschenkels innerhalb des Ofens und das Ende des Abgasschenkels innerhalb des Ofens, und ein Kanal verbindet das Ende des Brennerschenkels außerhalb des Ofens und das Ende des Abgasschenkels außerhalb des Ofens. Ein Rekuperator ist innerhalb des Abgasschenkels vorgesehen. Der Rekuperator enthält ein erstes Rohr, das in dem Abgasschenkel vorgesehen ist und einen Abgasdurchgang zwischen dem Abgasschenkel und dem ersten Rohr bildet. Das erste Rohr weist ein erstes Ende, das benachbart zu dem Kanalende des Abgasschenkels positioniert ist, und ein zweites Ende gegenüber dem ersten Ende, das sich zu dem Verbindungsende erstreckt, auf. Eine erste Öffnung verbindet das Innere des ersten Rohres benachbart zu dem Kanalende davon mit einer Quelle von Verbrennungsluft. Ein zweites Rohr ist in dem ersten Rohr vorgesehen und bildet einen Luftdurchgang zwischen dem ersten Rohr und dem zweiten Rohr. Das zweite Rohr verbindet das Innere des Kanals mit dem Ende des ersten Rohres gegenüber dem Kanal. Eine Strahlpumpe ist an dem Ende des zweiten Rohres gegenüber dem Kanalende davon zum Erhöhen der Geschwindigkeit der Verbrennungsluft positioniert, die von dem ersten Rohr in das zweite Rohr strömt. Mindestens eine zweite Öffnung benachbart zu dem Strahlpumpenende des zweiten Rohres verbindet das Innere des zweiten Rohres mit dem Abgasdurchgang. Die zweite Öffnung sieht einen Pfad für einen Teil der Verbrennungspunkte vor, die in den Abgasschenkel strömen, so daß sie in das zweite Rohr eintreten, worin der Teil mit der Verbrennungsluft gemischt wird und die Mischung für den Brennerschenkel durch den Kanal vorgesehen wird.

Das erste Ende des ersten Rohres ist außerhalb des Ofens positioniert. Das zweite Ende des ersten Rohres und das Strahlpumpenende des zweiten Rohres können innerhalb oder außerhalb des Ofens positioniert sein. Der Brennerschenkel weist einen Kraftstoffeinlaß zum Einführen von Kraftstoff in das Strahlrohr und einen Zünder zum Zünden der Kombination des Kraftstoffes und der Verbrennungsluft auf, wodurch Wärme und Verbrennungsprodukte erzeugt werden. Der Abgasschenkel enthält eine Abgasöffnung zum Ausgeben der Verbrennungspunkte, die nicht in den Strom in das zweite Rohr eingeführt sind. Die Strahlpumpe und die zweite Öffnung sind in einem Mischeinbau gebildet, der auf dem zweiten Ende des ersten Rohres vorgesehen ist.

Bei einer noch andere Ausführungsform der Erfindung erhält eine Strahlungsrohranordnung zur Benutzung in einem Ofen ein Brennerrohr, ein Abgasrohr und einen Rekuperator, der in dem Abgasrohr und in einem Strom von Verbrennungsprodukten positioniert ist, die von dem Brennerrohr in das Abgasrohr strömen. Der Rekuperator weist eine Luftansaugöffnung zum Einführen von Verbrennungsluft in den Rekuperator und ein heißes Ende, das stromaufwärts von der Luftansaugöffnung von dem Strom der Verbrennungsprodukte positioniert ist, auf. Ein Mischeinbau ist an dem heißen Ende des Rekuperators zum Mischen eines Teiles der Verbrennungsprodukte mit der Verbrennungsluft und zum Richten der Mischung zu dem Brennerrohr positioniert. Der Mischeinbau kann innerhalb oder außerhalb des Ofens positioniert sein und die Luftöffnung ist außerhalb des Ofens positioniert. Ein Verbindungsschenkel verbindet das Brennerrohr mit dem Abgasrohr innerhalb des Ofens, und ein Kanal verbindet das Brennerrohr mit dem Abgasrohr außerhalb des Ofens.

Der Rekuperator enthält ein Luftrohr, das innerhalb des Abgasrohres positioniert ist und einen Abgasdurchgang dazwischen für die Verbrennungsprodukte bildet, die in eine erste Richtung strömen. Ein Mischrohr ist innerhalb des Luftrohres positioniert und bildet einen Luftdurchgang für Verbrennungsluft zum Strömen in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung. Der Mischeinbau ist zwischen dem Luftdurchgang und dem Inneren des Mischrohres positioniert und weist eine Mehrzahl von radialen Öffnungen auf, die sich nach außen zu dem Abgasdurchgang erstrecken. Der Mischeinbau enthält eine Beschränkung zwischen dem Luftdurchgang und dem Inneren des Mischrohres. Die Beschränkung verursacht eine Verringerung im Druck in dem Mischrohr während der Tätigkeit der Strahlungsrohranordnung. Die Verringerung des Druckes verursacht, daß ein Teil der Verbrennungsprodukte in dem Abgasdurchgang durch die radiale Öffnung in den Mischeinbau eingeführt werden, so daß sie mit der Verbrennungsluft gemischt werden. Der Mischeinbau verursacht dann, daß die Mischung in die erste Richtung zu dem Brenner durch das Mischrohr strömt.

Schließlich werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung Luft und Kraftstoff verbrannt zum Erzeugen eines Stromes von Verbrennungsprodukten bei einer erhöhten Temperatur, der in einem Abgasschenkel strömt. Der Strom wird auf ein heißes Ende eines Rekuperatorrohres gerichtet. Ein Luftstrom wird in das Rekuperatorrohr von einem Ende gegenüber dem heißen Ende zu dem heißen Ende gerichtet. Die Luft wird durch den Wärmeübergang durch das Rekuperatorrohr von dem Strom der Verbrennungsprodukte erwärmt. An dem heißen Ende des Rekuperatorrohres wird die Richtung des Luftstromes umgekehrt, die Geschwindigkeit des Luftstromes nimmt zu, und ein Teil der Verbrennungsprodukte wird mit der erwärmten Luft gemischt. Diese Mischung wird zu dem Brennerschenkel zum Verbrennen mit dem Kraftstoff gefördert.

Luft in dem Rekuperatorrohr fließt in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Stromes von Verbrennungsprodukten. Das Umkehren der. Richtung des Luftstromes verursacht, daß die Luft in die gleiche Richtung wie der Strom von Verbrennungsprodukten strömt.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, daß sie einen Rekuperator vorsieht, der Verbrennungsluft mit Verbrennungsprodukten oder Rauchgasen verunreinigt, wenn die Rauchgase in den Rekuperator eintreten und bevor die Rauchgase Wärme an den Rekuperator abgeben. Dieses resultiert in einer wirksamen Vorheizung der Verbrennungsluft.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie einen ausgeglichenen Rekuperator vorsieht, bei dem nicht mehr Masse auf der Verbrennungsproduktseite strömen als auf der Luftseite.

Ein noch anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie eine konzentrische Strahlpumpe in einem Rekuperator vorsieht, die wirksamer beim Einführen von Massenstrom und statischer Luftenergiewiedergewinnung ist.

Noch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann nach dem Lesen und Verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine gebrochene Draufsicht einer Strahlungsrohranordnung, die einen Rekuperator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 ist ein Längsschnitt des Rekuperators von l; und 3 ist ein Schnitt auf der Linie III-III von 2.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es wird Bezug genommen auf 1 der Zeichnungen, eine U-förmige Strahlungsrohrheizanordnung 1 enthält ein Strahlungsrohr 2 mit einem Brennerrohr oder -schenkel 4 und einem Abgasrohr oder -schenkel 6. Der Brennerschenkel 4 und der Abgasschenkel 6 erstrecken sich durch eine Ofenwand 8, die die Innenseite 10 und die Außenseite 12 des Ofens abgrenzt. Ein Verbindungsrohr oder -schenkel 14, das in dem Inneren 10 des Ofens vorgesehen ist, verbindet das innere Ende des Brennerschenkels 4 mit dem innere Ende des Abgasschenkels 6. Ein Hohlraum oder Kanal 16, der auf der Außenseite 12 des Ofens vorgesehen ist, verbindet das äußere Ende des Brennerschenkels 4 mit dem äußere Ende des Abgasschenkels 6.

Der Brennerschenkel 4 des Strahlungsrohres 2 weist ein Kraftstoffrohr 18 zum Vorsehen eines Kraftstoffes wie Öl oder Gas in das Strahlungsrohr 2 und einen Zünder 20 zum Zünden des durch das Kraftstoffrohr 18 vorgesehenen Kraftstoffes auf. Ein Flammenstabilisierer 22 ist an dem Ausgabeende des Kraftstoffrohres 18 zum Verteilen von Verbrennungsluft gleichförmig um den Strom von Kraftstoff positioniert. Der Flammenstabilisierer 22 erzeugt auch ein Teilvakuum zwischen dem Kraftstoffstrom und dem Strom von Verbrennungsluft zum Fördern der Flammenstabilität. Die Zündung des Kraftstoffes und der Luft in dem Brennerschenkel 4 des Strahlungsrohres 2 erzeugt einen Strom von Verbrennungsprodukten 28, der von dem Verbrennerschenkel 4 zu dem Abgasschenkel 6 über den Verbindungsschenkel 14 strömt. Der Abgasschenkel 6 des Strahlungsrohres 2 ist mit einer Abgasöffnung 30 (gestrichelt gezeigt) benachbart zu dem äußeren Ende davon zum Ausgeben der Verbrennungsprodukte 28 in die Atmosphäre verbunden.

Es wird Bezug genommen auf 2 und weiterhin wird auf 1 der Zeichnungen Bezug genommen, ein Rekuperator 32 ist innerhalb des Abgasschenkels 6 positioniert und wird zum Mischen eines Teiles der Verbrennungsprodukte mit Verbrennungsluft und zum Vorsehen der Mischen für den Brennerschenkel 4 zum Verbrennen darin benutzt. Der Rekuperator 32 enthält ein erstes äußeres Rohr oder Luftrohr 34, das im wesentlichen konzentrisch mit der Zentralachse 36 des Abgasschenkels 6 so positioniert ist, daß ein ringförmiger Abgasdurchgang oder ein erster Ringraum 38 dazwischen für die Verbrennungsprodukte 28 zum Strömen zu der Abgasöffnung 30 gebildet ist. Das Luftrohr 34 weist ein erstes äußeres Ende 40, das eine fluiddichte Verbindung mit dem Hohlraum 16 bildet, und ein zweites inneres oder heißes Ende 42 auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Mehrzahl von ringförmigen Wärmeübertragungsrippen 44 auf der Außenseite des Luftrohres 34 gebildet und erstrecken sich radial in den ringförmigen Abgasdurchgang 38. Alternativ kann die Außenseite des Luftrohres 34 eine Mehrzahl von kontinuierlichen Längsrippen aufweisen, die sich parallel zu der Zentralachse erstrecken. Alternativ können die Rippen entlang ihrer Länge unterbrochen sein und um den Umfang des Luftrohres 34 versetzt sein. Bei einer noch anderen Alternative sind keine Rippen auf der Außenseite des Luftrohres 34 vorgesehen. Die Rippen 44 fördern den Wärmeübertrag von den Verbrennungsprodukten 28, die in den Abgasdurchgang 38 strömen, zu der Verbrennungsluft in dem Luftrohr 34. Ständer 48 sind zwischen dem Luftrohr 34 und dem Abgasschenkel 6 zum Aufrechterhalten des Abstandes dazwischen vorgesehen.

Eine Luftansaugöffnung 50 ist benachbart zu dem ersten Ende 40 des Luftrohres 34 positioniert und verbindet die Innenseite des Luftrohres 34 mit einer Quelle von Verbrennungsluft außerhalb des Abgasschenkels 6. Ein außerhalb des Abgasschenkels 6 positionierter Ventilator 54 kann zum Einführen von Verbrennungsluft in die Luftansaugöffnung 50 benutzt werden.

Ein zweites inneres Rohr oder Mischrohr 60 ist innerhalb des Luftrohres 34 positioniert und weist ein erstes äußeres Ende 62, das durch das erste Ende 40 des Luftrohres 34 vorsteht und sich in den Hohlraum 16 öffnet, und ein zweites inneres oder heißes Ende 64, das benachbart zu dem heißen Ende 42 des Luftrohres 34 positioniert ist, auf. Der Außendurchmesser des heißen Endes 64 des Mischrohres 60 weist ein Außengewinde 66 aus einem hier im folgenden beschriebenen Grund auf. Die Innenseite des Mischrohres 60 sieht einen Pfad für Fluid zum Strömen von dem heißen Ende 64 des Mischrohres 60 zu dem Hohlraum 60 vor. Eine fluiddichte Abdichtung ist an der Verbindung des ersten Endes 62 des Mischrohres 60 und dem Hohlraum 16 gebildet. Das Mischrohr 60 ist im wesentlichen konzentrisch zu der Zentralachse 36 des Abgasschenkels 6 vorgesehen und so positioniert, daß ein ringförmiger Durchgang oder ein zweiter Ringraum 70 zwischen dem Mischrohr 60 und dem Luftrohr 34 gebildet ist. Eine Mehrzahl von Längsrippen 46 erstrecken sich parallel zu der Zentralachse 36 und radial zwischen dem Luftrohr 34 und dem Mischrohr 60. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Längsrippen 46 entlang ihrer Länge so versetzt, daß Längslücken 72 längsweise benachbarte Rippen 46 trennen. Alternativ sind keine Rippen zwischen dem Luftrohr 34 und dem Mischrohr 60 vorgesehen.

Ein Mischeinbau 80 ist an dem heißen Ende 42 des Luftrohres 34 positioniert zum Ermöglichen des Mischens von Verbrennungsluft und der Verbrennungsprodukte 28 und zum Vorsehen der Mischung für das Mischrohr 60. Der Mischeinbau 80 weist einen zylindrischen Körper 82, der ein erstes Ende 84, das benachbart zu dem heißen Ende 42 des Luftrohres 34 und dem heißen Ende 64 des Mischrohres 60 positioniert ist, und ein zweites Ende 86, das an dem stromaufwärtigen Ende des Rekuperators 32 in Verbrennungsprodukten 28 positioniert ist, auf.

Das erste Ende 84 des Mischeinbaus 80 weist einen darin gebildeten zylindrischen Hohlraum 88 auf. Der zylindrische Hohlraum 88 enthält ein Gewinde 92, das auf einem Abschnitt des Innendurchmessers davon zum gewindemäßigen Anpassen an das Gewinde 66 vorgesehen ist, das auf dem Mischrohr 60 gebildet ist. Das erste Ende 84 des Mischeinbaus 80 weist einen ringförmigen Rand 96 zum Kontaktieren eines ringförmigen Randes 98 auf dem heißen Ende 42 des Luftrohres 34 auf, wenn der Mischeinbau 80 gewindemäßig mit dem Mischrohr 60 in Eingriff steht. Der Mischeinbau 80 ist an dem heißen Ende 42 des Luftrohres 34 durch Verbinden des ringförmigen Randes 96 mit dem ringförmigen Rand 98 zum Bilden einer fluiddichten Abdichtung dazwisehen verbunden. Auf diese Weise ist die Position des Mischeinbaus 80 in Bezug auf das heiße Ende 42 des Luftrohres 34 und das heiße Ende 64 des Mischrohres 60 fixiert. Das zweite Ende 86 des Mischeinbaus 80 weist einen becherförmigen Hohlraum 100 auf, der darin konzentrisch zu der Zentralachse 36 gebildet ist. Der Mischeinbau 80 weist eine Zentralbohrung 102 auf, die darin konzentrisch zu der Zentralachse 36 gebildet ist. Der Mischeinbau 80 weist auch einen kegelstumpfartigen Übergangsdurchgang 104 auf, der einen allmählichen Durchgang zwischen dem becherförmigen Hohlraum 100 und der Zentralbohrung 102 vorsieht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Übergangsdurchgang 104 angeschrägt oder weist einen Radius auf zum Vorsehen eines gleichförmigeren Überganges zwischen dem becherförmigen Hohlraum 100 und der Zentralbohrung 102. Dieses ist jedoch nicht als die Erfindung begrenzend auszulegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Zentralbohrung 102 im Querschnitt kleiner als der zylindrische Hohlraum 88 und der becherförmige Hohlraum 100 zum Beschränken des Luftstromes dazwischen. Der Mischeinbau 80 enthält eine kreisförmige Abdeckung 106, die auf eine geeignete Weise befestigt ist, wie Schweißen, an einem ringförmigen Rand 108 an dem zweiten Ende 86 des Mischeinbaus 80, so daß eine fluiddichte Abdichtung dazwischen gebildet ist.

Es wird Bezug genommen auf 3 und weiterhin Bezug genommen auf 1 und 2 der Zeichnungen, der Mischeinbau 80 enthält einen oder mehrere Längskanäle 120, die radial nach außen von der Zentralbohrung 102 und parallel dazu angeordnet sind. Die Kanäle 120 sehen eine Verbindung zwischen dem becherförmigen Hohlraum 100 und dem ringförmigen Luftdurchgang 70 vor. Radiale Teile 124 trennen benachbarte Kanäle 120. Die Teile 124 weisen eine oder mehrere radiale Bohrungen oder Leitungen 126 auf, die darin gebildet sind (gestrichelt in 3 gezeigt), die sich zwischen der Außenseite des zylindrischen Körpers 82 und dem zylindrischen Hohlraum 88 benachbart zu der Zentralbohrung 102 erstrecken.

Im Betrieb erzeugt die Verbrennung von Luft und Kraftstoff in dem Brennerschenkel 4 einen Strom von Verbrennungsprodukten oder Rauchgasen 28, der von dem Brennerschenkel 4 zu dem ringförmigen Abgasdurchgang 38 strömt, in einer ersten Richtung in dem Durchgang 38 strömt und die Abgasöffnung 30 verlässt. Die Verbrennungsprodukte 28, die die Außenoberflächen des Mischeinbaus 80 und des Luftrohres 34 berühren, führen Wärme dazu zu.

Die Verbrennung von Luft und Kraftstoff in dem Brennerschenkel 4 drückt oder zieht auch Verbrennungsluft in die Luftansaugöffnung 50 durch den ringförmigen Luftdurchgang 70 zu dem Mischeinbau 80. Der Strom von Verbrennungsluft von der Luftansaugöffnung 50 zu dem Mischeinbau 80 ist entgegengesetzt zu der Richtung des Stromes der Verbrennungsgase. Verbrennungsluft, die in den Mischeinbau 80 eintritt, strömt durch den einen oder mehrere Kanäle 120 in den Mischeinbau 80 in den becherförmigen Hohlraum 100. Luft, die in den becherförmigen Hohlraum 100 eintritt, wird zu dem konusförmigen Übergang 104 und der Zentralbohrung 102 gerichtet. Die von der Luftansaugöffnung 50 zu der Zentralbohrung 102 strömende Luft wird allmählich durch die Wärme erwärmt, die von dem Luftrohr 34 und dem Mischeinbau 80 erhalten wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt der Mischeinbau 80, daß die Richtung des Luftstromes so umgekehrt wird, daß die Luft durch die Zentralbohrung 102, die die Luft entlang des Luftrohres 60 leitet, zu dem ersten Ende 40 des Luftrohres 34 geleitet wird.

Der Luftstrom zwischen dem becherförmigen Hohlraum 100 und dem Luftrohr 60 ist durch die Zentralbohrung 102 beschränkt, die als eine Strahlpumpe wirkt zum Vergrößern der Geschwindigkeit der da durchgehenden Luft. Diese Zunahme in der Geschwindigkeit bewirkt eine Verringerung des Druckes der Verbrennungsluft, was einen Unterdruck in Bezug auf den Druck der Verbren nungsprodukte 28 erzeugt; die durch den Abgasdurchgang 38 strömen. Dieser Unterdruck zieht Verbrennungsprodukte 28 in den zylindrischen Hohlraum 88 von dem ringförmigen Durchgang 38 durch die radialen Bohrungen 126 zum Mischen mit der erwärmten Luft. Diese verunreinigte Mischung fließt durch das Mischrohr 60 und in den Hohlraum 16, der sie zu dem Brennerschenkel zur Verbrennung dazu liefert.

Es ist bestimmt worden, daß das Vorsehen einer verunreinigten Mischung in dem Bereich von 18 bis 19% Sauerstoff zu dem Brennerschenkel 4 die NOX-Emissionen auf einen gewünschten Pegel verringern. Zu diesem Zwecke werden der Durchmesser der Zentralbohrung 102 und der Durchmesser der radialen Bohrungen 126 so ausgewählt, daß eine gewünschte Menge der Verbrennungsprodukte 28 mit der Verbrennungsluft zum Vorsehen einer verunreinigten Mischung im Bereich von ungefähr 18% Sauerstoff gemischt wird. Es ist zu betrachten, daß die NOX-Emissionen eingestellt werden können durch eine geeignete Auswahl des Durchmessers der Zentralbohrung 102 und des Durchmessers der radialen Bohrungen 126.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das Luftrohr 34 und der Mischeinbau 80 aus einem geeigneten wärmewiderstandsfähigen Material wie, ohne Begrenzung, HE 28-10 rostfreier Stahl oder Keramik gebildet.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform bildet die Zusammenwirkung des Luftrohres 34 und des Abgasschenkels 6 einen ringförmigen Abgasdurchgang 38, und die Zusammenwirkung des Mischrohres und des Luftrohres bildet einen ringförmigen Luftdurchgang 70. Es ist zu bedenken jedoch, daß die ringförmigen Formen des Abgasdurchganges und des Luftdurchganges durch andere geeignete Formen ohne Verlassen der Erfindung ersetzt werden können.

Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden. Offensichtliche Modifikationen und Änderungen werden anderen nach Lesen und Verstehen der vorangehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es ist gedacht, daß die Erfindung ausgelegt ist als alle solche Modifikationen und Änderungen enthaltend, insoweit sie in dem Umfang der beigefügten Ansprüche kommen.


Anspruch[de]
  1. Rekuperator für eine Strahlungsrohrbrenneranordnung (1) mit einem Strahlungsrohr (2) mit einem Brennerschenkel (4) und einem Abgasschenkel (6), einem in dem Brennerschenkel (4) positionierten Brenner, einer Abgasöffnung (30) zum Ausgeben von Verbrennungsprodukten (28) aus dem Abgasschenkel (6), einem Kraftstoffeinlaß für den Brenner und einem Luftkanal (16) zum Fördern von Luft, die mit Verbrennungsprodukten gemischt ist, zu dem Brenner, wobei der Rekuperator aufweist:

    ein erstes äußeres Luftrohr (34), das innerhalb des Abgasschenkels (6) angeordnet und radial davon beabstandet ist, wobei ein erster ringförmiger Durchgang (38) zum Fördern von Verbrennungsprodukten (28) in eine erste Richtung gebildet ist, das Luftrohr (34) ein äußeres Ende (40), das mit einer Luftquelle verbunden ist, und ein inneres Ende (42) aufweist;

    ein zweites inneres Mischrohr (60), das innerhalb des ersten äußeren Luftrohres (34) angeordnet und radial davon beabstandet ist, wobei ein zweiter ringförmiger Durchgang (70) zum Fördern von Luft in eine zweite Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung gebildet ist, mit einem äußeren Ende (62) und einem inneren Ende (64), wobei das äußere Ende in Fluidverbindung mit dem Luftkanal und das innere Ende in Fluidverbindung mit dem Luftrohr (34) steht;

    ein Beschränkungsmittel, das an dem inneren Ende (64) des Mischrohres (60) angeordnet ist, zum Beschränken des Luftstromes, der von dem Luftrohr (34) in das Mischrohr (60) geht; und ein Leitungsmittel, das benachbart zu dem Beschränkungsmittel vorgesehen ist, zum Vorsehen einer Fluidverbindung zwischen dem ersten ringförmigen Durchgang (38) in dem Abgasschenkel (6) und dem Mischrohr;

    wobei das Beschränkungsmittel eine Zunahme der Geschwindigkeit der da durch strömenden Luft von dem Luftrohr (34) zu dem Mischrohr (60) verursacht und die Zunahme der Geschwindigkeit eine Druckdifferenz zwischen dem Mischrohr (60) und dem Abgasschenkel (6) zum Ziehen von Verbrennungsprodukten (28) aus dem ersten ringförmigen Durchgang (38) in das Mischrohr (60) durch das Leitungsmittel verursacht.
  2. Rekuperator nach Anspruch 1, bei dem das Mischrohr (34) und/oder der Abgasschenkel (6) und das Luftrohr im wesentlichen konzentrisch sind.
  3. Wiedergewinnendes Strahlungsrohrgerät (1) zur Benutzung mit einem Ofen mit einer Ofenwand (8), die eine Innenseite (10) und eine Außenseite (12) des Ofens abgrenzt, wobei das wiedergewinnende Strahlungsrohrgerät aufweist:

    einen Brennerschenkel (4), der durch die Ofenwand (8) vorsteht und ein Ende innerhalb des Ofens und ein Ende außerhalb des Ofens (12) aufweist;

    einen Abgasschenkel (6), der durch die Ofenwand (8) vorsteht und ein Ende innerhalb des Ofens (10) und ein Ende außerhalb des Ofens (12) aufweist;

    einen Verbindungsschenkel (14), der das Ende des Brennerschenkels (4) innerhalb des Ofens (10) und das Ende des Abgasschenkels (6) innerhalb des Ofens (10) verbindet;

    einen Kanal (16), der betriebsmäßig das Ende des Brennerschenkels (4) außerhalb des Ofens (12) und das Ende des Abgasschenkels (6) außerhalb des Ofens (12) verbindet; und

    einen Rekuperator (32), der innerhalb des Abgasschenkels (6) vorgesehen ist, wobei der Rekuperator (32) aufweist:

    ein erstes Rohr (34), das in dem Abgasschenkel (6) vorgesehen ist und radial davon beabstandet ist, wobei ein erster ringförmiger Abgasdurchgang (38) zwischen dem Abgasschenkel (6) und dem ersten Rohr (34) gebildet ist, das erste Rohr (34) in äußeres Ende (40), das benachbart zu dem Ende des Abgasschenkels (6) außerhalb des Ofens positioniert ist, und ein inneres Ende (42) gegenüber dem äußeren Ende (40) des ersten Rohres (34), und das sich zu dem Verbindungsschenkel (14) erstreckt, aufweist;

    eine Einlassöffnung (50) benachbart zu dem äußeren Ende (40) des ersten Rohres (34), die zum Verbinden der Innenseite des ersten Rohres (34) mit einer Quelle von Verbrennungsluft ausgelegt ist;

    ein zweites Rohr (60), das in dem ersten Rohr (34) vorgesehen ist und radial davon beabstandet ist und einen ringförmigen Luftdurchgang (40) zwischen dem ersten Rohr (34) und dem zweiten Rohr (60) bildet und ein äußeres Ende (62) und ein inneres Ende (64) aufweist, wobei der ringförmige Luftdurchgang (70) betriebsmäßig die Quelle von Verbrennungsluft mit dem inneren Ende (42) des ersten Rohres (34) verbindet;

    ein Mittel, das eine Strahlpumpe an dem inneren Ende (64) des zweiten Rohres (60) bildet, zum Vergrößern der Geschwindigkeit der Verbrennungsluft, die von dem ringförmigen Luftdurchgang (70) in das zweite Rohr (60) strömt; und

    mindestens ein Öffnungsmittel benachbart zu dem Mittel, das eine Strahlpumpe bildet, das die Innenseite des zweiten Rohres (60) mit dem ringförmigen Abgasdurchgang (70) verbindet, wobei das Öffnungsmittel einen Pfad für Abgas vorsieht, das in dem ringförmigen Abgasdurchgang (70) strömt zum Eintreten in das zweite Rohr (60) in dem das Abgas mit der Verbrennungsluft gemischt wird, wobei der Kanal die Mischung zu dem Brennerschenkel (4) zur Verbrennung mit Kraftstoff in dem Brennerschenkel (4) fördert.
  4. Wiedergewinnendes Strahlrohrgerät (1) nach Anspruch 3, bei dem das innere Ende (42) des ersten Rohres (34) und das innere Ende (64) des zweiten Rohres (60) innerhalb des Ofens (10) positioniert sind und/oder bei dem das äußere Ende (40) des ersten Rohres (34) außerhalb des Ofens (12) positioniert ist.
  5. Wiedergewinnendes Strahlrohrgerät (1) nach Anspruch 4, bei dem der Brennerschenkel (4) einen darin angeordneten Brenner, einen Kraftstoffeinlaß zum Einführen von Kraftstoff zu dem Brenner und einen Zünder (20) zum Zünden der Kombination von Kraftstoff und der Mischung von Abgas und Luft zum Erzeugen von Wärme und Abgasprodukten (28) aufweist.
  6. Wiedergewinnendes Strahlrohrgerät (1) nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem der. Abgasschenkel (6) eine Abgasöffnung (30) zum Ausgeben von Verbrennungsprodukten (28) enthält und/oder bei dem das Mittel, das eine Strahlpumpe bildet, und das Öffnungsmittel in einem Mischeinbau (80) gebildet sind, der auf dem inneren (42, 64) Ende des ersten (34) und des zweiten (60) Rohres vorgesehen ist.
  7. Verfahren des Reduzierens der NOX-Bildung in einem Strahlungsrohrgerät (1) mit einem Brennerschenkel (4) und einem Abgasschenkel (6) und mit einem Rekuperator (32) mit einem heißen Ende (42), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

    Verbrennen von Luft und Kraftstoff zum Erzeugen eines Stromes von Verbrennungsprodukten (28) bei einer erhöhten Temperatur;

    Führen des Stromes zu dem Abgasschenkel (6);

    Richten des Stromes zu dem heißen Ende (42) des Rekuperatorrohres (32);

    Richten eines Luftstromes in dem Rekuperatorrohr (32) von einem Ende gegenüber dem heißen Ende (42) zu dem heißen Ende (42) und Erwärmen der Luft durch Wärmeübertragung von dem Verbrennungsproduktstrom durch das Rekuperatorrohr (32);

    Umkehren der Richtung des Luftstromes an dem heißen Ende (42) des Rekuperatorrohres (32);

    Erhöhen der Geschwindigkeit der erwärmten Luft an dem heißen Ende (42) des Rekuperatorrohres (32);

    Mischen eines Teiles der Verbrennungsprodukte (28) mit der erwärmten Luft an dem heißen Ende (42) des Rekuperatorrohres (32); und

    Führen der Mischung von dem Rekuperatorrohr (32) zu dem Brennerschenkel (4) zur Verbrennung mit dem Kraftstoff.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die in dem Rekuperatorrohr (32) gerichtete Luft in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Strömens des Stromes von Verbrennungsprodukten (28) in dem Rekuperatorrohr (32) strömt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Umkehrens der Richtung des Luftstromes bewirkt, daß die Luft durch das Rekuperatorrohr (32) in die gleiche Richtung wie der Strom der Verbrennungsprodukte (28) strömt.
  10. Strahlungsrohranordnung (1) zur Benutzung in einem Ofen, wobei die Strahlungsrohranordnung enthält:

    ein Brennerrohr (4);

    ein Abgasrohr (6);

    einen Rekuperator (32), der in dem Abgasrohr (6) in einem Strom von Verbrennungsprodukten (28) angeordnet ist, die von dem Brennerrohr (4) durch das Abgasrohr (6) strömen, wobei der Rekuperator (32) eine Einlassöffnung (50) zum Einführen von Verbrennungsluft zu dem Rekuperator enthält, der Rekuperator ein heißes Ende (42) aufweist, das stromaufwärts von der Einlassöffnung (50) in dem Strom von Verbrennungsprodukten (28) positioniert ist; und

    ein Mischeinbaumittel (80), das an dem heißen Ende (42) des Rekuperators (32) positioniert ist, zum Mischen eines Teiles der Verbrennungsprodukte (28) mit Luft und Richten der Mischung zu dem Brennerrohr (4).
  11. Rekuperator (32) nach Anspruch 1 oder 2 und/oder Strahlungsrohr (1) nach Anspruch 10, wobei ein Luftrohr (34) enthält:

    mindestens eine einer ringförmigen Wärmetauscherrippe (44) und einer Längsrippe (46), die sich radial nach außen davon erstreckt; und

    mindestens eine Längsrippe (46), die sich radial nach innen davon erstreckt, wobei die eine der sich auswärts erstreckenden ringförmigen Wärmetauscherrippen (4) und Längsrippe (46) und die sich nach innen erstreckende Rippe (46) Wärme von Verbrennungsprodukten (28) zu Luft übertragen, die durch das Luftrohr (34) geht.
  12. Rekuperator (32) oder Strahlungsrohr (1) nach Anspruch 11, wobei mindestens eine der sich nach außen erstreckenden Rippe (46) und der sich nach innen erstreckenden Rippe (46) eine oder mehrere von kontinuierlichen, unterbrochenen und versetzten sind.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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