4.1 Brännare

• tillföra ugnen den erforderliga energimängden.
• blanda bränsle och luft så effektivt att en förbränning kan äga rum. Bränslet skall finfördelas så att den tillförda luften kan nå allt bränslet. Finfördelningen görs med tryckluft eller ånga om bränslet är olja. Brännaren tillför just den luftmängd som behövs fördelat över hela bränslevolymen och ger därmed en intensiv förbränning. Den i brännaren tillförda luftmängden skall vara tillräcklig för att allt bränsle skall kunna förbrännas med luftens syre. Jämför med en vanlig brasa som är svår att tända. Om man blåser på den tar den sig
• lättare eftersom mera luft då tillförs där den behövs.
• ge de bildade avgaserna sådan hastighet att ugnsgaserna drivs upp i en hög hastighet jämnt fördelad över ugnens tvärsnitt. Hög gashastighet bidrar till hög värmeöverföring genom konvektion.
• rikta avgaserna så att dessa utnyttjas på bästa sätt för värmning av materialet. Avgasflödet skall träffa ämnena först och avge energi till dem innan de träffar väggar och tak.
• upprätta ett lokalt högre ugnstryck som minimerar inläckning av kalluft (ugnstrycket beror dock framför allt av avgasspjäll, avgasfläkt och skorsten). Man riktar till exempel brännarna mot uttagsluckan i en ugn, för att i dess omedelbara närhet lokalt höja ugnstrycket så mycket, att inläckning av kall luft upphör.
• genomföra förbränningen så att avgasernas sammansättning blir den önskvärda, till exempel låg halt av kväveoxider.

Det finns många typer av brännare för att passa olika typer av ugnar, bränslen och värmningsfall.

Det finns till exempel brännare som kan ge en mycket kort flamma som breder ut sig utmed ugnsväggen där brännaren sitter. Brännaren kallas plattbrännare (ungefär flat flambrännare) och används i taket i låga ugnsrum. Det finns även brännare med relativt kort flamma som sticker ut vinkelrätt mot väggen och det finns brännare med långa flammor. Brännare kan alltså ”skräddarsys” för att passa i olika tillämpningar och under olika förutsättningar. Med flammans form och impuls är det möjligt att styra värmningsförloppet i varje enskilt fall.

Figur 22 visar en brännare som kan elda både gas och olja. Av figuren framgår vilka huvudkomponenter som finns i en brännare och var de är placerade.

Det finns ugnar där materialet värms i en speciell gas, så kallad skyddsgas, för att materialet skall få önskade ytegenskaper. I en sådan ugn får ju inte skyddsgasen blandas ut med avgaser från förbränningen eftersom den skyddande effekten då förstörs. Brännarna som då används, byggs in i rör. Den heta flamman och avgaserna värmer rören invändigt till höga temperaturer (exempelvis 1000°C).

Rörens utsida värmer, genom strålning och konvektion, det gods som passerar genom ugnen. En sådan brännare kallas strålningstub.

Brännare har vidareutvecklats för att minska bränsleåtgången. Det finns två huvudtyper: rekuperativa och regenerativa brännare.

I rekuperativa brännare bortförs avgaser från ugnen hela tiden genom varje brännare. De heta ugnsavgaserna värmer ingående förbränningsluft via en värmeväxlare som finns inbyggd i brännaren.

I regenerativa brännare samverkar två brännare, A och B, så att när A brinner går avgaser från ugnen ut genom B. I avgaskanalerna från A respektive B finns värmeupptagande ”lager” som värms av avgaserna. Efter ett tag tänds B. Den kalla förbränningsluften passerar B:s värmelager och förvärms. Avgaserna går nu ut genom A och värmer A:s värmelager. Efter ytterligare ett tag tänds A igen och B släcks och så vidare.

Bildandet av kväveoxider, NO_X, påverkas av många faktorer, som till exempel luftkvoten, brännlufttemperaturen, pådraget, ugnstemperaturen och bränslets kväveinnehåll. Även brännarnas utformning påverkar NO_X-bildningen och vissa brännare har utformats speciellt med tanke på att ge låg NO_X-bildning.

Gemensamt för alla ”låg-NO_X-brännare” är att de har konstruerats för att ge en så låg syrehalt som möjligt där temperaturen är som högst, alltså i själva flamman. (Hög temperatur och hög syrehalt bidrar till ökad NO_X-bildning). En metod som används är att blanda in förbränningsluften successivt, i två steg, så att förbränningen i första steget sker med för låg luftkvot. En annan metod är att utforma brännaren så att syrefattiga förbränningsgaser vänder tillbaka in mot flammans centrum och därigenom minskar syrehalten i flammans hetaste område.