AT397556B - Verfahren zum verbrennen eines gasgemisches sowie brenner zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen eines aus einem Brenngas und Verbrennungsluft zusammengesetzten Gemisches und erstreckt sich damit im Zusammenhang auch auf zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Brenner.

Bekannt ist eine in der DE-OS 2 360 158 beschriebene Heizvorrichtung mit Gasbrenner, bei der eine 5 Flammenverteilung und eine quer zur Flamme gerichtete Luftströmung erzeugt werden. Die auf die Flamme gerichtete Luftströmung dient lediglich da2u, den Sauerstoffbedarf der Gasflamme zu decken. Die Schadstoffemission, insbesondere die Emission von CO-Gasen, ist bei dieser Heizvorrichtung nur unwesentlich reduziert.

In der US-PS 4 013 399 wird ein Gasbrenner mit speziellen Einbauten beschrieben, welche eine io zweistufige Verbrennung ermöglichen, durch die der Schadstoffanteil der Abgase reduziert wird. Dazu dient eine Sekundärluftzuführung.

Nachteilig hierbei ist vor allem die relativ diffuse Luftzufuhr, die dazu führt, daß eine genaue Kontrolle oder Steuerung des Effektes nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verringerung der bei einer Verbrennung eines solchen Gemisches in 75 den Abgasen auftretenden Schadstoffe, insbesondere CO.

Es hat sich gezeigt, daß eine Stufenverbrennung, insbesondere eine Luftstufung, eine Verringerung der Schadstoffemission erwarten läßt, doch ist die hierfür geeignete Führung der Verbrennungsluft mit Problemen behaftet.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet solche Probleme dadurch, daß der Gemischstrom dem 20 Verbrennungsbereich mit einer abwärts weisenden Richtungskomponente und der zusätzliche Verbrennungsluftstrom den aus dem Verbrennungsbereich austretenden Abgasen mit einer an sich bekannten aufwärts weisenden Richtungskomponente oberhalb des Verbrennungsbereiches zugeführt wird, so daß die Verbrennung zunächst unterstöchiometrisch erfolgt.

Dadurch wird erreicht, daß beim eigentlichen Verbrennungsvorgang, der sich im Verbrennungsbereich 25 vollzieht, entstandenes Kohlenmonoxyd im Verein mit der Zusatzluft vollständig oxydiert, .also gewissermaßen einer Nachverbrennung unterzogen und dadurch beseitigt wird.

Ein zur Durchführung des Verfahrens geeigneter Brenner mit einer von Gemischaustrittsöffnungen durchsetzten Gemischführung und einer oberhalb dieser Gemischführung angeordneten, Luftaustrittsöffnungen für zusätzliche Verbrennungsluft aufweisenden Luftführung, wobei beide Führungen an einer gemeinsa-30 men Verbrennungsluftzufuhr angeschlossen sind und in der Gemischführung zumindest eine Gaszufuhrdüse mündet, umfaßt erfindungsgemäß einen die beiden voneinander durch eine Trennwand getrennten Führungen enthaltenden gemeinsamen Hohlkörper.

Nach einer sehr wirtschaftlichen und robust gestaltbaren Ausführungsform kann ein solcher Hohlkörper beispielsweise einen runden, vorzugsweise kreisrunden, Querschnitt und eine ihn waagerecht unterteilende, 35 vorzugsweise halbierende Trennwand zwischen den beiden vorzugsweise ein halbkreisförmiges Profil aufweisenden Führungen besitzen.

Zahlreiche Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß gestalteter Brenner sind in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend an Hand dieser Zeichnungen erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 40 geeigneten Brenners,

Fig.2 einen Längsschnitt durch diesen Brenner nach ll-ll der Fig.1,

Fig. 3 bis 8 verschiedene Ausführungsformen in schematischen Querschnitten und Fig. 9 bis 11 konstruktiv abgewandelte Ausführungsformen gleichfalls in Querschnitten.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Brenner besteht aus einem beide Führungen, nämlich die Führung 45 1 für das Brenngas-Luft-Gemisch und die Führung 2 für die zusätzlich zugeführte Verbrennungsluft, enthaltenden, gemeinsamen, aus Edelstahl, Keramik od.dgl. hitzefestem Material bestehenden Hohlkörper 3, dessen Oberseite von Luftaustrittsöffnungen 4 für die zusätzliche Verbrennungsluft und dessen Unterseite von Gemischainstrittsöffnungen 5 für das Brenngas-Luft-Gemisch durchsetzt ist.

Der Verbrennungsbereich 6, dem dieses zu verbrennende Gemisch demnach mit abwärts und seitwärts so gegensinnig weisenden Richtungskomponenten zugeführt wird, erstreckt sich deshalb im wesentlichen unterhalb des Hohlkörpers 3. In diesem Verbrennungsbereich 6 entstehen zunächst jene Schadstoffe, wie Kohlenmonoxyd, deren Beseitigung sich die Erfindung zum Ziel gesetzt hat.

Die Abgase streben thermisch bedingt der Abgasführung 7 zu, die an die Oberseite der Brennkammer 8 anschließt. 55 Der Hohlkörper 3 ist durch eine waagrechte Trennwand 9 in eine obere und eine untere Hälfte unterteilt. Die obere Hälfte bildet eine Führung 2 für zusätzliche Verbrennungsluft, die durch die Luftaustrittsöffnungen 4 dieser Führung mit aufwärts und gegensinnig seitwärts weisenden Richtungskomponenten austritt und im gestrichelt umrahmten Nachverbrennungsbereich 10 der Brennkammer 8 den aus dem 2

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Verbrennungsbereich 6 aufwärtsströmenden Abgasen beigemischt wird, wobei das im Verbrennungsbereich 6 entstandene und in den Abgasen enthaltene CO oxidiert und dadurch beseitigt wird. In diesem Nachverbrennungsbereich 10 ist die Gesamt-Luftzahl größer als 1, hingegen ist sie im Verbrennungsbereich 6 geringer als 1.

Aus dem Längsschnitt des Hohlkörpers 3 gemäß Fig.2 ist ersichtlich, daß die in Richtung der Pfeile 11 insgesamt zugeführte Verbrennungsluftteiis unvermischt in die obere Führung, also in die Luftführung 2, gelangt, zum anderen Teil in der unteren Führung, also in der Gemischführung 1, von der Gasdüse 12 mit ihren radial gerichteten Austrittsöffnungen 13 mit Brenngas vermischt wird. Das Gemisch tritt - abwärts und seitwärts gerichtet - aus den Gemischaustrittsöffnungen 5 der unteren Gemischführung 1 , die zusätzliche Verbrennungsluft aus den Luftaustrittsöffnungen 4 der oberen Luftführung 2 aufwärts und seitwärts aus.

Von unten kann der Verbrennung allenfalls noch Sekundärluft in Richtung der Pfeile 14 Zuströmen, doch ist dies für das Wesen der Erfindung ohne Bedeutung.

Eine Leistungsstufung kann bei solchen Brennern entweder durch Variation der Größe des Hohlkörperquerschnittes oder der Hohlkörperlänge und/oder durch eine Vervielfachung der Hohlkörper erzielt werden.

Um eine gleichmäßige Flächenverteilung der austretenden Gemisch- bzw. Luftströme herbeizuführen, können die scharenweise angeordneten Austrittsöffnungen 4 bzw. 5 verschieden groß bemessen werden, also in Strömungsrichtung der Gase eine stetig zunehmende Größe aufweisen.

In den Fig. 3 bis 8 sind verschiedene Ausführungsformen solcher durch Trennwände 9 unterteilter Hohlkörper 3 dargestellt. Die verschiedenen Gestaltungen ergeben naturgemäß verschiedenerlei Strömungsbilder des Gemisches bzw. der Zusatzverbrennungsluft und es wird von der Form der Brennkammer sowie von vielen anderen Komponenten abhängig zu bestimmen sein, welche dieser Ausführungsformen sich für einen in der Praxis ergebenden speziellen Fall am besten eignet.

So kann etwa nach Fig.3 einer rechteckigen oder quadratisch profilierten Führung 2 für Verbrennungsluft eine dreieckförmig profilierte, mit einer Dreiecksseite an diese Luftführung 2 ansetzende benachbarte Gemischführung mit die beiden übrigen Dreiecksseiten durchsetzenden Gemischaustrittsöffnungen 5 angefügt sein.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform, derzufolge einer rechteckig oder quadratisch profilierten Führung 2 für Verbrennungsluft eine halbrund, z.B. halbkreisförmig, profilierte, benachbarte Gemischführung 1 angesetzt ist.

Gemäß Fig.5 ist die Gemischführung 1 halbrund, z.B. halbkreisförmig profiliert und an deren gerade Basis schließt mit einer kontinuierlich fortsetzenden Krümmung der Seitenwände eine benachbarte Luftführung 2 an.

Fig.6 zeigt eine dreieckförmige, vorzugsweise eine gleichseitig dreieckförmig profilierte Gemischführung 1 und eine an die Dreiecksbasis mit gleicher Schräge der Seitenwände ansetzende benachbarte, trapezförmig profilierte Luftführung 2.

In Fig.7 ist ein Brenner mit einer trapezförmig profilierten Gemischführung 1 und einer an die Trapezbasis mit gleicher Schräge der Seitenwände ansetzende benachbarte, gleichfalls trapezförmig profilierten Luftführung 2 dargestellt.

Aus Fig.8 schließlich setzt an eine dreieckförmig, vorzugsweise gleichseitig dreieckförmig profilierte Gemischführung 1 eine der Dreiecksbasis benachbarte Luftführung 2 an, die gleichfalls dreieckförmig profiliert ist.

Solche mit variablem Querschnitt ausgestaltbare Brenner können im Rahmen der Erfindung vorteilhafterweise auch aus im Baukastensystem zusammensetzbaren Einheiten bestehen.

So zeigt Fig.9 bloß beispielsweise einen solchen Brenner, der zum Aufbau eines Brenners der in Fig.3 dargestellen Form aus einer Einheit 15 mit Rechteckprofil und einer Einheit 16 mit Dreieckprofil zusammengesetzt ist. In gleicher Weise lassen sich auch Gasbrenner mit den Querschnittsformen nach den Fig. 4 bis 8 aus Einheiten zusammensetzen.

Wie Fig.10 zeigt, können solche Einheiten auch ein Kreisprofil 17 aufweisen und es ist denkbar, zwei einander gleiche Einheiten einander zuzuordnen, von denen dann die obere Einheit 17 mit aufwärts gerichteten Austrittsöffnungen 4 für Verbrennungsluft und die untere Einheit 17 mit abwärtsweisenden Austrittsöffnungen 5 für das Gemisch durchsetzt ist.

Schließlich können solche rohrförmigen Einheiten auch mit verschieden großen, gezielt bemeßbaren Durchmessern einander zugeordnet werden. Fig.11 zeigt beispielsweise eine solche Einheit 18 mit einem größeren Querschnitt, der bedarfsweise zwei Einheiten 19 mit kleineren Durchmessern für die Zusatzluft oberhalb der Gemischführung 1 zugeordnet sind.

Selbstverständlich sind darüber hinaus noch zahlreiche weitere Ausführungsvarianten im Rahmen der Erfindung denkbar ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. 3

Claims (3)

1. AT 397 556 B Patentansprüche 1. Verfahren zum Verbrennen eines aus einem Brenngas und Verbrennungsluft zusammengesetzten Gemisches, wobei den bei der Verbrennung dieses Gemisches entstehenden Abgasen unmittelbar 5 während ihres Abströmens aus dem Verbrennungsbereich zusätzliche Verbrennungsluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischstrom dem Verbrennungsbereich mit einer abwärts weisenden Richtungskomponente und der zusätzliche Verbrennungsluftstrom den aus dem Verbrennungsbereich austretenden Abgasen mit einer an sich bekannten aufwärts weisenden Richtungskomponente oberhalb des Verbrennungsbereiches zugeführt wird, so daß die Verbrennung zunächst unterstö- io chiometrisch erfolgt.
2. 2. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer von Gemischaustrittsöffnungen (5) durchsetzten Gemischführung (1) und einer oberhalb dieser Gemischführung (1) angeordneten, Luftaustrittsöffnungen (4) für zusätzliche Verbrennungsluft aufweisenden Luftführung (2), wobei beide 15 Führungen (1, 2) an einer gemeinsamen Verbrennungsluftzufuhr (11) angeschlossen sind und in der Gemischführung (1) zumindest eine Gaszufuhrdüse (12) mündet (Fig. 2), gekennzeichnet durch einen die beiden voneinander durch eine Trennwand (9) getrennten Führungen (1, 2) enthaltenden gemeinsamen Hohlkörper (3) (Fig. 1 bis 8).
3. 3. Brenner nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Hohlkörper (3) mit rundem, vorzugsweise kreisrundem, Querschnitt und einer ihn waagerecht unterteilenden, vorzugsweise halbierenden, Trennwand (9) zwischen den beiden vorzugsweise ein halbkreisförmiges Profil aufweisenden Führungen (1, 2). 25 Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 55