CH683635A5

CH683635A5 - A method of operating a burner, in particular atmospheric premixing gas burner.

Info

Publication number: CH683635A5
Application number: CH58591A
Authority: CH
Inventors: Hans-Albrecht Kohlmann; Winfried Uckelmann
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1994-04-15
Also published as: DE4105894A1

Description

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CH 683 635 A5 CH 683 635 A5

2 2nd

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brenners insbesondere eines atmosphärischen Vormisch-Gasbrenners gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Patentanspruches. The invention relates to a method for operating a burner, in particular an atmospheric premix gas burner, according to the introductory part of the independent patent claim.

Bei solchen Brennern ist es gelungen, durch die Anordnung von Keramik- oder Stahl- Kühlstäben oder wassergefüllten Rohren in der Brennkammer oder direkt an den Brennerstäben die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich der Brennerflamme abzuleiten und dadurch eine Überhitzung des Brenners, die zur Bildung von Stickoxiden führen kann, zu vermeiden. Eine optimale Anordnung dieser Kühlstäbe ist aber für die NOx- und auch CO-Emis-sion des Brenners von entscheidender Bedeutung. With such burners, it has been possible to dissipate the heat from the immediate area of the burner flame by arranging ceramic or steel cooling rods or water-filled pipes in the combustion chamber or directly on the burner rods, thereby overheating the burner, which leads to the formation of nitrogen oxides can avoid. An optimal arrangement of these cooling rods is of crucial importance for the NOx and CO emissions of the burner.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, solche Kühlstäbe derart anzuordnen und zu bemessen, dass sie die ihnen zugedachte Aufgabe optimal zu erfüllen vermögen. Um die bestmögliche Position solcher Kühlstäbe zu gewährleisten, ist nicht nur auf die Lage und Anordnung der scharenweise gegliederten Brennstoffaustrittsöffnungen der Oberseite der Rohrwandung zu achten, sondern auch auf zahlreiche andere Parameter, wie auf die Höhe der an den Austrittsöffnungen gebildeten Flammen sowie auf den Durchmesser und den Abstand der Kühlstäbe voneinander und vom Brennerrohr. The object of the invention is therefore to arrange and dimension such cooling rods in such a way that they are able to optimally fulfill the task intended for them. In order to ensure the best possible position of such cooling rods, it is not only necessary to pay attention to the position and arrangement of the fuel outlet openings on the top of the tube wall, but also to numerous other parameters, such as the height of the flames formed at the outlet openings and the diameter and the distance of the cooling rods from each other and from the burner tube.

Erfindunsgemäss ist zur Lösung der oben definierten Aufgabe das Verfahren gemäss dem unabhängigen Patentanspruch vorgesehen. According to the invention, the method according to the independent claim is provided to achieve the object defined above.

Dank dieser Anordnung sind die Kühlstäbe optimal befähigt, Wärme aus den durch Überhitzung besonders gefährdeten Bereichen des Brenners abzuleiten und dadurch der Emission von NOx und CO wirksam entgegenzutreten. Thanks to this arrangement, the cooling rods are optimally able to dissipate heat from the areas of the burner that are particularly at risk from overheating and thereby effectively counteract the emission of NOx and CO.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Durchmesser D des Kühlstabes maximal das 1,45-fache der Flammenhöhe h. Vorzugsweise für ungekühlte, zwischen den Flammenscharen angeordnete, Kühlstäbe soll der Durchmesser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h liegen. According to a further embodiment of the invention, the diameter D of the cooling rod is at most 1.45 times the flame height h. The diameter D should preferably be between 0.56 and 1.45 of the flame height h for uncooled cooling rods arranged between the sets of flames.

Um die Wärme sicher abführen zu können, kann der Durchmesser des Kühlstabes je nachdem in welchem Bereich der Kühlstab angeordnet ist, bis zum 1,45-fachen der Flammenhöhe h betragen. Der obere Bereich des erfindungsgemässen Durchmes-ser-Bemessungsintervalles ist für ungekühlte, gegebenenfalls hohie Kühlstäbe zu verwenden. In order to be able to safely dissipate the heat, the diameter of the cooling rod, depending on the area in which the cooling rod is arranged, can be up to 1.45 times the flame height h. The upper range of the diameter dimensioning interval according to the invention is to be used for uncooled, possibly hollow cooling rods.

Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung soll für am Randbereich angeordnete, für nur eine Flammenschar vorgesehene Kühlstäbe der Durchmesser D zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegen. According to a preferred embodiment of the invention, for cooling rods arranged at the edge area and intended for only one set of flames, the diameter D should lie between 0.25 and 0.65 of the flame height h.

Da die am Rand angeordneten Kühistäbe thermisch weniger belastet sind, kann der Durchmesser dieser Kühlstäbe im unteren Bereich des erfindungsgemässen Durchmesser-Bemessungsinterval-les liegen. Since the cooling rods arranged on the edge are less thermally stressed, the diameter of these cooling rods can lie in the lower region of the diameter dimensioning interval according to the invention.

Nachfolgend soll anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Show it

Fig. 1 ein zylindrisches Brennerrohr, 1 is a cylindrical burner tube,

Fig. 2 ein im wesentlichen im Querschnitt rechteckiges Brennerrohr und Fig. 2 is a substantially rectangular cross-section burner tube and

Fig. 3 einen Brennerrost bildende Brennerrohre mit ebener Oberseite mit den erfindungsgemäss positionierten Kühlstäben. Fig. 3 a burner grate forming burner tubes with a flat top with the cooling rods positioned according to the invention.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Brennerrohr 1 mit einer Flamme 2. Die Höhe der Flamme 2 wird mit h bezeichnet. In einer Entfernung Xi von der Brennerwandung 3 und in einem Abstand X2 von der Flammenmittellinie 4 sind Kühlstäbe 5 mit einem Durchmesser D angeordnet. Diese in der Brennkammer oder direkt an den Brennerstäben 1 angeordneten Kühlstäbe 5 leiten die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich der Brennerflamme 2 ab und vermeiden dadurch eine Überhitzung des Brenners und damit eine Bildung von Stickoxiden. Damit diese Kühlstäbe 5 ihre Aufgabe optimal erfüllen können und dadurch die Emission von NOx und CO auf ein Minimum beschränken, ist die richtige Anordnung und Dimensionierung der Kühlstäbe von entscheidender Bedeutung. 1 schematically shows a burner tube 1 with a flame 2. The height of the flame 2 is denoted by h. Cooling rods 5 with a diameter D are arranged at a distance Xi from the burner wall 3 and at a distance X2 from the flame center line 4. These cooling rods 5, which are arranged in the combustion chamber or directly on the burner rods 1, conduct the heat away from the immediate area of the burner flame 2 and thereby avoid overheating of the burner and thus formation of nitrogen oxides. The correct arrangement and dimensioning of the cooling rods is of crucial importance so that these cooling rods 5 can optimally fulfill their task and thereby limit the emission of NOx and CO to a minimum.

Es hat sich gezeigt, dass bei der räumlichen Anordnung der Kühlstäbe insbesondere die Flammenhöhe h ein wichtiges Vergleichsmass darstellt. Aufgrund dieser Tatsache wurde versucht, Verhältniszahlen für die Positionierung der Kühlstäbe 5 über den Brennerstäben 1 zu ermitteln, für welche die Schadstoffemission des Brenners möglichst niedrig ist. Es hat sich ergeben, dass das Verhältnis des Abstandes Xi des Kühlstabes 5 von der Oberseite der Brennenwandung 3 zur Flammenhöhe h zwischen 0,6 und 0,8 liegen muss und dass das Verhältnis des Abstandes X2 des Kühlstabes 5 von der Flammenmittellinie 4 zur Flammenhöhe h im Bereich zwischen 0,15 und 0,9 zu wählen ist. Gleichzeitig muss noch der Durchmesser D des Kühlstabes 5 mindestens ein Viertel der Fiammenhöhe h betragen. Werden diese Werte eingehalten, so ist sichergestellt, dass die Schadstoffemission im unteren, möglichen Bereich liegt und z.B. die NOx-Emis-sion einen Wert unter 75 ppm aufweist. It has been shown that in the spatial arrangement of the cooling rods, the flame height h in particular is an important comparative measure. On the basis of this fact, attempts have been made to determine ratio numbers for the positioning of the cooling rods 5 above the burner rods 1, for which the pollutant emissions of the burner are as low as possible. It has been found that the ratio of the distance Xi of the cooling rod 5 from the top of the wall 3 to the flame height h must be between 0.6 and 0.8 and that the ratio of the distance X2 of the cooling rod 5 from the flame center line 4 to the flame height h is to be selected in the range between 0.15 and 0.9. At the same time, the diameter D of the cooling rod 5 must be at least a quarter of the flame height h. If these values are observed, it is ensured that the pollutant emissions are in the lower possible range and e.g. the NOx emission has a value below 75 ppm.

Als Maximalwert für den Durchmesser D des Kühlstabes 5, wobei hier die Wärmetransportfähigkeit des Stabes, also das Material, die Kühlung z.B. durch Sekundärluft, die Form wie z.B. Rohrform u.dgl., zu berücksichtigen ist, wurde der Wert mit 1,45 der Flammenhöhe h festgesetzt. As the maximum value for the diameter D of the cooling rod 5, here the heat transportability of the rod, i.e. the material, the cooling e.g. by secondary air, the shape such as Pipe shape and the like, the value was set at 1.45 of the flame height h.

Werden diese erfindungsgemässen Verhältnisangaben als Gleichungen dargestellt, so ergibt sich: If these ratios according to the invention are represented as equations, the following results:

Für den Abstand Xi der Kühlstäbe 5 von der Brennerwandung 3: For the distance Xi of the cooling rods 5 from the burner wall 3:

Xi = (0,6-0,8).h (1) Xi = (0.6-0.8) .h (1)

Für den Abstand X2 des Kühistabes 5 von der Flammenmitteliinie 4: For the distance X2 of the cooling rod 5 from the flame center line 4:

X2 = (0,15-0,9).h (2) X2 = (0.15-0.9) .h (2)

Für den Durchmesser D des Kühlstabes 5: For the diameter D of the cooling rod 5:

D = (0,25-1,45).h (3) D = (0.25-1.45) .h (3)

Für die Wahl des Durchmessers D des Kühlsta- For the selection of the diameter D of the cooling

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

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3 3rd

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4 4th

bes 5 ist, wie schon erwähnt, die Wärmetransportfähigkeit aufgrund seines Materials, seiner Form (Voll- oder Hohlstab) sowie der Bereich seiner Anordnung massgebend. As already mentioned, bes 5, the heat transfer capacity is decisive due to its material, its shape (solid or hollow rod) and the area of its arrangement.

Für ungekühlte, zwischen den Flammenscharen For uncooled, between the flames

2 angeordnete, hohle Kühlstäbe 5 soll der Durchmesser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h, für am Randbereich des Brennerstabes 1 angeordnete, volle Kühlstäbe 5 zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegen. 2 arranged, hollow cooling rods 5, the diameter D should lie between 0.56 and 1.45 of the flame height h, for full cooling rods 5 arranged at the edge region of the burner rod 1, between 0.25 and 0.65 of the flame height h.

Aus dem Abstand X2 des Kühlstabes 5 von der Flammenmittellinie 4, der bei einem Brennerrohr gemäss Fig. 1 mit zylindrischer oder kegelförmiger Oberfläche ungefähr dem Bogenmass zwischen Flammen- und Kühlstabmittellinie 6 entspricht, kann auch der erforderliche Abstand 7 zwischen zwei benachbarten Scharen von Brennstoffaustrittsöffnungen des Brennerrohres 1 ermittelt werden. From the distance X2 of the cooling rod 5 from the flame center line 4, which corresponds approximately to the radian measure between the flame and cooling rod center line 6 in a burner tube according to FIG. 1 with a cylindrical or conical surface, the required distance 7 between two adjacent groups of fuel outlet openings of the burner tube can also be obtained 1 can be determined.

Bei der Ausführungsform in Fig. 2 hat das Brennerrohr 1 beispielsweise einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und bloss die mit den Brennstoffaustrittsöffnungen versehene Brennerwandung 3 ist zylindrisch gekrümmt. Zwischen den beiden in Längsrichtung erstreckenden Scharen von Brennerflammen 2 sind Halteflammen 8 vorgesehen. In the embodiment in FIG. 2, the burner tube 1 has, for example, an essentially rectangular cross section and only the burner wall 3 provided with the fuel outlet openings is cylindrically curved. Holding flames 8 are provided between the two sets of burner flames 2 extending in the longitudinal direction.

Im Rahmen der Erfindung können gemäss Fig. 3 auch Brennerrohre 1 mit ebener Brennerwandung 3 verwendet werden. Die Kühlstäbe 5 sind dann bei Anordnung mehrerer solcher zueinander paralleler, einen Brennerrost bildender Brennerrohre 1 zwischen diesen in einem Abstand X2 von der Flammenmittellinie 4 und in einem Abstand Xi von der ebenen Brennerwandung 3, burner tubes 1 with a flat burner wall 3 can also be used. The cooling rods 5 are then arranged with several such parallel burner tubes 1 forming a burner grate between them at a distance X2 from the flame center line 4 and at a distance Xi from the flat burner wall

3 angeordnet. Der erforderliche Abstand zwischen zwei Brennerstäben 1 ist dann durch den doppelten Abstand X2 gegeben. 3 arranged. The required distance between two burner rods 1 is then given by twice the distance X2.

Claims

1.Method for operating a burner with at least one elongated burner tube arranged within a combustion chamber, the tube wall of which, on its upper side facing the interior of the combustion chamber, has fuel outlet openings arranged in droves for a fuel supplied to the interior of the burner tube and with at least one, at least via the between the Shares of the main flame-forming fuel outlet openings of the burner tube, remaining free areas or cooling rods, which consist of heat-absorbing material and extend over holding flames and are arranged at a distance above the top of the tube wall, characterized in that the distance Xi of the cooling rod (5) from the top (3 ) of the burner tube is 0.6 to 0.8 of the flame height h, that the cooling rod (5) from the flame center line (4) is arranged at a distance X2 which is between 0.15 and 0.9 of the flame height h and that Diameter D de s cooling rod (5) is at least a quarter of the flame height h.

2. The method according to claim 1, characterized in that the diameter D of the cooling rod

(5) a maximum of 1.45 times the flame height h.

3. The method according to claim 1, characterized in that for cooling rods (5) arranged between the sets of flames (2), the diameter D is between 0.56 and 1.45 of the flame height h.

4. The method according to claim 1, characterized in that for cooling rods (5) arranged on the edge region of the burner and provided for only one set of flames (2), the diameter D is between 0.25 and 0.65 of the flame height h.

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10th

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