Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben
eines Brenners zur Verbrennung von flüssigen oder
gasförmigen Brennstoffen in einer Brennkammer, mit
mindestens einer Brennstoffzuführung mittels Brenn
stoffzuführleitung, die sich in eine Luftleitung
und eine Brennstoffleitung aufteilt, wobei mittels
der Brennstoffzuführung eine wechselweise erfolgen
de Eindüsung von Brennstoff und Luft in die Brenn
kammer vorgenommen und der Brennstoff gepulst in
die Brennstoffleitung eingebracht wird.
Ein System der eingangs genannten Art ist aus der
JP 09-112821 A bekannt. Eine Brennstoffzuführung
versorgt einen Verdampfer mit Kerosin und Luft. Da
zu weist die Brennstoffzuführung eine Brennstoffzu
führleitung auf, die sich in eine Kerosinleitung
und in eine Luftleitung aufteilt. Die Kerosinlei
tung ist endseitig mit einer Kerosinförderpumpe
verbunden, entsprechend ist die Luftleitung endsei
tig an eine Luftförderpumpe angeschlossen. Eine
wechselweise Zuführung von Kerosin und Luft in den
Verdampfer wird realisiert, indem die Kerosinför
derpumpe und die Luftförderpumpe mittels einer Re
geleinrichtung im Wechsel betrieben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die wech
selweise erfolgende Eindüsung von Brennstoff und
Luft auf einfachere Art und Weise als bisher zu er
möglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass der Druck der Luft in der Luftleitung konstant
und kleiner als der Druck des Brennstoffs in der
Brennstoffleitung gehalten wird. Bei der Erfindung
handelt es sich also um ein Verfahren, bei dem die
insbesondere zu einer Lanze des Brenners erfolgende
Brennstoffzuführung eine Brennstoffzuführleitung
aufweist, die an eine Luftleitung und an eine
Brennstoffleitung angeschlossen ist. Es ist vorge
sehen, dass der Druck der Luft in der Luftleitung
kleiner als der Druck des Brennstoffs in der Brenn
stoffleitung ist und dass der Druck der Luft in der
Luftleitung einen konstanten Wert hat. Insbesondere
kann der Druck der Luft in der Luftleitung einen
dem Brennkammerdruck angepassten Werten haben. Hat
der Druck des Brennstoffs einen größeren Wert als
der Luftdruck, so ist es möglich, den Brennstoff
mittels eines geeigneten Ventils oder dergleichen
so zu pulsen, dass bei geschlossenem Ventil die
Luft in die Brennkammer strömt, während beim geöff
neten Ventil der Brennstoff die permanent anstehen
de Luft "verdrängt" und auf diese Art und Weise der
Brennstoff zur Verbrennung in die Brennkammer ge
langt. Aus sicherheitstechnischen Gründen können
zusätzlich oder alternativ schaltbare Ventile vor
gesehen sein, um wechselweise den Brennstoff oder
die Luft in die Brennkammer zu leiten.
Das wechselweise Eindüsen von Brennstoff und Luft
erfolgt vorzugsweise über eine Programmsteuerung.
Der Gegenstand der Erfindung kann insbesondere bei
der Beheizung von Hochtemperatur-Brennkammern und
Öfen eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen Brenner zur
Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brenn
stoffen in einer Brennkammer, mit mindestens einer
Brennstoffzuführung mittels Brennstoffzuführlei
tung, die sich in eine Luftleitung und in eine
Brennstoffleitung aufteilt, wobei mittels der
Brennstoffzuführung eine wechselweise erfolgende
Eindüsung von Brennstoff und Luft in die Brennkam
mer vorgenommen wird und eine den Brennstoff ge
pulst in die Brennstoffleitung mit einem Brenn
stoffdruck einbringende Einrichtung vorgesehen ist,
und wobei eine, die Luft permanent mit konstantem,
jedoch kleinerem Druck als der Brennstoffdruck in
die Luftleitung einbringende Einrichtung vorgesehen
ist.
Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der
Wechseltakt der Eindüsung in Abhängigkeit von be
stimmten Parametern, insbesondere von der Tempera
tur in der Brennkammer, erfolgt. Selbstverständlich
ist es auch möglich, weitere oder andere Parameter
heranzuziehen, die einen Einfluss auf den Wechsel
takt haben. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass
das Brennstoffeindüsungsintervall ebenso lang ist
wie das Lufteindüsungsintervall, das heißt, in
äquidistanten Zeiträumen wird wechselweise Brenn
stoff oder Luft eingedüst. Dabei ist es möglich,
die Intervalllänge des Brennstoffs und der Luft zu
vergrößern oder zu verkleinern. Alternativ besteht
die Möglichkeit, die Brennstoffeindüsungsintervall
länge kleiner als die Lufteindüsungsintervalllänge
zu machen, das heißt, es erfolgt eine relativ kurze
Zeit die Eindüsung des Brennstoffs und dann eine
längere Zeit der Eindüsung von Luft. Es folgt dann
wieder die kürzere Eindüsungszeit des Brennstoffes
usw.. Möglich ist ferner, die Brennstoffeindüsungs
zeit größer gegenüber der Lufteindüsungszeit zu ma
chen. Die Steuerung/Regelung der Gesamtvorrichtung
kann derart gestaltet sein, dass die vorstehend er
wähnten Intervalle fest vorgegeben sind oder aber
dass sie fließend oder stufenförmig ineinander
überführt werden können, so dass jeder der dort er
wähnten Betriebszustände kontinuierlich oder in
Stufen angefahren werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese
hen, dass die Temperatur in der Brennkammer auf ei
nem derart hohen Niveau gehalten wird, dass der ge
taktet eingedüste Brennstoff ohne Zündvorrichtung
zündet. Eine Zündvorrichtung ist daher nur beim
erstmaligen Starten des Brenners erforderlich.
Nimmt die Brennkammer die erforderliche Temperatur
(Zündtemperatur) an, so führt auch das zeitweise
erfolgende Eindüsen von Luft nicht dazu, dass der
nachfolgend eingedüster Brennstoff nicht zur Zün
dung gelangt, da die Brennkammertemperatur zur Zün
dung ohne zusätzliche Maßnahmen (Zündfunke oder
dergleichen) zur Zündung ausreicht.
Vorzugsweise liegt die Anschlussstelle, an der die
Brennstoffzuführleitung an die Luftleitung und an
die Brennstoffleitung angeschlossen ist, außerhalb
der Brennkammer. Um das wechselweise erfolgende
Eindüsen von Brennstoff und Luft zu ermöglichen,
wird im Betrieb der Luftzuführung Luft über die
Luftleitung der Brennstoffzuführleitung zugeführt
und gelangt hierdurch in die Brennkammer. Erfolgt
dann der Wechsel zur Brennstoffeindüsung, so wird
über die Brennstoffleitung in die Brennstoffzuführ
leitung der Brennstoff zugeführt, so dass er in die
Brennkammer gelangt und dort zur Verbrennung kommt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Brennstoffzu
führung eine in die Brennkammer ragende Brennerlan
ze aufweist. Durch das Pulsen von Brennstoff und
Luft wird die Brennerlanze sowohl innerhalb der
Brennkammer als auch der außerhalb der Brennkammer
liegende Teil der Lanze beziehungsweise der Brenn
stoffzuführung gekühlt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Brennerlanze
feststehend gegenüber der Brennkammer angeordnet
ist. Dies bedeutet, dass sie nicht aus der Brenn
kammer herausziehbar oder darin verlagerbar ist,
sondern eine ortsfeste Stellung einnimmt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Brenner die
Brennerlanze und von der Brennerlanze unabhängige
Brennstoffaustrittsdüsen aufweist. Zur Durchführung
des Pulsbetriebes kann beispielsweise die Brenner
lanze und/oder die erwähnten Brennstoffaustrittsdü
sen wechselweise mit Brennstoff und Luft betrieben
werden. Auch eine Ausführungsform, die keine Bren
nerlanze aufweist, lässt sich selbstverständlich
betreiben. Besonders bevorzugt ist es, wenn die
wechselweise erfolgende Eindüsung von Brennstoff
und Luft nur bei der Brennerlanze erfolgt. Die üb
rigen Brennstoffaustrittsdüsen werden kontinuier
lich mit Brennstoff betrieben, wobei dieser Betrieb
auch abstellbar ist, so dass bei alleinigem Betrieb
mit der Brennerlanze dort das wechselweise erfol
gende Eindüsen von Brennstoff und Luft vorgenommen
werden kann. Bei einer derartigen Betriebsart lässt
sich die Teillast bis auf einen sehr geringen Wert
absenken.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Luft
der Luftleitung mittels eines Verbrennungsluftven
tilators zugeführt wird. Dabei kann es vorteilhaft
sein, wenn dieser Verbrennungsluftventilator nicht
mit Volllast, sondern auf vorgegebener Teillaststu
fe arbeitet, wodurch ein sparsamer Betrieb erzielt
ist. Die Teillaststufen sind bei einer Abluftreini
gungsanlage (Abluft weist Lösemittelbestandteile
auf) von der Drehzahl des Hauptventilators, von den
Reingaswerten der Abluft und dem Brennkammer
druck/Ofendruck abhängig. Insbesondere dann, wenn
allein ein Lanzenbetrieb vorgenommen wird und inso
fern nur eine relativ geringe Menge Verbrennungs
luft erforderlich ist, wird der Verbrennungsluft
ventilator auf einer niedrigen Teillaststufe herun
tergeschaltet beziehungsweise heruntergesteuert
oder heruntergeregelt.
Im Zuge dieser Anmeldung wird im Betrieb neben dem
Brennstoff auch Luft verwendet. Alternativ ist es
möglich, dass anstelle von Luft Sauerstoff einge
setzt wird. Auch ist es denkbar, ein Luft-
Sauerstoffgemisch zum Einsatz zu bringen. Dabei
kann das Verhältnis von Luft und Sauerstoff fest
vorgegeben sein oder aber während des Betriebs zur
Einstellung eines bestimmten Betriebspunktes eine
Einstellung des Mischungsverhältnisses vorgenommen
werden. Ferner ist möglich, als Brennstoff Lösemit
tel, insbesondere gereinigtes Lösemittel, einzudü
sen oder zusätzlich einzudüsen, wenn die Gesamtan
lage als Abluftreinigungsanlage arbeitet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese
hen, dass ein von der Brennkammertemperatur gesteu
ertes Brennstoffregelventil vorgesehen ist. Je nach
Stellung des Regelventils wird entsprechend viel
Brennstoff in die Brennkammer eingeleitet, so dass
sich aufgrund dieses Umstandes die Brennkammertem
peratur einstellen lässt. Dabei ist es möglich, die
Brennstoffeindüsintervalle zu beeinflussen und/oder
den Brennstoffdruck zu erhöhen beziehungsweise zu
erniedrigen.
Hinsichtlich des bereits erwähnten Verbrennungs
luftventilators kann vorgesehen sein, dass dieser
als frequenzgeregelter Verbrennungsluftventilator
ausgebildet ist, der kontinuierlich über einen sehr
großen Bereich einstellbar ist. Die Regelung der
Motorfrequenz des Verbrennungsluftventilators er
folgt programmgesteuert in Abhängigkeit der Brenn
stoffmenge, Frequenz Hauptventilator, Brennkammer
druck oder der Reingaswerte bei Abluftreinigungsan
lagen (CO, NOX).
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn als Brennstoff
ein gasförmiger Brennstoff zum Einsatz gelangt, wo
bei vorzugsweise Erdgas, Propangas oder Butangas
verwendet wird.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels, und zwar zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit
Brennerlanze versehenen Brenners und
Fig. 2 ein Flussdiagramm der Brenneranordnung.
Die Fig. 1 zeigt einen Brenner 1, der eine Brenn
stoffzuführung 2 aufweist. Die Brennstoffzuführung
2 ist unterteilt in eine Brennstoffzuführung 2 für
eine Brennerlanze 3 und eine Brennstoffzuführung 2
für Brennstoffaustrittsdüsen 4. Die Brennstoffzu
führung 2 für die Brennstoffaustrittsdüsen 4 ist
von dem Innern eines Gehäuses 5 des Brenners 1 ge
bildet. In das Innere des Gehäuses 5 wird Brenn
stoff und Luft eingebracht, so dass ein Brennstoff-
Luftgemisch aus den Brennstoffaustrittsdüsen 4 aus
treten und in die Brennkammer 6 einströmen und dort
verbrennen kann. Unabhängig davon besteht die
Brennstoffzuführung 2 bei der Brennerlanze 3 aus
dem Lanzenstab, der mit einem Teilbereich 7 außer
halb der Brennkammer 6 und mit einem Teilbereich 8
innerhalb der Brennkammer 6 liegt. Endseitig teilt
sich der Teilbereich 7 in zwei Einzelrohre 9 und 10
auf, wobei in das Einzelrohr 9 (Brennstoffleitung)
Gas G als Brennstoff und in das Einzelrohr 10
(Luftleitung) Luft L unter Druck eingebracht wer
den. Das Gas G beziehungsweise die Luft L bezie
hungsweise ein Gas-Luftgemisch tritt aus dem Kopf
11 der Brennerlanze 3 aus.
Im Betrieb wird mittels der Brennstoffzuführung ei
ne wechselweise erfolgende Eindüsung von Gas und
Luft in die Brennkammer 6 vorgenommen. Dies erfolgt
dadurch, dass die Luft L mit konstantem Druck am
Einzelrohr 10 anliegt. Das Gas G wird - gesteuert
über ein Ventil - intervallweise in das Einzelrohr 9
eingebracht, wobei der Gasdruck größer als der
Luftdruck ist. Auf diese Art und Weise strömt bei
abgesperrtem Gas G Luft L durch die Brennerlanze 3
in die Brennkammer 6. Öffnet das Ventil, so dass
Gas G in das Einzelrohr 9 strömen kann, so ver
drängt das Gas G aufgrund des größeren Drucks die
Luft L und gelangt durch die Brennerlanze 3 in die
Brennkammer 6. Die Temperatur der Brennkammer 6 ist
vorzugsweise derart hoch, dass es zur Zündung des
Gases G kommt, ohne dass bei jeder Gaspulsung zu
sätzlich eine separate Zündung zum Beispiels mit
tels elektrischer Zündvorrichtung vorgenommen wer
den muss. Aufgrund der genannten Pulsung von Gas G
und Luft L wird einerseits ein Kühleffekt der ge
samten Brennerlanze erzielt und überdies ist es
möglich, je nach Einstellung des Gasintervalls zum
Luftintervall eine Teillast zu fahren. Sind im
Teillastbetrieb die Brennstoffaustrittsdüsen 4 ab
gestellt, so dass die Flamme nur mittels der Bren
nerlanze 3 erzeugt wird, so kann die Teillast je
nach Pulsverhältnis Gas G zu Luft L sehr weit her
untergefahren werden, beispielsweise bis auf 1%
der Gesamtleistung des Brenners.
Alternativ zum vorstehenden Absatz kann jedoch auch
vorgesehen sein, dass an die Einzelrohre 9 und 10
Magnetventile angeschlossen sind (nicht darge
stellt) und dass das Einpulsen des Gases und der
Luft nicht über Druckunterschiede erfolgt, sondern
durch entsprechendes getaktetes Schalten der beiden
Magnetventile.
Die Fig. 2 verdeutlicht eine Brenneranordnung 12,
die eine Erdgaszuleitung 13 aufweist, welche zu ei
nem Hauptabsperrventil 14 führt. Das Hauptabsperr
ventil 14 ist an ein Gasfilter 15 angeschlossen,
das über einen Gaszähler 16' zu zwei in Reihe lie
genden Hauptabsperrmagnetventilen 16 und 17 führt.
Das Hauptabsperrmagnetventil 16 dient ausschließ
lich der Absperrung, während das Hauptabsperrma
gnetventil 17 zusätzlich eine Gleichdruckregelung
vornimmt. Dem Hauptabsperrmagnetventil 17 folgt ein
Handeinstellventil 18, das über eine entsprechende
Leitung mit dem Innern des Gehäuses 5 des Brenners
1 verbunden ist.
Zwischen dem Gaszähler 16' und dem Hauptabsperrma
gnetventil 16 liegt eine Abzweigung 19, die zu ei
nem Absperrventil 20 führt. Das Absperrventil 20
steht mit einem Absperrmagnetventil 21 in Verbin
dung, das über ein Puls-Magnetventil 22 zum Einzel
rohr 9 führt. Ein Verbrennungsluftventilator 23
saugt über einen Ansaugschalldämpfer 24 Umgebungs
luft an und führt diese über ein Handeinstellventil
25 dem Innern des Gehäuses 5 zu. Ein zwischen Bren
ner 1 und Handeinstellventil 25 gelegener Abzweig
26 dient dazu, vom Verbrennungsluftventilator 23
geförderte Luft dem Einzelrohr 10 zuzuleiten. Zur
Zündung des Brenners 1 ist ein Transformator 27 mit
Zündelektrode 28 vorgesehen.
Alternativ zur Darstellung der Fig. 2 kann auch
vorgesehen sein, dass die Abzweigung 19 zwischen
den Hauptabsperrungsventilen 16 und 17 liegt
(gestrichelte Linie 30) und dass das Absperrventil
21 entfällt.
Im Betrieb wird innerhalb des Gehäuses 5 ein Gas-
Luftgemisch bereitgestellt, das mittels der Brenn
stoffaustrittsdüsen 4 in die Brennkammer 6 gelangt
und dort verbrennt. Der Brenner befindet sich dann
im Volllastbetrieb. Im Volllastbetrieb ist das Ab
sperrmagnetventil 21 und das Puls-Magnetventil 22
geschlossen. Für einen Teillastbetrieb wird die Zu
führung von Gas G und Luft L zu den Brennstoffaus
trittsdüsen 4 reduziert. Soll ein Teillastbetrieb
aufgenommen werden, der nur eine sehr geringe Lei
stung hat, so wird die Brennkammer 6 über die Bren
nerlanze 3 betrieben. Hierzu werden die Hauptab
sperrmagnetventile 16 und 17 geschlossen, das Ab
sperrmagnetventil 21 geöffnet und das Puls-
Magnetventil 22 im Pulsbetrieb betrieben, das heißt
es öffnet und schließt nach entsprechend vorgebba
ren Intervallen. Diese Vorgabe erfolgt mittels ei
ner nicht näher dargestellten Steuerung beziehungs
weise Regelung. Während des Teillastbetriebs ver
sorgt der Verbrennungsluftventilator 23 über die
Abzweigung 26 und das Einzelrohr 10 die Brennerlan
ze 4, wobei der Luftdruck geringer als der Gasdruck
ist. Dies hat die Folge, dass Luft L nur dann die
Brennerlanze 3 durchströmt, wenn das Puls-
Magnetventil 22 geschlossen ist. Wird es geöffnet,
so verdrängt das Gas G die Luft L und es tritt Gas
G aus dem Kopf 11 der Brennerlanze 3 aus. Beim Be
trieb mit der Brennerlanze 3 ist es ausreichend,
wenn der Verbrennungsluftventilator 23 im Teillast
betrieb betrieben wird. Hierzu ist er als frequenz
geregelter Verbrennungsluftventilator ausgebildet,
so dass seine Leistung vorzugsweise stufenlos ge
steuert/geregelt und den Bedürfnissen angepasst
werden kann. Die Ansteuerung des Verbrennungsluft
ventilators 23 kann zusätzlich von weiteren Parame
tern des Gesamtprozesses beeinflusst werden. Im
Falle eines regenerativen Reaktors, also einer Ab
gasverbrennungsanlage, bei der der Brenner 1 die
Energie für die Oxydation des Kohlenwasserstoffs
des Abgasgemisches vornimmt, kann die Leistung des
Verbrennungsluftventilator 23 in Abhängigkeit vom
CO-Wert und NOX-Wert der Reingasseite betrieben
werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Lei
stung des Verbrennungsluftventilators auch in Ab
hängigkeit vom Brennraumdruck gesteuert werden. Je
höher der Druck ist, umso mehr Luft ist erforder
lich. Ferner ist bei der geschilderten Abgasreini
gungsanlage ein in den Zeichnungen nicht darge
stellter Hauptventilator vorgesehen, dessen Be
triebszustand ebenfalls Auswirkungen auf den Be
triebszustand des Verbrennungsluftventilators 23
haben kann. Ferner kann der Betriebspunkt des Ver
brennungsluftventilators 23 auch in Abhängigkeit
von dem Wert des Gaszählers 16' eingestellt werden.
Die vorstehenden Ausführungen im Hinblick auf den
Betriebspunkt des Verbrennungsluftventilators 23
gelten nicht nur im Lanzenbetrieb, sondern auch im
Betrieb mit Brennstoffaustrittsdüsen 4, wobei so
wohl ein Volllastbetrieb als auch ein Teillastbe
trieb mit den Brennstoffaustrittsdüsen 4 realisier
bar ist. In einem solchen Falle lässt sich die
Leistung jedoch nicht auf besonders niedrige Werte
herabfahren. Will man diese niedrigen Werte errei
chen, so wird von dem Betrieb mit den Brennstoff
austrittsdüsen 4 übergegangen zum Lanzenbetrieb,
wie dies vorstehend bereits erläutert wurde.
Auf Grund der wechselweise erfolgenden Eindüsung
von Brennstoff und Luft lässt sich eine Einsparung
der Betriebskosten beim Betreiben von Brennkam
mern/Öfen erreichen (Brennstoff und Elektroener
gie). Ferner findet eine Minimierung des Verbren
nungsluftbedarfs über den gesamten Steuer- bezie
hungsweise Regelbereich statt. Gegenüber bekannten
Lösungen ist der Brenner-Regelbereich erheblich
vergrößert. Ferner erfolgt eine Minimierung des CO
und NOX-Anteils, durch eine Verbesserung der Bren
nereinstellung und -regelung. Durch stetige Rege
lung der Drehzahl des Verbrennungsluftventilators
ist eine verbesserte Einstellung der stöchiometri
schen Fahrweisen möglich. Dadurch, dass die Bren
nerlanze 3 gegenüber der Verteilungsplatte bezie
hungsweise gegenüber dem Gehäuse 5 beziehungsweise
gegenüber der Brennkammer 6 fest angeordnet ist
und/oder die Kühlung über ein frequenzgeregeltes
Verbrennungsluftgebläse erfolgt, ist eine einfache
Konstruktion gegeben. Ferner erfolgt bei einer Ab
luftreinigungsanlage (Abluft mit Lösemittelantei
len) eine Minimierung der CO und NOX-Werte in der
gereinigten Abluft aufgrund einer optimalen Bren
nereinstellung und -regelung.