DE102009060882A1

DE102009060882A1 - Brennersystem

Info

Publication number: DE102009060882A1
Application number: DE200910060882
Authority: DE
Inventors: Rolf 74196 Wörle; Günter 74257 Löffelhardt; Marcel 47249 Vecchi
Original assignee: WOERLE UMWELTTECHNIK GmbH; Worle Umwelttechnik 74172 GmbH
Current assignee: WOERLE UMWELTTECHNIK GmbH; Worle Umwelttechnik 74172 GmbH
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-07
Also published as: WO2011079837A3; WO2011079837A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennersystem 1, insbesondere für eine Dampfverstromung, umfassend zumindest eine Gehäusewandung mit wenigstens einer Brennstoffzufuhr für einen Brennraum mit Brenngasauslassrohr und zumindest einer Luftzuführung. Um den Wirkungsgrad des Brennersystems 1 zu verbessern und umweltbelastende Schadstoffe zu reduzieren, wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens eine oberhalb des Brennraumes 10 angeordnete Luftzuführung 3, 4 in derart angeordnet ist, dass eine Verwirbelung der Brenngase oberhalb des Brennraumes 10 erfolgt, welche über einen Freiraum 27 und einen in den Freiraum 27 ragenden Brenngaseinlassstutzen 25 in das Brenngasauslassrohr 6 gelangen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennersystem, insbesondere für eine Dampfverstromung, umfassend zumindest eine Gehäusewandung mit wenigstens einer Brennstoffzufuhr für einen Brennraum mit Brenngasauslassrohr und zumindest einer Luftzuführung.
Gattungsgemäße Brennersysteme werden zur Befeuerung eingesetzt, wobei vorzugsweise fossile Brennstoffe zum Einsatz kommen. Betrieben werden die Brennersysteme als Gasmischbatterie, dass heißt einem Feuerungsraum werden einerseits die zu verbrennenden Materialien beispielsweise als Feststoffe zugeführt und gleichzeitig über eine Luftzuführung Frischluft zugeführt, sodass nach Verbrennen der Feststoffe im Feuerungsraum das Gas-Luft-Gemisch über einen Brenngasauslass entweichen kann, wobei die fossilen Brennstoffe durch eine längere Verweilzeit im Feuerungsraum nahezu vollständig verbrannt werden. Die heißen Brenngase werden nach Verlassen des Feuerungsraumes über einen Wärmetauscher geführt, sodass den Verbrennungsgasen ein wesentlicher Teil der Wärme entzogen werden kann und zur Beheizung von Räumen, zur Stromerzeugung oder anderen Zwecken zugeführt werden kann.
Durch die Art der Luftzuführung wird hierbei Einfluss auf die entstehenden Luftwirbel oberhalb des Brennraumes genommen, sodass beispielsweise das aufgeheizte Gas-Luft-Gemisch über einen längeren Zeitraum oberhalb der Brennebene verbleiben kann und somit eine verstärkte Aufheizung der Abluftgase erfolgt, wobei beispielsweise auch der CO-Anteil innerhalb des Brenngaswirbels mit dem Sauerstoff der Zuluft reagiert und hieraus infolge der hohen Temperaturen ein Verbrennungsprozess mit interner NOX-Reduzierung stattfindet.
Aus der EP 1 222 495 A1 ist beispielsweise ein Brennersystem bekannt, welches mit Holz befeuert wird und für Backöfen vorgesehen ist. Das aufgeheizte Gas-Luft-Gemisch dient hierbei zur Erwärmung des Backofens, wobei durch entsprechende Luftzuführung im Verbrennungsraum ein spiralförmiger oder wendelförmiger Luftwirbel erzeugt wird, welcher wesentlich höhere Temperaturen aufweist, als herkömmliche Brennersysteme.
Hierbei wird Luft von unten dem Brennerraum zugeführt, wodurch die Einflussnahme auf die entstehenden Luftwirbel eingeschränkt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Brennersystem weiter zu entwickeln, bei dem ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass die wenigstens eine oberhalb des Brennraumes angeordnete Luftzuführung in derart angeordnet ist, dass eine Verwirbelung der Brenngase oberhalb des Brennraumes erfolgt, welche über einen Freiraum und einen in den Freiraum ragenden Brenngaseinlassstutzen in das Brenngasauslassrohr gelangen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Erzeugung eines Luftwirbels erfolgt bei der erfindungsgemäßen Ausführung eine primäre Luftzuführung oberhalb des Brennraumes. Über eine sekundäre Luftzuführung unterhalb des Brennraumes wird dieser ebenfalls mit Luft und damit mit Sauerstoff versorgt, sodass der Brennraum genügend Sauerstoff erhält. Die untere sekundäre Luftzuführung ist hierbei radial bis unterhalb des Brennraumes geführt, während die obere primäre Luftzuführung mit einer seitlichen außermittigen Einspeisung gegenüber dem Brennraum zu einer Luftverwirbelung führt, die einen Wirbel entstehen lässt, der sich oberhalb des Brennraumes stabilisiert, sodass das Gas-Luft-Gemisch oberhalb des Brennraumes zirkuliert und somit die austretenden Gase durch weitere Aufheizung des Gas-Luft-Gemisches weit höhere Temperatur erreichen, als dies bei einfachen Brennersystemen der Fall ist. Durch diese Anordnung wird eine Verwirbelung des Gas-Luft-Gemisches bewirkt, der einen zyklonartigen örtlich stationären Luftwirbel entstehen lässt, der den wesentlichen Teil des Gas-Luft-Gemisches oberhalb des Feuerungsraumes konzentriert und somit eine zusätzliche Verbrennung der CO-haltigen Brenngase oberhalb des Feuerungsraumes ermöglicht und damit zu einer deutlichen NOX-Reduzierung innerhalb des Brennraumes führt. In der Mitte des Brennraumes ist hierbei ein Freiraum ausgebildet, welcher im einfachsten Fall durch eine zylindrische Wand gebildet wird, sodass sich im Zentrum des Brennraumes keine Brennstoffe befinden und diese lediglich koaxial zu dem Freiraum angeordnet sind. Des Weiteren ragt in diesen Freiraum ein Brenngaseinlassstutzen des Brenngasauslassrohres, welches zur Abführung des Gas-Luft-Gemisches vorgesehen ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass durch den zyklonartigen Luftwirbel oberhalb des Brennraumes im zentralen Bereich ein Unterdruck entsteht, und zwar innerhalb des Freiraums, wodurch das Luft-Gas-Gemisch aus dem Brennraum angesaugt und über das Brenngasauslassrohr abgeführt werden kann. Das Brenngasauslassrohr ist im Weiteren mit einem Wärmetauscher gekoppelt, sodass die entstandene Nutzwärme einem vorgesehenen Zweck zugeführt werden kann.
Das gesamte Brennersystem ist aus wenigen einfach herzustellenden Elementen aufgebaut, wobei insbesondere der Brennraum wannenförmig ausgebildet ist und das radial außen liegende Wandelement in Richtung auf das Zentrum des Brennraumes nach unten konisch verjüngt ausgeführt ist, sodass die nachgeführten Brennstoffe zum Zentrum des Brennraumes, welcher wiederum durch den Freiraum begrenzt ist, zugeführt werden. Ein erstes Ausführungsbeispiel sieht hierbei vor, dass der Brennraum kreisrund ausgeführt und wannenförmig ausgebildet ist, wobei im Zentrum des Brennraumes der rohrförmige Freiraum in vertikaler Richtung angeordnet ist. Hierzu besteht die Möglichkeit im Zentrum des wannenförmigen Brennraumes eine zylindrische Wandung anzuordnen, welche beispielsweise mit dem wannenförmigen Bodenelement des Brennraumes verschweißt werden kann. Das Brenngut gelangt durch zumindest einen Zuführungskanal in den Brennraum, wobei die Masse des Brenngutes zwischen dem äußeren Wandelement und der Wandung des rohrförmigen Freiraumes angeordnet ist.
Um den Brennraum ausreichend mit Frischluft zu versehen, sind im Bodenbereich des Brennraumes zumindest teilweise Durchbrüche vorhanden, wobei unterhalb des Brennraumes die sekundäre Luftzuführung angeordnet ist. Diese Luftzuführung dient im Wesentlichen dazu, um den Brennraum zusätzlich mit Frischluft und damit mit Sauerstoff zu versorgen. Die primäre Luftzuführung erfolgt über eine oberhalb des Brennraumes angeordnete Luftzuführung, welche zur Verwirbelung des Gas-Luft-Gemisches oberhalb des Brennraumes führt. Die obere primäre und gegebenenfalls die untere sekundäre Luftzuführung können beim kreisrunden Brennraum tangential zur Wandung angeordnet werden, sodass eine Verwirbelung der Luft erfolgt. Dies ist bei der unteren sekundären Luftzuführung nicht unbedingt notwendig. Eine Verwirbelung der Luft ist hierbei vorzugsweise oberhalb des Brennraumes vorgesehen, während die untere Luftzuführung die Frischluft lediglich unmittelbar unterhalb des Brennraumes zuführen muss. Bei einem runden Brennraum können beispielsweise mehrere Luftzuführungen vorgesehen sein, welche tangential in den runden Brennraum münden oder wenigstens tangential an eine vorzugsweise runde Gehäusewandung herangeführt werden. Durch die Verwendung von entsprechenden Gebläsen wird hierbei ein Luftdruck erzeugt, der innerhalb der runden Wandung zu einer Verwirbelung der zugeführten Luft führt, welche im Weiteren das vorhandene Gas-Luft-Gemisch mit sich reißt und aufgrund der eintretenden Verwirbelung einen zyklonartigen Wirbel entstehen lässt, der oberhalb des Brennraumes stationär entsteht, sodass insbesondere die noch unverbrannten Brennstoffe im Gas-Luft-Gemisch durch die Sauerstoffzufuhr und weitere Erhitzung verbrannt werden können, bevor letztendlich das Gas-Luft-Gemisch über das vorgesehene Brenngasauslassrohr nach außen gelangt.
Die Zufuhr der Brennmaterialien kann hierbei oberhalb des Brennraumes zumindest über einen, vorzugsweise über mehrere, Brennstoffzuführungen erfolgen, welche konzentrisch angeordnet sind und in den Brennraum münden.
Durch die spezielle Ausbildung des Brennraumes mit einem inneren Freiraum und das in den Freiraum hineinragende Brenngasauslassrohr wird hierbei sichergestellt, dass die Brenngase möglichst lange im Brennraum aufgrund der Verwirbelung verbleiben und somit sämtliche Feststoffe rückstandsfrei verbrannt werden können. Ferner wird eine deutliche Erhöhung der Temperatur des Luft-Gas-Gemisches erreicht.
Die für das Brennersystem notwendigen Aufbauten sind konstruktionstechnisch sehr leicht herzustellen, beispielsweise wird auf den Boden des Brennraumes eine rohrförmige Wandung aufgesetzt, welche mit dem Boden vorzugsweise verschweißt und nach oben offen ausgestaltet ist. Oberhalb des durch die rohrförmige Wandung erzeugten Freiraumes ist ein zentrisch angeordnetes Brenngasauslassrohr vorgesehen, wobei ein Brenngaseinlassstutzen bis unter die Oberkante der rohrförmigen Wandung geführt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Brenngase nicht sofort über das Brenngasauslassrohr aus dem Brennraum gelangen, sondern einige Zeit in dem Brennraum verweilen und somit mit Hilfe einer sekundären Verbrennung, dass heißt einer Nachverbrennung der Abgase der Anteil der Schadstoffe deutlich reduziert werden kann. Damit das Gas-Luft-Gemisch nur über das vorgesehene Brenngasauslassrohr in die Atmosphäre entweichen kann, ist der Brennraum und die durch den Brennraum und das Gehäuse vorgegebene Brennkammer ansonsten vollständig geschlossen.
Das Brenngasauslassrohr ist auf der oberen Abdeckung des Brennraumes befestigt, wobei die Befestigung gegebenenfalls über Flanschverbindungen aufgrund der vorhandenen Temperaturunterschiede vorgenommen werden kann.
In einer ersten Ausführungsvariante ist hierbei vorgesehen, dass das Brennersystem eine mehrteilige geschlossene Gehäusewandung aufweist, welche vorzugsweise einen runden Querschnitt besitzt, wobei eine untere erste Gehäusewandung ein oberes Abdeckblech aufweist, welches zur Abstützung des Brennraumes vorgesehen ist und einen unterhalb des Brennraumes vorgesehenen Belüftungs- und Entsorgungsraum ausbildet. Die durch den Brennvorgang erzeugte Asche kann hierbei durch die Durchbrüche des Brennraumbodens in den Entsorgungsraum gelangen und jederzeit im Bedarfsfall abgezogen werden. Eine obere zweite Gehäusewandung ist zur Aufnahme des Brennraumes und zur Ausbildung des Gasraumes vorgesehen, wobei die untere erste Gehäusewandung mit der oberen zweiten Gehäusewandung entweder verschweißt oder verschraubt werden kann. Vorzugsweise werden beide Gehäusewandungen über eine Flanschverbindung miteinander verschraubt.
In einer zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das Brennersystem ebenfalls eine mehrteilige geschlossene Gehäusewandung aufweist. Bei dieser Ausführungsvariante ist jedoch um die obere geschlossene Gehäusewandung zusätzlich eine zweite Gehäusewandung verbaut, sodass zwischen der ersten und zweiten Gehäusewandung ein Zwischenraum entsteht, welcher zum Transport von eingeblasener Luft vorgesehen ist. Aus diesem Grunde weist die zweite Ausführungsvariante eine sekundäre Luftzuführung auf, die nicht unterhalb des Brennraumes in die Gehäusewandung mündet, sondern in Höhe des Brennraumes. Bei dieser Lösung erfolgt die Luftzuführung ebenfalls außermittig zum beispielsweise runden Brennraum, sodass ebenfalls eine ellipsenförmige Öffnung, wie bei der primären Luftzuführung entsteht. Wichtig ist in dem Zusammenhang, dass diese Luftzuführung in Höhe des Brennerraumes zugeführt wird. Durch seitliche Öffnungen in der inneren Gehäusewandung in Höhe des Brennraumes gelangt diese Luft in den Zwischenraum zwischen der inneren Gehäusewandung und der äußeren Gehäusewandung. Die Luftzuführung erfolgt hierbei entlang der ersten Gehäusewandung, sodass diese sich allmählich erwärmt und letztendlich oberhalb der Gehäusewandung bis zum Brenngasauslassrohr geführt wird, welches bei dieser Ausführungsvariante durch eine weitere zylindrische Wandung ummantelt ist. Zwischen der zylindrischen Wandung und dem Brenngasauslassrohr ist somit ebenfalls ein Zwischenraum ausgebildet, wobei über Öffnungen oder Durchbrüche eine Verbindung der beiden Zwischenräume vorliegt, sodass die zugeführten Luftmengen nochmals durch das Brenngasauslassrohr erwärmt werden und oberhalb des Brenngasauslassrohres mit den aufsteigenden Brenngasen vermischt werden. Hierbei erfolgt eine Nachverbrennung der Brenngase mit den vorhandenen vergaste Brennstoffbestandteilen. Die hierdurch erzielte Nachverbrennung führt zu einer effektiven Nutzung der Brennstoffe mit einem erhöhten Wirkungsgrad und hoher Effizienz. Bei dieser Lösung kommt es somit nicht darauf an, dass im Brennraum bereits alle Brennstoffe verbrannt werden, sondern zum Teil nur eine Vergasung des Brennstoffes erfolgt, sodass dieser einer Nachverbrennung mit der zusätzlich zugeführten Luftmenge zugeführt werden kann, welche zudem durch den Brennraum aufgeheizt wird.
Der besondere Vorteil einer solchen Ausführungsvariante besteht darin, dass die Luftzuführungsmengen durch die primäre und sekundäre Luftzuführung über eine Steuerungseinheit eingestellt werden und nach erfolgter Einstellung keine aufwändigen Korrekturen der Luftzuführung erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass aufgrund dieses Verfahrens die zugeführten Brennstoffe nahezu restlos verbrand werden und lediglich mineralische unverbrennbare Stoffe übrig bleiben, die über die vorhandenen Durchbrüche des Brennraums nach unten abgegeben werden.
Durch die Anordnung von Luftleitblechen im Brenngasauslassrohr kann ferner die Verwirbelung verbessert werden, sodass auch der Wirkungsgrad zur Wärmenutzung verbessert wird.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren nochmals erläutert.
Es zeigt
1 in einer Draufsicht eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Brennersystems,
2 in einer geschnittenen Seitenansicht den konstruktiven Aufbau des Brennersystems,
3 in einer Draufsicht eine weitere Ausführungsvariante des Brennersystems,
4 in einer geschnittenen Seitenansicht den Aufbau der zweiten Ausführungsvariante mit einer doppelten Wandausführung,
5 eine Schnittansicht B-B gemäß 4 und
6 eine Schnittansicht A-A gemäß 4.
1 zeigt in einer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Brennersystem 1, bestehend aus einer Gehäusewandung 2 mit einem primären Luftzuführungsrohr 3 und einem sekundären Luftzuführungsrohr 4 sowie einem Rauchgasabzug 5 und mehreren umfangsverteilten rohrförmigen Brennstoffeinlässen 7 für die Brennstoffzufuhr. Die Anordnung der Luftzuführungsrohre 3, 4 ist insbesondere aus der geschnittenen Ansicht der 2 ersichtlich, wobei im Weiteren hieraus deutlich wird, dass die Gehäusewandung 2 aus einer unteren Gehäusewandung 2a und einer oberen Gehäusewandung 2b besteht, welche über einen Flanschkragen 8 und Schrauben 9 verbunden sind. Das sekundäre Luftzuführungsrohr 4 mündet bei dieser ersten Ausführungsform unterhalb des aus 2 ersichtlichen Brennraumes 10, während das primäre Luftzuführungsrohr 3 oberhalb des Brennraumes 10 mündet. Das Brenngasauslassrohr 6 ist hierbei in einem Flanschkragen 11 aufgenommen, welcher über Befestigungsschrauben 12 mit der Gehäusewandung 2 verschraubt ist.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer geschnittenen Ansicht, wobei der Schnitt durch den Mittelpunkt der Draufsicht gemäß der Schnittlinie A-A verläuft. Aus der geschnittenen Seitenansicht ist hierbei die Anordnung der Luftzuführungsrohre 3 und 4 deutlich erkennbar und ebenso die Gestaltung der Gehäusewandung 2. Die Gehäusewandung 2 besteht aus einer unteren Gehäusewandung 2a, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso wie die Gehäusewandung 2b rund ausgeführt ist. Alternative Formen der Gehäusewandung 2 sind jedoch ohne Weiteres ebenfalls denkbar. Beide Gehäusewandungen 2a, 2b weisen einen Flanschkragen 8 auf, der mittels Schrauben 9 eine Verbindung der Gehäusewandung 2a, 2b ermöglicht. Die untere Gehäusewandung 2a bildet hierbei einen Belüftungs- und Entsorgungsraum 13 für die entstehenden Verbrennungsrückstände im Brennraum 10 aus. Die untere Gehäusewandung 2a weist hierbei einen Boden 14, eine Seitenwand 15 sowie ein oberes Abdeckblech 16 auf, welches über eine Vielzahl von ringförmig angeordneten einzelnen Bohrungen 17 verfügt, sodass einerseits die Brennrückstände in den unteren Belüftungs- und Entsorgungsraum 13 gelangen und andererseits über das sekundäre Luftzuführungsrohr 4 weiterer Sauerstoff in den Brennraum 10 gelangen kann. Typischerweise wird an das primäre und sekundäre Luftzuführungsrohr 3, 4 ein Gebläse angeschlossen, welches eine einstellbare Luftmenge einerseits in den Belüftungs- und Entsorgungsraum 13 und andererseits oberhalb des Brennraumes 10 einleitet.
Zur Stabilisierung der unteren Gehäusewandung 2a sind des Weiteren Verstrebungen 18 vorgesehen, da die gesamte Last des Brennraumes 10 einschließlich Brenngut auf dem Abdeckblech 16 ruht. Die obere Gehäusewandung 2b weist demgegenüber einen Boden 19 auf, der ebenfalls mit Bohrungen 20 versehen ist, damit der zugeführte Sauerstoff durch das sekundäre Luftzuführungsrohr 4 in den Brennraum 10 gelangen kann. Der Brennraum 10 wird durch eine konisch nach unten zulaufende Wandung 22 gebildet, welche zentrisch eine rohrförmige Wandung 22 aufweist, welche mit dem Boden 19 verbunden, vorzugsweise verschweißt ist und vertikal oberhalb der konischen Wandung 21 endet. Die konische Wandung 21 des Brennraumes 10 nimmt hierbei annähernd ein Drittel der Höhe der zweiten Gehäusewandung 2b ein, sodass oberhalb des Brennraumes 10 ein Gasraum 23 ausgebildet ist. Der Gasraum 23 befindet sich unmittelbar oberhalb des Brennraumes 10 und wird zur Verwirbelung des Gas-Luft-Gemisches verwendet. Damit eine zyklonartige Verwirbelung entstehen kann wird oberhalb des Brennraumes in den Gasraum 23 über das primäre Luftzuführungsrohr 3 Sauerstoff zugeführt, wobei das Luftzuführungsrohr 3 tangential an die runde Ausführung des Brennersystems 1 herangeführt ist, sodass eine ellipsenförmige Öffnung 24 entsteht, durch die die Luft und damit der Sauerstoff in den Gasraum 23 gelangt. Ebenso wie bei der sekundären Luftzuführung 4 kann auch bei der primären Luftzuführung 3 ein Gebläse vorgesehen sein, sodass mit hohem Druck ein Luft-Sauerstoff-Gemisch eingeblasen werden kann. Durch die tangentiale Zuführung der Luftmengen wird bereits eine Verwirbelung erreicht, wobei die Frischluft mit den aufsteigenden Rauchgasen des Brennraumes 10 vermischt wird und aufgrund der tangentialen Zuführung zu einer zyklonartigen Rotation des Gas-Luft-Gemisches oberhalb des Brennraumes 10 führt. Durch diese Art der Verbrennung mit einem zyklonartigen Wirbel werden die aufsteigenden Brenngase im Gasraum 23 zunächst gehalten und somit einer vollständigen Verbrennung zugeführt, bevor diese über einen Brenngaseinlassstutzen 25 abgeführt werden. Der Brenngaseinlassstutzen 25 bildet zusammen mit dem Brenngasauslassrohr 6, welches zentrisch oberhalb des Brennersystems 1 aus der Gehäusewandung 2 herausgeführt ist, den Rauchgasabzug 5. Das Besondere bei diesem Brennersystem 1 besteht darin, dass der Brenngaseinlassstutzen 25 weit in einen Freiraum 27 hineinragt, welcher durch die rohrförmige Wandung 22 mittig im Brennraum 10 gebildet ist. Somit muss das heiße Gas-Luft-Gemisch über einen entsprechenden Unterdruck im Brenngasauslassrohr 6 aus dem Gasraum 23 abgesaugt werden und hierbei zunächst in den Freiraum 27 und von diesem in den Brenngaseinlassstutzen 25 und damit in das Brenngasauslassrohr 6 gelangen. Hierdurch wird verhindert, dass noch unverbrannte Brenngase vorzeitig aus dem Brenngasauslassrohr 6 austreten können und erst nach Verwirbelung und restloser Verbrennung über den entstehenden Unterdruck in das Brenngasauslassrohr 6 gelangen. Oberhalb des Brenngasauslassrohres 6 ist in der Regel ein in der Figur nicht dargestellter Wärmetauscher angeordnet, damit die Nutzwärme einem entsprechenden Zweck zugeführt werden kann. Das Brenngasauslassrohr 6 wird im oberen Abdeckblech 28 der zweiten Gehäusewandung 2b über einen Flanschkragen 11 gehalten. Dies geschieht im Wesentlichen im Hinblick darauf, dass das Brenngasauslassrohr 6 sehr heiß wird und somit entsprechende Abdichtungsmaßnahmen unterhalb des Flanschkragens 11 unter Berücksichtigung der Temperaturunterschiede zwischen der Gehäusewandung 2b und dem Brenngasauslassrohr 6 erfolgen müssen. Aus diesem Grunde wird über den Flanschkragen 11 und Befestigungsschrauben 12 eine Befestigung des Brenngasauslassrohres 6 auf dem oberen Abdeckblech 28 vorgenommen. Des Weiteren ist das Abdeckblech 28 mit rohrförmigen Stutzen versehen, welche als Brennstoffeinlass 7 ausgebildet sind, wobei mehrere Brennstoffeinlässe 7 umfangsverteilt, im gezeigten Ausführungsbeispiel 4, vorgesehen sind. Die Brennstoffeinlässe 7 münden hierbei unmittelbar oberhalb des Brennraumes 10, sodass die fossilen Brennstoffe direkt in den Brennraum 10 ohne weitere notwendige Maßnahmen gelangen und eine gleichmäßige Beschickung des Brennraumes 10 über die vier umfangsverteilten Brennstoffeinlässe 7 ermöglicht wird.
3 zeigt in einer Draufsicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines Brennersystems 100, welches ähnlich zur ersten Ausführungsvariante 1 ausgebildet ist. Auch bei diesem Brennersystem 100 wird eine mehrteilige Gehäusewandung 102 mit einem Flanschkragen 108 und Schrauben 109 zur Verbindung der Gehäusewandungen 102a, 102b verwendet, wobei zwei Luftzuführungsrohre 103, 104 vorgesehen sind. Abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel sind beide Luftzuführungsrohre 103, 104 seitlich tangential an die Gehäusewandung 102 in Höhe des Gasraumes 123 und des Brennraumes 110 herangeführt. Die Brennstoffzufuhr erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel über mehrere rohrförmige Brennstoffeinlässe 107, welche umfangsverteilt, im Ausführungsbeispiel handelt es sich um vier Rohre, angeordnet sind. Ein Brenngasauslassrohr 106 ermöglicht die Abführung der Brenngase, welches oberhalb der inneren Gehäusewandung 102b durch einen Flanschkragen 108 mit Befestigungsschrauben 109 gehalten ist. Das Brenngasauslassrohr 106 ist hierbei von einer zylindrischen Rohrwandung 132 umgeben, sodass ein Zwischenraum 134 entsteht. Die zylindrische Rohrwandung 132 ist mit der äußeren Gehäusewandung 102c verbunden, wobei um das Brenngasauslassrohr 106 Durchbrüche 135 angeordnet sind, sodass der Zwischenraum 131 zwischen der inneren und äußeren Gehäusewandung 102b, 102c eine Verbindung zum Zwischenraum 134 besitzt. Das besondere dieser Ausführungsvariante besteht darin, dass die zugeführten Luftmengen über die sekundäre Luftzuführung 104 in Höhe des Brennraumes 110 eingeblasen werden und durch vorhandene Öffnungen 121 in der inneren Gehäusewandung 102b in den Zwischenraum 131 und von diesem über weitere Durchbrüche 135 in den Zwischenraum 134 gelangen, sodass die zugeführten Luftmengen durch das Brenngasauslassrohr 106 erwärmt werden und darüber hinaus zu einer Vermischung der austretenden Brenngase aus dem Brenngasauslassrohr 106 und der zugeführten Luftmassen führt. Somit findet am Ende des Brenngasauslassrohrs 6 eine wirkungsvolle Nachverbrennung statt, weil die Brenngase noch mit vergasten Brennstoffen angereichert sind, sodass durch die zugeführte Luftmenge eine Nachverbrennung stattfinden kann.
4 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht gemäß der Schnittlinie C-C aus 3, welche mittig durch das Zentrum des Brennersystems 100 geführt ist, den Gesamtaufbau der zweiten Ausführungsvariante des Brennersystems 100. Im Wesentlichen liegt eine ähnliche Konstruktion vor, bei der eine primäre Luftzuführung zunächst durch ein Luftzuführungsrohr 103 oberhalb des Brennraumes 110 in der bereits beschriebenen Art und Weise wie zur ersten Ausführungsvariante des Brennersystems 1 erfolgt. Eine weitere Luftzuführung erfolgt über das sekundäre Luftzuführungsrohr 104 in Höhe des Brennraumes 110, wobei die zugeführte Luft nicht dazu bestimmt ist zusätzlich den Brennraum mit Sauerstoff anzureichern, sondern durch vorhandene Öffnungen 121 in den Zwischenraum 131 zwischen der inneren Gehäusewandung 102b und der äußeren Gehäusewandung 102c aufzusteigen, zum Teil erwärmt zu werden und dann durch Durchbrüche 135 der äußeren Gehäusewandung 102b in den Zwischenraum 134 zu gelangen. Der Zwischenraum 134 wird durch das Brenngasauslassrohr 106 und einer zylindrischen Rohrwandung 132 begrenzt. Die aufsteigenden Luftmassen, die durch das Brenngasauslassrohr 106 zusätzlich aufgeheizt werden, vermischen sich oberhalb des Brenngasauslassrohres 106 mit den Brenngasen, welche noch mit vergasten Brennstoffen angereichert sind, sodass eine effektive Nachverbrennung erfolgen kann.
Unterhalb des Brennraumes 110 befindet sich eine erste Gehäusewandung 102a, auf der die zweite Gehäusewandung 102b aufgesetzt ist und über zwei Flanschkragen 108 und Schrauben 109 miteinander verbunden ist. Die erste Gehäusewandung 102a bildet hierbei gleichzeitig den Belüftungs- und Entsorgungsraum 113, wobei in dem oberen Abdeckblech 116 ebenfalls Bohrungen 117 vorhanden sind, damit die Brennstoffrückstände in den Belüftungs- und Entsorgungsraum 113 gelangen können und über diesen abgezogen werden. Die Gehäusewandung 102 besteht wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus einem Boden 114, einer Seitenwand 115 und dem oberen Abdeckblech 116, wobei Verstrebungen 118 zur Abstützung des Abdeckbleches 116 vorgesehen sind. Durch Bohrungen 117 gelangen die Brennstoffrückstände in den Belüftungs- und Entsorgungsraum 113, wobei es sich im Wesentlichen um mineralische Bestandteile handelt. Die zweite Gehäusewandung 102b besitzt ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel eine konisch nach unten zulaufende Wandung 121, welche den Brennraum 110 ausbildet.
Der Brennraum 110 ist hierbei durch einen Luftraum 136 begrenzt, welcher durch die konische Wandung des Brennraumes 110 und der inneren Gehäusewandung 102b gebildet wird. Die inneren Gehäusewandung 102b weist eine Öffnung 121 auf, durch welche die zugeführte Luftmenge in den Zwischenraum 131 gelangt und von diesem über einen Durchbruch 135 in den Zwischenraum 134 zwischen dem Brenngasauslassrohr 106 und der zylindrischen Rohrwandung 132 oberhalb des Brenngasauslassrohres 106 austreten kann, damit es zur Nachverbrennung kommt. Der Brennraum 110 wird im Weiteren durch eine rohrförmige Wandung 122 begrenzt, welche einen Freiraum 127 bildet, in den ein Brenngaseinlassstutzen 125 mündet, der in das Brenngasauslassrohr 106 übergeht. Eine Versorgung des Brennraumes 110 mit Brennmaterialien erfolgt über die rohrförmigen Brennstoffeinlässe 107, welche unmittelbar oberhalb des Brennraumes münden. Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel ist oberhalb des Brennraumes 110 ein Gasraum 123 ausgebildet, in den das primäre Luftzuführungsrohr 103 tangential mündet, sodass auch in diesem Fall eine ellipsenförmige Öffnung 124 entsteht. Ein wesentlicher Unterschied zur ersten Ausführungsvariante besteht bei dieser Lösung darin, dass eine weitere Gehäusewandung 102c vorgesehen ist, welche im Abstand zur Gehäusewandung 102b angeordnet ist und somit einen Zwischenraum 131 bildet, wobei die Gehäusewandung 102c die äußere Wandung des Brennersystems 100 bildet, während demgegenüber die Gehäusewandung 102b die Innenwand des Gasraums 123 bildet. Ferner ist das Brenngasauslassrohr 106 über einen Flanschkragen 128 ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel befestigt, wobei zusätzlich die Rohrwandung 132 unmittelbar über dem Brenngasauslassrohr 106 angeordnet ist.
5 zeigt in einer Draufsicht einen Schnitt B-B durch den Brennraum, wobei aus dieser Ansicht der seitliche Flanschkragen 108 mit Schrauben 109 nochmals ersichtlich ist sowie die Gehäusewandung 102b und der Boden 114 mit den Bohrungen 117, damit die Brennstoffrückstände unterhalb des Bodens 114 in den Belüftungs- und Entsorgungsraum 113 gelangen können. Des Weiteren ist die rohrförmige Wandung 122 erkennbar sowie die konisch zulaufende Wandung 121 woraus deutlich wird, dass die zugeführten Brennstoffe entlang der konisch zulaufenden Wandung 121 zentrisch zum Mittelpunkt des Brennraumes geführt werden und um die rohrförmige Wandung 122 während des Brennvorganges zu liegen kommen. Des Weiteren ist aus dieser Darstellung ersichtlich, dass im Bereich der rohrförmigen Wandung 122 und damit des Freiraumes 127 ebenfalls Bohrungen 133 angeordnet sind, welche einen Transport der Verbrennungsrückstände in den darunter befindlichen Belüftung- und Entsorgungsraum 113 ermöglichen.
6 zeigt in einer Seitenansicht einen Schnitt A-A gemäß 4, und zwar in Höhe des primären Luftzuführungsrohrs 103, woraus besonders ersichtlich wird, dass das Luftzuführungsrohr 103 tangential an den Gasraum 123 angeschlossen ist und eine ellipsenförmige Öffnung 124 bildet.
Bezugszeichenliste

1: Brennersystem
2: Gehäusewandung
2a: Gehäusewandung
2b: Gehäusewandung
3: Luftzuführungsrohr
4: Luftzuführungsrohr
5: Rauchgasabzug
6: Brenngasauslassrohr
7: Brennstoffeinlass
8: Flanschkragen
9: Schraube
10: Brennraum
11: Flanschkragen
12: Befestigungsschraube
13: Belüftungs- und Entsorgungsraum
14: Boden
15: Seitenwand
16: Abdeckblech
17: Bohrung
18: Verstrebung
19: Boden
20: Bohrung
21: Wandung
22: Wandung
23: Gasraum
24: Öffnung
25: Brenngaseinlassstutzen
27: Freiraum
28: Abdeckblech
100: Brennersystem
102: Gehäusewandung
102a: Gehäusewandung
102b: Gehäusewandung
102c: Gehäusewandung
103: Luftzuführungsrohr
104: Luftzuführungsrohr
106: Brenngasauslassrohr
107: Brennstoffeinlass
108: Flanschkragen
109: Schraube
110: Brennraum
113: Belüftungs- und Entsorgungsraum
114: Boden
115: Seitenwand
116: Abdeckblech
117: Bohrung
118: Verstrebung
119: Boden
120: Bohrung
121: Öffnung
122: Wandung
123: Gasraum
124: Öffnung
125: Brenngaseinlassstutzen
127: Freiraum
130: Öffnung
131: Zwischenraum
132: Rohrwandung
133: Bohrung
134: Zwischenraum
135: Durchbruch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1222495 A1 [0004]

Claims

Brennersystem (1, 100), insbesondere für eine Dampfverstromung, umfassend zumindest eine Gehäusewandung (2, 102) mit wenigstens einer Brennstoffzufuhr für einen Brennraum (10, 110) mit Brenngasauslassrohr (6, 106) und zumindest einer Luftzuführung (3, 4, 103, 104), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine oberhalb des Brennraumes (10, 110) angeordnete Luftzuführung in derart angeordnet ist, dass eine Verwirbelung der Brenngase oberhalb des Brennraumes (10, 110) erfolgt, welche über einen Freiraum (27, 127) und einen in den Freiraum (27, 127) ragenden Brenngaseinlassstutzen (25, 125) in das Brenngasauslassrohr (6, 106) gelangen.
Brennersystem (1, 100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (10, 110) wannenförmig ausgebildet ist, wobei die radial außen liegende Wandung (21, 121) in Richtung auf das Zentrum des Brennraumes (10, 110) nach unten konisch verjüngt ausgeführt ist.
Brennersystem (1, 100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Brennraum (10, 110) ein rohrförmiger Freiraum (27, 127) in vertikaler Richtung annähernd zentrisch angeordnet ist.
Brennersystem (1, 100) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bodenbereich des Brennraumes (10, 110) zumindest teilweise Durchbrüche aufweist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Brennraumes (10, 110) eine weitere sekundäre Luftzuführung vorgesehen ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und/oder untere Luftzuführung in derart angeordnet ist, dass eine Verwirbelung der Luft erfolgt.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Luftzuführung tangential in einen vorzugsweise runden Gasraum (23, 123) oberhalb des Brennraumes (10, 110) mündet oder dass wenigstens eine Luftzuführung tangential an eine vorzugsweise runde Gehäusewandung (2, 102) herangeführt ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Luftzuführung tangential in Höhe des Brennraumes (10, 110) an die Gehäusewandung (2, 102) herangeführt ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Luftzuführung radial unterhalb des Brennraumes (10, 110) in die Gehäusewandung (2, 102) geführt ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Brennraumes (10, 110) zumindest eine, vorzugsweise mehrere Brennstoffzuführungen konzentrisch vorgesehen sind.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Boden (19, 119) des Brennraumes (10, 110) eine rohrförmige Wandung (22, 122) aufgesetzt ist, welche mit dem Boden (19, 119) verbunden, beispielsweise verschweißt, und nach oben offen ausgestaltet ist und somit einen Freiraum (27, 127) bildet.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Freiraumes (27, 127) ein zentrisch angeordnetes Brenngasauslassrohr (6, 106) vorgesehen ist, wobei ein Brenngaseinlassstutzen (25, 125) bis unter die Oberkante der rohrförmigen Wandung (22, 122) geführt ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngasauslassrohr (6, 106) zur Halterung auf der oberen Abdeckung (30) montierbar ist.
Brennsystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennersystem (1, 100) eine mehrteilige geschlossene Gehäusewandung (2, 102) aufweist, welche vorzugsweise einen runden Querschnitt besitzt, wobei eine untere erste Gehäusewandung (2a, 102a) ein oberes Abdeckblech (16, 116) aufweist, welches zur Abstützung des Brennraumes (10, 110) vorgesehen ist und einen unterhalb des Brennraumes (10, 110) vorgesehenen Belüftungs- und Entsorgungsraum (13, 113) ausbildet.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere zweite Gehäusewandung (2b, 102b) zur Aufnahme des Brennraumes (10, 110) und zur Ausbildung eines Gasraumes (23, 123) vorgesehen ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäusewandungen (2, 102) über eine Flanschverbindung (8, 108) miteinander verbunden, vorzugsweise verschraubt, sind.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die obere Gehäusewandung (2b, 102b) von einer weiteren Wandung (102c) umgeben ist, wobei zwischen der Gehäusewandung (2b, 102b) und der Wandung (102c) ein Zwischenraum (131) zur Luftzuführung ausgebildet ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (19, 119) des Brennraumes (10, 110) konzentrisch und beabstandet zueinander angeordnete Durchbrüche aufweist, welche sowohl im Außenbereich als auch im Innenbereich des Freiraumes (27, 127) ausgebildet sind.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngasauslassrohr (6, 106) von einer zweiten Rohrwandung (132) umschlossen ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Brenngasauslassrohr (6, 106) an einen Wärmetauscher angeschlossen ist.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die innenliegende Gehäusewandung (2, 102) mehrere umfangsverteilte Öffnungen (121) aufweist, welche in den Zwischenraum (131) münden.
Brennersystem (1, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (131) zwischen innerer und äußerer Gehäusewandung (2, 2a, 102, 102a) eine Verbindung zum rohrförmigen Zwischenraum (134) von Brenngasauslassrohr (6) und Rohrwandung (132) aufweist.