DE102010000248A1

DE102010000248A1 - Burner for peroxy fuels and furnace with such a burner

Info

Publication number: DE102010000248A1
Application number: DE201010000248
Authority: DE
Inventors: Kirti Bhushan 10823 Mishra; Klaus-Dieter 15749 Wehrstedt
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2011-08-18
Also published as: WO2011091872A2; WO2011091872A3

Abstract

Brenner für Peroxy-Brennstoffe umfaßt ein Brennstoffreservoir (102) und eine Brennerdüse (112), die über eine Brennstoffleitung (104, 108) mit dem Brennstoffreservoir (102) verbunden ist, sowie eine zwischen dem Brennstoffreservoir (102) und der Brennerdüse (112) in der Brennstoffleitung (104, 108) angeordnete Brennstofförderpumpe (106), wobei die elektrische Pumpenleistung (E) der Brennstofförderpumpe (106) so angepaßt ist, daß sie mindestens um den Faktor 0,08 kleiner ist als die elektrische Pumpenleistung einer Brennstofförderpumpe für einen Ölbrenner, der dieselbe Wärmefreisetzungsrate wie der Peroxy-Brennstoffbrenner (100) aufweist.Burner for peroxy fuels comprises a fuel reservoir (102) and a burner nozzle (112) which is connected to the fuel reservoir (102) via a fuel line (104, 108), and one between the fuel reservoir (102) and the burner nozzle (112) in the fuel line (104, 108) arranged fuel feed pump (106), the electrical pump output (E) of the fuel feed pump (106) being adapted so that it is at least a factor of 0.08 smaller than the electrical pump output of a fuel feed pump for an oil burner which has the same rate of heat release as the peroxy fuel burner (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für Peroxy-Brennstoffe, insbesondere einen Brenner zur Verwendung in der Prozeßindustrie, sowie einen Ofen, in dem ein solcher Brenner eingesetzt ist.The present invention relates to a burner for peroxy fuels, in particular a burner for use in the process industry, and a furnace in which such a burner is used.

Die Verbrennung stellt einen der wichtigsten chemischen Prozesse dar, den die Menschheit nutzt. Im Laufe der Zeit sind daher für die verschiedenen Anwendungen von Verbrennungsprozessen jeweils unterschiedliche Brennstoffe gefunden oder entwickelt worden, die in ihren Eigenschaften für die spezifischen Anwendungen optimiert sind.Combustion is one of the most important chemical processes that humanity uses. Over time, therefore, different fuels have been found or developed for the different applications of combustion processes, which are optimized in their properties for the specific applications.

Eine der Hauptnutzungen von Verbrennungsprozessen ist die Wärmeerzeugung, sei es für die industrielle Nutzung, die Elektrizitätserzeugung oder für Heizzwecke. Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich von Verbrennungsprozessen ist die Mobilität, da zur Zeit die übergroße Mehrzahl aller Fahrzeuge mit Hilfe von Verbrennungskraftmaschinen angetrieben werden. Darüber hinaus werden Verbrennungsprozesse auch genutzt, um Abfallstoffe thermisch zu verwerten oder Giftstoffe mittels Verbrennung unschädlich zu machen.One of the main uses of combustion processes is heat generation, whether for industrial, electricity or heating purposes. Another important application of combustion processes is mobility, as currently the vast majority of vehicles are powered by internal combustion engines. In addition, combustion processes are also used to thermally recover waste materials or to make toxins harmless by means of combustion.

Häufige Anwendung finden Verbrennungsprozesse auch in der sogenannten Prozeßindustrie, worunter insbesondere auch Unternehmen aus dem Bereich der Glas-, Stahl- und Zementherstellung und die Zulieferer dieser Industrie verstanden werden. Typischerweise verarbeitet die Prozeßindustrie Stoffe und Materialien in chemischen, physikalischen, biologischen oder anderen technischen Prozessen und Verfahren. Dabei werden Stoffe und Materialien beispielsweise umgesetzt, geformt, vermischt oder entmischt, gegossen, gepreßt usw. Die dabei verwendeten Verbrennungsprozesse sind häufig Hochtemperaturprozesse, die bei der Herstellung verschiedenster Materialien eingesetzt werden. So wird beispielsweise bei der Zementherstellung das Rohmehl in einem Drehrohrofen bei Temperaturen von ca. 1450°C zu sogenanntem Klinker gebrannt. Bei den Sinterprozessen der Keramikherstellung werden für manche technischen Keramiken Temperaturen bis zu 2500°C erreicht. In Schmelzöfen werden ebenfalls hohe Temperaturen erzielt. So werden bei der Glasherstellung im Glasofen Temperaturen um die 1500°C erreicht, bei Metallschmelzöfen können die Prozeßtemperaturen noch höher liegen.Combustion processes are also frequently used in the so-called process industry, which includes in particular companies from the field of glass, steel and cement production and the suppliers of this industry. Typically, the process industry processes materials and materials in chemical, physical, biological or other engineering processes and processes. In this case, materials and materials, for example, implemented, molded, mixed or demixed, poured, pressed, etc. The combustion processes used are often high-temperature processes that are used in the production of various materials. For example, in cement production, the raw meal is burned in a rotary kiln at temperatures of about 1450 ° C to form so-called clinker. In the sintering processes of ceramic production, temperatures of up to 2500 ° C are reached for some engineering ceramics. In furnaces also high temperatures are achieved. For example, temperatures of around 1500 ° C are reached in glassmaking in a glass furnace, and in metal melting furnaces the process temperatures can be even higher.

Allen Verbrennungsprozessen ist gemein, daß die dabei entstehenden Emissionen, insbesondere NO_x, CO und Ruß, unter gesundheitlichen sowie Umweltaspekten bedenklich sind. Es ist daher wünschenswert, Brennstoffe bzw. Verbrennungsprozesse bereitzustellen, bei denen solche Emissionen reduziert sind. Weiterhin wird eine gesteigerte Verbrennungseffizienz angestrebt, um unter anderem den Brennstoffverbrauch zu vermindern.All combustion processes have in common that the resulting emissions, in particular NO _x , CO and soot, are questionable from a health and environmental point of view. It is therefore desirable to provide fuels or combustion processes in which such emissions are reduced. Furthermore, an increased combustion efficiency is sought, inter alia, to reduce fuel consumption.

Das Brennverhalten hängt dabei insbesondere ab von den Eigenschaften des verwendeten Brennstoffs, der Atmosphäre, in der der Verbrennungsvorgang abläuft, dem Brennerdesign sowie der gewünschten Wärmeübertragungsrate der Flamme. So verwenden beispielsweise Brenner in Schmelzöfen der Glas- oder Stahlindustrie Methan-Jetflammen, Öl oder Kohle, um den gewünschten Wärmeübertrag mittels Strahlung zu erreichen. Um hier einen vergleichsweise höheren Übertrag zu erzielen, sollte der Brennstoff schneller verbrennen, größere Flammen erzeugen, eine höhere Flammentemperatur aufweisen sowie weniger Verbrennungsendprodukte, wie etwa NO_x und CO, hervorbringen.The combustion behavior depends in particular on the properties of the fuel used, the atmosphere in which the combustion process takes place, the burner design and the desired heat transfer rate of the flame. For example, burners in melting furnaces of the glass or steel industry use methane jet flames, oil or coal to achieve the desired heat transfer by means of radiation. To achieve a relatively higher carryover here, the fuel should burn faster, produce larger flames, have a higher flame temperature, and produce fewer combustion end products such as NO _x and CO.

Die Erreichung dieser und anderer Ziele ist mit der Verbrennung herkömmlicher Kohlenwasserstoff-Brennstoffe unter Normalbedingungen praktisch nicht zu gewährleisten, da diese unter Normalbedingungen relativ langsam verbrennen und reichlich Ruß und andere Emissionen erzeugen. Daher werden für die Verbrennung herkömmlicher Kohlenwasserstoff-Brennstoffe typischerweise Verfahren wie das Injizieren von Gasjets in Luft bzw. in einem teilgemischten Zustand oder das Injizieren atomisierter Öljets in Luft angewandt. Diese Verfahren erzeugen jedoch große leuchtende Flammen und somit mehr Ruß. Weiterhin werden aufgrund der unvollständigen Verbrennung auch mehr Schadstoffe, wie etwa CO_x und NO_x, erzeugt. Hinzu tritt, daß diese Verfahren den Zusatz von Oxidanten erfordern, um die Vollständigkeit der Verbrennung zu verbessern.Achieving these and other objectives is virtually impossible to achieve with the combustion of conventional hydrocarbon fuels under normal conditions, as they burn relatively slowly under normal conditions and generate abundant soot and other emissions. Therefore, for the combustion of conventional hydrocarbon fuels, typically methods such as injecting gas jets in air or in a partially mixed state or injecting atomized oil jets in air are used. However, these methods produce large glowing flames and thus more soot. Furthermore, due to incomplete combustion, more pollutants, such as CO _x and NO _x , are also generated. In addition, these methods require the addition of oxidants to improve the completeness of combustion.

Weiterhin werden oszillierende Verbrennungsprozesse vorgeschlagen, bei denen beispielsweise mittels eines oszillierend angesteuerten Ventils die Brennstoffzufuhr geregelt wird. Ein solcher oszillierender Verbrennungsprozeß sowie ein entsprechend angepaßter Industrieofen sind in der US 6,398,547 beispielhaft beschrieben.Furthermore, oscillating combustion processes are proposed in which, for example, by means of an oscillating controlled valve, the fuel supply is controlled. Such an oscillating combustion process and a correspondingly adapted industrial furnace are in the US 6,398,547 described by way of example.

Im Hinblick auf das oben Gesagte, schlägt die vorliegende Erfindung einen Brenner gemäß den Ansprüchen 1 und 6 sowie einen Industrieofen gemäß Anspruch 10 vor.In view of the above, the present invention proposes a burner according to claims 1 and 6 and an industrial furnace according to claim 10.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt ein Brenner für Peroxy-Brennstoffe ein Brennstoffreservoir und eine Brennerdüse, die über eine Brennstoffleitung mit dem Brennstoffreservoir verbunden ist. Zwischen dem Brennstoffreservoir und der Brennerdüse ist eine Brennstofförderpumpe in der Brennstoffleitung angeordnet. Die elektrische Pumpenleistung der Brennstofförderpumpe ist so angepaßt, daß sie mindestens um den Faktor 0,08 kleiner ist als die elektrische Pumpenleistung einer Brennstofförderpumpe für einen Ölbrenner, der dieselbe Wärmefreisetzungsrate wie der Peroxy-Brennstoffbrenner aufweist. Typischerweise kann der Brenner eine Wärmefreisetzungsrate im Bereich von 1100 kW bis 3500 kW aufweisen, wobei die elektrische Pumpenleistung des Peroxy-Brennstoffbrenners kleiner als 0,6 kW ist.According to a first embodiment, a burner for peroxy fuels comprises a fuel reservoir and a burner nozzle, which is connected via a fuel line to the fuel reservoir. Between the fuel reservoir and the burner nozzle, a fuel feed pump is arranged in the fuel line. The electric pump power of the Kraftstofförderpumpe is adapted so that it is at least by a factor of 0.08 smaller than the electric pump power of a Brennstofförderpumpe for an oil burner, the has the same heat release rate as the peroxy fuel burner. Typically, the burner may have a heat release rate in the range of 1100 kW to 3500 kW with the electric pump power of the peroxy fuel burner being less than 0.6 kW.

Wie weiter unten erläutert werden wird, können mit speziell für Peroxy-Brennstoffe angepaßten Brennern die elektrischen Pumpenleistungen deutlich reduziert werden. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses deutlich erhöht. Liegt für Ölbrenner die elektrische Pumpenleistung im Prozentbereich, so liegt sie für die speziell angepaßten Peroxy-Brenner fast zwei Größenordnungen darunter. So liegt für einen typischen Ölbrenner mit einer Wärmefreisetzungsrate im Bereich von 1100 kW bis 3500 kW die Pumpenleistung bei ungefähr 7,5 kW, wohingegen die Pumpenleistung bei einem Peroxy-Brenner gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die erforderliche Pumpenleistung bei 0,25 kW oder gar nur bei 0,06 kW, je nach verwendetem Brennstoff, liegt. Ölbrenner des erwähnten Typs sind beispielsweise von RAY Öl- und Gasbrenner GmbH, Fellbach, Deutschland, erhältlich. Angesichts der beschriebenen Reduzierung wird bei den Peroxy-Brennern die Pumpenleistung für den Wirkungsgrad des Prozesses praktisch bedeutungslos. Weiterhin haben Förderpumpen mit einer geringeren Leistung einen deutlich niedrigeren Marktpreis, sind also günstiger.As will be explained below, with specially adapted burners for peroxy fuels, the electrical pumping capabilities can be significantly reduced. In this way, the efficiency of the combustion process is significantly increased. For oil burners, the electric pump power in the percentage range, it is for the specially adapted peroxy burners almost two orders of magnitude below. Thus, for a typical oil burner with a heat release rate in the range of 1100 kW to 3500 kW, the pump power is about 7.5 kW, whereas the pump power in a peroxy burner according to the embodiments of the present invention, the required pump power at 0.25 kW or even only 0.06 kW, depending on the fuel used. Oil burners of the type mentioned are available, for example, from RAY Öl- and Gasbrenner GmbH, Fellbach, Germany. In view of the reduction described, in the case of the peroxy burners, the pump efficiency for the efficiency of the process becomes practically meaningless. Furthermore, delivery pumps with lower performance have a significantly lower market price, so are cheaper.

Gemäß einer Weiterbildung weist der Peroxy-Brennstoffbrenner eine maximale Massenflußrate für den Peroxy-Brennstoff von 70 kg/h auf. Aufgrund der Abbrandeigenschaften der verwendeten Peroxy-Brennstoffe ist diese Massenflußrate ausreichend und liegt somit bis fast zwei Größenordnungen unterhalb der für vergleichbare Ölbrenner erforderlichen Massenflußraten. So weisen vergleichbare Ölbrenner Massenflußraten im Bereich von 90 bis 300 kg/h auf.In a further development, the peroxy fuel burner has a maximum mass flow rate for the peroxy fuel of 70 kg / h. Due to the burn-off properties of the peroxy fuels used, this mass flow rate is sufficient and is thus up to almost two orders of magnitude below the mass flow rates required for comparable oil burners. Thus, comparable oil burners have mass flow rates in the range of 90 to 300 kg / h.

Gemäß noch einer Weiterbildung ist der Durchmesser des Brennerauslasses mindestens um einen Faktor 0,5 kleiner ist als der Durchmesser des Brennerauslasses eines Ölbrenners, der dieselbe Wärmefreisetzungsrate wie der Peroxy-Brennstoffbrenner aufweist. So weisen herkömmliche Ölbrenner Auslaßdurchmesser von ungefähr 1,5 m auf, wohingegen die Auslaßdurchmesser der Peroxy-Brenner typischerweise im Bereich von 0,4 m bis 0,7 m liegen. Aufgrund der Eigenschaften der Peroxy-Brennstoffe kann der Brennerkopf, und dabei insbesondere der Brennerauslaß, kleiner ausgebildet werden als ein Brennerkopf für einen Ölbrenner vergleichbarer Leistung. Dadurch ist der Brenner platzsparend und kann auch in kleineren Brennkammern eingesetzt werden.According to a further development, the diameter of the burner outlet is at least a factor of 0.5 smaller than the diameter of the burner outlet of an oil burner, which has the same heat release rate as the peroxide fuel burner. Thus, conventional oil burners have outlet diameters of about 1.5 meters whereas the outlet diameters of the peroxy burners are typically in the range of 0.4 meters to 0.7 meters. Due to the properties of the peroxy fuels, the burner head, and in particular the burner outlet, can be made smaller than a burner head for an oil burner of comparable performance. As a result, the burner saves space and can also be used in smaller combustion chambers.

Gemäß noch einer Weiterbildung weist der Brenner keine Zuführung für ein Oxidationsmittel auf. Typischerweise müssen bei herkömmlichen Industriebrennern, die Öl, Kerosin oder Erdgas verbrennen, Oxidationsmittel zugesetzt werden, um eine möglichst vollständige Verbrennung zu garantieren. Abgesehen davon, daß die Oxidationsmittel selbst natürlich einen Kostenfaktor darstellen, erfordert diese Technik zusätzliche Einrichtungen, um das Oxidationsmittel am Verbrennungsort bereitzustellen. Diese aufwendige Technik kann bei den speziell angepaßten Peroxy-Brennstoffbrennern entfallen, da die Peroxy-Brennstoffe aufgrund ihrer chemischen Struktur dem Verbrennungsprozeß Aktivsauerstoff bereitstellen und es daher einer externen Zufuhr von Oxidationsmitteln nicht bedarf.According to yet another development, the burner has no supply of an oxidizing agent. Typically, in conventional industrial burners that burn oil, kerosene or natural gas, oxidants need to be added to ensure as complete a combustion as possible. Apart from the fact that the oxidants themselves are of course a cost factor, this technique requires additional facilities to provide the oxidant at the place of combustion. This elaborate technique can be omitted in the specially adapted peroxy fuel burners, since the peroxy fuels due to their chemical structure provide the combustion process active oxygen and therefore it does not require an external supply of oxidants.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein pumpenloser Brenner für Peroxy-Brennstoffe bereitgestellt. Der pumpenlose Brenner umfaßt ein Brennstoffreservoir und eine Brennerdüse, die über eine Brennstoffleitung mit dem Brennstoffreservoir verbunden ist. Zwischen dem Brennstoffreservoir und der Brennerdüse ist ein Brennstoffsteuerventil in der Brennstoffleitung angeordnet. Das Brennstoffreservoir ist oberhalb des Brennerauslasses angeordnet. Typischerweise weist der Brenner eine Wärmefreisetzungsrate im Bereich von 1100 kW bis 3500 kW und eine maximale Massenflußrate für den Peroxy-Brennstoff von 70 kg/h auf.According to another embodiment, a pumpless burner for peroxy fuels is provided. The pumpless burner comprises a fuel reservoir and a burner nozzle, which is connected via a fuel line to the fuel reservoir. Between the fuel reservoir and the burner nozzle, a fuel control valve is arranged in the fuel line. The fuel reservoir is located above the burner outlet. Typically, the burner has a heat release rate in the range of 1100 kW to 3500 kW and a maximum mass flow rate for the peroxy fuel of 70 kg / h.

Da der Brenner zur Verwendung von Peroxy-Brennstoffen angepasst ist, tritt aufgrund der im Vergleich zu Öl oder Erdgas deutlich höheren Brennrate bei der Verbrennung der Peroxy-Brennstoffe ein natürliches Ansaugen auf. Der durch die Anordnung des Brennstoffreservoirs auftretende Gravitationsdruck ist ausreichend, um den Brennstoff aus dem Reservoir zum Brennerauslaß zu transportieren. Auf diese Weise kann die aufwendige Pumpentechnik entfallen.Since the burner is adapted to the use of peroxy fuels, due to the significantly higher compared to oil or natural gas burning rate in the combustion of peroxy fuels natural suction occurs. The gravitational pressure created by the arrangement of the fuel reservoir is sufficient to transport the fuel from the reservoir to the burner outlet. In this way, the complex pump technology can be omitted.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Brennerauslasses mindestens um einen Faktor 0,5 kleiner als der Durchmesser des Brennerauslasses eines Ölbrenners, der dieselbe Wärmefreisetzungsrate wie der Peroxy-Brennstoffbrenner aufweist. Aufgrund der Eigenschaften der Peroxy-Brennstoffe kann der Brennerkopf, und dabei insbesondere der Brennerauslaß, kleiner ausgebildet werden als ein Brennerkopf für einen Ölbrenner vergleichbarer Leistung. Dadurch ist der Brenner platzsparend und kann auch in kleineren Brennkammern eingesetzt werden.In another embodiment, the diameter of the burner outlet is at least 0.5 times smaller than the diameter of the burner outlet of an oil burner having the same heat release rate as the peroxy fuel burner. Due to the properties of the peroxy fuels, the burner head, and in particular the burner outlet, can be made smaller than a burner head for an oil burner of comparable performance. As a result, the burner saves space and can also be used in smaller combustion chambers.

Gemäß einer Weiterbildung weist der Brenner keine Zuführung für ein Oxidationsmittel auf. Wie bereits oben erläutert wurde, stellen die Peroxy-Brennstoffe aufgrund ihrer chemischen Struktur dem Verbrennungsprozeß Aktivsauerstoff bereit, so dass auf eine externe Zufuhr von Oxidationsmitteln verzichtet werden kann.According to a development, the burner has no supply for an oxidizing agent. As already explained above, the peroxy fuels provide active oxygen to the combustion process due to their chemical structure, so that can be dispensed with an external supply of oxidants.

Die oben beschriebenen Brenner können insbesondere in Industrieöfen eingesetzt werden.The burners described above can be used in particular in industrial furnaces.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der beigefügten Zeichnungen. In letzteren zeigen:Further advantageous embodiments, details, aspects and features of the present invention will become apparent from the dependent claims, the description and the accompanying drawings. In the latter show:

1 eine Prinzipskizze eines Brenners. 1 a schematic diagram of a burner.

2 gemessene maximale Flammentemperaturen von Di-tert-butylperoxid und Kerosin. 2 measured maximum flame temperatures of di-tert-butyl peroxide and kerosene.

3 gemessene Massenabbrandraten von Di-tert-butylperoxid und Kerosin in Abhängigkeit vom Pooldurchmesser. 3 measured mass burn rates of di-tert-butyl peroxide and kerosene as a function of the polyolefin diameter.

4 gemessene Massenabbrandraten von Di-tert-butylperoxid, tert-Butyl-peroxybenzoat, tert-Butyl-peroxy-2-ethylhexanoat, Di-isononanoylperoxid und tert-Butylhydroperoxid und Kerosin in Abhängigkeit vom Pooldurchmesser. 4 Measured Massenabbrandraten of di-tert-butyl peroxide, tert-butyl peroxybenzoate, tert-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, di-isononanoyl peroxide and tert-butyl hydroperoxide and kerosene depending on the polyolefin diameter.

5 eine schematische Darstellung eines Peroxybrennstoff-Brenners gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 a schematic representation of a peroxy fuel burner according to an embodiment of the present invention.

6 eine schematische Darstellung eines pumpenlosen Peroxybrennstoff-Brenners gemäß einem anderen Ausfühnungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 a schematic representation of a pumpless peroxy fuel burner according to another exemplary embodiment of the present invention.

7 eine schematische Darstellung eines Industrieofens gemäß einem Ausführungsbeispiel. 7 a schematic representation of an industrial furnace according to an embodiment.

Die 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Brennerkopfes 12 für insbesondere flüssige Brennstoffe. Der Brennerkopf 12 weist eine Zuführung 10 mit einem ersten Durchmesser und einen Brennerauslaß 16 mit einem zweiten Durchmesser auf. Der zweite Durchmesser des Brennerauslasses 16 ist kleiner als der erste Durchmesser der Zuführung 10. Zwischen der Zuführung 10 und dem Brennerauslaß 16 ist ein Verjüngungsstück 14 eingefügt, das den Durchmesser der Brennerkopfes vom ersten Durchmesser der Zuleitung 10 auf den zweiten Durchmesser des Brennerauslasses 16 verjüngt.The 1 shows a schematic diagram of a burner head 12 especially for liquid fuels. The burner head 12 has a feeder 10 with a first diameter and a burner outlet 16 with a second diameter. The second diameter of the burner outlet 16 is smaller than the first diameter of the feeder 10 , Between the feeder 10 and the burner outlet 16 is a rejuvenating piece 14 inserted, the diameter of the burner head from the first diameter of the supply line 10 on the second diameter of the burner outlet 16 rejuvenated.

Der Brennstoff strömt aus dem Brennerauslaß 16 mit der Massenflußrate pro Einheitsfläche ṁ _f ^'' . Die Massenflußrate ist dabei mit der Druckdifferenz Δp am Punkt 1 bzw. 2 (siehe gestrichelte Linie in 1 wie folgt verknüpft: Δp ∝ (ṁ _f ^'')² (1) The fuel flows out of the burner outlet 16 at the mass flow rate per unit area m ' _f ^'' , The mass flow rate is with the pressure difference Δp at the point 1 or 2 (see dashed line in 1 linked as follows: Δp α ( m ' _f ^'' ) ² (1)

Vergleicht man nun diesen Zusammenhang für zwei verschiedene Brennstoffe, beispielsweise Kerosin oder Öl als ersten und ein organisches Peroxid als zweiten Brennstoff, so ergibt sich:

wobei der Index 1 den herkömmlichen Brennstoff und der Index 2 das Peroxid bezeichnet. Es ist nun bekannt, daß die natürliche Massenabbrandrate von organischen Peroxiden bedeutend größer ist als die von Öl oder Kerosin. Dies ist in den 2, 3 und 4 gezeigt. Die 2 zeigt einen Vergleich der maximalen Flammentemperaturen für Poolfeuer von Di-tert-butylperoxid (DTBP) und Kerosin einem herkömmlichen Kohlenwasserstoff-Brennstoff, für verschiedene Pooldurchmesser. Di-tert-butylperoxid ist ein Dialkylperoxid mit der Summenformel C₈H₁₈O₂ und der Struktur

If one compares this relationship for two different fuels, for example kerosene or oil as the first fuel and an organic peroxide as the second fuel, the result is:

where the index 1 denotes the conventional fuel and the index 2 denotes the peroxide. It is now known that the natural mass burn rate of organic peroxides is significantly greater than that of oil or kerosene. This is in the 2 . 3 and 4 shown. The 2 Figure 10 shows a comparison of the maximum flame temperatures for pool fire of di-tert-butyl peroxide (DTBP) and kerosene to a conventional hydrocarbon fuel for various pool diameters. Di-tert-butyl peroxide is a dialkyl peroxide having the empirical formula C ₈ H ₁₈ O ₂ and the structure

Di-tert-butylperoxid ist eine farblose bis gelbliche, leicht flüchtige, wasserunlösliche und nicht explosive Flüssigkeit. Unter einem Poolfeuer wird üblicherweise eine im allgemeinen turbulente Diffusionsflamme, deren flüssiger Brennstoff horizontal ausgebreitet ist, verstanden. Beispielsweise sind Poolfeuer eine Art von häufig entstehenden Schadenfeuern, die beispielsweise bei Lagerung, Transport und Verarbeitung flüssiger Brennstoffe entstehen können. Insgesamt sind die chemischen und physikalischen Grundlagen von Poolfeuern gut untersucht und werden hier nicht weiter ausgeführt. Der Vergleich der maximalen Flammentemperaturen zeigt, daß diese für DTBP durchweg deutlich höher liegen als für Kerosin. Insbesondere erreicht lediglich die Poolflamme von DTBP den Hochtemperaturbereich über 1200°C. Insbesondere erreicht die DTBP-Poolflamme einen Temperaturbereich oberhalb von 1300°C, und sogar oberhalb von 1500°C. Weiterhin zeigten Messungen, daß der Oberflächenstrahlungsfluß der DTBP-Flamme mehr als doppelt so groß wie der Oberflächenstrahlungsfluß einer Kohlenwasserstoffflamme ist. Industrielle Hochtemperaturprozesse, die in diesem Hochtemperaturbereich ablaufen, umfassen etwa das Schmelzen von Glas und/oder Metallen, die Zementherstellung und die Keramikherstellung.Di-tert-butyl peroxide is a colorless to yellowish, highly volatile, water-insoluble and non-explosive liquid. Under a pool fire is usually understood a generally turbulent diffusion flame whose liquid fuel is spread horizontally. For example, pool fires are a type of frequent fire damage that can arise, for example, during storage, transport and processing of liquid fuels. Overall, the chemical and physical fundamentals of pool fire are well studied and will not be discussed here. The comparison of the maximum flame temperatures shows that they are consistently much higher for DTBP than for kerosene. In particular, only the pool flame of DTBP reaches the high temperature range above 1200 ° C. In particular, the DTBP pool flame reaches a temperature range above 1300 ° C, and even above 1500 ° C. Furthermore, measurements showed that the surface radiation flux of the DTBP flame is more than twice the surface radiant flux of a hydrocarbon flame. Industrial high temperature processes that occur in this high temperature range include, for example, the melting of glass and / or metals, cement production and ceramics production.

Weiterhin brennt DTBP unter atmosphärischen Normalbedingungen fast zehnmal schneller als ein herkömmlicher Kohlenwasserstoff-Brennstoff. In 3 ist ein Vergleich der Massenabbrandraten für Poolfeuer von DTBP und Kerosin für verschiedene Pooldurchmesser doppeltlogarithmisch aufgetragen. Wie bereits erwähnt sind die Massenabbrandraten von DTBP fast eine Größenordnung höher als die von Kerosin. Weiterhin variieren die Massenabbrandraten für DTBP für verschiedene Pooldurchmesser nur geringfügig. Im Gegensatz dazu zeigt Kerosin deutliche Veränderungen der Massenabbrandraten in Abhängigkeit vom Pooldurchmesser. Da die Massenabbrandrate von DTBP praktisch unabhängig von der Quellengröße ist, erlaubt dies den Einsatz von DTBP als Brennstoff in Brennern verschiedenster Größe.Furthermore, under normal atmospheric conditions, DTBP burns almost ten times faster than a conventional hydrocarbon fuel. In 3 is a comparison of the mass burn rates for pool fire of DTBP and kerosene for various Pool diameter plotted twice logarithmically. As already mentioned, the mass burn rates of DTBP are almost an order of magnitude higher than those of kerosene. Furthermore, the mass burn rates for DTBP vary only slightly for different pool diameters. In contrast, kerosene shows marked changes in mass burn rates as a function of the diameter of the pool. Since the mass burn rate of DTBP is virtually independent of source size, this allows the use of DTBP as fuel in burners of various sizes.

Darüber hinaus wurden bei Messungen kaum Schadstoffemissionen der DTBP-Flamme ermittelt. Dies liegt zum einen an der natürlichen Turbulenz der DTBP-Flammen, die zu einer besseren Vermischung des Brennstoffs und der Umgebungsluft und somit zu einer vollständigeren Verbrennung führt. Zum anderen stellt DTBP keine aromatischen Verbindungen bereit, so daß die DTBP-Flamme eine geringere Rußbildung aufweist. Daher wird durch die Verwendung von DTBP als Brennstoff die Schadstoffemission vermindert.In addition, hardly any pollutant emissions of the DTBP flame were determined during measurements. This is due, on the one hand, to the natural turbulence of the DTBP flames, which leads to a better mixing of the fuel and the ambient air and thus to a more complete combustion. On the other hand, DTBP does not provide any aromatic compounds so that the DTBP flame has less soot formation. Therefore, the use of DTBP as a fuel reduces pollutant emissions.

Weitere Peroxy-Brennstoffe, die zur Verwendung mit den Brennern gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen tert-Butyl (peroxybenzoat), (Abk.: TBPB)., tert-Butyl (peroxy-2-ethylhexanoat), (Abk.: TBPEH), Di-isononanoylperoxid (Abk.: INP) und tert-Butyl (hydroperoxid), (Abk.: TBHP). Alle diese Peroxy-Brennstoffe weisen hinsichtlich ihrer Verwendung in Brennern gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ähnliche Eigenschaften auf wie DTBP. In 4 ist ein Vergleich der Massenabbrandraten für Poolfeuer der oben genannten Peroxy-Brennstoffe und Kerosin für verschiedene Pooldurchmesser doppeltlogarithmisch aufgetragen. Es zeigt sich, daß TBPB, TBPEH und INP noch größere natürliche Massenabbrandraten aufweisen als DTBP. Die organischen Peroxide, die mit Brennern gemäß den Ausführungsbeispielen verwendet werden, können sowohl flüssige als auch feste organische Peroxide umfassen. Insbesondere können fest organische Peroxide dem Brenner in Pulverform zugeführt werden. Entsprechende Fördereinrichtungen, um das Pulver zu dem Brenner zu transportieren, sind dem Fachmann geläufig.Other peroxy fuels suitable for use with the burners according to embodiments of the present invention include tert-butyl (peroxybenzoate), (abbr .: TBPB), tert-butyl (peroxy-2-ethylhexanoate), (abbr. : TBPEH), di-isononanoyl peroxide (abbr .: INP) and tert-butyl (hydroperoxide) (abbr .: TBHP). All of these peroxy fuels have properties similar to DTBP with respect to their use in burners according to the embodiments of the present invention. In 4 For comparison, a comparison of the mass burn rates for pool fire of the abovementioned peroxy fuels and kerosene is plotted twice logarithmically for different pool diameters. It can be seen that TBPB, TBPEH and INP have even higher natural mass burn rates than DTBP. The organic peroxides used with burners according to the embodiments may comprise both liquid and solid organic peroxides. In particular, solid organic peroxides can be fed to the burner in powder form. Corresponding delivery devices for transporting the powder to the burner are familiar to the person skilled in the art.

In Anbetracht dieser Erkenntnisse lässt sich daher schließen, daß ṁ _f2 ^'' = 10 – 15ṁ _f1 ^'', so daß aus (2) folgt: Δp₂ = 100 to 225 Δp₁ (3) In view of these findings, it can therefore be concluded that m ' _f2 ^'' = 10 - 15 m ' _f1 ^'' , so that from (2) follows: Δp ₂ = 100 to 225 Δp ₁ (3)

Mit anderen Worten erfordert die Verbrennung von Kerosin oder Öl mit derselben Massenabbrandrate wie der natürlichen Abbrandrate eines organischen Peroxids eine über hundertfach größere Druckdifferenz. Diese Druckdifferenz wird üblicherweise mittels hydraulischer Pumpen bereitgestellt. Dabei ist die elektrische Leistung E für den Antrieb einer solchen Pumpe proportional zur benötigten Druckdifferenz: E ∝ Δp (4) In other words, burning kerosene or oil at the same mass burn rate as the natural rate of burning off an organic peroxide requires a pressure difference that is over a hundred times greater. This pressure difference is usually provided by means of hydraulic pumps. The electric power E for the drive of such a pump is proportional to the required pressure difference: E α Δp (4)

Mithin kann bei der Verbrennung organischer Peroxide eine Einsparung von 100% bis 225% der elektrischen Pumpenleistung erfolgen, wenn dieselbe Druckdifferenz und Massenflußrate mit dem Peroxy-Brenner bereitgestellt wird.Thus, when organic peroxides are burned, 100% to 225% of the pump electrical power can be saved by providing the same pressure differential and mass flow rate with the peroxygen burner.

Weiterhin ist die Gesamtwärmefreisetzungsrate Q proportional zur Massenabbrandrate: Q ∝ ṁ _f ^'' (5) Furthermore, the total heat release rate Q is proportional to the mass burn rate: Q α m ' _f ^'' (5)

Aus einem Vergleich der Gleichungen (1) und (5) ergibt sich somit Δp ∝ Q² (6) A comparison of equations (1) and (5) thus results Δp α Q ² (6)

Berücksichtigt man nun Gleichung (3), so erhält man Δp ∝ 100 – 225Q² (7) Considering equation (3), one obtains Δp α 100 - 225Q ² (7)

Bei gleicher Druckdifferenz weist also ein Peroxy-Brennstoff die mehr als hundertfache Gesamtwärmefreisetzung im Vergleich zu Kerosin oder Öl auf. Aufgrund dieser Unterschiede zwischen Kerosin bzw. Öl und den Peroxy-Brennstoffen weisen Brenner, die für die Verwendung mit Peroxy-Brennstoffen angepasst sind, deutliche Unterschiede zu herkömmlichen Brennern auf, die dieselbe Wärmefreisetzungsrate aufweisen.At the same pressure difference, therefore, a peroxy fuel has more than a hundred times the total heat release in comparison to kerosene or oil. Because of these differences between kerosene or oil and the peroxy fuels, burners adapted for use with peroxy fuels have significant differences from conventional burners having the same heat release rate.

In 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Brenners 100 für Peroxy-Brennstoffe gezeigt. Der Brenner 100 umfaßt ein Brennstoffreservoir 102 und eine Brennerdüse 112, die über eine Brennstoffleitung 108, 104 mit dem Brennstoffreservoir 102 verbunden ist. Zwischen dem Brennstoffreservoir 102 und der Brennerdüse 112 ist eine Brennstofförderpumpe 106 in der Brennstoffleitung 104, 108 angeordnet. Die elektrische Pumpenleistung E der Brennstofförderpumpe 106 ist so angepaßt, daß sie mindestens um den Faktor 0,08 kleiner ist als die elektrische Pumpenleistung einer Brennstofförderpumpe für einen Ölbrenner, der dieselbe Wärmefreisetzungsrate wie der Peroxy-Brennstoffbrenner aufweist. Typischerweise weist der Brenner 100 eine Wärmefreisetzungsrate im Bereich von 1100 kW bis 3500 kW auf, wobei die elektrische Pumpenleistung des Peroxy-Brennstoffbrenners 100 kleiner als 0,6 kW ist. Ein Ölbrenner mit einer Wärmefreisetzungsrate in demselben Bereich benötigt eine elektrische Pumpenleistung von ungefähr 7,5 kW. Somit kann mit dem speziell für Peroxy-Brennstoffe angepaßten Brenner 100 die elektrischen Pumpenleistungen E dramatisch reduziert werden. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses deutlich erhöht. Liegt für Ölbrenner die elektrische Pumpenleistung im Prozentbereich der Gesamtleistung, so liegt sie für die speziell angepaßten Peroxy-Brenner fast zwei Größenordnungen darunter. Somit wird die Pumpenleistung für den Wirkungsgrad des Prozesses praktisch bedeutungslos. Weiterhin haben Förderpumpen mit einer geringeren Leistung einen deutlich niedrigeren Marktpreis, sind also günstiger.In 5 is an embodiment of a burner 100 shown for peroxy fuels. The burner 100 includes a fuel reservoir 102 and a burner nozzle 112 that have a fuel line 108 . 104 with the fuel reservoir 102 connected is. Between the fuel reservoir 102 and the burner nozzle 112 is a fuel pump 106 in the fuel line 104 . 108 arranged. The electric pump power E of the fuel pump 106 is adapted to be at least 0.08 times smaller than the pump electric power of a fuel oil pump for an oil burner having the same heat release rate as the peroxide fuel burner. Typically, the burner points 100 a heat release rate in the range of 1100 kW to 3500 kW, wherein the electric pump power of the peroxy fuel burner 100 is less than 0.6 kW. An oil burner with a heat release rate in the same range requires an electric pump power of approximately 7.5 kW. Thus, with the specially adapted for peroxy fuels burner 100 the electric pump powers E are dramatically reduced. In this way, the efficiency of the combustion process is significantly increased. For oil burners, the electric pump power in the percentage range of the total power, it is for the specially adapted peroxy burners almost two orders of magnitude below. Thus, the pump performance for the efficiency of the process is practically meaningless. Furthermore, delivery pumps with lower performance have a significantly lower market price, so are cheaper.

Der Peroxy-Brennstoffbrenner 100 weist eine maximale Massenflußrate des Peroxy-Brennstoffs von 70 kg/h auf. Aufgrund der Abbrandeigenschaften der verwendeten Peroxy-Brennstoffe ist diese Massenflußrate ausreichend und liegt somit bis fast zwei Größenordnungen unterhalb der für vergleichbare Ölbrenner erforderlichen Massenflußraten von 98 bis 294 kg/h. Weitherin ist der Durchmesser des Brennerauslasses 112 mindestens um einen Faktor 0,5 kleiner ist als der Durchmesser des Brennerauslasses des vergleichbaren Ölbrenners, der dieselbe Wärmefreisetzungsrate wie der Peroxy-Brennstoffbrenner aufweist. Ölbrenner mit einer Wärmefreisetzungsrate im Bereich von 1100 kW bis 3500 kW weisen typischerweise Durchmesser von 1,5 m auf, während bei dem angepassten Peroxy-Brenner 100 ein Durchmesser zwischen 40 cm und 70 cm ausreicht.The peroxy fuel burner 100 has a maximum mass flow rate of peroxy fuel of 70 kg / h. Due to the burn-off properties of the peroxy fuels used, this mass flow rate is sufficient and is thus almost two orders of magnitude below the mass flow rates of 98 to 294 kg / h required for comparable oil burners. Weitherin is the diameter of the burner outlet 112 at least 0.5 times smaller than the diameter of the burner outlet of the comparable oil burner, which has the same heat release rate as the peroxy fuel burner. Oil burners with a heat release rate in the range of 1100 kW to 3500 kW typically have diameters of 1.5 m, while in the adapted peroxy burner 100 a diameter between 40 cm and 70 cm is sufficient.

Weiterhin weist der Brenner 100 keine Zuführung für ein extern zugeführtes Oxidationsmittel auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind lediglich Öffnungen um den Brennerauslaß 112 herum gezeigt. Diese reichen aus, um durch den natürlichen Ansaugdruck Umgebungsluft 116 anzusaugen. Diese dient dann zur Verbrennung in der Flamme 114. Bei herkömmlichen Industriebrennern, die Öl, Kerosin oder Erdgas verbrennen, müssen üblicherweise Oxidationsmittel unter Druck zugesetzt werden, um eine möglichst vollständige Verbrennung zu garantieren. Abgesehen davon, daß die Oxidationsmittel selbst natürlich einen Kostenfaktor darstellen, erfordert diese Technik zusätzliche Einrichtungen, um das Oxidationsmittel am Verbrennungsort bereitzustellen. Diese aufwendige Technik kann bei dem speziell angepaßten Peroxy-Brennstoffbrenner 100 entfallen, da die Peroxy-Brennstoffe aufgrund ihrer chemischen Struktur dem Verbrennungsprozeß Aktivsauerstoff bereitstellen und es daher einer externen Zufuhr von Oxidationsmitteln nicht bedarf. Die durch die natürliche Ansaugung bereitgestellt Umgebungsluft ist zur vollständigen Verbrennung ausreichend.Furthermore, the burner points 100 no supply for an externally supplied oxidizing agent. In the embodiment shown are only openings around the burner outlet 112 shown around. These are sufficient to ambient air through the natural intake pressure 116 to suck. This then serves for combustion in the flame 114 , In conventional industrial burners, which burn oil, kerosene or natural gas, it is usually necessary to add oxidants under pressure in order to guarantee as complete a combustion as possible. Apart from the fact that the oxidants themselves are of course a cost factor, this technique requires additional facilities to provide the oxidant at the place of combustion. This elaborate technique can be used with the specially adapted peroxy fuel burner 100 omitted because the peroxy fuels due to their chemical structure provide the combustion process active oxygen and therefore it does not require an external supply of oxidants. The ambient air provided by the natural aspiration is sufficient for complete combustion.

In 6 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei wird ein pumpenloser Brenner 200 für Peroxy-Brennstoffe bereitgestellt. Der pumpenlose Brenner 200 umfaßt ein Brennstoffreservoir 202 und eine Brennerdüse 212, die über eine Brennstoffleitung 204, 208 mit dem Brennstoffreservoir 202 verbunden ist. Zwischen dem Brennstoffreservoir 202 und der Brennerdüse 212 ist ein Brennstoffsteuerventil 206 in der Brennstoffleitung 204, 208 angeordnet. Das Brennstoffreservoir 202 ist um eine Höhe H oberhalb des Brennerauslasses 212 angeordnet. Der pumpenlose Brenner 200 weist eine Wärmefreisetzungsrate im Bereich von 1100 kW bis 3500 kW und eine maximale Massenflußrate für den Peroxy-Brennstoff von 70 kg/h auf.In 6 another embodiment of the present invention is shown. This is a pumpless burner 200 provided for peroxy fuels. The pumpless burner 200 includes a fuel reservoir 202 and a burner nozzle 212 that have a fuel line 204 . 208 with the fuel reservoir 202 connected is. Between the fuel reservoir 202 and the burner nozzle 212 is a fuel control valve 206 in the fuel line 204 . 208 arranged. The fuel reservoir 202 is at a height H above the burner outlet 212 arranged. The pumpless burner 200 has a heat release rate in the range of 1100 kW to 3500 kW and a maximum mass flow rate for the peroxy fuel of 70 kg / h.

Da der Brenner 200 zur Verwendung von Peroxy-Brennstoffen angepasst ist, tritt aufgrund der im Vergleich zu Öl oder Erdgas deutlich höheren Brennrate bei der Verbrennung der Peroxy-Brennstoffe ein natürliches Ansaugen auf. Der durch die erhöhte Anordnung des Brennstoffreservoirs 202 auftretende Gravitationsdruck ist ausreichend, um den Brennstoff aus dem Reservoir 202 zum Brennerauslaß 212 zu transportieren. Auf diese Weise kann die bei herkömmlichen Ölbrennern vorhandene aufwendige Pumpentechnik entfallen.Because the burner 200 is adapted for the use of peroxy fuels, due to the significantly higher compared to oil or natural gas burning rate in the combustion of peroxy fuels natural suction on. The through the increased arrangement of the fuel reservoir 202 occurring gravitational pressure is sufficient to remove the fuel from the reservoir 202 to the burner outlet 212 to transport. In this way, the existing in conventional oil burners consuming pump technology can be omitted.

Der Durchmesser des Brennerauslasses 212 ist mindestens um einen Faktor 0,5 kleiner ist als der Durchmesser des Brennerauslasses eines Ölbrenners, der dieselbe Wärmefreisetzungsrate wie der Peroxy-Brennstoffbrenner 200 aufweist. Aufgrund der Eigenschaften der Peroxy-Brennstoffe kann der Brennerkopf, und dabei insbesondere der Brennerauslaß 212, kleiner ausgebildet werden als ein Brennerkopf für einen Ölbrenner vergleichbarer Leistung. Dadurch ist der Brenner 200 platzsparend und kann auch in kleineren Brennkammern eingesetzt werden. Weiterhin weist der Brenner 200 keine Zuführung für ein Oxidationsmittel auf. Wie bereits oben erläutert wurde, stellen die Peroxy-Brennstoffe aufgrund ihrer chemischen Struktur dem Verbrennungsprozeß Aktivsauerstoff bereit, so dass auf eine externe Zufuhr von Oxidationsmitteln verzichtet werden kann. Die Zufuhr von Umgebungsluft 216 über die natürliche Ansaugwirkung reicht aus, um – zusammen mit dem im Peroxy-Brennstoff enthaltenen Aktivsauerstoff – der Flamme ausreichend Sauerstoff zur Verfügung zu stellen.The diameter of the burner outlet 212 is at least 0.5 times smaller than the diameter of the burner outlet of an oil burner, the same heat release rate as the peroxy-fuel burner 200 having. Due to the properties of the peroxy fuels, the burner head, and in particular the burner outlet 212 , are made smaller than a burner head for an oil burner of comparable performance. This is the burner 200 saves space and can also be used in smaller combustion chambers. Furthermore, the burner points 200 no supply of an oxidizing agent. As already explained above, due to their chemical structure, the peroxy fuels provide active oxygen to the combustion process, so that an external supply of oxidizing agents can be dispensed with. The supply of ambient air 216 The natural suction effect is sufficient to provide sufficient oxygen to the flame, together with the active oxygen contained in the peroxy fuel.

Die oben beschriebenen Peroxy-Brenner können insbesondere in Industrieöfen eingesetzt werden. Ein solcher Industrieofen 300 ist in 7 schematisch dargestellt. Der Industrieofen 300 weist dabei eine Brennkammer 310 auf, die über eine Zuführeinrichtung 314 beschickt werden kann. Über eine Ausgangseinrichtung 318 kann das Beschickungsgut nach dem Brennvorgang wieder aus der Brennkammer 310 entfernt werden. Die Brennkammer verfügt über einen Sekundärluftzugang 312, über den bei Bedarf der Verbrennung Luft, Sauerstoff oder ein anderes Oxidationsmittel zugeführt werden kann. Weiterhin weist die Brennkammer einen Abgasauslaß 316 auf, über den die Verbrennungsgase oder sonstige in der Brennkammer 310 während des Brennvorgangs entstehende Gase aus der Brennkammer 310 ausgelassen werden können.The peroxy burners described above can be used in particular in industrial furnaces. Such an industrial furnace 300 is in 7 shown schematically. The industrial furnace 300 has a combustion chamber 310 on, via a feeder 314 can be loaded. About an output device 318 can the feed after firing again from the combustion chamber 310 be removed. The combustion chamber has a secondary air access 312 through which air, oxygen or another oxidizing agent can be supplied when needed for combustion. Furthermore, the combustion chamber has a exhaust outlet 316 on, over which the combustion gases or other in the combustion chamber 310 During the firing process gases resulting from the combustion chamber 310 can be left out.

Weiterhin ist der Brennerauslaß 306 eines Peroxy-Brenners gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Wand der Brennkammer 310 angeordnet. Am Brennerauslaß 306 verbrennt der Peroxy-Brennstoff mit einer Flamme 308 und setzt so eine entsprechende Wärmemenge in der Brennkammer 310 frei. Der Brennerauslaß ist über eine Brennstoffleitung 304 und ein Ventil 302 mit einem Brennstoffreservoir 301 für Peroxy-Brennstoffe verbunden. Typischerweise kann die Zufuhrmenge des Peroxy-Brennstoffes an den Brenner mittels eines Steuerventils oder der Pumpenleistung gesteuert werden. Aufgrund der beschriebenen Vorteile des Peroxy-Brenners kann der Industrieofen bei gleicher Leistung so betrieben werden, daß weniger elektrische Leistung benötigt wird, ein saubererer Verbrennungsprozeß garantiert wird und mit einer kleineren und günstigeren Brennereinheit dieselbe Wärmefreisetzungsrate bereitgestellt werden wie mit einem Öl- oder Kerosinbrenner.Furthermore, the burner outlet 306 a peroxy-burner according to an embodiment of the present invention in a wall of the combustion chamber 310 arranged. At the burner outlet 306 the peroxide fuel burns with a flame 308 and thus sets a corresponding amount of heat in the combustion chamber 310 free. The burner outlet is via a fuel line 304 and a valve 302 with a fuel reservoir 301 connected for peroxy fuels. Typically, the amount of feed of the peroxy fuel to the burner may be controlled by means of a control valve or pump power. Due to the described advantages of the peroxide burner, the industrial furnace can be operated at the same power that less electric power is required, a cleaner combustion process is guaranteed and are provided with a smaller and cheaper burner unit, the same heat release rate as with an oil or Kerosinbrenner.

Als Brennstoffe für die hier beschriebenen Peroxy-Brenner werden organische Peroxide, wie beispielsweise ein Dialkylperoxid, verwendet. Dialkylperoxide sind beispielsweise aus der EP 0 472 819 als Ausgangsstoffe für polymere Peroxide bekannt. Solche polymeren Peroxide können beispielsweise verwendet werden zur Härtung von ungesättigten Polyesterharzen, zur Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, zur Härtung elastomerer Harze, zur Verminderung des Molekulargewichts und zur Modifizierung der Molekulargewichtsverteilung von Polypropylen/Propylen-Copolymeren, zur Vernetzung von Olefinpolymeren und zur Herstellung von Blockcopolymeren und zur Verträglichmachung von Polymermischungen und -legierungen.As fuels for the peroxy burners described herein, organic peroxides such as a dialkyl peroxide are used. Dialkyl peroxides are for example from EP 0 472 819 known as starting materials for polymeric peroxides. Such polymeric peroxides can be used, for example, to cure unsaturated polyester resins, to polymerize ethylenically unsaturated monomers, to cure elastomeric resins, to reduce molecular weight and to modify the molecular weight distribution of polypropylene / propylene copolymers, to crosslink olefin polymers and to produce block copolymers and to compatibilize polymer blends and alloys.

Typische Peroxy-Brennstoffe, die zur Verwendung mit den oben genannten Brennern geeignet sind, umfassen insbesondere Di-tert-butylperoxid (Abk: DTBP), tert-Butyl (peroxybenzoat), (Abk.: TBPB), tert-Butyl (peroxy-2-ethylhexanoat), (Abk.: TBPEH), Di-isononanoylperoxid (Abk.: INP) und tert-Butyl (hydroperoxid), (Abk.: TBHP). Alle diese Peroxy-Brennstoffe weisen hinsichtlich ihrer Verwendung in Brennern gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ähnliche Eigenschaften aufweist, wie DTBP.Typical peroxy fuels suitable for use with the above-mentioned burners include in particular di-tert-butyl peroxide (abbreviation: DTBP), tert-butyl (peroxybenzoate), (abbr. TBPB), tert-butyl (peroxy-2 ethylhexanoate), (abbr .: TBPEH), di-isononanoyl peroxide (abbr .: INP) and tert-butyl (hydroperoxide) (abbr .: TBHP). All of these peroxy fuels have similar properties as DTBP with respect to their use in burners according to the embodiments of the present invention.

Weiterhin dienen organische Peroxide, insbesondere DTBP, TBPB, TBPEH, INP und TBHP, in den oben beschriebenen industriellen Hochtemperaturprozessen als starke Verbrennungsbeschleuniger aufgrund des im Molekül vorhandenen Aktivsauerstoffs. Auf diese Weise kann der Schadstoff- und Rußgehalt der Verbrennungsprodukte stark gesenkt werden. Dies senkt überdies die Kosten entsprechender Anlagen, da die externe Zufuhr eines Oxidanten, beispielsweise Luft, Sauerstoff oder mit Sauerstoff angereicherte Luft, reduziert oder gar weggelassen werden kann, so daß auf betreffende Anbauten an den Anlagen verzichtet werden kann.Furthermore, organic peroxides, in particular DTBP, TBPB, TBPEH, INP and TBHP, serve as strong combustion accelerators in the industrial high-temperature processes described above because of the active oxygen present in the molecule. In this way, the pollutant and soot content of the combustion products can be greatly reduced. This also reduces the cost of such facilities, since the external supply of an oxidant, such as air, oxygen or oxygen-enriched air, can be reduced or even omitted, so that can be dispensed with attachments to the plants.

Die oben als Brennstoff beschriebenen organischen Peroxide, insbesondere DTBP, TBPB, TBPEH, INP und TBHP, können auch mit anderen Brennstoffen, insbesondere anderen flüssigen Brennstoffen, im Gemisch vorliegen. Insbesondere kann das Dialkylperoxid als Brennstoffzusatz mit einem Anteil von 0,1 Gew.-% bis 80 Gew.-% vom Gesamtgewicht des Brennstoffs bereitgestellt werden. Gemäß einer Weiterbildung können das Dialkylperoxid mit einem Anteil von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% vom Gesamtgewicht des Brennstoffs bereitgestellt werden. Der genaue Anteil im Brennstoff hängt von der spezifischen Verwendung ab, solange eine Verbrennung des Zusatzes sicher erfolgen kann. So kann in einigen Fällen ein geringer Anteil ausreichend sein, um das gewünschte Verbrennungsverhalten im Gesamtsystem zu initiieren, während in anderen Fällen ein hoher Anteil erforderlich ist. Insbesondere kann der Brennstoff vollständig aus einem organischen Peroxid, insbesondere aus DTBP, TBPB, TBPEH, INP oder TBHP, bestehen.The organic peroxides described above as fuel, especially DTBP, TBPB, TBPEH, INP and TBHP, may also be present in admixture with other fuels, especially other liquid fuels. In particular, the dialkyl peroxide may be provided as a fuel additive at a level of from 0.1% to 80% by weight of the total weight of the fuel. According to a further development, the dialkyl peroxide may be provided at a level of from 0.1% to 20% by weight of the total weight of the fuel. The exact proportion in the fuel depends on the specific use as long as combustion of the additive can be done safely. Thus, in some cases, a small amount may be sufficient to initiate the desired combustion behavior in the overall system, while in other cases a high level is required. In particular, the fuel may consist entirely of an organic peroxide, in particular of DTBP, TBPB, TBPEH, INP or TBHP.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden.The present invention has been explained with reference to exemplary embodiments. These embodiments should by no means be construed as limiting the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6398547 [0008]
EP 0472819 [0050]

Claims

Burner for peroxy fuels, comprising a fuel reservoir ( 102 ) and a burner nozzle ( 112 ) via a fuel line ( 104 . 108 ) with the fuel reservoir ( 102 ) and one between the fuel reservoir ( 102 ) and the burner nozzle ( 112 ) in the fuel line ( 104 . 108 ) arranged fuel delivery pump ( 106 ), wherein the electric pump power (E) of the fuel feed pump ( 106 ) is at least 0.08 times smaller than the pump electric power of a fuel oil pump for an oil burner having the same heat release rate as the peroxide fuel burner (US Pat. 100 ) having.

Burner according to claim 1, wherein the burner ( 100 ) has a heat release rate (Q) in the range of 1100 kW to 3500 kW, and wherein the electric pump power (E) of the peroxy fuel burner ( 100 ) is less than 0.6 kW.

Burner according to claim 1 or 2, wherein the peroxy-fuel burner ( 100 ) has a maximum mass flow rate for the peroxy fuel of 70 kg / h.

Burner according to one of claims 1 to 3, wherein the diameter of the burner outlet is at least a factor of 0.5 smaller than the diameter of the burner outlet of an oil burner, which has the same heat release rate as the peroxy-fuel burner.

Burner according to one of claims 1 to 4, wherein the burner ( 100 ) has no supply of an oxidizing agent.

Pumpless burner ( 200 ) for peroxy fuels, comprising a fuel reservoir ( 202 ) and a burner nozzle ( 212 ) via a fuel line ( 204 . 208 ) with the fuel reservoir ( 202 ) and between the fuel reservoir ( 202 ) and the burner nozzle ( 212 ) in the fuel line ( 204 . 208 ) arranged fuel control valve ( 206 ), wherein the fuel reservoir ( 202 ) above the burner outlet ( 212 ) is arranged.

Burner according to claim 6, wherein the burner ( 200 ) has a heat release rate (Q) in the range of 1100 kW to 3500 kW and a maximum mass flow rate for the peroxy fuel of 70 kg / h.

Burner according to claim 6 or 7, wherein the diameter of the burner outlet ( 212 ) is at least 0.5 times smaller than the diameter of the burner outlet of an oil burner, which has the same heat release rate as the peroxide fuel burner (US Pat. 200 ) having.

Burner according to one of claims 6 to 8, wherein the burner ( 200 ) has no supply of an oxidizing agent.

Industrial furnace ( 300 ) comprising at least one burner ( 100 . 200 ) according to any one of the preceding claims.