DE102010051806A1

DE102010051806A1 - Brenner mit einstellbarer Rauchgasrezirkulation

Info

Publication number: DE102010051806A1
Application number: DE102010051806A
Authority: DE
Inventors: Christopher Eberstein; Christian Geipel; Michael Nold; Robert Stegemann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-24
Also published as: US20130269576A1; CA2816176A1; RU2013127511A; WO2012065691A2; WO2012065691A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner (B) zur Befeuerung eines Brennraums, mit einem Zuführungskanal (Z1) zur Zuführung von Brenngas oder Verbrennungsluft in den Brennraum, wobei der Brenner (B) eine Eintrittsöffnung (E) aufweist, über die Rauchgas (4) in den Zuführungskanal (Z1) einströmen kann. Um den Mengenstrom des in den Zuführungskanal (Z1) einströmenden Rauchgases (4) einstellen zu können, umfasst der Brenner (B) eine verstellbare Drosseleinrichtung (D).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Befeuerung eines Brennraums, mit einem Zuführungskanal zur Zuführung von Brenngas oder Verbrennungsluft in den Brennraum, wobei der Brenner eine Eintrittsöffnung aufweist, über die Rauchgas in den Zuführungskanal einströmen kann.
Ein Brenner der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus der Patentschrift DE10337526 bekannt. Er erlaubt es, die maximalen Verbrennungstemperaturen durch die Rückführung von Rauchgasen zu erniedrigen und so die thermische Stickoxidbildung zu verringern. Hierzu umfasst der Brenner, der am Boden des Brennraums eines Verbrennungsofens angeordnet ist, einen ersten Zuführungskanal zur Zuführung von Brenngas in den Brennraum, mit einer Eintrittsöffnung für Rauchgas, die sich zum Brennraum hin öffnet. Durch das in den ersten Zuführungskanal einströmende, druckbeaufschlagte Brenngas wird das Rauchgas angesaugt und mischt sich mit dem Brenngas. Über einen zweiten Zuführungskanal kann Verbrennungsluft in den Brennraum eingeleitet werden. Die Austrittsöffnungen der beiden Zuführungskanäle sind benachbart angeordnet, so dass sich die Verbrennungsluft mit dem Brenngas und dem Rauchgas außerhalb des Brenners mischt.
Die Rauchgasansaugung durch den Brenner wirkt sich auf die Form der sich ausbildenden Flamme aus, die beispielsweise gestaucht oder anderweitig deformiert werden kann, so dass die Reaktionszone sich auf einen kleineren Raumbereich konzentriert und die maximale Verbrennungstemperatur ansteigt. Aufgrund dieses Effekts wird die die Stickoxidsbildung senkende Wirkung der Rauchgasrückführung neutralisiert, zumindest jedoch abgeschwächt. Darüber hinaus kann eine deformierte Flamme im Brennraum angeordneten Einbauten, wie Reformer- oder Spaltrohren, zu nahe kommen und diese beschädigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Brenner der gattungsgemäßen Art so zu modifizieren, dass die geschilderten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Brenner eine verstellbare Drosseleinrichtung umfasst, über die der Mengenstrom des in den Zuführungskanal einströmenden Rauchgases einstellbar ist.
Je nach Position der Drosseleinrichtung kann bei sonst unveränderter Brennereinstellung ein größerer oder kleinerer Mengenstrom an Rauchgas aus dem Brennraum angesaugt werden. Hierdurch werden auch die Strömungsverhältnisse im Brennraum und damit die Bedingungen für die Stickoxidbildung beeinflusst.
Die Drosseleinrichtung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie im eingebauten Zustand des Brenners von außerhalb des Brennraums bedienbar ist. Mit ihrer Hilfe kann die Größe des Mengenstroms des in den Zuführungskanals einströmenden Rauchgases zu jeder Zeit, insbesondere jedoch während des Brennerbetriebs, verändert werden.
Der erfindungsgemäße Brenner kann für die Befeuerung von Dampfreformern und Spaltöfen, aber auch anderer Prozessöfen eingesetzt werden. Derartige Einrichtungen werden über längere Zeiträume stationär betrieben. Dies bedeutet, dass die Einstellungen des Brenners nach seiner Zündung und einer sich evtl. anschließenden Aufheizphase unverändert bleiben. Da unter solchen Betriebsbedingungen auch die Position der Drosseleinrichtung nur selten verändert zu werden braucht, ist sinnvollerweise eine Einrichtung vorgesehen, über die seine Position händisch einstellbar ist.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, dass die Drosseleinrichtung mit einem Verstellantrieb verbunden ist, über den es mit Hilfe eines Motors verstellbar ist. Diese Variante erlaubt es beispielsweise, die Position der Drosseleinrichtung ferngesteuert von einer Leitwarte aus zu verändern. Weiterhin kann die Drosseleinrichtung in einen Regelkreis integriert werden, mit dem die Stickoxidbildungsrate im Brennraum auch bei zeitlich veränderlichen Betriebsbedingungen stets auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann.
Besonders dann, wenn die Drosseleinrichtung Teil eines Regelkreises ist, kann es sinnvoll sein, wenn der Mengenstrom des in den Zuführungskanal einströmenden Rauchgases linear oder zumindest angenähert linear mit der Position der Drosseleinrichtung verändert werden kann. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass die Eintrittsöffnung und/oder die Drosseleinrichtung mit einer Form ausgeführt werden, durch die im Betreib des Brenners ein zumindest linearer Zusammenhang zwischen der Position der Drosseleinrichtung und der Änderung des Mengenstroms des in den Zuführungskanal einströmenden Rauchgases entsteht.
Die Drosseleinrichtung kommt während des Brennerbetriebs gewöhnlich mit aggressiven Gasen in Berührung, deren Temperaturen weit oberhalb von 1000°C liegen können. Um seine Funktionsfähigkeit auch über längere Zeiträume gewährleisten zu können, ist es erforderlich die Drosseleinrichtung mit Materialien auszuführen, die gegenüber der heißen Brennraumatmosphäre weitgehend unempfindlich sind. Zweckmäßigerweise besteht daher die Drosseleinrichtung ganz oder zum Teil aus Feuerfestmaterial und/oder Keramikfasern und/oder einem hochwarmfesten Metall.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, dass die Drosseleinrichtung eine im Zuführungskanal in Längsrichtung beweglich angeordnete Scheibe umfasst, deren Querschnittsform weitgehend der Form des lichten Querschnitts des Zuführungskanals entspricht und die je nach ihrer Position die Eintrittsöffnung mehr oder weniger stark verengt.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, dass die Drosseleinrichtung einen um die Längsachse des Zuführungskanals drehbar gelagerten Drehschieber umfasst, durch dessen Drehung die Eintrittsöffnung mehr oder weniger stark verengt werden kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zuführungskanal um einen Kanal zur Zuführung von Brenngas in den Brennraum. Diese Variante erlaubt es, den Zuführungskanal kompakt auszuführen, da der relativ große Impuls des einströmenden Brenngases dafür genutzt werden kann, um Rauchgas effektiv anzusaugen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Brenners.
Der Brenner B, der am Boden A einer Brennkammer angeordnet ist, umfasst einen ersten Zuführungskanal Z1 zur Zuführung von Brennstoff 1 sowie einen zweiten Zuführungskanal Z2, über den Verbrennungsluft 2 in eine Brennkammer eingeleitet werden kann. Im ersten Zuführungskanal Z1 ist ein Gaszuführungsrohr R angeordnet, das mit einer unter Überdruck stehenden Brenngasquelle (nicht dargestellt) verbunden ist und über das Brenngas 3 in den ersten Zuführungskanal Z1 entspannbar ist. In der Seitenwand des ersten Zuführungskanals Z1 ist ein Durchbruch C vorgesehen, der sich zum Brennraum hin öffnet und durch den Rauchgas 4 aus dem Brennraum einströmen kann, um mit dem Brenngas 3 ein Gasgemisch 5 zu bilden. Durch die Austrittsöffnung F1 kann das Gasgemisch 5 in den Brennraum ausströmen, wobei es sich mit Verbrennungsluft 6, die den zweiten Zuführungskanal Z2 über die Austrittsöffnung F2 verlässt, vermischt und ein reaktionsfähiges Gasgemisch bildet. Im ersten Zuführungskanal Z1 ist eine ist eine Drosseleinrichtung D angeordnet, die eine Scheibe P sowie ein mit dieser fest verbundene Stange S umfasst. Die Scheibe P, deren Querschnitt weitgehend dem Querschnitt des ersten Zuführungskanals Z1 entspricht, ist in vertikaler Richtung beweglich. Die Stange S ist im Boden des Brenners B beweglich gelagert und durch diesen nach außen geführt. Hierdurch ist es möglich, die Stange S von außerhalb des Brenners B zu manipulieren, um dadurch die vertikale Position der Scheibe P im ersten Zuführungskanal Z1 zu verändern. Je nach Position der Scheibe P ändert sich der Querschnitt der Eintrittsöffnung E und somit auch der Strömungswiderstand für das in den ersten Zuführungskanal Z1 einströmende Rauchgaus 4, so dass es möglich ist, den Mengenstrom des Rauchgases 4 mit Hilfe des Drosselorgans D einzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10337526 [0002]

Claims

Brenner (B) zur Befeuerung eines Brennraums, mit einem Zuführungskanal (Z1) zur Zuführung von Brenngas oder Verbrennungsluft in den Brennraum, wobei der Brenner (B) eine Eintrittsöffnung (E) aufweist, über die Rauchgas (4) in den Zuführungskanal (Z1) einströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass er eine verstellbare Drosseleinrichtung (D) umfasst, über die der Mengenstrom des in den Zuführungskanal (Z1) einströmenden Rauchgases (4) einstellbar ist.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) im eingebauten Zustand des Brenners von außerhalb des Brennraums bedienbar ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) händisch oder über einen Verstellantrieb bedienbar ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) ganz oder zum Teil aus Feuerfestmaterial und/oder Keramikfasern und/oder einem hochwarmfesten Metall besteht.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) eine im Zuführungskanal (Z1) in Längsrichtung beweglich angeordnete Scheibe (P) umfasst, deren Querschnittsform weitgehend der Form des lichten Querschnitts des Zuführungskanals (Z1) entspricht und die je nach ihrer Position die Eintrittsöffnung (E) mehr oder weniger stark verengt.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) einen um die Längsachse des Zuführungskanals (Z) drehbar gelagerten Drehschieber umfasst, durch dessen Drehung die Eintrittsöffnung (E) mehr oder weniger stark verengt werden kann.