DE19542373A1 - Burner head for gas burner - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf für Brenner mit redu zierter Flammentemperatur.The invention relates to a burner head for burners with redu decorated flame temperature.
Für die Verbrennung des mit einem Sauerstoffträger gemischten Brennstoffes dient in Brennern der Brennerkopf, der im wesentli chen einen rohrförmigen Kanal aufweist, in welchem über ein Ge bläse der Sauerstoffträger, beispielsweise Luft, ausströmt und sich dabei mit dem Brennstoff, beispielsweise Gas, vermischt, das über ein Verteilersystem in den rohrförmigen Kanal geleitet wird. Eine Zündeinrichtung sorgt für die Entzündung der Mischung aus Sauerstoffträger und Brennstoff, wodurch die Verbrennung eingeleitet wird.For the combustion of the mixed with an oxygen carrier Fuel serves in burners the burner head, which is essentially Chen has a tubular channel in which a Ge the oxygen carrier, for example air, blows out and mixes with the fuel, for example gas, which is fed into the tubular channel via a distribution system becomes. An ignition device ignites the mixture from oxygen carriers and fuel, which causes combustion is initiated.
In der Fachwelt ist als eines der Hauptprobleme bekannt, daß diese Brennerköpfe eine Belastung für die Umwelt darstellen, da sie bei der Verbrennung erzeugte Stickoxide NOx in die Atmosphäre abgeben. Um dieses Phänomen der Produktion von Stickoxiden in den Griff zu bekommen, wurden Brenner mit Brennerköpfen entwickelt, bei denen die Produktion dieser Oxide reduziert werden kann. One of the main problems known in the art is that these burner heads are a burden on the environment because nitrogen oxides generated during combustion into the Create atmosphere. To this phenomenon of the production of To get a grip on nitrogen oxides, burners were using Burner heads developed in which the production of these oxides can be reduced.
So ist beispielsweise aus der italienischen Patentanmeldung Nr. 85 622-A/90 der Patentanmelderin ein Brennerkopf bekannt, bei dem die Reduzierung der Stickoxide mit Hilfe von Verteilereinrichtungen bei der Zuführung des Brennstoffes erreicht wird. Diese Verteiler befinden sich im Inneren des vorderen Teiles des Zuführrohres für die Verbrennungsluft und bestehen aus ringförmigen Zwischenräumen, die rechtwinklig zur Achse des Zuführrohres verlaufen und durch zueinander koaxiale Ringe begrenzt sind, die über Abstandselemente miteinander verbunden sind.For example, from Italian patent application no. 85 622-A / 90 of the patent applicant known a burner head at which the reduction of nitrogen oxides with the help of Distribution devices in the supply of fuel is achieved. These distributors are located inside the front part of the feed pipe for the combustion air and consist of annular spaces that are perpendicular to the Axis of the feed pipe and coaxial with each other Rings are bounded by spacers with each other are connected.
In der italienischen Patentanmeldung VI 91 A 42 der Patentanmel derin ist ein aus einem Block bestehender Brenner erläutert, bei dem die Stickoxide dadurch abgebaut werden, daß ein Teil der während der Verbrennung erzeugten Rauchgase in das Innere des Brennerkopfes zurückgeleitet wird.In Italian patent application VI 91 A 42 of the patent applicant, a burner consisting of a block is explained in which the nitrogen oxides are broken down in that part of the flue gases generated during the combustion is returned to the interior of the burner head.
Die Patentanmelderin hat schließlich in einer weiteren italieni schen Patentanmeldung (VI 91 A 166) einen Brenner vorgeschlagen, bei dem zur Reduzierung der Stickoxiderzeugung eine Reihe von Öffnungen in den Außenumfang des Zuführkanals für die Verbren nungsluft eingearbeitet ist. Diese Öffnungen bestehen aus im Querschnitt länglichen Schlitzen, die entlang ihrer Hauptachse zueinander ausgerichtet sind und in der Nähe des Bereiches größ ten Unterdrucks in einer Reihe oder in mehreren Reihen um die Luftzuführleitung herum angeordnet sind.The patent applicant has finally in another italian cal patent application (VI 91 A 166) proposed a burner, where a number of to reduce nitrogen oxide production Openings in the outer circumference of the feed channel for the cremation air is incorporated. These openings consist of Cross-section elongated slots that run along their major axis are aligned and close to the area size ten negative pressure in a row or in several rows around the Air supply line are arranged around.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Verbesserung der Verfahren zur Reduzierung von Stickoxiden (NOx) in den Rauchgasen bei der Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe für Brennerköpfe zur Verfügung zu stellen. Es soll somit ein Brennerkopf geschaffen werden, bei dem der erzeugte Rauch eine sehr geringe Menge von Stickoxiden enthält. Mit dem Brennerkopf soll dabei eine Verbrennung möglich sein, bei der der Rauch im Vergleich zu bekannten Brennerköpfen einen wesentlich geringeren Stickoxidanteil aufweist. The invention is based, another object Improving nitrogen oxide (NOx) reduction processes in the flue gases when burning liquid or gaseous To provide fuels for burner heads. It should thus a burner head can be created in which the generated Smoke contains a very small amount of nitrogen oxides. With the The burner head should be able to burn at which the smoke compared to known burner heads has significantly lower nitrogen oxide content.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Brennerkopf durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 ange geben Merkmale gelöst. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Un teransprüchen.According to the invention, this object is achieved with a generic Burner head by the in the characterizing part of claim 1 give characteristics resolved. Further characteristics result from the Un claims.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der Brennerkopf einen rohrförmigen Körper für die Zufuhr des Sauer stoffträgers in eine Brennkammer, an dessen Ende ein konvergie rendes Übergangsstück angebracht ist, das in die Brennkammer hineinragt. Der größte Teil des flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes wird in den Bereich innerhalb des konvergierenden Übergangsstücks geleitet, und zwar über Rohrleitungen, deren Austrittsöffnungen gegen die geneigte Wandfläche des konvergie renden Übergangsstücks gerichtet sind. Auf diese Weise wird der Gasfluß gegen den Außenbereich der Luftströmung gerichtet, die beim Durchtritt durch das konvergierende Übergangsstück be schleunigt wird und dabei den Gasfluß weit in das Innere der Brennkammer mitreißt. Gleichzeitig bewirkt die Beschleunigung der Luftströmung in dem konvergierenden Übergangsstück einen Un terdruck in dem Bereich der Brennkammer, der unmittelbar au ßerhalb des konvergierenden Übergangsstück liegt, so daß ein Teil der bei der Verbrennung erzeugten Rauchgase in die Flamme zurückgeführt wird. Diese beiden miteinander einhergehenden Wir kungen erlauben eine Reduzierung der Flammentemperatur, so daß eine Verbrennung abläuft, bei der der Rauch nur eine geringe Stickoxidkonzentration hat.In a preferred embodiment of the invention, the Burner head a tubular body for the supply of acid carrier in a combustion chamber, at the end of which a convergence renden transition piece is attached to the combustion chamber protrudes. Most of the liquid or gaseous Fuel will converge in the area within Transition piece directed, and that through pipes, the Outlet openings against the inclined wall surface of the convergence Rende transition piece are directed. In this way the Gas flow directed against the outside of the air flow, the when passing through the converging transition piece is accelerated and the gas flow far into the interior of the Combustion chamber entrains. At the same time, the acceleration the air flow in the converging transition piece an Un terdruck in the area of the combustion chamber that immediately au lies outside the converging transition piece, so that a Part of the flue gases generated during combustion into the flame is returned. These two related We kung allow a reduction in the flame temperature, so that a combustion takes place in which the smoke is low Has nitrogen oxide concentration.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel er läutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:The invention is he in one embodiment refines, which is shown in the drawing. Show it:
Fig. 1 die geschnittene Seitenansicht eines Brennerkopfes gemäß der Erfindung, Fig. 1 shows the sectional side view of a burner head according to the invention,
Fig. 2 die teilweise geschnittene Stirnansicht des Brenner kopfes der Fig. 1 und Fig. 2 is a partially sectioned front view of the burner head of FIGS . 1 and
Fig. 3 in verkleinertem Maßstab eine geschnittene Seitenansicht des in eine Brennkammer eingebauten Brennerkopfes nach den Fig. 1 und 2. Fig. 3 in a reduced scale, a sectional side view of the built-in into a combustion chamber burner head according to FIGS. 1 and 2.
Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, hat der Brennerkopf 1 einen Befestigungsflansch 2, mit dem er gemäß Fig. 3 an der Wand 3 einer Brennkammer 4 angebracht werden kann. An dem Befestigungs flansch 2 ist ein rohrförmiger Körper 5 angebracht, der einen Sauerstoffträger, beispielsweise Luft, in die Brennkammer 4 lei tet. Der Sauerstoffträger wird von einer nicht gezeigten, äußeren Einrichtung zugeführt, die beispielsweise ein Gebläse hat und eine Zuführleitung 25 versorgt, die Teil des Befestigungsflansches 2 ist.As shown in FIG. 1 in particular, the burner head 1 has a fastening flange 2 with which it can be attached to the wall 3 of a combustion chamber 4 according to FIG. 3. On the mounting flange 2 , a tubular body 5 is attached, the lei an oxygen carrier, for example air, into the combustion chamber 4 tet. The oxygen carrier is supplied by an external device, not shown, which has, for example, a blower and supplies a feed line 25 which is part of the fastening flange 2 .
Das in die Brennkammer 4 ragende Ende des rohrförmigen Körpers 5 hat ein konvergierendes Übergangsstück 51, das innerhalb des rohrförmigen Körpers 5 eine Zone 52 definiert, in welche die Austrittsöffnungen 61 von Rohrleitungen 6 münden, über die der Brennstoff, beispielsweise Gas, zugeführt wird.The end of the tubular body 5 projecting into the combustion chamber 4 has a converging transition piece 51 , which defines a zone 52 within the tubular body 5 , into which the outlet openings 61 of pipelines 6 open, via which the fuel, for example gas, is supplied.
In Fig. 2 ist zu erkennen, daß insgesamt zehn Rohrleitungen 6 für die Gaszufuhr vorgesehen sind, die symmetrisch zueinander auf einer Erzeugenden eines idealen Kegelstumpfes angeordnet sind, dessen größere Basis 62 innerhalb der von dem konvergierenden Übergangsstück 51 gebildeten Zone 52 liegt. Ferner ist zu erkennen, daß die Rohrleitungen 6 an einen rohrförmigen Zufuhrkanal 7 angeschlossen sind, der einen ringförmigen Querschnitt hat, welcher von der Außenfläche 81 eines ersten, koaxial innerhalb des rohrförmigen Körpers 5 liegenden, ersten Rohrelementes 8 und der Innenfläche 91 eines zweiten Rohrelementes 9 begrenzt ist, das koaxial zwischen dem rohrförmigen Körpers 5 und dem ersten Rohrelement 8 liegt. Die beiden Rohrelemente 8 und 9 sind ebenfalls mit dem Befestigungsflansch 2 verbunden. Der durch die beiden Rohrelemente 8 und 9 definierte Zufuhrkanal 7 wird von einer zweiten Zuführleitung 26 versorgt, die durch den Befestigungsflansch 2 verläuft und mit der nicht gezeigten, äuße ren Einrichtung für die Verteilung des gasförmigen Brennstoffs verbunden ist. In der Zuführleitung 26 ist eine Reglerklappe 126 angebracht.In Fig. 2 it can be seen that a total of ten pipes 6 are provided for the gas supply, which are arranged symmetrically to one another on a generatrix of an ideal truncated cone, the larger base 62 of which lies within the zone 52 formed by the converging transition piece 51 . It can also be seen that the pipelines 6 are connected to a tubular feed channel 7 which has an annular cross section which extends from the outer surface 81 of a first first tubular element 8 lying coaxially within the tubular body 5 and the inner surface 91 of a second tubular element 9 is limited, which lies coaxially between the tubular body 5 and the first tubular element 8 . The two tubular elements 8 and 9 are also connected to the mounting flange 2 . The feed channel 7 defined by the two pipe elements 8 and 9 is supplied by a second feed line 26 which runs through the fastening flange 2 and is connected to the device (not shown) for the distribution of the gaseous fuel. A regulator flap 126 is attached in the feed line 26 .
In dem rohrförmigen Körper 5 ist weiterhin koaxial zu diesem ein Rohr 50 angebracht, das dessen Innenvolumen so aufteilt, daß eine äußere ringförmige Kammer 151 und eine innere ringförmige Kammer 152 gebildet werden, die beiden in die Zone 52 des kon vergierenden Übergangsstücks 51 münden. In der inneren Kammer 152 ist eine Trennwand 153 angebracht, in welche Öffnungen 253 eingearbeitet sind, die einen kontinuierlichen Strömungsfluß in Längsrichtung der inneren Kammer 152 zulassen.In the tubular body 5 is further coaxially attached to this a tube 50 which divides the inner volume so that an outer annular chamber 151 and an inner annular chamber 152 are formed, both of which open into the zone 52 of the converging transition piece 51 . A partition 153 is provided in the inner chamber 152 , into which openings 253 are made, which allow a continuous flow of flow in the longitudinal direction of the inner chamber 152 .
Das Rohr 50 ist mit dem Befestigungsflansch 2 über einen Trag winkel 100 verbunden, der seinerseits mit dem Befestigungs flansch 2 über eine Einstelleinrichtung 110 gekoppelt ist, die eine Axialverstellung zuläßt. Die Einstelleinrichtung 110 hat hierzu eine Schraube 105, die an dem Tragwinkel 100 angebracht ist und in ein Mutterelement 125 eingreift, das am Befestigungs flansch 2 ausgebildet ist.The tube 50 is connected to the mounting flange 2 through a support bracket 100 are connected, in turn, is coupled to the mounting flange 2 via an adjusting means 110 that permits axial adjustment. The setting device 110 has a screw 105 , which is attached to the support bracket 100 and engages in a nut element 125 , which is formed on the mounting flange 2 .
In der inneren Kammer 152 befindet sich in der Nähe des konver gierenden Übergangsstücks 51 eine Zündeinrichtung 10.An ignition device 10 is located in the inner chamber 152 in the vicinity of the converging transition piece 51 .
Im Betrieb des Brennerkopfes 1 wird durch die erste Zuführlei tung 25 Luft in den rohrförmigen Körper 5 geleitet (Luftstrom 55), der sich in einen äußeren Teilstrom 155, der durch die äu ßere Kammer 151 fließt, und einen inneren, durch die innere Kam mer 152 strömenden Teilstrom 255 aufteilt. Auf diese Weise wird der größte Teil des Luftdurchsatzes, der aus dem äußeren Teil strom 155 besteht, beim Durchströmen des Durchtrittsquerschnit tes 154 beschleunigt, wonach er in die Zone 52 des konvergieren den Übergangsstücks 51 gelangt. Der kleinere Teil des Luftdurch satzes, der aus dem inneren Teilstrom 255 besteht, gelangt über die Trennwand 153 in die Zone 63, die in Strömungsrichtung noch vor dem konvergierenden Übergangsstück 51 liegt. Ein gewisser Luftdurchsatz kann, muß jedoch nicht in das erste Rohrelement 8 fließen, wo er in Axialrichtung 85 durchläuft.During operation of the burner head 1 , air is passed through the first feed line 25 into the tubular body 5 (air flow 55 ), which flows into an outer partial flow 155 which flows through the outer chamber 151 and an inner one, through the inner chamber 152 dividing flowing stream 255 . In this way, the largest part of the air flow rate, which consists of the outer part stream 155, is accelerated as it flows through the passage cross section 154 , after which it reaches the zone 52 of the converging transition piece 51 . The smaller part of the air flow rate, which consists of the inner partial flow 255 , passes through the partition 153 into the zone 63 , which is still in the flow direction before the converging transition piece 51 . A certain air throughput can, but does not have to flow into the first tubular element 8 , where it passes in the axial direction 85 .
Gleichzeitig wird über die zweite Zuführleitung 26 Gas in den Zufuhrkanal 7 geschickt, das dort in Richtung der Pfeile 75 zu den Rohrleitungen 6 gelangt, aus denen es in die Zone 52 aus tritt, welche von dem konvergierenden Übergangsstück 51 des Roh res 50 begrenzt ist. Ein Teilstrom 175 dieser Gasströmung 75 tritt über in das zweite Rohrelement 9 eingearbeitete Löcher 275 aus und vermischt sich dann mit dem Teilluftstrom 255 in der Zone 63, in der sich die Flammenwurzel befindet, die für die Stabilität der Flamme sorgt. Ein Teil des Gases kann, muß aber nicht in Richtung des Pfeiles 118 durch ein oder mehrere Löcher 108 in das erste Rohrelement 8 strömen, wo es sich mit der mög licherweise dort vorhandenen Luftmenge 85 vermischt.At the same time, gas is sent via the second feed line 26 into the feed channel 7 , which there arrives in the direction of the arrows 75 to the pipes 6 , from which it enters the zone 52 , which is limited by the converging transition piece 51 of the tube res 50 . A partial flow 175 of this gas flow 75 exits through holes 275 machined into the second tubular element 9 and then mixes with the partial air flow 255 in the zone 63 in which the flame root is located, which ensures the stability of the flame. Part of the gas can, but does not have to flow in the direction of arrow 118 through one or more holes 108 in the first tubular element 8 , where it mixes with the amount of air 85 which may be present there.
Der größte Teil des Gasdurchsatzes strömt durch die Rohrleitun gen 6 über die Austrittsöffnungen 61 aus, die sehr nahe an der geneigten Wandfläche 53 des konvergierenden Übergangsstücks 51 liegen, so daß das Gas in Strömungsrichtung hinter die Zone 63 mit der Flammenwurzel und außerhalb des Verbrennungsluftstromes geleitet wird. Die Beschleunigung des Verbrennungsluftstromes beim Durchgang durch das konvergierende Übergangsstück 51 er zeugt einen Mitnahmeeffekt auf den gasförmigen Brennstoff, der dadurch in Richtung 70 in einen Turbulenzbereich 71 mitgerissen wird (vgl. Fig. 3). Die hohe Geschwindigkeit der Luft- Brennstoff-Mischung verhindert eine sofortige Verbrennung des Brennstoffes, so daß die Verbrennung während der Zuführung des Gemisches in die Brennkammer 4 progressiv und kontinuierlich abläuft.Most of the gas throughput flows through the Rohrleitun conditions 6 through the outlet openings 61 , which are very close to the inclined wall surface 53 of the converging transition piece 51 , so that the gas is directed in the flow direction behind the zone 63 with the flame root and outside of the combustion air flow . The acceleration of the combustion air flow as it passes through the converging transition piece 51 creates a carry-along effect on the gaseous fuel, which is thereby carried away in a direction 70 into a turbulence region 71 (cf. FIG. 3). The high speed of the air-fuel mixture prevents an immediate combustion of the fuel, so that the combustion takes place progressively and continuously while the mixture is being fed into the combustion chamber 4 .
Die Strömung des Luft-Brennstoff-Gemisches hoher Geschwindig keit, die in die Brennkammer 4 gelangt, erzeugt eine Unterdruck zone 41 außerhalb des konvergierenden Übergangsstücks 51, so daß eine bestimmte Menge von Rauchgasen in Richtung der Pfeile 42 gegen den Brennerkopf 1 zurückgeführt wird. Die zurückgeführten Rauchgase tragen zusammen mit dem progressiven Ablauf der Ver brennung des Gases aufgrund des durch die schnell strömende Luft ausgeübten Mitreißeffektes zu einer Reduzierung der Flammentem peratur und damit zu einer Verringerung der Erzeugung von Stickoxiden bei.The flow of the air-fuel mixture high speed, which enters the combustion chamber 4 , creates a negative pressure zone 41 outside the converging transition piece 51 , so that a certain amount of flue gases is returned in the direction of arrows 42 against the burner head 1 . The returned flue gases, together with the progressive process of burning the gas, contribute to a reduction in the flame temperature and thus to a reduction in the production of nitrogen oxides due to the entrainment effect exerted by the rapidly flowing air.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Rohrleitungen 6, welche das Gas in die Nähe der geneigten Wandfläche 53 des konvergierenden Übergangsstücks 51 führen, und die Rückströmung der Abgase in der Brennkammer 4 wesentlich sind für die Verringerung der Flammentemperatur und damit für eine Erzeugung einer wesentlich geringeren Stickoxidmenge. Es sind nämlich Brennerköpfe bekannt, bei denen der Brennstoff über Rohr leitungen zu anderen Verteilersystemen in den Bereich der Flam menwurzel, manchmal teilweise auch in die Flamme, geleitet wird, die sich somit weiter in die Turbulenzzone der Brennkammer aus breitet, was zur Folge hat, daß bei diesen Brennern keinerlei Reduzierung der Stickoxide in den Rauchgasen möglich ist.At this point it should be noted that the pipes 6 , which lead the gas in the vicinity of the inclined wall surface 53 of the converging transition piece 51 , and the backflow of the exhaust gases in the combustion chamber 4 are essential for reducing the flame temperature and thus for generating a significantly lower amount of nitrogen oxide. There are namely burner heads are known in which the fuel is led via pipes to other distribution systems in the area of the flame root, sometimes partly into the flame, which thus spreads further into the turbulence zone of the combustion chamber, with the result that that no reduction of nitrogen oxides in the flue gases is possible with these burners.
Aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ergibt sich, daß der Brenner gemäß der Erfindung alle gesteckten Ziele und Vor teile verwirklicht, insbesondere eine Reduzierung der Stickoxide auf Werte, die wesentlich niedriger als bei bekannten Brenner köpfen sind. Bei der Ausführung des Brennerkopfes gemäß der Erfindung können selbstverständlich mehr oder weniger Rohrlei tungen 6 für die Zufuhr des gasförmigen Brennstoffes vorgesehen sein. Diese können auch in einer anderen Anordnung angebracht sein. Gegenüber dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann das konvergierende Übergangsstück 51 am Ende des rohrförmigen Körpers 5 und auch dieser selbst eine andere Form annehmen.From the description of the exemplary embodiment it follows that the burner according to the invention realizes all the objectives and advantages set, in particular a reduction of the nitrogen oxides to values which are significantly lower than in known burners. In the execution of the burner head according to the invention, more or less lines 6 can of course be provided for the supply of the gaseous fuel. These can also be arranged in a different arrangement. Compared to the illustrated embodiment, the converging transition piece 51 at the end of the tubular body 5 and this itself can take on a different shape.
Claims (9)
- - einen rohrförmigen Körper (5) für die Zuführung eines Sauer stoffträgers in eine Brennkammer (4),
- - eine oder mehrere Rohrleitungen (6) für die Zuführung eines Brennstoffes in die Brennkammer (4), wobei die Rohrleitungen (6) in dem rohrförmigen Körper (5) verlaufen und über einen Zufuhr kanal (7) mit dem Brennstoff versorgt werden,
- - ein konvergierendes Übergangsstück (51) am Ende des rohrförmi gen Körpers (5), das in die Brennkammer (4) hineinragt, wobei die Konvergenz in den Innenraum der Brennkammer (4) weist,
- - wenigstens eine Zündeinrichtung (10), die in dem rohrförmigen f-Körper (5) in der Nähe des konvergierenden Übergangsstücks (51) liegt,
- - A tubular body ( 5 ) for supplying an oxygen carrier in a combustion chamber ( 4 ),
- - One or more pipes ( 6 ) for supplying a fuel into the combustion chamber ( 4 ), the pipes ( 6 ) running in the tubular body ( 5 ) and being supplied with the fuel via a supply channel ( 7 ),
- - A converging transition piece ( 51 ) at the end of the tubular body ( 5 ) which projects into the combustion chamber ( 4 ), the convergence pointing into the interior of the combustion chamber ( 4 ),
- - at least one ignition device ( 10 ) which is located in the tubular f-body ( 5 ) in the vicinity of the converging transition piece ( 51 ),
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