DE19542521A1

DE19542521A1 - Verfahren und Brenner zum Verbrennen eines Luft/Brennstoff-Gemisches

Info

Publication number: DE19542521A1
Application number: DE19542521A
Authority: DE
Inventors: Achim Dr Ing Hilgenstock
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1997-05-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen ei nes Luft/Brennstoff-Gemisches und ferner einen Brenner mit einem Flammenhalter sowie mit einer Einrichtung zum Zuführen von Luft und Brennstoff zum Flammenhalter.

Als Brennstoff kommt insbesondere gasförmiger Brennstoff in Frage. Jedoch ist auch ein Betrieb mit flüssigem oder pulverförmigem Brennstoff möglich.

In der modernen Verbrennungstechnik besteht die gene relle Forderung nach Schadstoffminimierung.

Auch der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schadstoffe zu minimieren, und zwar unter Anwendung extrem einfacher Mittel.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Er findung dadurch gekennzeichnet, daß in der Flamme ein Muster von gegenläufigen Tütenwirbeln erzeugt wird, und zwar vor zugsweise an der Zündstelle des Luft/Brennstoff-Gemisches.

Durch die Tütenwirbel ergibt sich eine interne Abgasre zirkulation, die zu einer wesentlichen Minderung der Schad stoffe führt.

Vorzugsweise werden die Länge und Breite der Tütenwirbel verstellt, da sich mit dieser Maßnahme der Regelbereich des Brenners ändern läßt. Bei relativ geringer Länge kann es zu einem "Aufplatzen" der Wirbel kommen, wodurch jedoch deren Wirksamkeit nicht beeinträchtigt wird.

Die Mittel zur Erzeugung der Tütenwirbel sind extrem einfach, und zwar ist der Brenner nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenhalter mindestens einen Delta-Flügel aufweist, dessen Spitze stromaufwärts gerichtet ist. Der Delta-Flügel erzeugt ein Paar von gegenläufigen Tütenwirbeln, die eine interne Abgasrezirkulation und damit eine wesentliche Schadstoffminderung bewirken. Je nach Anzahl der eingesetzten Delta-Flügel lassen sich beliebige Muster von Tütenwirbeln ausbilden.

Vorzugsweise ist der Anstellwinkel des Delta-Flügels verstellbar, um den Regelbereich des Brenners zu ändern. Ein flacher Anstellwinkel erzeugt lange Wirbel, ein steiler Anstellwinkel kurze, ggf. "geplatzte" Wirbel.

Bei dem Brenner kann es sich um einen Vormischbrenner oder um einen Mündungsmischer handeln. In beiden Fällen besteht die Möglichkeit, daß der Delta-Flügel am Flammenhal ter angeordnet ist oder letzteren bildet. Der Brenner kann ohne Flammenschutz arbeiten. Vorteilhafter hingegen ist es, daß der Delta-Flügel in einem Brennerrohr angeordnet und vorzugsweise symmetrisch zu dessen Achse ausgerichtet ist. Die gegenläufigen Tütenwirbel verteilen sich über den Quer schnitt des Brennerrohres und bewirken dabei eine gleich mäßige interne Abgasrezirkulation. Hinzu kommt, daß sich durch Rotation der Teilflammen ein sehr guter Wärmeübergang zum Brennerrohr ergibt.

Bei Verwendung einer Brennstofflanze ist der Delta-Flü gel vorzugsweise symmetrisch zu deren Achse ausgerichtet, wobei es äußerst günstig ist, wenn die Achse der Brennstoff lanze mit der Achse des Brennerrohres zusammenfällt.

Eine besonders einfache Bauart besteht darin, daß der Delta-Flügel von einer Platte gebildet wird, die schräg zur Achse des Brennerrohres und geneigt zu dessen Wandung ausge richtet ist.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Platte in ihrem der Wandung des Brennerrohres benachbarten Bereich einen Durchlaß zur Erzeugung einer Stufenverbrennung bildet. Dies trägt weiter zur Schadstoffminimierung bei.

Bei Verwendung mehrerer Delta-Flügel sind diese vorzugs weise symmetrisch zueinander angeordnet, um ein möglichst gleichmäßiges Muster von gegenläufigen Tütenwirbeln zu erzeugen.

Beste Ergebnisse lassen sich mit einem Brennerrohr kreisförmigem Querschnitts erzielen. Aus fertigungstechni schen Gründen kann es allerdings ebenfalls vorteilhaft sein, daß das Brennerrohr einen quadratischen Querschnitt hat und daß zwei Delta-Flügel in Form von viereckigen Platten vorge sehen sind, die aneinander gegenüberliegend je an zwei benachbarten Wänden des Brennerrohres befestigt sind. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise an den Rändern der Platten, wobei hier auch Schlitze vorgesehen werden können, sofern ein Gasdurchtritt zur Erzielung einer Stufenverbrennung erwünscht ist. Bei zwei Delta-Flügeln entstehen vier Tüten wirbel, die sich in den Eckbereichen des quadratischen Brennerrohres ausbilden und somit dessen gesamten Quer schnitt optimal erfassen.

Die Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Delta-Flügel;

Fig. 2 die Entstehung von Tütenwirbeln an dem Delta- Flügel;

Fig. 3 in stark schematisierter Darstellung ein be vorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Brenners

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform

Fig. 1 zeigt eine Kanalwand A, auf der ein Delta-Flügel B angeordnet ist. Aus Gründen der Anschaulichkeit ist die Darstellung so gewählt, als sei der Delta-Flügel B aus der Kanalwand A ausgeschnitten und nach oben geklappt.

Fig. 2 zeigt die Entstehung der beiden gegenläufigen Tü tenwirbel C und D am Delta-Flügel B.

Die stark schematisierte Darstellung des erfindungsge mäßen Brenners nach Fig. 3 zeigt einen axialen Abschnitt eines Brennerrohres 1, dessen stirnseitige Schnittebenen 2 und 3 als Wände dargestellt sind und dessen vordere Seiten wand fortgelassen ist. Erkennbar sind also eine untere Wand 4, eine obere Wand 5 und eine rückwärtige Seitenwand 6. Die Achse des Brennerrohres 1 ist mit 7 bezeichnet. Sie stellt gleichzeitig die Achse einer nicht gezeigten Brennstofflanze dar. Das Brennerrohr 1 hat einen quadratischen Querschnitt.

Innerhalb des Brennerrohres 1 ist ein Flammenhalter 8 vorgesehen. Der Flammenhalter 8 wird von links angeströmt. Der stromauf gelegene Bereich des Brennerrohres 1 bildet also eine Luftführung, in der die nicht dargestellte Brenn stofflanze mündet. Der Flammenhalter 8 wird von einem Luft/Brennstoff-Gemisch, im vorliegenden Fall von einen Luft/Brenngas-Gemisch angeströmt.

Der Flammenhalter 8 besteht aus zwei viereckigen Platten 9 und 10, die zwei Delta-Flügel bilden. Die Delta-Flügel sind symmetrisch zueinander angeordnet, wobei ihre Spitzen gegen die Strömungsrichtung des Luft/Brenngas-Gemisches gerichtet sind. Auch sind sie symmetrisch zur Achse 7 ange ordnet, wobei ihre gegen die Strömungsrichtung weisenden Spitzen auf der Achse 7 liegen und sich im Punkt I berühren.

Die Platte 9 ist zwischen den Punkten II und III an der unteren Wand 4 und zwischen den Punkten III und IV an der rückwärtigen Seitenwand 6 befestigt. Ihre Befestigungskanten stehen im Winkel zur Axialrichtung des Brennerrohres 1, wobei sie gegen die Wände 4 und 6 geneigt ist.

Die Platte 10 ist zwischen den Punkten V und VI an der oberen Wand 5 und zwischen den Punkten VI und VII an der fortgelassenen vorderen Wand befestigt. Auch hier stehen die Befestigungskanten im Winkel zur Axialrichtung des Brenner rohres, wobei die Platte 10 gegen die Wand 5 und die fortge lassene Vorderwand geneigt ist.

Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß einerseits die Punkte II, IV, V und VII und andererseits die Punkte III und VI jeweils auf einer gemeinsamen achssenkrechten Ebene liegen, wobei die letztgenannte Ebene stromab der erstge nannten Ebene angeordnet ist.

Wie auf der Schnittebene 3 angedeutet, erzeugt die un tere Platte 9 in der Flamme zwei gegenläufige Tütenwirbel E und F, während auf die obere Platte 10 zwei gegenläufige Tütenwirbel G und H zurückgehen.

Die Tütenwirbel rufen eine interne Abgasrezirkulation hervor, aus der eine Minimierung der Schadstoffe resultiert. Gleichzeitig wird durch die Rotation der Teil-Flammen ein optimaler Wärmeübergang am Brennerrohr 1 erzielt. Diese vorteilhaften Effekte setzen sich im weiteren Verlauf der Flamme fort, wobei es zu einer starken Vermischung der Flammen-Teilströme und zum Aufbau einheitlicher Rotations strömungen kommt. Nicht dargestellte Schlitze in den Platten nahe den Wänden des Brennerrohres können für eine Stufenver brennung sorgen.

Die abgewandelte Ausführungsform nach Fig. 4 bedarf kei ner ergänzenden Erläuterung.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög lichkeiten gegeben. So können die Delta-Flügel, anders als im ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, von rechteckigen Platten gebildet werden, die ggfs. nur an einer einzigen Wand des Brennerrohres befestigt sind, wobei letzteres auch einen rechteckigen oder polygonen Querschnitt haben kann. Ferner können die Delta-Flügel von beispielsweise dreiecki gen Platten gebildet werden, die mit Hilfe von Ständern am Brennerrohr befestigt sind. Eine derartige Anordnung eignet sich auch für Brennerrohre mit kreisförmigem Querschnitt, siehe Fig. 4. Ferner kann mit mehr als zwei Delta-Flügeln gearbeitet werden. Die Güte der Schadstoffminimierung und des Wärmeübergangs wird mit den Parametern Flügelzahl, Flügelgeometrie und Flügelanstellung optimiert. Durch diese Parameter lassen sich auch die Flammenlänge und -breite beeinflussen, und es läßt sich der Regelbereich des Brenners einstellen.

Im übrigen besteht auch die Möglichkeit, die Flügel asymmetrisch zueinander sowie asymmetrisch sowohl zur Achse des Brennerrohres als auch zur Achse der Brennstofflanze auszubilden und auszurichten.

Im Fall der Ausführungsbeispiele wird der Flammenhalter direkt von den Delta-Flügeln gebildet, was im Hinblick auf die Anströmung und den bautechnischen Aufwand besonders vorteilhaft ist. Die Delta-Flügel können jedoch auch an einem gebräuchlichen Flammenhalter angeordnet werden.

Der Brenner eignet sich für den Betrieb als Mantel strahlheizrohr ebenso wie für den offenen Betrieb ohne Flammenschutzrohr.

Claims

1. Verfahren zum Verbrennen eines Luft/Brennstoff-Gemi sches, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flamme ein Muster von gegenläufigen Tütenwir beln erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tütenwirbel an der Zündstelle des Luft/Brennstoff- Gemisches erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Länge und Breite der Tütenwirbel verstellt werden.

4. Brenner mit einem Flammenhalter (8) sowie mit einer Einrichtung zum Zuführen von Luft und Brennstoff zum Flam menhalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammenhalter (8) mindestens einen Delta-Flügel aufweist, dessen Spitze stromaufwärts gerichtet ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel des Delta-Flügels verstellbar ist.

6. Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß der Delta-Flügel in einem Brennerrohr (1) angeord net und vorzugsweise symmetrisch zu dessen Achse (7) ausge richtet ist.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Verwendung einer Brennstofflanze der Delta-Flügel symmetrisch zu deren Achse (7) ausgerichtet ist.

8. Brenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß der Delta-Flügel von einer Platte (9, 10) gebildet wird, die schräg zur Achse (7) des Brennerrohres (1) und geneigt zu dessen Wandungen (4 bis 6) ausgerichtet ist.

9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (9, 10) in ihrem der Wandung des Brennerrohres (1) benachbarten Bereich einen Durchlaß zur Erzeugung einer Stufenverbrennung bildet.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Delta-Flügel diese symmetrisch zueinander angeordnet sind.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr einen kreisförmigen Querschnitt hat.

12. Brenner nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (1) einen quadratischen Querschnitt hat und daß zwei Delta-Flügel in Form von vier eckigen Platten (9, 10) vorgesehen sind, die einander gegen überliegend je an zwei benachbarten Wänden (4, 6; 5) des Brennerrohres (1) befestigt sind.