DE19601581A1 - Verfahren zum Betreiben eines Gebläsebrenners zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Gebläsebrenner zur Verfeuerung von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen werden in Wärmeerzeugern für Heizzwecke eingesetzt. Diese Gebläsebrenner weisen Elemente zur Zufuhr und Verteilung von Brennstoff, einen stromab des Gebläses angeordneten Verbrennungsluftraum und zwischen dem Verbrennungsluftraum und der Verbrennungszone angeordnete Einspeiselemente für Verbrennungsluft auf.

Moderne Gebläsebrenner müssen in zunehmendem Maße den gestiegenen Anforderungen für einen schadstoffarmen Betrieb genügen, wobei hier die Anforderung für möglichst geringe NOx-Emissionen von besonderer Bedeutung ist. In der Praxis hat sich die Rückführung von Verbrennungsprodukten als wirksames Mittel zur NOx-Minderung erwiesen. Zur Rückführung von Verbrennungsprodukten wird bei einer Vielzahl von Brennern das Injektorprinzip verwendet, d. h. daß sich durch die Geschwindigkeit der in die Verbrennungszone eingespeisten Verbrennungsluft Unterdruckzonen bilden, die eine Rückführung von Verbrennungsprodukten in Richtung Flammenwurzel bewirken.

Durch geeignete Wahl der Geometrie des Einspeiselementes kann die Injektorwirkung so bemessen werden, daß die Verbrennung im stationären Dauerbetrieb hohe Rückführungsraten für Verbrennungsprodukte und daraus resultierend geringe NOx-Emission aufweist. Ein typisches Beispiel für einen Gebläsebrenner, der nach dem Injektorprinzip arbeitet und deutlich verbesserte NOx-Werte aufweist, ist der ölbefeuerte Blaubrenner.

Die Menge der rückgeführten Verbrennungsprodukte, die zu einer merklichen NOx-Minderung bei der Verbrennung führt, wirkt sich jedoch in der Startphase des Brenners häufig negativ aus. Insbesondere kann es beim sogenannten Kaltstart aufgrund der hohen Rückführungsraten von Verbrennungs­ produkten zu Störungen bei der Flammenbildung, zu Pulsationen im Verbrennungsprozeß oder zum Abreißen der Flamme kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Gebläsebrenner so zu verbessern, daß sowohl geringe NOx-Emissionen im Dauerbetrieb als auch ein problemloses Startverhalten erreicht werden.

Dies wird durch ein Verfahren zum Betreiben des Gebläsebrenners erreicht, bei dem nach dem Einschalten des Brenners eine Absenkphase für den Druck im Verbrennungsraum vorgesehen wird. Dadurch sinkt während dieser Absenkphase die Geschwindigkeit der eingespeisten Verbrennungsluft und damit auch die Injektorwirkung auf die rückgeführten Verbrennungsprodukte. Als Folge davon nimmt die Menge der in Richtung Flammenwurzel rückgeführten Verbrennungsprodukte während der Absenkphase ab, was zu einem verbesserten Startverhalten führt. Beginn und Ende der Absenkphase werden während der Startphase des Brenners so vorgesehen, daß der Brenner nach der Absenkphase stabil weiterbrennt. Nach der Absenkphase herrscht im Verbrennungsluftraum wieder der für den Dauerbetrieb vorgesehene Druck, so daß die Injektorwirkung wieder in vollem Maße wirksam wird. Damit stellen sich die gewünschten hohen Rückführungsraten für Verbrennungsprodukte und die damit verbundenen niedrigen NOx-Werte für den Dauerbetrieb ein. Die Werte für die NOx-Emissionen während der Absenkphase sind trotz der geringeren Rückführungsraten von Verbrennungsprodukten ebenfalls gering, da die thermische NOx-Bildung aufgrund der geringeren Temperaturen während der Startphase weniger ausgeprägt ist.

Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens wird dadurch erreicht, daß während der Absenkphase Luft aus dem Verbrennungsluftraum in die Umgebung abgeführt wird. Dies kann z. B. durch einen Kanal für Fortluft, der vom Verbrennungsluftraum ins Freie führt und nur während der Absenkphase geöffnet ist, erreicht werden.

Weitere Vorteile ergeben sich durch ein Verfahren, bei dem der Durchströmquerschnitt der Einspeiselemente während der Absenkphase vergrößert wird.

Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die zentrale Öffnung des Einspeiselementes für Verbrennungsluft während der Absenkphase vergrößert wird. Eine andere Möglichkeit zur Vergrößerung der Durchströmquerschnittsfläche kann durch einen zusätzlichen Kanal für Startluft, der Verbrennungsluft in die Verbrennungszone einspeist und nur während der Absenkphase geöffnet ist, erreicht werden.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn während der Absenkphase gleichzeitig Luft aus dem Verbrennungsluftraum in die Umgebung abgeführt und der Durchströmquerschnitt der Einspeiselemente vergrößert wird, z. B. durch gleichzeitiges Öffnen der oben beschriebenen Kanäle für Fortluft und Startluft. Bei geeigneter Wahl der Geometrie der Kanäle kann erreicht werden, daß der CO2-Gehalt während der Absenkphase und während des Dauerbetriebs des Brenners nahezu gleich bleibt. Hierdurch wird insbesondere der Übergang von der Absenkphase in den Dauerbetrieb günstig beeinflußt, weil das Verhältnis von Brennstoffmenge und Luftmenge beim Übergang unverändert bleibt. Auch ergibt sich hierdurch während der Absenkphase ein geringerer Schadstoffausstoß.

Zur Absenkung des Drucks im Verbrennungsluftraum werden weitere vorteilhafte Verfahren vorgeschlagen, z. B. kann während der Absenkphase eine gegenüber dem Dauerbetrieb verringerte Gebläsedrehzahl vorgesehen werden, oder der Druck durch Verstellen von Klappen oder der Ansaugluftführung gesenkt werden.

Um ein besonders vorteilhaftes Startverhaltens des Brenners zu erzielen wird vorgeschlagen, daß die Absenkphase mindestens während der gesamten Zündzeit vorgesehen ist. Von Vorteil insbesondere beim Kaltstart des Brenners ist es jedoch, wenn die Absenkphase sich über die Zündzeit hinaus erstreckt, also z. B. erst 10-20 Sekunden nach Ende der Zündzeit endet.

Ein weiteres, besonders aus Kostengründen günstiges Verfahren wird dadurch erreicht, daß die Absenkphase durch den Feuerungsautomaten gesteuert wird. Da der Feuerungsautomat als Bauteil des Brenners bereits vorhanden ist, können die im Feuerungsautomaten vorhandenen Funktionen auch zur zeitlichen Steuerung der Absenkphase verwendet werden.

So kann z. B. bei einem Ölgebläsebrenner die Absenkphase mit dem Signal für den Anfahrdruck des Brenners gekoppelt werden. Das würde bedeuten, daß die Absenkphase mit der Vorbelüftungszeit des Gebläses beginnt und beim Schalten des Feuerungsautomaten auf Betriebsdruck endet.

Für einen Gebläsebrenner zur Durchführung eines oder mehrerer der o.a. Verfahren wird vorgeschlagen, daß ein Verbrennungsluft führender Kanal ein Absperrorgan aufweist. Der Kanal kann sowohl zur Förderung von Fortluft in die Umgebung als auch für Startluft in die Verbrennungszone vorgesehen sein. Die den Kanälen zugeordneten Absperrorgane werden vorzugsweise als Ventilteller oder Kolben zum Abschließen der Ein- bzw. Ausströmöffnungen der Kanäle ausgebildet sein. Vorteilhaft ist es auch, eine Einstellbarkeit der Kanäle z. B. mittels einer Drosselvorrichtung vorzusehen, um den Brenner in einfacher Weise für verschiedenen Leistungsbereiche abstimmen zu können.

Für den Fall, daß am Brenner sowohl ein Fortluftkanal als auch ein Startluftkanal vorgesehen ist, wird vorgeschlagen, daß beide Absperrorgane eine gemeinsame Stellvorrichtung aufweisen. Dadurch ergibt sich eine vereinfachte Bauweise und eine höhere Betriebssicherheit.

Ein weiterer Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Stellvorrichtung für die Absperrorgane einen Stellantrieb mit eine Schließzeit von mehr als 3 Sekunden, z. B. 3-10 Sekunden aufweist. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit in den Durchströmquerschnitten der Einspeiselemente beim Schließen der Kanäle stetig verändert, so daß Druckschwankungen beim Übergang von der Absenkphase in den Dauerbetrieb weitgehend vermieden werden. Der gesamte Übergang von der Startphase zum Dauerbetrieb des Brenners wird insgesamt weicher erfolgen.

Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Brenners wird vorgeschlagen, daß der Kanal für Startluft an seinem aus mündungsseitigen Ende eine Umlenkvorrichtung für Verbrennungsluft aufweist. Die Umlenkvorrichtung kann z. B. als 90°-Bogen ausgeführt sein, so daß die Verbrennungsluft mit radialer Komponente in die Verbrennungszone eingespeist wird, was zu einer verbesserten Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft während der Absenkphase beiträgt. Es kann aber auch eine Umlenkvorrichtung vorgesehen werden, bei der die Verbrennungsluft durch eine ringförmig um die zentrale Einspeisöffnung angeordnete Düsenreihe eingespeist wird.

Im folgenden wir eine mögliche Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Gebläsebrenner erläutert, woraus sich weitere erfinderische Merkmale ergeben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Gebläsebrenner

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform für einen ölbefeuerter Blaubrenner im Längschnitt.

Der Brenner weist einen Düsenstock (1) mit Düse (2) auf der konzentrisch zum Brennerrohr (3) angeordnet ist. Am Düsenstock (1) ist mit einem Halter (4) das Einspeiselement (5) für Verbrennungsluft angeordnet, welches eine zentrale Durchtrittsöffnung (6) für Verbrennungsluft aufweist.

Am Einspeiselement (5) ist ein Hohlzylinder (7) mit Schlitzen (8) und an diesem ein Konus (9) zur Stabilisierung der Flamme befestigt. Das Brennerrohr (3) weist zwei Reihen von Löchern (10) auf durch die Verbrennungsprodukte von außerhalb des Brennerrohrs (3) in den Verbrennungsraum (11) rückgeführt werden können.

Der Verbrennungsluftraum (14) wird von einem Gebläse (12) mit Verbrennungsluft versorgt. Im Verbrennungsluftraum (14) ist ein Startluftkanal (15) angeordnet, der an seinem ausströmseitigen Ende das Einspeiselement (5) durchgreift und mit einer Umlenkvorrichtung (16) in Form eines 90°-Bogens versehen ist.

Die Einströmöffnung des Kanals (15) kann mit einem Absperrorgan (17) verschlossen werden. Die Stellvorrichtung für das Absperrorgan (17) besteht aus der Magnetspule (18), einem beweglichen Stößel (19), einer Stange (20) sowie einer Rückstellfeder (21).

Die Stellvorrichtung ist mit einer Konsole (22) auf dem Gehäuse (13) befestigt.

Im Bereich der Konsole (22) ist der Kanal (23) für Fortluft in Form eines kreisförmigen Durchbruchs im Gehäuse (13) angeordnet. Die Ausströmöffnung des Kanals (23) kann mit dem Absperrorgan (24) verschlossen werden.

Für das Absperrorgan (24) wird die gleiche Stellvorrichtung verwendet wie für das Absperrorgan (17). Durch die zwischen den beiden Ventiltellern angeordnete Feder (25) wird sichergestellt, daß bei geschlossenem Absperrorgan (24) auch das Absperrorgan (17) in geschlossenem Zustand ist.

Liegt keine Spannung an der Magnetspule (18) an, so sind sowohl der Kanal (15) für Startluft (Pfeil 26), als auch der Kanal (23) für Fortluft (Pfeil 27) geöffnet. Dies ist der Zustand des Brenners bei Stillstand und in der Absenkphase. Am Ende der Absenkphase wird Spannung an die Magnetspule angelegt, wodurch die beiden Kanäle (15, 23) geschlossen werden. Der Druck im Verbrennungsluftraum (11) und die Strömungsgeschwindigkeit in der zentralen Durchtrittsöffnung (6) des Einspeiselementes (5) steigen.

Als Folge davon werden hohe Rückführungsraten für Verbrennungsprodukte und geringe NOx-Emissionen im Dauerbetrieb des Gebläsebrenners erreicht.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines Gebläsebrenners mit Elementen zur Zufuhr und Verteilung von Brennstoff, einem stromab des Gebläses angeordneten Verbrennungsluftraum und zwischen dem Verbrennungsluftraum und der Verbrennungszone angeordneten Einspeiselementen für Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschalten des Brenners eine Absenkphase für den Druck im Verbrennungsluftraum vorgesehen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Absenkphase Luft aus dem Verbrennungsluftraum in die Umgebung abgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmquerschnitt der Einspeiselemente während der Absenkphase vergrößert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Absenkphase eine gegenüber dem Dauerbetrieb verringerte Gebläsedrehzahl vorgesehen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkphase zumindest während der gesamten Zündzeit vorgesehen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkphase durch den Feuerungsautomaten gesteuert wird.

7. Geläsebrenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbrennungsluft führender Kanal (15, 23) ein Absperrorgan (17, 24) aufweist.

8. Gebläsebrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrorgane (17, 24) eine gemeinsame Stellvorrichtung aufweisen.

9. Gebläsebrenner nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung für die Absperrorgane (17, 24) einen Stellantrieb mit einer Schließzeit von mehr als 3 Sekunden aufweist.

10. Gebläsebrenner nach Anspruch 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (15) an seinem ausmündungseitigen Ende eine Umlenkvorrichtung (16) für Verbrennungsluft aufweist.