DE19625217A1 - Liquid fuel burner with central fuel lance - Google Patents

Liquid fuel burner with central fuel lance

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DE19625217A1 DE19625217A DE19625217A DE19625217A1 DE 19625217 A1 DE19625217 A1 DE 19625217A1 DE 19625217 A DE19625217 A DE 19625217A DE 19625217 A DE19625217 A DE 19625217A DE 19625217 A1 DE19625217 A1 DE 19625217A1
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Abstract

The central fuel lance (1) has an air feed (2) with an optional swirler (3). The burner has ignition electrodes (4) and a facility for the supply of flue gases (5). The flame is stabilised by a flame tube (6). A porous body (7) forms a surface burner, which the air can be preheated by an optional heat exchanger (8). Preferably the flue gas feed is carried out by an annular gap in the flame tube. The flue gas feed aperture width can be freely adjusted by a slider, or plate and the adjustment may be carried out during operation to provide optimal combustion.

Description

Gegenstand des Patents ist ein Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einer zentralen Brennstofflanze, einer Luftzuführung, die mit einer Dralleinrichtung versehen sein kann, mit Zündelektroden, mit einer Vorrichtung zur Zuführung von Rauchgasen, mit einem Flammenrohr und mit einem porösen Körper als Oberflächenbrenner.The subject of the patent is a burner for liquid fuels, with a central one Fuel lance, an air supply, which can be provided with a swirl device with Ignition electrodes, with a device for supplying smoke gases, with a Flame tube and with a porous body as a surface burner.

Der Brenner arbeitet in zwei Betriebszuständen. Der Zustand 1, der Startmodus, entspricht der bekannten Form einer drallunterstützten Flammenrohrstabilisierung. Da dieser Betriebszustand nur zur Aufheizung des Systems auf die Mindest-Betriebstemperatur des Zustands 2 dient, und zeitlich kurz ausgelegt wird (ca. eine Minute), soll dieser in Bezug auf ein betriebssicheres Startverhalten und weniger auf stickoxidmindernde Bedingungen ausgelegt werden. Die erst mit Anstieg der Brennertemperatur anwachsenden Stickoxidemissionen werden dann im Dauerbetrieb im Modus 2 reduziert.The burner works in two operating states. State 1, the start mode, corresponds to known form of a spin-assisted flame tube stabilization. Because of this Operating state only for heating the system to the minimum operating temperature of the State 2 serves, and is designed to be short in time (approx. One minute), this should be in relation to reliable starting behavior and less on nitrogen oxide reducing conditions be interpreted. The only growing with increasing burner temperature Nitrogen oxide emissions are then reduced in continuous operation in mode 2.

Die Innovation besteht in der Kombination eines Startbrenners (drallunterstützte Flammenrohrstabilisierung) mit einem Oberflächenbrenner, und der Möglichkeit, den Startbrenner zur Aufbereitung eines Brennstoff-Luftgemischs für den Oberflächenbrenner zu nutzen.The innovation consists in the combination of a start burner (spin-assisted Flame tube stabilization) with a surface burner, and the possibility of Start burner for the preparation of a fuel-air mixture for the surface burner use.

Betriebszustand 1Operating state 1 StartmodusStart mode

Der Start des Brenners erfolgt durch den Startbrenner in konventioneller Form (z. B. durch Gemischbildung mittels einer Ölzerstäuberdüse und Zündung des Gemischs durch einen Hochspannungszündfunken).The burner is started by the start burner in a conventional form (e.g. by Mixture formation using an oil atomizer nozzle and ignition of the mixture by a High voltage spark).

Im Startmodus erfolgt eine Aufheizung der Matrix des Oberflächenbrenners sowie der Luft- und Rauchgasführungswege durch Wärmestrahlung des Startbrenners sowie durch die heißen Rauchgase selbst. Der Startmodus dauert mindestens bis zum Erreichen einer erforderlichen unteren Betriebstemperatur des Oberflächenbrenners sowie der Luftführungswege. Sobald diese Betriebstemperatur erreicht wird, kann eine Umschaltung in den Dauerbetriebsmodus erfolgen.In the start mode, the matrix of the surface burner and the air and flue gas ducts through heat radiation from the start burner and through the hot ones Smoke gases themselves. The start mode lasts at least until a required one is reached lower operating temperature of the surface burner and the air ducts. As soon as this operating temperature is reached, a switchover to the continuous operating mode respectively.

Betriebszustand 2Operating state 2 schadstoffarme Oberflächenverbrennunglow-pollution surface combustion

Durch Reduzierung der Luftzuführung und einer möglichen Rauchgaszuführung wird der vollständige Ausbrand des Brennstoff-Luft-Gemischs im Startbrenner zum Teil oder ganz unterbunden. So entsteht im Flammenrohr (6) des Startbrenners, das jetzt als Mischungs- und Verdunstungskammer dient, ein homogenes, evtl. Rauchgase enthaltendes Brennstoff- Luftgemisch. Die Zündung des Gemisches in der Mischkammer kann durch ausreichende Verringerung des Sauerstoffpartialdrucks verhindert werden.By reducing the air supply and a possible flue gas supply, the complete burnout of the fuel-air mixture in the starting burner is partially or completely prevented. This creates a homogeneous fuel / air mixture in the flame tube ( 6 ) of the starting burner, which now serves as a mixing and evaporation chamber. The ignition of the mixture in the mixing chamber can be prevented by reducing the oxygen partial pressure sufficiently.

Durch den Impuls der Luft im Startbrenner (kurz: Primärluft) können Rauchgase in das Flammenrohr gesaugt werden. Dadurch erfolgt die Reduzierung des Sauerstoffpartialdrucks. Wenn diese Rauchgase der Verbrennung auf hohem Temperaturniveau entnommen werden, gelingt darüber hinaus die Zufuhr von Wärme, die zur Verdunstung des Brennstoffs erforderlich ist. Die Primärluft kann auch durch Wärmetauscher (8) vor Eintritt in die Brennkammer vorgeheizt werden. Durch das Einbringen des Öls in das heiße Rauchgas- Primärluft-Gemisch erfolgt eine schnelle Verdunstung des Öls sowie eine homogene Vermischung.The impulse of the air in the start burner (in short: primary air) can draw smoke gases into the flame tube. This reduces the oxygen partial pressure. If these flue gases are removed from the combustion at a high temperature level, the heat required to evaporate the fuel can also be supplied. The primary air can also be preheated by heat exchangers ( 8 ) before entering the combustion chamber. By introducing the oil into the hot flue gas / primary air mixture, the oil evaporates quickly and mixes homogeneously.

Eine partielle chemische Umsetzung des Öls kann durch die Wahl der Prozeßparameter (Temperatur, Luftmenge, Rauchgasmenge) erreicht werden. Der Raum im Flammenrohr des Startbrennners fungiert dann als Vormisch- sowie Vorreaktionsraum.A partial chemical conversion of the oil can be done through the choice of process parameters (Temperature, air volume, flue gas volume) can be reached. The space in the flame tube of the Startbrennner then acts as a pre-mixing and pre-reaction room.

Die Zumischung weiterer Luft (kurz: Sekundärluft) erfolgt stromabwärts des Flammenrohrs. Die Sekundärluft kann ebenfalls durch Wärmetauscher (8) vor der Zumischung vorgeheizt werden. Der Impuls der Sekundärluft kann zur Überwindung des Druckverlustes der Matrix des Oberflächenbrenners genutzt werden.Additional air (short: secondary air) is added downstream of the flame tube. The secondary air can also be preheated by heat exchangers ( 8 ) before the admixture. The pulse of the secondary air can be used to overcome the pressure drop in the matrix of the surface burner.

Die Umleitung des verdunsteten Ölstroms in den Oberflächenbrenner kann mechanisch durch Versperrung der Rauchgaswege (des Brenners im Startmodus) erreicht werden. Die Auslösung der Versperrung kann durch temperaturgesteuert (z. B. durch ein Bimetall) erfolgen.The redirection of the evaporated oil flow into the surface burner can be done mechanically Blockage of the flue gas paths (the burner in start mode) can be reached. The The blocking can be triggered by temperature-controlled (e.g. by a bimetal) respectively.

Die Umleitung des verdunsteten Ölstroms in den Oberflächenbrenner kann ebenfalls durch ein diesem Strom entgegengesetzten Sekundärluftstrom erfolgen. Damit kann auf das sonst erforderliche mechanisch bewegte Bauteil, der Versperrklappe, verzichtet werden.The redirection of the evaporated oil flow into the surface burner can also be done by a secondary air flow opposite to this flow. With that you can do that otherwise required mechanically moved component, the butterfly valve, are dispensed with.

Der Oberflächenbrenner besteht aus einem porösen Körper (z. B. Edelstahl, Keramik). Dieser kann an der Rauchgasaustrittsöffnung hinter dem Startbrenner oder zylindrisch um diesen herum angebracht sein.The surface burner consists of a porous body (e.g. stainless steel, ceramic). This can be at the flue gas outlet behind the start burner or around it be attached around.

Um eine Rückzündung des Brennstoffgemischs in den Bereich der Sekundärluftzumischung (vor den Oberflächenbrenner) durch die heiße Oberfläche zu vermeiden, kann der Oberflächenbrenner durch die Sekundärluft selbst gekühlt werden. Die Vorwärmung der Sekundärluft erfolgt dann teilweise oder ganz im Oberflächenbrenner.To re-ignite the fuel mixture in the area of the secondary air admixture (in front of the surface burner) through the hot surface, the Surface burners can be cooled by the secondary air itself. Preheating the Secondary air then takes place partially or entirely in the surface burner.

Eine besonders gleichmäßige Zumischung der Sekundärluft ohne Gefahr einer vorzeitigen Zündung des Gemisches ist durch die Mischung in der Oberflächenmatrix selbst möglich. Dies gelingt mit dem Einsatz eines porösen Wabenkörpers, dessen Waben abwechselnd von Luft und Brennstoffgemisch durchströmt werden (Fig. II). Die Zuführung der Stoffströme (Brennstoffgemisch und Sekundärluft) kann im Gleich- oder im Gegenstrom erfolgen. Im Gegenstrom gelingt die Verteilung der Ströme durch das wechselseitige Verschließen der Wabenkanäle besonders einfach. Beide Stoffströme treten in Wabenkanäle ein, in denen sich dann das zündfähige Gemisch bildet.A particularly uniform admixture of the secondary air without the risk of premature ignition of the mixture is possible through the mixture in the surface matrix itself. This is achieved with the use of a porous honeycomb body, whose honeycombs are alternately flowed through by air and fuel mixture ( Fig. II). The material flows (fuel mixture and secondary air) can be fed in cocurrent or in countercurrent. In countercurrent, the distribution of the streams is particularly easy due to the reciprocal closure of the honeycomb channels. Both material flows enter honeycomb channels, in which the ignitable mixture then forms.

Der Oberflächenbrenner kann zur Beeinflussung der chemischen Umsetzung des Öls mit oberflächenvergrößernden Stoffen und/oder mit katalytisch aktiven Stoffen beschichtet sein. Der Oberflächenbrenner erwärmt sich im Dauerbetrieb weiter und gibt einen großen Teil der Verbrennungswärme durch Strahlung an ein Gut (z. B. Kesselwasser) ab.The surface burner can be used to influence the chemical conversion of the oil surface-enlarging substances and / or coated with catalytically active substances. The surface burner continues to heat up in continuous operation and gives a large part of the Combustion heat from radiation to a good (e.g. boiler water).

Claims (28)

1. Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einer zentralen Brennstofflanze (1), mit einer Luftzuführung (2), mit einer optionalen Dralleinrichtung (3), mit Zündelektroden (4), mit einer Möglichkeit der Zuführung von Rauchgasen (5), mit einem Flammenrohr (6) zur Stabilisierung der Flamme, mit einem porösen Körper (7) als Oberflächenbrenner und einem optionalen Wärmetauscher (8) zur Luftvorwärmung.1. Burner for liquid fuels, with a central fuel lance ( 1 ), with an air supply ( 2 ), with an optional swirl device ( 3 ), with ignition electrodes ( 4 ), with a possibility of supplying smoke gases ( 5 ), with a flame tube ( 6 ) to stabilize the flame, with a porous body ( 7 ) as a surface burner and an optional heat exchanger ( 8 ) for air preheating. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Rauchgase durch einen Ringspalt im Flammenrohr erfolgt.2. Burner according to claim 1, characterized in that the supply of the flue gases through an annular gap in the flame tube. 3. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung zur Zuführung der Rauchgase in ihrer Weite durch einen Schieber oder eine Platte frei eingestellt werden kann.3. Burner according to one of claims 1 to 2, characterized in that the opening for The width of the smoke gases can be freely adjusted using a slide or a plate can be. 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Weite der Öffnung während des Betriebs an die Erfordernisse einer optimalen Verbrennung angepaßt werden kann.4. Burner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the setting the width of the opening during operation to meet the requirements of optimal Combustion can be adjusted. 5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Öffnung durch Temperaturfühler oder Bimetalle automatisch erfolgt.5. Burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that the adaptation opened automatically by temperature sensors or bimetals. 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubung des Brennstoffs vorzugsweise mittels einer Druckzerstäuberdüse oder einer Zweistoffdüse erfolgt.6. Burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the atomization of the fuel preferably by means of a pressure atomizing nozzle or a two-substance nozzle he follows. 7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Betriebsweisen des Brenners unterschieden werden.7. Burner according to one of claims 1 to 6, characterized in that two Operating modes of the burner can be distinguished. 8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Start des Brenners durch den Startbrenner in konventioneller Form (z. B. durch Gemischbildung mittels einer Ölzerstäuberdüse und Zündung des Gemischs durch einen Hochspannungszündfunken) erfolgt.8. Burner according to one of claims 1 to 7, characterized in that the start of the Burner through the starting burner in conventional form (e.g. by mixture formation using an oil atomizer nozzle and ignition of the mixture by a high-voltage spark) he follows. 9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Startmodus eine Aufheizung des Oberflächenbrenners sowie der Luft- und Rauchgasführungswege durch Wärmestrahlung des Startbrenners sowie durch die heißen Rauchgase selbst erfolgt.9. Burner according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the start mode heating the surface burner and the air and flue gas ducts Heat radiation from the starting burner and from the hot flue gases themselves occurs. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltung in den Dauerbetriebsmodus erfolgt, sobald die Betriebstemperatur erreicht wird. 10. Burner according to one of claims 1 to 9, characterized in that a Switching to continuous operation mode takes place as soon as the operating temperature is reached.   11. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderungen der Luft- und/oder Rauchgaszuführung der vollständige Ausbrand des Brennstoff-Luft-Gemischs im Startbrenner zum Teil oder ganz unterbunden wird.11. Burner according to one of claims 1 to 10, characterized in that by Changes in the air and / or flue gas supply the complete burnout of the Fuel or air mixture in the starting burner is partially or completely prevented. 12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Impuls der Luft im Startbrenner (kurz: Primärluft) heiße Rauchgase in das Flammenrohr (6) gesaugt werden.12. Burner according to one of claims 1 to 11, characterized in that hot flue gases are sucked into the flame tube ( 6 ) by the pulse of the air in the starting burner (short: primary air). 13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft durch den Wärmetauscher (8) soweit vorgeheizt werden kann, daß auf die Ansaugung von Rauchgasen zur Wärmezufuhr verzichtet werden kann.13. Burner according to one of claims 1 to 12, characterized in that the primary air through the heat exchanger ( 8 ) can be preheated to the extent that the suction of flue gases for the supply of heat can be dispensed with. 14. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum im Flammenrohr nun als Vormischkammer zur Gemischaufbereitung fungiert.14. Burner according to one of claims 1 to 13, characterized in that the space in Flame tube now acts as a pre-mixing chamber for mixture preparation. 15. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine partielle chemische Umsetzung des Öls durch die Wahl der Prozeßparameter (Temperatur, Luftmenge, Rauchgasmenge) erreicht werden kann. Der Raum im Flammenrohr fungiert dann als Vormisch- sowie Vorreaktionsraum.15. Burner according to one of claims 1 to 14, characterized in that a partial chemical conversion of the oil through the choice of process parameters (temperature, air volume, Amount of flue gas) can be achieved. The space in the flame tube then functions as Premixing and pre-reaction room. 16. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischung weiterer Luft (kurz:Sekundärluft) stromabwärts des Flammenrohrs (6) erfolgt.16. Burner according to one of claims 1 to 15, characterized in that the admixture of further air (short: secondary air) takes place downstream of the flame tube ( 6 ). 17. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft durch Wärmetauscher (8) vor der Zumischung vorgeheizt wird.17. Burner according to one of claims 1 to 16, characterized in that the secondary air is preheated by heat exchangers ( 8 ) before the admixture. 18. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls der Sekundärluft zur Ansaugung zusätzlicher Rauchgase genutzt werden kann.18. Burner according to one of claims 1 to 17, characterized in that the pulse of Secondary air can be used to draw in additional flue gases. 19. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitung des verdunsteten Ölstroms zum Oberflächenbrenner mechanisch durch Versperrung der Rauchgaswege (des Brenners im Startmodus) erreicht wird.19. Burner according to one of claims 1 to 18, characterized in that the diversion of the evaporated oil flow to the surface burner mechanically by blocking the Flue gas paths (the burner in start mode) is reached. 20. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls der Sekundärluft zur Umleitung des verdunsteten Ölstroms in den Oberflächenbrenner genutzt wird, so daß auf eine mechanisch bewegte Klappe verzichtet werden kann.20. Burner according to one of claims 1 to 19, characterized in that the pulse of Secondary air is used to divert the evaporated oil flow into the surface burner is, so that a mechanically moved flap can be dispensed with. 21. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung der Versperrung temperaturgesteuert (z. B. durch ein Bimetall) erfolgt.21. Burner according to one of claims 1 to 20, characterized in that the triggering blocking is temperature controlled (e.g. by means of a bimetal). 22. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbrenner aus einem porösen Körper (z. B. Edelstahl, Keramik) besteht. Dieser kann an der Rauchgasaustrittsöffnung hinter dem Startbrenner oder zylindrisch um diesen herum angebracht sein.22. Burner according to one of claims 1 to 21, characterized in that the Surface burner consists of a porous body (e.g. stainless steel, ceramic). This can be at the flue gas outlet behind the start burner or around it be attached around. 23. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine besonders gleichmäßige Zumischung der Sekundärluft ohne Gefahr einer vorzeitigen Zündung des Gemisches durch die Mischung in der Oberflächenmatrix selbst ermöglicht wird. Dies gelingt mit dem Einsatz eines porösen. Wabenkörpers, dessen Waben abwechselnd von Luft und Brennstoffgemisch durchströmt werden (Fig. II).23. Burner according to one of claims 1 to 22, characterized in that a particularly uniform admixture of the secondary air is made possible without the risk of premature ignition of the mixture by the mixture in the surface matrix itself. This is achieved with the use of a porous one. Honeycomb body, the honeycombs alternately flowed through by air and fuel mixture ( Fig. II). 24. Brenner nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Stoffströme (Brennstoffgemisch und Sekundärluft) im Gleichstrom erfolgt.24. Burner according to claim 23, characterized in that the supply of the material flows (Fuel mixture and secondary air) takes place in direct current. 25. Brenner nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Stoffströme (Brennstoffgemisch und Sekundärluft) im Gegenstrom erfolgt. Im Gegenstrom gelingt die Verteilung der Ströme durch das wechselseitige Verschließen der Wabenkanäle besonders einfach. Beide Stoffströme treten in Wabenkanäle ein, in denen sich dann das zündfähige Gemisch bildet.25. Burner according to claim 23, characterized in that the supply of the material flows (Fuel mixture and secondary air) takes place in counterflow. This works in countercurrent Distribution of the currents through the mutual closing of the honeycomb channels in particular simple. Both material flows enter honeycomb channels, in which the ignitable is then Mixture forms. 26. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbrenner zur Beeinflussung der chemischen Umsetzung des Öls mit oberflächenvergrößernden Stoffen und/oder mit katalytisch aktiven Stoffen beschichtet wird.26. Burner according to one of claims 1 to 25, characterized in that the Surface burner to influence the chemical conversion of the oil with surface-enlarging substances and / or coated with catalytically active substances. 27. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenbrenner sich im Dauerbetrieb weiter erwärmt und einen großen Teil der Verbrennungswärme durch Strahlung an ein Gut (z. B. Kesselwasser) abgibt. Um eine Rückzündung in den Bereich der Sekundärluftzumischung (vor den Brenner II) zu vermeiden, kann der Oberflächenbrenner durch die Sekundärluft selbst gekühlt werden. Die Vorwärmung der Sekundärluft erfolgt dann teilweise oder ganz im Oberflächenbrenner.27. Burner according to one of claims 1 to 26, characterized in that the Surface burners continue to heat up in continuous operation and a large part of the Emits heat of combustion by radiation to a good (e.g. boiler water). To one To avoid re-ignition in the area of the secondary air admixture (in front of burner II), the surface burner can be cooled by the secondary air itself. The preheating The secondary air then takes place partly or entirely in the surface burner. 28. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine in weiten Bereichen modulierende Betriebsweise erreicht werden kann. Durch das Konzept der von der Verbrennung getrennten Gemischbildung gewährleistet der Brenner eine genügend gute Gemischbildung auch bei kleinen Leistungen (geringe Mischenergie durch geringen Luftmassenstrom).28. Burner according to one of claims 1 to 27, characterized in that a wide Areas of modulating operation can be achieved. Due to the concept of the Combustion separate mixture formation, the burner ensures a good enough Mixture formation even at low outputs (low mixing energy due to low Air mass flow).
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