DE19704721A1 - Verfahren und Brennkopf zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen - Google Patents
Verfahren und Brennkopf zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen BrennstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Brennkopf, der an Brennern für Gas und/oder
Ölfeuerungsanlagen verwendet werden kann sowie ein Verfahren zur
Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in den genannten
Anlagen.
Die Immission von Verbrennungsgasen aus Gas und Ölfeuerungsanlagen
verursacht erhebliche Umweltbelastungen durch bei der Verbrennung
entstehende Schadstoffe. Die Bildung einiger Schadstoffe kann durch
Primärmaßnahmen an der Feuerführung bzw. am Brenner beeinflußt und
wirksam reduziert werden. Bei der Reduzierung der Umweltbelastungen
kommt der Zuführung der Verbrennungsluft, der des Einsatzes des
Brennstoffes sowie der Mischung mit rückgeführten Abgasen große
Bedeutung zu.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens sowie eines
Brennkopfes, welches die NOx-Bildung bei der Verbrennung erheblich
verringert sowie eine Verbrennung des Brennstoffes bei möglichst niedriger
Flammentemperatur sowie geringem Energieeinsatz möglich macht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 und 2 gelöst. Die
Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
an.
Das Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen
in Feuerungsanlagen ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftstrom für die
Verbrennung durch einen Drallkörper geführt wird, und daß an einem
stromab gelegenem Abschnitt des Flammrohres mittels Leiteinrichtungen
und Durchbrechungen am Flammrohr ein Unterdruck erzeugt wird, und daß
das Abgas aus der Verbrennung durch die Durchbrechungen angesaugt
wird und mit der Verbrennungsluft vermischt wird, und daß das im
Brennraum befindliche Abgas mit dem in den Brennraum eingedüsten noch
nicht entzündeten Brennstoff vermischt wird, und daß eine Flammenfront in
einem Abstand vor dem Brennkopf erzeugt wird. Drallkörper und wenigstens
eine Zerstäuberdüse für die Zufuhr von Brennstoff sind in einem Flammrohr
angeordnet, welches als Teil eines Brennkopfes eines Brenners in den
Brennraum eines Kessels ragt.
Mit der Führung des Luftstromes durch den Drallkörper wird eine innere
Drallströmung erzeugt, die zusammen mit der durch die Öffnungen bzw.
Leiteinrichtungen erzeugten Wirbelzöpfe sowie dem Axialluftstrom zu einer
Rückführung von Abgasen mit geringen Sauerstoffanteilen sowie zu einer
intensiven Durchmischung von Brennstoff, Abgas und Luft führt. Darüber
hinaus wird die Ausbildung einer Flammenfront nicht unmittelbar am
Brennkopf, wie bei konventionellen Brennern üblich, sondern in einem
gewissen Abstand vor dem Brennkopf erzeugt. Des weiteren wird vorteilhaft
eine Herabsetzung der Flammentemperatur bewirkt und somit die NOx-
Bildung stark vermindert. Insbesondere bei dem Verbrennen von flüssigen
Brennstoffen kommt es zu einer vergrößerten Einmischfläche von Abgasen
in den Ölnebel sowie zu einer verstärkten Vorverdampfung des Ölnebels.
Der Brennkopf besteht aus einem Flammrohr, mindestens einer
Zerstäuberdüse (1) und/oder mindestens einer Gasdüse (2), wobei das
Flammrohr aus einem in etwa zylindrischem Abschnitt (3) besteht, der dann
in einen sich verjüngenden Abschnitt (8) übergeht, an welchem stromab ein
weiterer in etwa zylindrischer Abschnitt angeordnet ist, wobei in dem
stromab gelegenen Abschnitt in dem Flammrohr Durchbrechungen (5) und
nach innen ragende Leiteinrichtungen (4) angeordnet sind, und daß in dem
Flammrohr mindestens ein Drallkörper (6) angeordnet ist.
Mit diesem Brennkopf wird es möglich, in dem Brennkopf eine Drallströmung
zu erzeugen sowie in den Brennkopf Abgas zurückzuführen, so daß eine
bessere Vermischung von Luft, Brennstoff und Abgas möglich wird. Des
weiteren wird es möglich, eine stabile Flammenfront vor dem Brennkopf zu
erzeugen. Der Abstand zwischen Flammenfront und Brenner ist
gekennzeichnet durch eine Mischzone aus Abgasen, Verbrennungsluft und
Brennstoffen, die wesentlich geringere Temperaturen aufweist als die
brennende Flamme. Mittels dieses Brennkopfes kann der NOx-Gehalt der
Abgase aus mit diesem Brennkopf ausgerüsteten Gas-, Heizöl- oder
Mehrstoffeuerungen, und somit die Umweitbelastung, gesenkt werden.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Drallkörper axial verschiebbar.
Damit wird eine Optimierung der Drallströmung erreicht.
Eine bevorzugte Ausführung ist auch die Anordnung von Durchlässen in
dem Drallkörper, durch die die Luft axial zugeführt werden kann, die den
Abstand der Flammenfront vom Brennkopf positiv beeinflußt.
An dem Flammrohr sind bevorzugt die Leiteinrichtungen in dreieckiger Form
ausgebildet und in Richtung der vor dem Brennraum befindlichen Mischzone
ausgerichtet. Diese Form von Leiteinrichtungen führt zu einer wirkungsvollen
und effektiven Ausbildung von Wirbelzöpfen, die die Durchmischung der
Abgase, Verbrennungsluft und des Brennstoffes fördern. Als besonders
effektiver Winkel zwischen den Leiteinrichtungen und dem Flammrohr hat
sich ein Winkel zwischen 30 und 40 Grad ergeben.
Bei der Verwendung von Gasdüsen, welche im Flammrohr angeordnet sind,
hat es sich als für die Vermischung ebenfalls positiv herausgestellt, daß die
Gasdüsenöffnungen zu der Wandung des Flammrohrs ausgerichtet ist.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der beiden Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Brennkopf, Fig. 2 die
schematische Ausbildung einer Flamme durch den erfindungsgemäßen
Brennkopf hervorgerufen.
In Fig. 1 ist ein Brennkopf zur Verbrennung von gasförmigen und flüssigen
Brennstoffen dargestellt. Der Brennkopf ist an Brennern der
unterschiedlichsten Bauart einsetzbar. Ein derartiger Brenner kann
beispielsweise Bestandteil von Feuerungsanlagen für Warmwasserkessel,
Dampferzeuger, Thermalölerhitzer, Heisgaserzeuger oder anderer
Wärmeerzeuger sein. Der in den Brennraum 17 hereinragende Brennkopf
besteht aus einem Flammrohr, das sich aus zwei zylindrischen Abschnitten 3
sowie einem sich verjüngenden Abschnitt 8 zusammensetzt. Kurz vor oder in
dem Abschnitt 8 ist in axialer Richtung ein verschiebbarer Drallkörper 6
angeordnet. Der dem Brennraum 17 am nächsten gelegene zylindrische
Abschnitt des Flammrohres 3 ist mit in das Innere des Flammrohres 3
hineinragenden Körpern oder Leiteinrichtungen 4, die vorzugsweise als
dreieckige Flügel ausgebildet sind, sowie Aussparungen oder
Durchbrechungen 5 versehen. Die Zuführung der Brennstoffe erfolgt durch
die Leitung 13 sowie die Zerstäubungsdüse 1 bei flüssigen bzw. durch die
Zuführung 12 sowie die Gasdüsen 2 bei gasförmigen Brennstoffen.
Mit dem Drallkörper 6 wird eine innere Drallströmung erzeugt. Durch die
axiale Einstellung des Drallkörpers kann ein optimiertes Verhältnis von
Axialluft-Impuls zu Drall-Impuls erzeugt werden. Bei der Anströmung der
Flügel 4 durch die Verbrennungsluft 11 wird ein Unterdruck erzeugt, der zur
Ansaugung von Abgasen aus dem Feuerraum bzw. Brennraum 17 durch die
Öffnungen 5 führt. Die Flügel 4 im Luftstrom bzw. Luftgasstrom wirken als
Wirbelgeneratoren. Dadurch bilden sich stromab hinter jedem Flügel zwei
gegenläufige Wirbelzöpfe aus.
Der oder die Drallkörper 6 sind an einer oder mehreren verschiebbaren
Halterungen 10 befestigt.
In Fig. 2 ist schematisch die Ausbildung der Mischzone 16 bzw. der
Flamme 18 dargestellt. Der Brennkopf wird durch die Wand des
Feuerraumes mittels einer Brennermuffel 9 geführt. Die Abgasrezirkulation
wird bewirkt durch das Einströmen von Gas durch die Öffnungen 5 einerseits
wie auch durch das Einsaugen von Abgas (durch die Pfeile 14 dargestellt) in
die nicht brennende Verdampfungs- bzw. Vermischungszone 16. Die
Herausbildung einer Flammenfront 15 erfolgt erst in gewissem Abstand vom
Brennkopf im Brennraum 17. Die heiße Flamme 18 bildet sich erst ab dieser
Flammenfront 15 aus und verbrennt das Abgas-, Verbrennungsluft- und
Brennstoffgemisch. Erreicht wird dies durch die kombinierte Wirkung von
innerem Drallimpulsstrom, Axialluftstrom und der intensiven Turbulenz der
Wirbelzöpfe. Eine örtliche Stabilisierung kann unterstützt werden durch
einen Pilotbrenner oder Stützbrenner 7 (in Fig. 2 nicht dargestellt). Die
Ausbildung der Flammenfront 15 vor dem Brennkopf führt in Verbindung mit
der Abgaseinsaugung durch die Öffnungen 5 im Flammrohr und der
Erhöhung der Mischintensität durch die Wirbelgeneratoren zur
Herabsetzung der Flammentemperatur und damit zu stark verminderter
NOx-Bildung.
Claims (8)
1. Verfahren zum Verbrennen von flüssigen und/oder gasförmigen
Brennstoffen mit einem in den Brennraum eines Kessels ragenden
Brennkopf eines Brenners, dessen Flammrohr wenigstens eine darin
angeordnete Zerstäuberdüse für die Zufuhr von Brennstoff sowie einen
Drallkörper aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des
Luftstroms für die Verbrennung durch einen Drallkörper geführt wird,
und daß an dem stromabwärts gelegenen Abschnitt des Flammrohres
durch Leiteinrichtungen und Durchbrechungen des Flammrohres ein
Unterdruck erzeugt wird, wobei das Abgas aus der Verbrennung mit
der Verbrennungsluft gemischt wird, und daß das Abgas mit dem in
dem Brennraum verdüsten noch nicht entzündeten Brennstoff
vermischt wird, und daß eine Flammenfront in einem Abstand vor dem
Brennkopf erzeugt wird.
2. Brennkopf, bestehend aus einem Flammrohr, mindestens einer
Zerstäuberdüse (1) und/oder mindestens einer Gasdüse (2), dadurch
gekennzeichnet, daß das Flammrohr aus einem in etwa zylindrischen
Abschnitt (3) besteht, der dann in einen sich verjüngenden Abschnitt
(8) übergeht, in welchem stromab ein weiterer in etwa zylindrischer
Abschnitt (3) angeordnet ist, wobei in dem stromab gelegenen
Abschnitt des Flammrohres Durchbrechungen (5) und nach innen
ragende Leiteinrichtungen (4) angeordnet sind, und daß in dem
Flammrohr mindestens ein Drallkörper (6) angeordnet ist.
3. Brennkopf nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der
Drallkörper axial verschiebbar ist.
4. Brennkopf nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß an
dem Drallkörper Durchlässe angeordnet sind.
5. Brennkopf nach Anspruch 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiteinrichtungen (4) dreieckig ausgebildet sind und zum Feuerraum
ausgerichtet sind.
6. Brennkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel zwischen Leiteinrichtung (4) und Flammrohr 30 bis 40
Grad beträgt.
7. Brennkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 6 dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen der Gasdüse (2) zu der Wandung des Flammrohres
ausgerichtet ist.
8. Brennkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 7 dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Flammenrohr ein Zündbrenner (7) angeordnet ist.
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