DE19724812A1 - Atmospheric catalytically coated burner - Google Patents

Atmospheric catalytically coated burner

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Abstract

Convex channels (17) specifically in front of the maximally 2 mm wide outlets are coated in catalyst (18) where they face the combustion chamber. The spaced cover plates (8,12) straddling the channels have offset gaps (9,13), themselves demarcated by convex (10) and concave areas (14) of which the convex parts in the lower cover plate are surface-coated in catalyst. The convex parts of the lower plate lie above the injector (5) inlets into the mixing space (6). Cooling tubes (11) are arranged below the convex parts of the lower plate and preferably also above the concave areas of the upper plate. The hyper-stoichiometric mixture passing from the space is deflected by parts and the cooling coil to reach the channels only to impinge on the concave parts for repeated deflection and prolonged catalytic exposure and conversion.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a gas burner according to the preamble of the claim 1.

Bei konventionellen atmosphärischen Brennern ohne katalytische Beschichtung ist eine einfache Brennerplatte mit Ausströmöffnungen vorgesehen. Dabei ist die Brennerplatte so aufgebaut, daß das Gas möglichst schnell hindurchströmt und in einem hinreichend großen Abstand von der Brennerplatte in Flammen verbrennt. Nachteilig ist, daß bei einer Verbren­ nung eines Brenngas-Luft-Gemisches mit Flammen immer erhebliche Mengen NOx gebildet werden.In conventional atmospheric burners without catalytic coating, a simple burner plate with outflow openings is provided. The burner plate is constructed in such a way that the gas flows through it as quickly as possible and burns in flames at a sufficiently large distance from the burner plate. It is disadvantageous that considerable amounts of NO x are always formed when a combustion gas / air mixture is burned with flames.

Um den NOx-Ausstoß zu verringern, wurden katalytische-Brenner vorgeschlagen, deren Gemischführungskanäle zumindest teilweise mit einer beispielsweise aus der US 5 248 251 A bekannten katalytischen Beschichtung versehen sind. Problematisch ist hier die Rea­ lisierung der optimalen Reaktionszeit, die das Gas benötigt, um eine katalytische Umsetzung in Gang zu setzen. Eine schnelle Durchströmung der Brennerplatte ist im Hinblick auf die Reaktionszeit nachteilig.In order to reduce the NO x emissions, catalytic burners have been proposed, the mixture guide channels of which are at least partially provided with a catalytic coating known, for example, from US Pat. No. 5,248,251. The problem here is the realization of the optimal reaction time that the gas needs to start a catalytic conversion. A rapid flow through the burner plate is disadvantageous with regard to the reaction time.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Brenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich bei ausreichend langer Reakti­ onszeit durch einen geringen Ausstoß an NOx und einen einfachen Aufbau auszeichnet.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a burner of the type mentioned, which is characterized by a low emission of NO x and a simple structure with a sufficiently long reaction time.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 er­ reicht. According to the invention, this is achieved by the characterizing features of claim 1 enough.  

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, daß das Brenngas-Luft-Gemisch auf­ grund der Umlenkungen vor dessen Austritt aus dem Brenner entsprechend langsam den mit dem Katalysator beschichteten Bereich durchströmt und dabei zum Teil katalytisch um­ gesetzt wird. Der nach der Umsetzung des überstöchiometrischen Gemisches verbleibende Teil des Gemisches verbrennt in üblicher Weise in Flammen.The proposed measures ensure that the fuel gas-air mixture is based on due to the deflections before it emerges from the burner flows through with the catalyst coated area and partially catalytically is set. The one remaining after the reaction of the superstoichiometric mixture Part of the mixture burns in the usual way in flames.

Allerdings wird nur ein Teil des Gemisches katalytisch umgesetzt, wobei mit dem verblei­ benden Teil des Brenngas-Luft-Gemisches auch die bei der katalytischen Umsetzung ent­ stehenden Abgase aus den Ausströmöffnungen des Brenners austreten. Dieses Brenngas- Luft-Abgas-Magergemisch wird in Flammen verbrannt. Dabei ergibt sich eine, verglichen mit herkömmlichen Brennern, erhebliche Verminderung des NOx-Ausstosses.However, only a part of the mixture is converted catalytically, with the remaining part of the fuel gas-air mixture also resulting in the catalytic conversion exhaust gases emerging from the outflow openings of the burner. This fuel gas-air-exhaust gas lean mixture is burned in flames. This results in a significant reduction in NO x emissions compared to conventional burners.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß sich das Gemisch beim Ausströmen während einer für eine katalytische Umsetzung ausreichenden Zeit im Bereich der katalytischen Beschichtung befindet. Außerdem ergibt sich eine Trennung zwischen der katalytisch beschichteten Oberfläche und dem Gemischraum.The proposed measures ensure that the mixture at Flowing out in the area for a time sufficient for catalytic conversion the catalytic coating. There is also a separation between the catalytically coated surface and the mixture room.

Durch die vorgeschlagene Gestaltung der Brennerplatte wird auch sichergestellt, daß sich die bei der Verbrennung des nicht umgesetzten Teiles des Gemisches ausbildenden Ma­ gergemischflammen in einem ausreichend großen Abstand von der Oberseite des Brenners ausbilden, so daß es zu keinem stärkeren Wärmeeintrag in die katalytische Beschichtung durch die Strahlungswärme der Flammen kommt. Außerdem kann auch der thermische Auf­ trieb in einem den Brenner aufnehmenden Brennraum zur Überwindung der auftretenden Druckverluste genutzt werden.The proposed design of the burner plate also ensures that the Ma forming during the combustion of the unreacted part of the mixture mixed flame at a sufficient distance from the top of the burner train so that there is no greater heat input into the catalytic coating comes from the radiant heat of the flames. In addition, the thermal up drove in a combustion chamber receiving the burner to overcome the occurring Pressure losses can be used.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau des Brenners.The features of claim 2 result in a very simple construction of the burner.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist sichergestellt, daß es zu einem ausreichenden Kontakt des Gemisches mit der katalytischen Beschichtung kommt. The features of claim 3 ensure that it is sufficient The mixture comes into contact with the catalytic coating.  

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil einer sehr starken Umlenkung der Gemischströmung und dadurch eine Verlängerung der Verweilzeit des Gemisches im Bereich der katalytischen Beschichtung. Dies führt zu einer vermehrten katalytischen Um­ setzung des Gemisches.The features of claim 4 give the advantage of a very strong deflection the mixture flow and thereby an extension of the residence time of the mixture in the Catalytic coating area. This leads to an increased catalytic order settlement of the mixture.

Durch die Merkmale des Anspruches 5 wird die Gefahr des Rückschlags von Flammen in den Gemischraum weitestgehend vermieden. Außerdem ist es dadurch auf einfache Weise möglich, wie aus der AT 395 759 B bekannt, die Wärme aus dem Brenner auszukoppeln.Due to the features of claim 5, the risk of flashback in flames largely avoided the mixture space. It also makes it easy possible, as known from AT 395 759 B, to couple the heat out of the burner.

Die Kanäle sind vorzugsweise relativ schmal ausgebildet, wobei jedoch die Breite der Kanäle maximal 2 mm betragen soll. Dadurch wird die Gefahr eines Flammenrückschlags, aufgrund der dadurch bedingten höheren Strömungsgeschwindigkeit, weitgehend vermieden und an­ dererseits die Strömungsgeschwindigkeit ausreichend niedrig gehalten, um eine ausrei­ chende Verweilzeit des Gemisches im Bereich der katalytisch beschichteten Oberflächen zu gewährleisten.The channels are preferably relatively narrow, but the width of the channels should be a maximum of 2 mm. This creates the risk of a flashback the resulting higher flow velocity, largely avoided and at on the other hand, the flow velocity is kept sufficiently low to be sufficient appropriate residence time of the mixture in the area of the catalytically coated surfaces guarantee.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner, Fig. 1 shows schematically a section through an inventive burner,

Fig. 2 eine Durchsicht auf den Boden des Gemischraumes des Brenners nach der Fig. 1, Fig. 2 is a view through to the bottom of mixture chamber of the burner according to the Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die untere Abdeckplatte, Fig. 3 is a plan view of the bottom cover plate,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Brenner ohne zweite Abdeckplatte, Fig. 4 is a section through the burner without a second cover plate,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die obere Abdeckplatte, Fig. 5 is a plan view of the upper cover plate,

Fig. 6 einen Schnitt durch die obere Brennerplatte. Fig. 6 shows a section through the upper burner plate.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Fig. gleiche Einzelheiten.The same reference numerals mean the same details in all the figures.

Ein in den Fig. 1 bis 6 dargestellter Brenner weist ein Gasverteilrohr 1 auf, in dem Düsen 2 eingesetzt sind oder das mit Düsenbohrungen versehen ist. Durch den Impuls der aus den Düsen 2 ausströmenden Gasstrahlen 3 wird Luft mitgerissen, so daß sich ein überstöchio­ metrisches Gemisch ergibt.A burner shown in FIGS. 1 to 6 has a gas distribution pipe 1 , in which nozzles 2 are inserted or which is provided with nozzle bores. Air is entrained by the impulse of the gas jets 3 flowing out of the nozzles 2 , so that an overstoichiometric mixture results.

Dieses Gemisch tritt in die Diffusoren 4 der Injektoren 5 ein und gelangt in den geschlosse­ nen, allen Injektoren gemeinsamen Gemischraum 6. Dieser Gemischraum 6, an den die Injektoren 5 angeschlossen sind, ist von einer Platte 7, die den Boden des Gemischraumes 6 darstellt und mit umlaufenden Rändern versehen ist, begrenzt.This mixture enters the diffusers 4 of the injectors 5 and enters the closed mixture space 6 common to all injectors. This mixture chamber 6 , to which the injectors 5 are connected, is delimited by a plate 7 , which represents the bottom of the mixture chamber 6 and is provided with peripheral edges.

Auf den Gemischraum 6 ist eine erste Abdeckplatte 8 aufgesetzt, die im wesentlichen vier Öffnungsspalten 9 aufweist, deren Breite annähernd dem halben Enddurchmesser der Dif­ fusoren 4 entspricht. Zwischen den Spalten 9 sind halbzylinderförmige Versperrungen 10 angeordnet, die direkt über den Injektoren 5 angeordnet sind.On the mixture chamber 6 , a first cover plate 8 is placed, which essentially has four opening gaps 9 , the width of which approximately corresponds to half the end diameter of the diffusers 4 . Half-cylindrical obstructions 10 are arranged between the columns 9 and are arranged directly above the injectors 5 .

Unterhalb der halbzylinderförmigen Versperrungen 10, die im Querschnitt konvex gekrümmt sind, verläuft jeweils eine Kühlschlange 11.A cooling coil 11 runs below each of the semi-cylindrical obstructions 10 , which are convexly curved in cross section.

Auf der unteren Abdeckplatte 8 ist eine obere Abdeckplatte 12 aufgesetzt, die bis auf drei Spalten 13 geschlossen ist.On the lower cover plate 8 , an upper cover plate 12 is placed, which is closed except for three columns 13 .

Die Spalten 13 sind von im wesentlichen konkav verlaufenden Bereichen 14 begrenzt, wobei zwischen den Versperrungen 10 und den diese übergreifenden Abschnitten der konkaven Bereiche 14 Kanäle 17 ausgebildet sind, die konvex gekrümmt verlaufen und eine Dicke von zumindest 2 mm aufweisen. The columns 13 are defined by substantially concave extending regions 14, wherein between the obstructions 10 and this cross-sections of the concave portions 14 are formed channels 17 which extend convexly curved and have a thickness of at least 2 mm.

Dabei befinden sich die konkaven Bereiche 14 der oberen Abdeckplatte 12 im Zentrum der Spalte 9 der unteren Abdeckplatte 8, und die Spalte 13 der oberen Abdeckplatte 12 befindet sich über den geschlossenen Bereichen der unteren Abdeckplatte 8.The concave regions 14 of the upper cover plate 12 are located in the center of the column 9 of the lower cover plate 8 , and the column 13 of the upper cover plate 12 is located above the closed regions of the lower cover plate 8 .

Die im wesentlichen konkaven Bereiche 14 weisen in deren mittlerem Bereich einen flachen Abschnitt 15 auf. Dabei sind an der Oberseite der flachen Abschnitte 15 Kühlrohre 16 an­ geordnet.The essentially concave regions 14 have a flat section 15 in their central region. Here, 15 cooling tubes 16 are arranged on the top of the flat sections.

Das aus den Diffusoren 4 austretende überstöchiometrische Gemisch strömt in den gemein­ samen Gemischraum 6 ein. Der Gemischstrahl wird an der Unterseite der Versperrungen 10 und der Kühlschlange 11 umgelenkt und strömt von dort in die Kanäle 17 ein, die von den Versperrungen 10 und den konkaven Bereichen der oberen Abdeckplatte 12 begrenzt sind.The emerging from the diffusers 4 over- stoichiometric mixture flows into the common mixture space 6 . The mixture jet is deflected on the underside of the obstructions 10 and the cooling coil 11 and flows from there into the channels 17 which are delimited by the obstructions 10 and the concave regions of the upper cover plate 12 .

Die Kanäle 17 sind dabei so ausgelegt, daß der Gemischstrom mit hinreichender Strö­ mungsgeschwindigkeit gegen die Unterseite der konkaven Bereiche 14 prallt und erneut umgelenkt wird, wodurch sich ein langer Weg für das Gemisch über mit einem Katalysator 18 beschichtete Oberflächen der die Kanäle 17 begrenzenden Wände ergibt, wobei die Oberseiten der Versperrungen 10 beschichtet sind.The channels 17 are designed such that the mixture flow impinges with sufficient flow speed against the underside of the concave regions 14 and is deflected again, which results in a long way for the mixture over surfaces coated with a catalyst 18 of the walls delimiting the channels 17 , wherein the tops of the obstructions 10 are coated.

Durch die katalytische Beschichtung kommt es bei einer ausreichenden Temperatur des Katalysators 18 zu einer katalytischen Umsetzung eines Teiles des Gemisches. Die dabei entstehende Wärme wird durch Strahlung und Konvektion ausgekoppelt, wobei der Hauptteil über Strahlung ausgekoppelt werden soll.The catalytic coating results in a catalytic conversion of part of the mixture at a sufficient temperature of the catalyst 18 . The heat generated is extracted by radiation and convection, with the main part to be extracted via radiation.

Aufgrund der Wärmefreisetzung an der katalytisch beschichteten Oberfläche kann sich das Gemisch unterhalb der unteren Abdeckplatte 8 zu stark erwärmen, besonders im Totwasser 19 innerhalb der Versperrungen 10. Die übertragene Wärme wird durch die Kühlrohre 11 aufgenommen, die die Versperrungen 10 auf deren gesamter Länge durchziehen. Due to the heat release on the catalytically coated surface, the mixture below the lower cover plate 8 can heat up excessively, especially in the dead water 19 within the obstructions 10 . The heat transferred is absorbed by the cooling tubes 11 , which run through the obstructions 10 along their entire length.

Durch die Strahlungswärme erhitzen sich die zum Teil überdeckenden konkaven Bereiche 14 der oberen Abdeckplatte 13. Dies führt zu einer schlechteren Strahlungswärmeauskopp­ lung und zu einem größeren Rückschlagrisiko. Dies wird durch die Kühlrohre 16 verhindert, die die Wärme aus den konkaven Bereichen 14 abführen.Due to the radiant heat, the concave regions 14 of the upper cover plate 13 , which partially overlap, heat up. This leads to poorer radiant heat decoupling and a greater risk of kickback. This is prevented by the cooling tubes 16 , which dissipate the heat from the concave regions 14 .

Für den Ablauf der Verbrennung ist die halbzylinderförmige Form der Versperrungen 10 sehr günstig, da dadurch die Ausbildung eines Flammenkegels 20, in dem der nicht katalytisch umgesetzte Teil des Gemisches verbrennt, unterstützt wird. Dies hat den Effekt, daß die Flammen 20 durch die thermische Auftriebskraft weiter von der katalytisch beschichteten Oberfläche stabilisiert wird. Dadurch wird auch der Wärmeeintrag durch die Flamme 20 be­ grenzt und eine Überhitzung des Katalysators 18 vermieden.The semi-cylindrical shape of the obstructions 10 is very favorable for the combustion process, since this supports the formation of a flame cone 20 in which the non-catalytically converted part of the mixture burns. This has the effect that the flames 20 are further stabilized by the thermal lift force from the catalytically coated surface. This also limits the heat input from the flame 20 and prevents overheating of the catalyst 18 .

Ein Rückschlag der Flammen 20 in den Gemischraum 6 wird durch die relativ schmalen Ka­ näle 17 vermieden, durch die das Gemisch mit höherer Strömungsgeschwindigkeit als der Flammen austritt und so das Gemisch gekühlt wird.A flashback of the flames 20 into the mixture space 6 is avoided by the relatively narrow channels 17 , through which the mixture emerges at a higher flow rate than the flames and the mixture is cooled.

Claims (6)

1. Vollvormischender atmosphärischer, eine katalytische Beschich­ tung aufweisender Gasbrenner mit einem Gemischraum (6), in den Injektoren (5) münden, deren Einlaßöffnungen koaxial zu je einer Gasdüse (2) ausgerichtet sind, wobei der Gemischraum (6) mit einer Ausströmöffnungen aufweisenden Abdeckung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausströmöffnungen kon­ vex gekrümmte Kanäle (17) vorgeordnet sind, deren dem Brenn­ raum zugewandte Oberflächen mit einem Katalysator (18) be­ schichtet sind.1. Fully premixing atmospheric, a catalytic coating device having a gas burner with a mixture chamber ( 6 ), into the injectors ( 5 ), the inlet openings of which are aligned coaxially with one gas nozzle ( 2 ) each, the mixture chamber ( 6 ) having a cover with outflow openings is provided, characterized in that the outflow openings are arranged convexly curved channels ( 17 ), the surfaces of which face the combustion chamber are coated with a catalyst ( 18 ). 2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (17) zwischen zwei voneinander beabstandeten Abdeck­ platten (8, 12) ausgebildet sind, wobei die Abdeckplatten (8, 12) gegeneinander versetzt angeordnete Spalten (9, 13) aufweisen und die Spalten (9, 13) von benachbarten konvexen Bereichen (10) beziehungsweise von im wesentlichen konkaven Bereichen (14) begrenzt sind.2. Gas burner according to claim 1, characterized in that the channels ( 17 ) between two spaced-apart cover plates ( 8 , 12 ) are formed, the cover plates ( 8 , 12 ) having staggered columns ( 9 , 13 ) and the Columns ( 9 , 13 ) are bordered by adjacent convex areas ( 10 ) or by essentially concave areas ( 14 ). 3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Bereiche (10), die in der unteren Abdeckplatte (8) angeordnet sind, an ihrer Oberseite mit einem Katalysator (18) beschichtet sind.3. Gas burner according to claim 1 or 2, characterized in that the convex regions ( 10 ) which are arranged in the lower cover plate ( 8 ) are coated on their upper side with a catalyst ( 18 ). 4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die konvexen Bereiche (10) der unteren Abdeck­ platte (8) oberhalb der Einmündung der Injektoren (5) in den Ge­ mischsammelraum (6) angeordnet sind.4. Gas burner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the convex areas ( 10 ) of the lower cover plate ( 8 ) above the confluence of the injectors ( 5 ) in the Ge mixed collection space ( 6 ) are arranged. 5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unterhalb der konvexen Bereiche (14) der unteren Abdeckplatte (8) und vorzugsweise auch oberhalb der im wesent­ lichen konkaven Bereiche (10) der oberen Abdeckplatte an sich bekannte (12) Kühlrohre (11, 16) angeordnet sind.5. Gas burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that below the convex areas ( 14 ) of the lower cover plate ( 8 ) and preferably also above the concave areas in wesent union ( 10 ) of the upper cover plate known per se ( 12 ) Cooling pipes ( 11 , 16 ) are arranged. 6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (17) eine Breite von maximal 2 mm auf­ weisen.6. Gas burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the channels ( 17 ) have a maximum width of 2 mm.
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