DE19730263A1 - Vollvormischender atmoshärischer teilkatalytischer Brenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen vollvormischenden atmosphärischen teilkatalytischen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei bekannten vollvormischenden atmosphärischen derartigen Brennern schließen die Gemischrohre im wesentlichen eben mit der Innenseite jener Wand des Gemischraumes ab, in der diese gehalten sind. Die Kühlung des Brenners ist dabei im wesentlichen durch an der mit Ausströmöffnungen versehenen Abdeckung gehalten und mit dieser in einer gut wärmeleitenden Verbindung stehenden Rohrschlange gebildet, die von einem Kühlmedium durchströmt ist.

Bei den bekannten derartigen Brennern ergibt sich der Nachteil, daß sich der Gemischraum trotz der Kühlung der Deckplatte aufgrund der Strahlung der Flammen erwärmt und sich dadurch die Strömung des Gemisches, aber auch dessen volumetrische Zusammensetzung aufgrund der unterschiedlichen volumetrischen Wärmeausdehnung der unterschiedlichen Gase des Brennstoff-Gas-Gemisches, ändert.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Brenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem eine Erwärmung des Gemisches vor dessen Umset­ zung weitgehend vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Brenner der eingangs erwähnten Art durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, daß die Strahlungswärme der Flam­ men, die in den Gemischraum gelangt, rasch abgeführt wird, so daß sich das im Raum oberhalb des wassergefüllten Bereiches des Gemischraumes befindliche Gemisch während seiner Verweilzeit im Gemischraum kaum erwärmen kann. Dadurch kommt es auch zu kei­ ner nennenswerten volumetrischen Änderung des Gemisch es, und es kann in der vorgese­ henen Zusammensetzung umgesetzt werden.

Gleichzeitig kommt es auch zu einer Beladung des Gemisches mit Wasserdampf und zu einer Kühlung des Gemisches, wodurch ein Flammenrückschlag in den Gemischraum sicher verhindert wird. Außerdem wird eine Entkopplung des Mischraumes beziehungsweise Mischkörpers vom Feuerraum und eine Kühlung des Metallkörpers des Brenners erreicht.

Außerdem ergibt sich durch die vorgeschlagenen Maßnahmen auch ein sehr einfacher Auf­ bau, bei dem auf die Anbringung einer Rohrschlange an der Deckplatte verzichtet werden kann.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, daß das Gemisch zum Teil katalytisch umgesetzt und das verbleibende Gemisch verbrannt wird. Ein Zutritt von Sekun­ därluft zu den Flammen ist nicht notwendig. Das mit Abgas beladene Brenngas wird direkt über dem Wabenkörper in einer Magergemischflamme verbrannt. Dadurch wird die Entste­ hung von NO_x weitgehend vermieden.

Dabei kann die Überwachung der Umsetzung des Gemisches in üblicher Weise mit einer Überwachungselektrode erfolgen.

Beim Start eines solchen Brenners erfolgt die Umsetzung des Gemisches zuerst durch Ver­ brennung mit Flammen. Die Wärme dieser Flammen bewirkt eine Aufheizung des Waben­ körpers, so daß dieser die für eine katalytische Umsetzung erforderliche Temperatur erreicht und ein Teil des Gemisches katalytisch umgesetzt wird.

Ein Teil der dabei entstehende Wärme wird über das den Gemischraum durchströmende Wasser abgeführt und kann entsprechend ausgekoppelt werden. Der Hauptteil der bei der katalytischen Umsetzung freigesetzten Wärme wird von der Oberfläche an die gekühlten Schachtwände abgeführt.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner,

Fig. 2 einen Schnitt parallel zum Boden des Brenners nach der Fig. 1 und

Fig. 3 ein Detail des Brenners nach den Fig. 1 und 2.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.

Ein erfindungsgemäßer Brenner weist ein Gaszuführrohr 1 auf, in das Düsen 2 einge­ schraubt sind, durch die das Gas 3 unter Druck ausströmt. Das in Form von Strahlen aus­ strömende Gas reißt aufgrund seines Impulses ausreichend Luft mit, so daß am Ende eines sich konisch erweiternden und als Diffusor 4 wirkenden Abschnittes eines koaxial zu einer Gasdüse ausgerichteten Gemischrohres 5 ein überstöchiometrisches Gemisch vorliegt.

Die Gemischrohre 5 sind an der einem Brennraum zugekehrten Seite mit einem Hohlzylinder 6 verlängert, die in einen im wesentlichen rechteckigen und teilweise mit Wasser gefüllten Gemischraum 10 hineinragen. Dabei durchsetzen die Hohlzylinder 6 den Boden 7 des Gemischraumes, wobei der Boden 7 entsprechende Aussparungen 8 aufweist, in denen Hülsen 9 eingesetzt sind, die ihrerseits die Hohlzylinder 6 aufnehmen.

Grundsätzlich ist es auch möglich, das Gemischrohr 5 an die Unterseite der Hülse 9 anzu­ schließen beziehungsweise mit dieser dicht zu verbinden.

Das Gas 3 strömt vom Gemischrohr 5 in den Gemischraum 10, der durch den nicht mit Wasser gefüllten Raum 11 des Brenners und der Unterseite eines Wabenkörpers 12 be­ grenzt ist, der eine Vielzahl von Einzelkanälen 13 aufweist, die im wesentlichen senkrecht zum Boden 7 des Brenners verlaufen.

Das im Gassammelraum befindliche Gemisch strömt in die Einzelkanäle 13 eines aus Metall hergestellten Wabenkörpers 14, die an ihrer Oberseite 15 nur über einen Teil ihrer Höhe katalytisch beschichtet sind.

Der erfindungsgemäße Brenner ist in einem Brennraum 17 angeordnet, dessen Wände 16 gekühlt sind. Dabei kann ein von Wasser durchströmter Schacht vorgesehen sein, oder es können Kühlrohre an den Wänden 16 angeordnet sein.

Die Länge der aus Metall hergestellten Wabenkörper 14 kann bei einer Zellendichte von 200 cpsi zweckmäßigerweise ca. 40 mm betragen. Bei einer höheren Zellendichte kann eine entsprechend geringere Wabenlänge vorgesehen werden.

Über den Wabenkörper 14 wird das zum Teil umgesetzte Gemisch in Flammen 18 ver­ brannt. Das Abgas 19 strömt dabei über einen Lamellenwärmetauscher 20 und wird über eine nicht dargestellte Strömungssicherung aus dem Heizgerät abgeführt und in einen Ka­ min geleitet.

Der Gemischraum 10 ist zum Teil mit Wasser 21 gefüllt, wobei der Wasserspiegel in der Höhe der einen Enden der Hohlzylinder 6 verläuft. Dabei bleibt die Strömungscharakteristik einer unstetigen Querschnittserweiterung 22 und deren positiver Einfluß auf die Entkopplung des Feuerraumes vom Gemischraum 10 erhalten.

Zwischen den Injektoren 5 bilden sich Strömungstotwassergebiete 23 aus, die den Ge­ mischstrahl durch ihre Form und Bewegung zu dem aus Metall hergestellten Wabenkörper 14 leiten. Zwischen den Hülsen 9 der Gemischrohre 5 bilden sich auch in der Wasserströ­ mung Totwassergebiete 24 aus, die eine gleichmäßige Kühlung der Injektoren sicherstellen.

Am Wassereinlaß 25 des Gemischraumes 10 ist eine Verteileinrichtung 26 angebracht, die eine gleichmäßige Durchströmung des unteren Teiles des Gemischraumes mit Wasser ge­ währleistet. Das erwärmte Wasser verläßt den Gemischraum über einen Wasserauslaß 27.

Das Gemisch strömt aus den Diffusoren 4 in den Gemischraum 10 und von dort in den aus Metall hergestellten Wabenkörper 14. Das Gemisch erwärmt sich dabei erst im Bereich des Wabenkörpers 14, da die vom Brennraum 17 eingebrachte Wärme durch die offene Was­ serströmung zu einem hohen Anteil aus dem Gemischraum 10 abgeführt wird.

Der Brenner wird im kalten Zustand konventionell über eine Zündelektrode 28 oder einen nicht dargestellten Zündbrenner gezündet. Das Gemisch brennt zunächst in einer nicht dar­ gestellten blauen Flamme dicht über der Oberfläche des Wabenkörpers 14. Dadurch ergibt sich ein hoher Wärmeeintrag in den aus Metall hergestellten Wabenkörper 14, so daß nach kurzer Zeit der Katalysator 29 seine Arbeitstemperatur erreicht. Ab diesem Zeitpunkt ist keine blaue Flamme mehr sichtbar. Die rotglühende Wabenoberfläche strahlt einen Teil der bei der katalytischen Umsetzung freigesetzten Wärme ab. Das zum Teil umgesetzte Ge­ misch strömt in den Brennraum 17 und wird mit einer Flamme 18 vollständig umgesetzt beziehungsweise verbrannt. Die Überwachung der Umsetzung des Gemisches erfolgt auf übliche Weise mit einer Überwachungselektrode 30.

Claims (2)

1. Vollvormischender atmosphärischer teilkatalytischer Brenner, der einen Gemischraum (10) aufweist, an den Gemischrohre (5) ange­ schlossen sind, die im wesentlichen koaxial zu Gasdüsen (2) an­ geordnet sind, wobei der Gemischraum (10) mit einer mit Aus­ strömöffnungen versehenen Abdeckung überdeckt und eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischraum (10) in seinem untersten Bereich mit Wasser (21) gefüllt und mit einem Wassereinlaß (25) und einem Wasser­ auslaß (27) versehen ist, wobei die Gemischrohre (5) diesen von Wasser durchströmbaren Bereich durchsetzen.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oberhalb des wassergefüllten Bereiches ein zumindest teilweise mit einem Katalysator (29) beschichteter Wabenkörper (14) an­ geordnet ist, dessen Kanäle (13) senkrecht zum Wasserspiegel verlaufen.