DE19752335A1

DE19752335A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbrennen von Brennstoff

Info

Publication number: DE19752335A1
Application number: DE19752335A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr Ing Altemark; Manfred Weid; Jochen Dr Arthkamp
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EOn Ruhrgas AG
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1999-05-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff mit vorwärmbarer Verbrennungsluft in einer Pri mär- und einer Sekundärzone, wobei der Brennstoff der Pri märzone zugeführt wird und wobei die Primär- und die Sekun därzone mit Primär- bzw. Sekundärluft beschickt werden.

Ferner betrifft die Erfindung einen Brenner, insbeson dere einen Hochtemperatur-Impulsbrenner zum Beheizen eines Ofens, mit

- einem Gehäuse, das einen Lufteinlaß für vorwärmbare Verbrennungsluft und einen Gaseinlaß aufweist,
- einer im Gehäuse angeordneten Brennkammer, die mit einem Düsenauslaß versehen ist,
- einer zur Brennkammer führenden, an den Gaseinlaß an geschlossenen Gaslanze,
- einer zur Brennkammer führenden, mit dem Lufteinlaß in Verbindung stehenden Primärluftführung und
- einer mit dem Lufteinlaß in Verbindung stehenden Se kundärluftführung, die die Brennkammer umgibt und auf der Höhe von deren Düsenauslaß in ringförmig angeordneten Strahldüsen mündet.

In der Verbrennungstechnik ist man bestrebt, einerseits mit hohen Wirkungsgraden zu arbeiten und andererseits die Schadstoffemissionen, insbesondere die NO_x-Bildung auf nied rigem Niveau zu halten.

Günstige Wirkungsgrade lassen sich mit Hochtemperatur- Prozessen erzielen, die im nah-stöchiometrischen Bereich be trieben werden, in der Regel mit einem Luftüberschuß von etwa 1,05. Die Verbrennungsluft wird vorgewärmt, und zwar vorzugsweise rekuperativ im Wärmeaustausch mit dem Abgas. Dabei werden Vorwärmtemperaturen von 500°C und mehr erzielt. Die Ofentemperatur liegt im Bereich von 1.300°C.

Andererseits wird durch hohe Verbrennungstemperaturen die NO_x-Bildung begünstigt. Dem kann durch Luftstufung ent gegengewirkt werden. Dabei läuft in der Primärzone eine un terstöchiometrische Verbrennung ab, während der Brennstoff in der Sekundärzone in Anwesenheit der Sekundärluft ausrea giert.

Nach wie vor besteht jedoch das Bedürfnis, die NO_x-Bil dung zu vermindern. Hierin liegt die Aufgabe der Erfindung. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Ver fahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß bei vor gegebenem Luftüberschuß das Verhältnis von Primär- zu Sekun därluft während des Betriebes in Abhängigkeit von Änderungen der Verbrennungsluft- und/oder Ofentemperatur derart gesteu ert wird, daß mit steigender Temperatur der Sekundärluftan teil zunimmt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein di rekter Zusammenhang zwischen der Prozeßtemperatur, der Luftstufung und der NO_x-Bildung besteht. Wird also die Luftstufung der Prozeßtemperatur nachgeführt, lassen sich optimale NO_x-Werte im Abgas erzielen. So konnte im Versuch die NO_x-Emission bei einer Luftvorwärmung auf 450°C und einer Ofentemperatur von 1.300°C auf 144 mg/m³ reduziert wer den.

Im Betrieb besteht eine direkte Proportionalität zwi schen der Ofentemperatur und der Luftvorwärmtemperatur. Beide Werte eignen sich also zur Wiedergabe der Prozeßtempe ratur. Allerdings läßt sich die Luftvorwärmtemperatur leich ter erfassen. Auch stellt sie denjenigen Wert dar, der die Abläufe im Brenner direkt beeinflußt.

Es wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße Konzept nicht zu einer Verschlechterung des Wärmeübergangs führt. Die Aufheizraten vermindern sich also nicht.

Vorzugsweise wird das Verhältnis von Primär- zu Sekun därluft derart gesteuert, daß die Verbrennung nahe ihrer Stabilitätsgrenze abläuft. Dabei kann bei maximaler Verbren nungsluft- und/oder Ofentemperatur der Primärluftanteil an nähernd auf Null reduziert werden. Grundsätzlich besteht bei entsprechend hoher Temperatur die Möglichkeit, die gesamte Verbrennungsluft der Sekundärzone zuzuführen. Eine geringe Vor-Reaktion in der Primärzone ist allerdings durchaus von Vorteil. Dabei zerfällt Methan in H-reiche und C-reiche Be standteile, die nur äußerst geringe Mengen an "promptem" NO_x bilden.

Ferner ist es vorteilhaft, das Verhältnis von Primär- zu Sekundärluft derart zu steuern, daß in jedem Lastzustand eine Zündung der Verbrennung möglich ist. Andernfalls wäre es erforderlich, für den Zündvorgang einen definierten Last zustand anzufahren und die Verbrennung anschließend auf den gewünschten Sollwert einzustellen.

Das erfindungsgemäße Konzept läßt sich in ganz besonders vorteilhafter Weise mit einem Hochtemperatur-Impulsbrenner der eingangs genannten Art realisieren, der gekennzeichnet ist durch

- eine verstellbare Verteileinrichtung, die die vorwärm bare Verbrennungsluft auf die Primär- und die Sekundärluft führung verteilt,
- einen Antrieb für die Verteileinrichtung und
- eine Steuereinrichtung, die einerseits an den Antrieb für die Verteileinrichtung und andererseits an mindestens einen Sensor zum Erfassen der Ofentemperatur und/oder der Verbrennungslufttemperatur angeschlossen ist.

Mit steigender Temperatur erhöht sich der Sekundär luftanteil unter gleichzeitiger Verminderung des Primärluft anteils. Dies führt dazu, daß die Verbrennung zunehmend in den Ofenraum verlagert wird. Außerhalb des Brenners steht ein wesentlich größeres Reaktionsvolumen zur Verfügung, so daß sich das Verhältnis der erzeugten Wärmemenge pro Volu meneinheit verkleinert. Dadurch lassen sich örtliche Tempe raturspitzen vermeiden, die eine erhöhte NO_x-Bildung zur Folge hätten. Hinzukommt, daß der Brenner mit einem hohen Austrittsimpuls arbeitet. Auch dies fördert die gleichmäßige Durchmischung des Brennstoffs bzw. des teilweise ausreag tierten Brennstoffs mit der Sekundärluft. Die Sekundärluft wird sehr langsam und intensiv beigemischt. Außerdem bewir ken die Sekundärluftstrahlen eine interne Abgasrezirkulation und damit einer Kühlung der Flamme. Wird der Sekundärluftan teil auf 100% oder annähernd 100% erhöht, so arbeitet der Brenner als reiner Mündungsmischer. Durch Anfahren der Flam menstabilitätsgrenze ergibt sich ein Verbrennungsvorgang, der der flammenlosen Oxidation nahekommt.

Die Verteileinrichtung ist vorzugsweise im Durchtritts querschnitt der Primär- und/oder der Sekundärluftführung an geordnet. Bei Anordnung in der Primärluftführung kann eine Mindest-Durchlaßöffnung gebildet werden, die die oben disku tierte Vorreaktion ermöglicht.

Für die Ausbildung der Verteileinrichtung sind verschie dene vorteilhafte Möglichkeiten gegeben. So kann die Verteileinrichtung einen Schieber aufweisen, der mit einer Einlaßöffnung der Primär- und/oder Sekundärluftführung zu sammenarbeitet. Sofern er auf beide Luftführungen einwirkt, wird die Primärluftführung mit zunehmender Temperatur ge drosselt, während sich die Sekundärluftführung in gleichem Maße öffnet. Es genügt jedoch auch, lediglich eine der bei den Luftführungen zu beeinflussen. Der Schieber kann als ebene Platten ausgebildet und an eine entsprechend gestalte ten Gabelung angeordnet sein, an der sich der Lufteinlaß in die Primär- und die Sekundärluftführung verzweigt.

Ferner kann die Verteileinrichtung eine Ringscheibe auf weisen, die mit einer ringförmigen Einlaßöffnung der Primär- oder der Sekundärluftführung zusammenarbeitet.

Ein weiterer Vorschlag geht dahin, daß die Verteilein richtung mindestens eine Teilrohrschale aufweist, die mit einer Einlaßöffnung der rohrförmigen Primärluftführung zu sammenarbeitet. Dabei kann die Teilrohrschale in radialer oder in axialer Richtung bewegbar sein.

Schließlich besteht die Möglichkeit, daß die Verteilein richtung eine abgewinkelte, schwenkbare Klappe aufweist, de ren einer Flügel der Primärluftführung und deren anderer Flügel der Sekundärluftführung zugeordnet ist. Auch hierbei werden beide Luftführungen gleichzeitig gesteuert.

Eine wesentliche Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Strahldüsen der Sekundärluftführung auf der Höhe des Düsenauslasses der Brennkammer innenseitig von de ren Wandung begrenzt werden und daß die Brennkammer als Ver teileinrichtung zum Verstellen des Durchtrittsquerschnitts der Strahldüsen axial verschiebbar im Gehäuse angeordnet ist. Hier wird also der Durchtrittsquerschnitt der Strahl düsen gesteuert, wobei außerdem die besonders vorteilhafte Möglichkeit besteht, gleichzeitig den Austrittswinkel der Strahldüsen durch die axiale Verschiebung der Brennkammer zu verstellen. Dadurch kann mit steigender Temperatur das Reak tionsvolumen innerhalb des Ofenraumes vergrößert werden.

Auch läßt sich die interne Abgasrezirkulation beeinflussen.

Vorzugsweise ist im Wege der vorwärmbaren Verbrennungs luft mindestens ein lineares Wärmedehnungselement angeord net, das den Sensor zum Erfassen der Verbrennungslufttempe ratur, die Steuereinrichtung und den Antrieb für die Verteileinrichtung bildet. Die Steuerung erfolgt hier in Abhängigkeit von der Luftvorwärmtemperatur, die, anders als die Ofentemperatur, den Betrieb des Brenners direkt beein flußt. Dabei übernimmt das Wärmedehnungselement insgesamt drei Funktionen, so daß sich also eine sehr einfache, direkt ansprechende und zuverlässige Konstruktion ergibt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Gaslanze das lineare Wär medehnungselement bildet und mit der Brennkammer fest ver bunden ist. Die gesamte Steuerung bedarf also keiner zuzätz lichen Bauteile.

Alternativ zu dem linearen Wärmedehnungselement besteht die ebenfalls bevorzugte Möglichkeit, im Wege der vorwärm baren Verbrennungsluft mindestens ein Bimetallelement anzu ordnen, das den Sensor zum Erfassen der Verbrennungslufttem peratur, die Steuereinrichtung und den Antrieb für die Ver teileinrichtung bildet. Das Bimetallelement kann neben Line ar- und Drehbewegungen auch bogenförmige Schwenkbewegungen antreiben. Im übrigen ist es mit dem Wärmedehnungselement insoweit vergleichbar, als es drei Funktionen auf sich ver einigt. Darüber hinaus kann es, was besonders vorteilhaft ist, auch die dritte Funktion übernehmen, nämlich die der Verteileinrichtung. Es kann nämlich die oben schon disku tierte Ringscheibe bilden, wobei es sich tellerfederförmig verformt und dadurch auf die zugehörige ringförmige Einlaß öffnung einwirkt.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Antrieb für die Verteileinrichtung als Elektromagnet oder Elektromotor ausgebildet ist. Diese Konstruktionen eig nen sich vor allen Dingen für größere Brenner, die bereits von Haus aus mit einer umfangreichen elektronischen Periphe rie ausgestattet sind. Außerdem treten im Laufe der Zeit - anders als bei Bimetallelementen - keine Veränderungen der Bewegungscharakteristik auf. Schließlich kann mit extremen Vorwärmtemperaturen gearbeitet werden. Bimetallelemente hin gegen sind nur bis zum 450°C einsetzbar.

Ein Elektromagnet eignet sich besonders gut für eine Zwei-Punkt-Steuerung, bei der die Verteileinrichtung zwi schen einer Position für kalte Verbrennungsluft und einer Position für maximal vorgewärmte Verbrennungsluft verstellt wird. Eine Verstellung in diskreten Schritten ist gleicher maßen möglich, wie auch bei dem Elektromotor, der stufenlos oder als Schrittschaltmotor arbeiten kann.

Die Verteileinrichtung ist vorteilhafterweise justierbar im Gehäuse angeordnet. Dies schafft nicht nur die Voraus setzung dafür, bereits vorhandene Brenner nachzurüsten, son dern ermöglicht auch eine Optimierung der Herstellungskosten durch "grob fertigen, fein justieren". Werden Bimetallele mente oder Wärmedehnungselemente verwendet, so wird man diese justierbar am Gehäuse befestigen. Andernfalls kann die Justierung beispielsweise an der schwenkbaren Klappe vorge nommen werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Brennkammer eine in der Primärluftführung angeordnete Mischeinrichtung aufweist und daß im Bereich eines zwischen der Brennkammer und der Mischeinrichtung gebildeten Ring spaltes eine Zündelektrode angeordnet ist, die sich über einen Teil des Umfangs der Mischeinrichtung erstreckt. Die Elektrode überdeckt einen relativ weiten Bereich und befin det sich im Rückströmgebiet des zündfähigen Brenngas/Luft- Gemisches. Dies gewährleistet ein sicheres Zünden in jedem Lastzustand und bei jeder üblichen Verbrennungslufttempera tur, und zwar auch bei Umschaltung der Verbrennungsluft. Eine Vereinfachung der Brennerperipherie, nämlich der Bren nersteuerung, ist die Folge.

Vorzugsweise ist die Zündelektrode als Ionisations-Flam menüberwachungselektrode sowie als Hochspannungs-Funkenzün delektrode ausgebildet. Im Bereich der Elektrode bildet sich jederzeit eine stabile Flammenrückströmzone, die ein siche res und konstantes Flammenionisationssignal liefert. Dies gilt sowohl für Nenn- aus auch für Teillast. Die Elektrode ermöglicht es, die vorhandene Sicherheits- und Zündtechnik zu nutzen. Die Konstruktion ist kostengünstig und trägt außerdem dazu bei, die Zuverlässigkeit und Standzeit des Brenners zu erhöhen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Axialschnitt durch einen Hochgeschwindigkeits- Impulsbren ner nach der Erfindung;

Fig. 2 eine erste abgewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Detail aus Fig. 2;

Fig. 4 eine zweite abgewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 5 eine dritte abgewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 6 eine vierte abgewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 7 ein Detail aus Fig. 6;

Fig. 8 eine fünfte abgewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 9 in abgebrochener Darstellung eine sechste ab gewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 10 einen vertikalen Axialschnitt durch eine Luftweiche;

Fig. 11 eine siebte abgewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1;

Fig. 12 eine achte abgewandelte Ausführungsform des Brenners nach Fig. 1; und

Fig. 13 ein Detail aus Fig. 12.

Sämtliche Ausführungsbeispiele betreffen einen gasbe trieben Hochtemperatur-Impulsbrenner, da sich mit diesem das erfindungsgemäße Konzept am vorteilhaftesten verwirklichen läßt. Anwendbar ist die Erfindung jedoch auf beliebige Bren ner und Verbrennungsprozesse, die mit Luftstufung arbeiten.

Der Brenner nach Fig. 1 weist ein Gehäuse 1 auf, das mit einem Lufteinlaß 2 und einem Gaseinlaß 3 versehen ist. In nerhalb des Gehäuses 1 befindet sich eine Brennerkammer 4, die einen Düsenauslaß 5 aufweist. Die Verbindung zwischen dem Gaseinlaß 3 und der Brennkammer 4 wird von einer Gas lanze 6 hergestellt. Zur Durchführung der angestrebten Luftstufung schließen sich an den Lufteinlaß 2 eine Primär luftführung 7 und eine Sekundärluftführung 8 an. Dabei dient die Primärluftführung 7 zur Versorgung der Brennkammer 4, während die Sekundärluftführung 8 die Brennkammer 4 umgibt und auf der Höhe von deren Düsenauslaß 5 in ringförmig ange ordneten Strahldüsen 9 mündet.

Zur Verteilung der Luft auf die Primärluftführung 7 und die Sekundärluftführung 8 ist ein Bimetallelement 10 vorge sehen, das sich innerhalb der Primärluftführung 7 befindet.

Mit steigender Verbrennungslufttemperatur spreizt sich das Bimetallelement 10 und versperrt dabei zunehmend den Durch laßquerschnitt der Primärluftführung 7. Dementsprechend er höht sich der Anteil der Sekundärluft. Dies führt zu einer zunehmenden Verlagerung der Verbrennung in den Ofenraum, in welchem ein großes Reaktionsvolumen zur Verfügung steht. Der Austrittsimpuls am Düsenauslaß 5 und an den Strahldüsen 9 ist hoch, so daß es zu einer sehr innigen und intensiven Durchmischung kommt. Die Sekundärluft wird langsam beige mischt, und die Strahldüsen 9 sorgen für eine interne Abgas rezirkulation. Der Sekundärluftanteil kann bis zu 100% be tragen, so daß also der Brenner als Mündungsmischer arbei tet. Dabei können sich im Ofenraum Verbrennungszustände ein stellen, die der flammenlosen Oxidation nahekommen. Im Er gebnis erzielt der Brenner extrem niedrige NO_x-Werte bei un vermindert günstigem Wärmeübergang.

Nach den Fig. 2 und 3 ist das Bimetallelement 10 als Ringscheibe ausgebildet, die mit einer ringförmigen Einlaß öffnung der Primärluftführung 7 zusammenarbeitet. Mit zuneh mender Erwärmung der Verbrennungsluft krümmt sich die Ring scheibe nach Art einer Tellerfeder und verringert den Durch trittsquerschnitt der Primärluftführung 7. Das ringscheiben förmige Bimetallelement 10 sitzt an einer Halterung 11, die über eine Stellschraube 12 mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Auf diese Weise läßt sich das Bimetallelement 10 sehr exakt justieren. Einer entsprechend genauen Fertigung bedarf es nicht.

Nach Fig. 3 weist das Bimetallelement 10 an seinem In nenumfang eine Ausnehmung 13 auf, die eine Mindest-Durch laßöffnung für die Primärluft definiert. Selbst in der Schließstellung des Bimetalles gelangt also eine gering fügige Luftmenge in die Brennkammer 4 und führt dort zu einer Vorreaktion, wodurch die Entstehung von "promptem" NO_x wesentlich reduziert wird.

Nach Fig. 4 ist das Bimetallelement 10 im Lufteinlaß 2 angeordnet und dort einseitig eingespannt. Es trägt einen Schieber 14, der mit einer Einlaßöffnung der Primärluftfüh rung 7 zusammenarbeitet.

Nach Fig. 5 sind zwei Bimetallelemente 10 vorgesehen, an denen je eine Teilrohrschale 15 befestigt ist, die mit einer zugehörigen Einlaßöffnung der rohrförmigen Primärluftführung 7 zusammenarbeitet. Mit zunehmender Verbrennungslufttemperatur wandern die Teilrohrschalen 15 nach außen und vermindern den Durchtrittsquerschnitt der Primärluftführung.

Bei dem Brenner nach Fig. 6 ist ebenfalls eine Teilrohr schale 15 vorgesehen, die mit einer Einlaßöffnung der rohr förmigen Primärluftführung 7 zusammenarbeitet und von dem Bimetallelement 10 bewegt wird, und zwar im vorliegenden Fall in radialer Richtung. Fig. 7 zeigt schematisch die Kon figuration des hier verwendeten Bimetallelementes 10, wobei eine um 90° gedrehte Orientierung gewählt ist, bei der das Bimetallelement 10 die Teilrohrschale 15 nach Art eines Schiebers in axialer Richtung bewegt.

Nach Fig. 8 ist das Bimetallelement 10 wiederum als Ring scheibe ausgebildet, wobei es auf dem oberen Abschnitt der Primärluftführung 7 sitzt und mit einer Einlaßöffnung der Sekundärluftführung 8 zusammenarbeitet. Auch hier ist die Halterung 11 über Einstellschrauben 12 mit dem Gehäuse ver bunden.

Fig. 9 zeigt eine Konstruktion, bei der die Brennkammer 4 fest mit der Gaslanze 6 verbunden ist. Letztere ist als Wärmedehnungselement ausgebildet. Mit zunehmender Luftvor wärmung verschiebt sich also die Brennkammer 4 in Richtung auf den Ofenraum und vergrößert dadurch den Querschnitt der Strahldüsen 9. Dementsprechend sinkt die der Brennkammer 4 zugeführte Primärluftmenge. Gleichzeitig - und dies stellt einen besonders günstigen Effekt dar - ändert sich die Strahlrichtung der Strahldüsen 9. Dadurch vergrößert sich das zur Verfügung stehende Reaktionsvolumen, wodurch die NO_x-Bildung weiter vermindert wird.

Bei der Luftschleuse nach Fig. 10 arbeitet der am Bime tallelement 10 befestigte Schieber 14 sowohl mit einer Ein laßöffnung der Primärluftführung 7 als auch mit einer Ein laßöffnung der Sekundärluftführung 8 zusammen. Bei Zunahme der Luftvorwärmung krümmt sich das Bimetallelement 10 nach rechts, wobei der Schieber 14 die Einlaßöffnung der Primär luftführung 7 zunehmend schließt und die Einlaßöffnung der Sekundärluftführung 8 zunehmend öffnet.

Der Brenner nach Fig. 11 ist mit einer abgewinkelten, schwenkbaren Klappe 16 versehen, deren einer Flügel mit einer Einlaßöffnung der Primärluftführung 7 und deren ande rer Flügel mit einer Einlaßlöffnung der Sekundärluftführung 8 zusammenarbeitet. Die Endstellungen der Klappe 16 sind justierbar.

Die Klappe 16 kann ohne weiteres von einem Bimetallele ment oder einem Wärmedehnungselement angetrieben werden. Darüber hinaus eignet sie sich besonders gut für einen An trieb durch einen Elektromagneten oder einen Elektromotor. Gegenüber einem Bimetallelement hat dies den Vorteil, daß höhere Vorwärmtemperaturen zugelassen werden können. Auch kommt es im Laufe der Zeit nicht zu Änderungen der Bewe gungscharakteristik.

Im Falle eines Elektromagneten wird man in der Regel auf eine Zwei-Punkt-Steuerung zurückgreifen. Als Elektromotor eignet sich vor allem ein Schrittschaltmotor.

Die Konstruktion nach Fig. 11 bedarf einer Steuerein richtung, die einerseits an den Elektromagneten bzw. an den Elektromotor und andererseits an einen Temperatursensor an geschlossen ist. Letzterer erfaßt die Ofentemperatur und/oder die Verbrennungslufttemperatur.

Nach den Fig. 12 und 13 weist der Brenner eine trichter förmige Mischeinrichtung 17 auf, die in der Primärluftfüh rung 7 angeordnet ist und in der die Gaslanze 6 mündet. Im Bereich eines Ringspaltes zwischen der Brennerkammer 4 und der Mischeinrichtung 17 ist eine Zündelektrode 18 angeord net, und zwar derart, daß sie sich über einen Teil des Um fangs der Mischeinrichtung 17 erstreckt. Die Zündelektrode 18 ist als Ionisations-Flammenüberwachungselektrode sowie als Hochspannungs-Funkenzündelektrode ausgebildet. Sie ge stattet ein sicheres Zünden sowie eine zuverlässige Flammen überwachung in jedem Lastbereich, bei jeder Luftvorwärmtem peratur und bei jeder Verteilung der Verbrennungsluft.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög lichkeiten gegeben. So können in der Sekundärluftführung ge geneinander verstellbare Platten vorgesehen werden, die durch Verdrehen und/oder durch Axialverschiebung den Durch laßquerschnitt der Sekundärluftführung ändern. Vergleichbare Maßnahmen können in der Primärluftführung ergriffen werden. Den Antrieb besorgen Bimetallelemente, Wärmedehnungselemente oder elektromagnetische bzw. elektromotorische Einrichtun gen. Auch in den Ausführungsbeispielen können diese An triebsmöglichkeiten gegeneinander vertauscht werden.

Claims

1. Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff mit vorwärm barer Verbrennungsluft in einer Primär- und einer Sekundär zone, wobei der Brennstoff der Primärzone zugeführt wird und wobei die Primär- und die Sekundärzone mit Primär- bzw. Se kundärluft beschickt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebenem Luftüberschuß das Verhältnis von Primär- zu Sekundärluft während des Betriebes in Abhängig keit von Änderungen der Verbrennungsluft- und/oder Ofentem peratur derart gesteuert wird, daß mit steigender Temperatur der Sekundärluftanteil zunimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Primär- zu Sekundärluft derart ge steuert wird, daß die Verbrennung nahe ihrer Stabilitäts grenze abläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei maximaler Verbrennungsluft- und/oder Ofentemperatur der Primärluftanteil annähernd auf Null reduziert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Primär- zu Sekundär luft derart gesteuert wird, daß in jedem Lastzustand eine Zündung der Verbrennung möglich ist.

5. Brenner, insbesondere Hochtemperatur-Impulsbrenner zum Beheizen eines Ofens, mit

- einem Gehäuse (1), das einen Lufteinlaß (2) für vor wärmbare Verbrennungsluft und einen Gaseinlaß (3) aufweist,
- einer im Gehäuse (1) angeordneten Brennkammer (4), die mit einem Düsenauslaß (5) versehen ist,
- einer zur Brennkammer (4) führenden, an den Gaseinlaß (3) angeschlossenen Gaslanze (6),
- einer zur Brennkammer (4) führenden, mit dem Luftein laß (2) in Verbindung stehenden Primärluftführung (7) und
- einer mit dem Lufteinlaß (2) in Verbindung stehenden Sekundärluftführung (8), die die Brennkammer (4) umgibt und auf der Höhe von deren Düsenauslaß (5) in ringförmig ange ordneten Strahldüsen (9) mündet, gekennzeichnet durch,
- eine verstellbare Verteileinrichtung, die die vorwärm bare Verbrennungsluft auf die Primär- und die Sekundärluft führung (7; 8) verteilt,
- einen Antrieb für die Verteileinrichtung und
- eine Steuereinrichtung, die einerseits an den Antrieb für die Verteileinrichtung und andererseits an mindestens einen Sensor zum Erfassen der Ofentemperatur und/oder der Verbrennungslufttemperatur angeschlossen ist.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung im Durchtrittsquerschnitt der Primär- und/oder der Sekundärluftführung (7; 8) angeordnet ist.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der Verteileinrichtung in der Primärluftfüh rung (7) eine Mindest-Durchlaßöffnung gebildet wird.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verteileinrichtung einen Schieber (14) aufweist, der mit einer Einlaßöffnung der Primär- und/oder Sekundärluftführung (7; 8) zusammenarbeitet.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verteileinrichtung eine Ringscheibe aufweist, die mit einer ringförmigen Einlaßöffnung der Pri mär- oder der Sekundärluftführung (7; 8) zusammenarbeitet.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung mindestens eine Teilrohrschale (15) aufweist, die mit einer Einlaßöffnung der rohrförmigen Primärluftführung (7) zusammenarbeitet.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung eine abgewin kelte, schwenkbare Klappe (16) aufweist, deren einer Flügel der Primärluftführung (7) und deren anderer Flügel der Se kundärluftführung (8) zugeordnet ist.

12. Brenner nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Strahldüsen (9) der Sekundärluftführung (8) auf der Höhe des Düsenauslasses (5) der Brennkammer (4) innenseitig von deren Wandung begrenzt werden und daß die Brennkammer (4) als Verteileinrichtung zum Verstellen des Durchtrittsquerschnitts der Strahldüsen (9) axial verschieb bar im Gehäuse angeordnet ist.

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel der Strahldüsen (9) durch axiales Verschieben der Brennkammer (4) verstellbar ist.

14. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege der vorwärmbaren Verbrennungs luft mindestens ein lineares Wärmedehnungselement angeordnet ist, das den Sensor zum Erfassen der Verbrennungslufttempe ratur, die Steuereinrichtung und den Antrieb für die Verteileinrichtung bildet.

15. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaslanze (6) das lineare Wärmedehnungselement bildet und mit der Brennkammer (4) festverbunden ist.

16. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege der vorwärmbaren Verbrennungs luft mindestens ein Bimetallelement (10) angeordnet ist, das den Sensor zum Erfassen der Verbrennungslufttemperatur, die Steuereinrichtung und den Antrieb für die Verteileinrichtung bildet.

17. Brenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement (10) ferner die Verteileinrichtung bildet.

18. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Verteileinrichtung als Elektromagnet ausgebildet ist.

19. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Verteileinrichtung als Elektromotor ausgebildet ist.

20. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteileinrichtung justierbar im Ge häuse (1) angeordnet ist.

21. Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerkammer (4) eine in der Pri märluftführung (7) angeordnete Mischeinrichtung (17) auf weist und daß im Bereich eines zwischen der Brennkammer (4) und der Mischeinrichtung (17) gebildeten Ringspaltes eine Zündelektrode (18) angeordnet ist, die sich über einen Teil des Umfangs der Mischeinrichtung (17) erstreckt.

22. Brenner nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (18) als Ionisations-Flammenüber wachungselektrode ausgebildet ist.

23. Brenner nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zündelektrode (18) als Hochspannungs-Fun kenzündelektrode ausgebildet ist.