DE19816714A1

DE19816714A1 - Fan-assisted burner in two stages for burning fuels

Info

Publication number: DE19816714A1
Application number: DE19816714A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Stock; Arno Vogt; Werner Klausmann
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 1999-10-21

Abstract

A regulated combustion air pipe (10) branches off to the second state (II) of the burner from the burner fan (G) for a regulated combustion air flow to the first stage (I). The combustion air pipe to the second stage between the fan and the first stage branches off from the combustion air pipe (10') to the second stage. Both pipes contain fixed deflectors (11,11') or deflectors controllable by a regulator (12).

Description

Die Erfindung betrifft einen Gebläsebrenner zur schad stoffreduzierten Verbrennung von Brennstoffen in einer ersten Stufe mit einer Luftzahl λ < 1 und in mindestens einer weiteren Stufe mit einer Luftzahl λ ≧ 1, wobei die Heizgase der ersten Stufe der zweiten Stufe im Brenner unter Zufuhr zusätzlicher Verbrennungsluft zugeführt werden.The invention relates to a forced draft burner for harm Reduced fuel combustion of fuels in one first stage with an air ratio λ <1 and in at least one another stage with an air ratio λ ≧ 1, the heating gases the first stage the second stage in the burner with feed additional combustion air can be supplied.

Maßnahmen zur schadstoffreduzierten Verbrennung von Brenn stoffen sind in verschiedener Form bekannt. Die NOx-Raten werden dabei durch Wärmeauskopplung, Abgasrückführung und/oder Anordnung wärmeabführender Elemente im Flammbereich auf vertretbare Werte abgesenkt. Gleichzeitig sollen hier bei auch die CO- und Rußemissionen niedrig gehalten wer den. Nach der DE-Z Wärmetechnik 1/1995, Seiten 18-25 besteht eine weitere Möglichkeit der Schadstoffreduzierung darin, die Verbrennung in zwei Stufen zu vollziehen, was bspw. mit Brennerausbildungen gemäß DOS 21 29 357 oder nach der DE 43 30 130 C1 praktizierbar ist.Measures to reduce the combustion of fuel fabrics are known in various forms. The NOx rates are by heat extraction, exhaust gas recirculation and / or Arrangement of heat-dissipating elements in the flame area lowered to justifiable values. At the same time, here which also keeps the CO and soot emissions low the. According to DE-Z Wärmetechnik 1/1995, pages 18-25 there is another possibility of reducing pollutants in doing the burning in two stages what For example with burner training according to DOS 21 29 357 or according to DE 43 30 130 C1 is practicable.

Bei derartigen zweistufigen Verbrennungen muß jedoch dafür gesorgt werden, daß die Luftzufuhr zu den beiden Stufen entsprechend der einleitend genannten Luftzahl-Maßgaben erfolgt, was bis zu einem gewissen Grade problematisch ist und wofür sich zunächst anbietet, einen Zwei- oder Mehr stufenbrenner mit zwei Gebläsen auszustatten, was mit einem entsprechenden Aufwand verbunden ist.With such two-stage burns, however, must be ensured that the air supply to the two stages according to the air ratio requirements mentioned in the introduction takes place, which is problematic to a certain extent and what offers itself first, a two or more stage burner to equip with two fans, what with is associated with a corresponding effort.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Gebläsebrenner der eingangs genannten Art so auszuge stalten, daß dessen Gebläse für die unterschiedlich not wendigen Luftzufuhren zu den mindestens beiden Brennerstu fen ausnutzbar ist, d. h., nicht etwa für jede Stufe ein separates Gebläse am Brenner vorgesehen werden muß.The invention is accordingly based on the object Fan burners of the type mentioned at the outset design that its blowers for the different needs agile air supply to the at least two burner stages fen is exploitable, d. that is, not for each level separate blower must be provided on the burner.

Diese Aufgabe ist mit einem Gebläsebrenner der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß vom Brennergebläse aus für die geregelte Verbrennungsluft zufuhr zur ersten Stufe eine regelbare Verbrennungs luftleitung zur zweiten Stufe abgezweigt ist.This task is with a forced draft burner mentioned type according to the invention in that from Burner blower off for the controlled combustion air controllable combustion to the first stage air line is branched to the second stage.

In vorteilhafter Weiterbildung ist dabei die Verbrennungs luftleitung zur zweiten Brennerstufe zwischen dem Gebläse und der ersten Brennerstufe von der Luftzufuhrleitung zur ersten Brennerstufe abgezweigt und in beiden Leitungen sind geregelte oder festeingestellte Blenden angeordnet.The combustion is an advantageous further development Air line to the second burner stage between the fan and the first burner stage from the air supply line to branched off the first burner stage and in both lines regulated or fixed diaphragms are arranged.

Auf diese Weise kann ein Zwei- bzw. Mehrstufenbrenner vor teilhaft mit nur einem Gebläse betrieben werden, wobei hinter dem Gebläse für eine geregelte Aufteilung der vom Gebläse gelieferten Verbrennungsluft in die Verbrennungs stufen gesorgt wird, um damit den vorerwähnten Luftzahlbe dingungen zu genügen. In this way, a two- or multi-stage burner can be used partially operated with only one fan, whereby behind the blower for a regulated distribution of the from Blower supplied combustion air into the combustion stages is ensured in order to achieve the above-mentioned air ratio to meet conditions.

Der erfindungsgemäße Gebläsebrenner wird nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungs beispielen näher erläutert.The fan burner according to the invention is described below Hand drawing illustration of execution examples explained in more detail.

Es zeigt Fig. 1 das "Luftschaltschema" des neuartigen Gebläse brenners undIt shows Fig. 1, the "air circuit diagram" of the novel fan burner and

Fig. 2, 3 schematisch beispielsweise Ausführungsformen von zweistufigen Brennern für flüssige Brenn stoffe. Fig. 2, 3 schematically, for example, embodiments of two-stage burners for liquid fuels.

Der erfindungsgemäße Gebläsebrenner ist mit seinem "Luft schaltschema" in Fig. 1 stark schematisiert in seiner bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Mit I, II sind dabei die beiden Brennerstufen bezeichnet, mit G das beide Stufen mit anteiliger Verbrennungsluft beliefernde Gebläse und mit 10 die abgezweigte, zur zweiten Stufe II führende Verbrennungsluftleitung, die von der vom Gebläse G direkt zur ersten Stufe I führenden Verbrennungsluftleitung 10' abgezweigt ist. Der Gebläsebrenner besteht dabei bzgl. seiner Stufen I, II, sofern, wie bei dieser Schema darstellung zugrundegelegt, flüssiger Brennstoff zugeführt bzw. verarbeitet wird, aus einem sogenannten Verdamp fungsbrenner 1 und aus einem nachgeschalteten Flächen brenner 2. Sofern solche Mehrstufenbrenner mit gasförmigen Brennstoff beschickt werden, was natürlich auch möglich ist, wird auch die erste Stufe I bevorzugt als Flächen brenner ausgebildet, was jedoch nicht zwingend ist, d. h. und dies gilt auch für die zweite Stufe II, die Brennerstufen können auch in anderer, für die Gasver brennung geeigneter Form realisiert werden.The fan burner according to the invention is shown in its preferred embodiment with its "air switching scheme" in Fig. 1 highly schematized. I, II denote the two burner stages, G the blower supplying both stages with proportionate combustion air, and 10 the branched combustion air line leading to the second stage II, which branches off from the combustion air line 10 'leading directly from the blower G to the first stage I. is. The forced draft burner consists of its stages I, II, provided that, as shown in this diagram, liquid fuel is supplied or processed, it consists of a so-called evaporation burner 1 and a downstream surface burner 2 . If such multi-stage burners are fed with gaseous fuel, which is of course also possible, the first stage I is preferably designed as a surface burner, but this is not mandatory, that is, and this also applies to the second stage II, the burner stages can also be in another , suitable form for gas combustion can be realized.

In den Verbrennungsluftleitungen 10, 10' sind an Stellen, wie dargestellt, Regelelemente bspw. in Form von Blenden 11, 11' angeordnet, mit denen die den Stufen I, II zuzu führenden Luftmengen geregelt werden, um den Luftzahl bedingungen in den beiden Stufen zu genügen.In the combustion air lines 10 , 10 ', as shown, control elements are arranged, for example, in the form of orifices 11 , 11 ', with which the air quantities to be supplied to stages I, II are regulated in order to increase the air ratio in the two stages are enough.

Sofern es sich nicht um festeingestellte Blenden 11, 11' handelt, die genau auf die jeweils im Brenner benutzten Brennertypen mit ihren spezifischen Charakteristika abge stellt sind, werden aber bevorzugt einstell- bzw. regelbare Blenden 11, 11' verwendet, die, wie schematisch darge stellt, mit einer geeigneten Regeleinheit 12 in Verbindung stehen.Unless there are fixed orifices 11 , 11 ', which are precisely tailored to the burner types used in the burner with their specific characteristics, adjustable or controllable orifices 11 , 11 ' are preferably used, which, as schematically illustrated provides, are connected to a suitable control unit 12 .

Nur der Vollständigkeit halber sind in den Fig. 2, 3 noch zwei Ausführungsbeispiele für Zweistufenbrenner verdeut licht, die für die Verbrennung flüssiger Brennstoffe geeignet sind.Only for the sake of completeness, two exemplary embodiments for two-stage burners are illustrated in FIGS . 2, 3, which are suitable for the combustion of liquid fuels.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Brennstoff in der Stufe I fein verstäubt bzw. "verdampft". Dieser Teil des Brenners für die erste Stufe I besteht dabei aus einem an sich bekannten, blau brennenden Verdampfungsbrenner mit Ein richtungen zur Erzeugung einer flammstabilisierenden Drall strömung, und die zweite Brennstufe II ist ein sphärischer Flächenbrenner 2 bspw. bevorzugt in Halbkugelform, in dessen Basiswand 2' der Verdampfungsbrenner, wie bspw. dargestellt, einmündet und an der auch die Verbrennungsluftzufuhranschlüsse 4 angeordnet sind. Die Brennkammer, d. h., der Raum 6, in den der Verdampfungsbrenner 1 hineinbrennt, wird hierbei vom halbkugelförmigen Flächenbrenner 2 als zweite Brennstufe II umschlossen.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the fuel is finely dusted or "evaporated" in stage I. This part of the burner for the first stage I consists of a per se known, blue burning evaporation burner with a devices for producing a flame-stabilizing swirl flow, and the second firing step II is, for example, a spherical surface burner. 2 preferably in a hemispherical shape, in whose base wall 2 'The evaporation burner, as shown for example, opens out and on which the combustion air supply connections 4 are also arranged. The combustion chamber, ie the space 6 into which the evaporation burner 1 burns, is enclosed by the hemispherical surface burner 2 as the second combustion stage II.

Der Verdampfungsbrenner 1 muß nicht zwingend ein Draller zeugungsbrenner der einleitend genannten Art sein, wesentlich ist nur, daß dieser Verdampfungsbrenner 1 rußfrei, d. h., blau brennt.The evaporation burner 1 must be a twister generation burner of the initially mentioned type not mandatory, it is only essential that this evaporation burner 1 soot-free, ie, burns blue.

Dies gilt auch für die Ausführungsform gemäß Fig. 3, bei der der Verdampfungsbrenner 1 ebenfalls als Drallerzeugungsbrenner für die erste Brennstufe I dargestellt ist. Diese Ausfüh rungsform unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß der Raum 6 stromab zur zweiten Brennstufe II hin von einer sogenannten Mischeinrichtung 8 begrenzt ist(bspw. in Form eines einfachen Lochbleches), in deren Bereich und hinter der die Zu satzluftzufuhranschlüsse 4 und die zweite Brennstufe II in Form eines Katalysators K angeordnet sind, hinter dem die nunmehr weitestgehend schadstofffreien Abgase unmittelbar in den Abgasabzug A gelangen. Auch hier erfolgt die Verbrennung im Raum 6 unterstöchiometrisch, d. h. bei λ < 1 und die Verbrennung der aus der ersten Brennstufe I abströmenden Gase nach Beimischung von Zusatzluft über- bzw. stöchiometrisch, d. h., λ ≧ 1, und zwar katalytisch unterstützt. Nicht dargestellt sind in Fig. 3 die für die Wärmeabfuhr erforderlichen Elemente. In beiden Fällen ergeben sich, wie sich gezeigt hat, dank einer solchen Zweistufenverbrennung, extrem niedrige Schadstoffwerte sowohl was CO als auch No_x betrifft. Die vorerwähnten Ver dampfungs- bzw. Drallerzeugungsbrenner arbeiten im übrigen mit Abgasrückführung, was lediglich mit Pfeilen AR in Fig. 2, 3 angedeutet ist, wobei im Falle der Fig. 2 diese Rückführung di rekt aus der Heizkesselbrennkammer HK erfolgt und im Falle der Fig. 3 aus dem stromauf vor der Mischeinrichtung 8 befind lichen Raum 6.This also applies to the embodiment according to FIG. 3, in which the evaporation burner 1 is also shown as a swirl generation burner for the first combustion stage I. This embodiment differs from that according to FIG. 2 in that the space 6 downstream of the second combustion stage II is limited by a so-called mixing device 8 (for example in the form of a simple perforated plate), in the area thereof and behind which the compressed air supply connections 4 are made and the second combustion stage II are arranged in the form of a catalytic converter K, behind which the largely pollutant-free exhaust gases go directly into the exhaust gas outlet A. Here, too, the combustion in room 6 takes place sub-stoichiometrically, ie at λ <1, and the combustion of the gases flowing out of the first combustion stage I after admixing additional air is over- or stoichiometric, ie, λ λ 1, and catalytically supported. The elements required for heat dissipation are not shown in FIG. 3. In both cases, as has been shown, such two-stage combustion results in extremely low pollutant values both in terms of CO and No _x . The aforementioned Ver evaporation or swirl generation burners work with exhaust gas recirculation, which is only indicated with arrows AR in Fig. 2, 3, in the case of Fig. 2 this recirculation takes place directly from the boiler combustion chamber HK and in the case of Fig. 3 from the upstream in front of the mixing device 8 union 6 .

Die vorerwähnte bevorzugte Ausstattung des Gebläsebrenners mit regel- bzw. einstellbaren Blenden 11, 11', und zwar in Verbindung mit der Regeleinheit 12 erfolgt insbesondere auch mit Rücksicht auf die Startphasen solcher Brenner überhaupt, da die Startphasen andere Luftzahlbedingungen verlangen, wobei der Brenner in der ersten Stufe mit λ ≧ 1 und in der zweiten Stufe II mit λ" = λ' zu betreiben ist.The above-mentioned preferred configuration of the forced draft burner with adjustable or adjustable orifices 11 , 11 ', in connection with the control unit 12, takes place in particular with regard to the starting phases of such burners, since the starting phases require different air ratio conditions, the burner in the the first stage with λ ≧ 1 and in the second stage II with λ "= λ '.

Claims

1. Fan burner for the emission-reduced combustion of fuels in a first stage (I) with an air ratio λ <1 and in at least one further stage (II) with an air ratio λ ≧ 1, the heating gases of the first stage of the second stage of the burner being supplied Additional combustion air is supplied, characterized in that a controlled combustion air line ( 10 ) to the second stage (II) of the burner is branched off from the burner fan (G) for the controlled supply of combustion air to the first stage (I).

2. Fan burner according to claim 1, characterized in that the combustion air line ( 10 ) to the second stage (II) between the fan (G) and the first stage (I) is branched off from the combustion air line ( 10 ') to the first stage (I) , In both lines ( 10 , 10 ') fixedly arranged or adjustable via a control ( 12 ) orifices ( 11 , 11 ') are arranged.