DE19905166A1 - Optimizing device for combustion process involves combustion chamber fed with combustion air fed into at least one inlet via air feed conduit, exhaust gas being fed from it via outlet and conduit - Google Patents

Optimizing device for combustion process involves combustion chamber fed with combustion air fed into at least one inlet via air feed conduit, exhaust gas being fed from it via outlet and conduit

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Abstract

A combustion chamber (2) is involved in the optimization of the combustion process, with combustion air (29) fed into at least one inlet (7) via an air feed conduit (8). Exhaust gas (23) is fed from the combustion chamber via an outlet (9) and a conduit. Air (14) enriched with oxygen can be fed to the combustion chamber (2). Ahead of the combustion chamber is a storage container which can be filled with oxygen and is connected via an oxygen conduit with the air feed conduit (8). Ahead of the combustion chamber is a gas separation system (3), connected with the air feed conduit. The system comprises membranes (11) fed with atmospheric air (13) via a compressor (22).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Opti­ mierung eines Verbrennungsprozesses, bei dem in einer Brennkammer unter Zuführung von Verbrennungsluft ein Brenn­ stoff verbrannt wird.The present invention relates to a method for opti mation of a combustion process, in which in a Combustion chamber with a supply of combustion air material is burned.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrich­ tung zur Optimierung eines Verbrennungsprozesses mit einer Brennkammer, der über mindestens einen Einlaß Verbrennungs­ luft über eine Luftzuleitung zuführbar ist und der über ei­ nen Auslaß und eine Abgasleitung Abgas abführbar ist.The present invention further relates to a Vorrich device to optimize a combustion process with a Combustion chamber that has at least one combustion inlet air can be supplied via an air supply line and via an egg NEN outlet and an exhaust pipe exhaust gas can be removed.

Brennstoff entzündet sich, wenn Sauerstoff unmittelbar den Brennstoff berührt und an der Berührungsstelle Entzün­ dungstemperatur herrscht. Verbrennungen in technischen Feuerungen werden für die meisten Fälle durch folgende Re­ aktionsformeln erfaßt:
Fuel ignites when oxygen directly touches the fuel and the ignition temperature is at the point of contact. In most cases, burns in technical furnaces are recorded using the following reaction formulas:

C + O2 → CO2, 2C + O2 → 2CO,
C + O 2 → CO 2 , 2C + O 2 → 2CO,

2CO + O2 → 2CO2,
2CO + O2 → 2CO 2 ,

2 H2 + O2 → 2H2O, S + O2 → SO2.
2 H 2 + O 2 → 2H 2 O, S + O 2 → SO 2 .

N2 + xO2 → 2NOx N 2 + xO 2 → 2NO x

Mit Hilfe der Verbrennungsformeln kann die theoretisch zur vollkommenen und vollständigen Verbrennung notwendige Min­ destmenge Sauerstoff sowie Art und Menge der Verbrennungs­ produkte berechnet werden.With the help of the combustion formulas, theoretically perfect and complete combustion necessary min  least amount of oxygen and type and amount of combustion products are calculated.

Der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff wird aus der dem Brennraum zugeführten Verbrennungsluft entnommen. Trockene atmosphärische Luft in Bodennähe ist ein Gemisch aus etwa 21,00 Vol.-% Sauerstoff (O2), 78,05 Vol.-% Stickstoff (N2), 0,92 Vol.-% Argon (Ar) und 0,03 Vol.-% Kohlendioxid (CO2). Atmosphärische Luft ist fast immer feucht. Die Feuchtigkeit erhöht den Bedarf an Verbrennungsluft und die Rauchgasmenge bzw. Abgasmenge. Die zusammen mit Sauerstoff in der Ver­ brennungsluft enthaltenen unbrennbaren Gase und Dämpfe mi­ schen sich mit den bei der Verbrennung entstehenden Gas- Verbrennungsprodukten und bilden zusammen mit diesen das Rauchgas. Neben einer unerwünschten Emission von Schwefel­ dioxid (SO2) ist insbesondere die Emission von Stickoxiden (NOX) unerwünscht. Die Bildung von Stickoxiden ist stark abhängig vom Verbrennungsvorgang, maximal bei niedrigem Luftüberschuß und hoher Temperatur.The oxygen required for combustion is taken from the combustion air supplied to the combustion chamber. Dry atmospheric air near the ground is a mixture of approximately 21.00 vol.% Oxygen (O 2 ), 78.05 vol.% Nitrogen (N 2 ), 0.92 vol.% Argon (Ar) and 0, 03 vol .-% carbon dioxide (CO 2 ). Atmospheric air is almost always humid. The humidity increases the need for combustion air and the amount of flue gas or exhaust gas. The incombustible gases and vapors contained in the combustion air together with oxygen mix with the gas combustion products formed during the combustion and together with these form the flue gas. In addition to an undesirable emission of sulfur dioxide (SO 2 ), the emission of nitrogen oxides (NOX) is particularly undesirable. The formation of nitrogen oxides is heavily dependent on the combustion process, at maximum with low excess air and high temperature.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrades und zur Reduzierung der Ruß- und Abgasemissionen wird die Verbrennungsluft von Wär­ mekraftmaschinen mit Hilfe von Verdichtern bzw. Gebläsen, wie z. B. Turboladern komprimiert bzw. aufgeladen. Zur Er­ zielung eines hohen Wirkungsgrades und zur Reduzierung der Ruß- und Abgasemissionen ist eine optimale Verbrennung wün­ schenswert. In der Praxis läßt sich mit der theoretischen Mindestmenge Verbrennungsluft keine vollständige und voll­ kommene Verbrennung erreichen. Um möglichst viele Brenn­ stoffteilchen mit Sauerstoff zusammenzubringen, wird in den meisten Fällen mehr Luft als theoretisch erforderlich zuge­ führt, d. h., es wird mit Luftüberschuß verbrannt. Nachtei­ lig dabei ist, daß bei einer erhöhten Luftzufuhr dem Ver­ brennungsvorgang neben einer größeren Menge Sauerstoff auch mehr Feuchtigkeit und andere unerwünschte Luftbestandteile zugeführt werden. To increase efficiency and reduce Soot and exhaust emissions become the combustion air of heat mechanical machines with the help of compressors or blowers, such as B. turbochargers compressed or charged. To Er aiming for high efficiency and reducing the Soot and exhaust emissions are optimal combustion worth it. In practice, the theoretical Minimum amount of combustion air is not complete and full reach coming combustion. In order to burn as many Bringing particles of material together with oxygen is used in the in most cases, more air than theoretically required leads, d. that is, it is burned with excess air. Night egg lig is that with an increased air supply Ver burning process in addition to a larger amount of oxygen more moisture and other undesirable air components be fed.  

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Ver­ brennungsprozeß in der Brennkammer weiter zu optimieren.The object of the present invention is therefore to Ver further optimize the combustion process in the combustion chamber.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß der Brenn­ kammer mit Sauerstoff angereicherte Luft zugeführt wird.This object is inventively in connection with the Preamble of claim 1 solved in that the burning chamber is supplied with oxygen-enriched air.

Dadurch, daß der Brennkammer mit Sauerstoff angereicherte Luft zugeführt wird, kann ein optimales Verhältnis von Brennstoff und Verbrennungsluft erzielt werden. Durch den erhöhten Sauerstoffanteil der Verbrennungsluft kommt der Verbrennungsprozeß mit einem geringeren Volumenstrom der Verbrennungsluft aus. Dadurch reduzieren sich auch die An­ teile an Feuchtigkeit und Stickstoff. So kann zum einen der Wirkungsgrad verbessert und zum anderen der Ausstoß von Ruß- und Abgasemissionen verringert werden. Damit kann der Verbrennungsprozeß von Feuerungsanlagen, sowohl mit festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen, verbessert werden. Der Verbrennungsprozeß, sowohl in Feuerungsanlagen, Wärme­ kraftanlagen, Heizkraftanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Wärmekraftmaschinen und Verbrennungsmotoren jeglicher Art, läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren optimieren.Because the combustion chamber is enriched with oxygen Air is supplied, an optimal ratio of Fuel and combustion air can be achieved. By the the increased oxygen content of the combustion air Combustion process with a lower volume flow Combustion air out. This also reduces the number of people parts of moisture and nitrogen. On the one hand, the Efficiency improved and secondly the emission of Soot and exhaust emissions are reduced. So that the Combustion process of combustion plants, both with fixed, liquid and gaseous fuels. The combustion process, both in furnaces, heat power plants, heating plants, waste incineration plants, Heat engines and internal combustion engines of all kinds, can be optimized with the method according to the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die mit Sauerstoff angereicherte Luft mit Hilfe von Trenn­ membranen erzeugt, denen verdichtete Umgebungsluft zuge­ führt und nach einer Zerlegung der Umgebungsluft ein mit Sauerstoff angereicherter Gasstrom permeiert und als mit Sauerstoff angereicherte Luft für den Verbrennungsprozeß genutzt wird.According to a preferred embodiment of the invention the oxygen-enriched air with the help of separation membranes generated, which compressed compressed air leads and after a decomposition of the ambient air with Oxygen-enriched gas flow permeates and as with Oxygenated air for the combustion process is being used.

Dadurch, daß die mit Sauerstoff angereicherte Luft mit Hil­ fe von Trennmembranen aus der Umgebungsluft erzeugt wird, kann kostengünstig und auf einfache Weise mit Sauerstoff angereicherte Luft erzeugt werden. Durch die Zerlegung der Umgebungsluft wird der Anteil von Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff reduziert. Als Trennmembranen können bekannte Flach-, Rohr- oder Kapillarmembranen verwendet werden, die geeignet sind den gasförmigen Sauerstoff eines gasförmigen Gemisches - wie zum Beispiel Luft - und dessen andere Be­ standteile weitgehend selektiv zu trennen.Because the oxygen-enriched air with Hil is generated by separation membranes from the ambient air, can be inexpensive and simple with oxygen  enriched air are generated. By disassembling the Ambient air is the proportion of water, carbon dioxide and Nitrogen reduced. Known separation membranes can be used Flat, tubular or capillary membranes can be used the gaseous oxygen of a gaseous is suitable Mixtures - such as air - and its other ingredients largely separate components.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird die mit Sauerstoff angereicherte Luft anstelle von Verbrennungsluft mit normaler Sauerstoffkonzentration der Brennkammer zugeführt. Dadurch, daß die normale Ver­ brennungsluft komplett durch mit Sauerstoff angereicherte Luft ersetzt wird, kann die Zusammensetzung der Verbren­ nungsluft optimal bestimmt werden.According to a further preferred embodiment of the inven the oxygen-enriched air instead of combustion air with normal oxygen concentration fed to the combustion chamber. Because the normal Ver combustion air completely through oxygen enriched Air is replaced, the composition of the cremation air can be optimally determined.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird die mit Sauerstoff angereicherte Luft mit Ver­ brennungsluft mit normaler Sauerstoffkonzentration gemischt und der Brennkammer zugeführt. Durch die Vermischung von normaler Verbrennungsluft und mit Sauerstoff angereicherter Luft ist es möglich, den Verbrennungsprozeß kostengünstig mit geringeren Mengen von Sauerstoff angereicherter Luft zu optimieren. Dadurch wird der Energieaufwand für die zur Permeierung notwendige Luftverdichtung geringer.According to a further preferred embodiment of the invention the oxygen-enriched air with Ver combustion air mixed with normal oxygen concentration and fed to the combustion chamber. By mixing normal combustion air and oxygen enriched Air makes it possible to make the combustion process inexpensive with less air enriched air optimize. Thereby the energy expenditure for the Permeration of necessary air compression less.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird ein Teilstrom eines Abgasstromes der Brennkammer verdichtet, mit Sauerstoff angereichert und mit der Ver­ brennungsluft gemischt.According to a further preferred embodiment of the invention tion becomes a partial flow of an exhaust gas flow from the combustion chamber compressed, enriched with oxygen and with ver combustion air mixed.

Insbesondere bei Wärmekraftmaschinen wird ein Abgasstrom der Brennkammer genutzt um die Verbrennungsluft mit hoher Temperatur und hohem Druck bzw. hoher Geschwindigkeit in die Brennkammer einströmen zu lassen. In the case of heat engines in particular, there is an exhaust gas flow the combustion chamber used to the combustion air with high Temperature and high pressure or high speed in let the combustion chamber flow in.  

Da der Sauerstoff des Abgasstromes bereits verbrannt ist, ist es vorteilhaft, daß dem Abgasstrom bzw. der Verbren­ nungsluft insgesamt mit Sauerstoff angereicherte Luft zuge­ führt wird.Since the oxygen in the exhaust gas stream has already burned, it is advantageous that the exhaust gas flow or combustion air supplied with total oxygen-enriched air leads.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird die Sauerstoffkonzentration der der Brennkammer zugeführten Luft als Ist-Wert gemessen und entsprechend ei­ nem vorgegebenen Sollwert geregelt. Die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Sauerstoff erfolgt dabei in Abhängig­ keit von der Brennstoffzufuhr.According to a further preferred embodiment of the invention The oxygen concentration in the combustion chamber supplied air measured as the actual value and corresponding egg regulated by a specified setpoint. The enrichment of the Combustion air with oxygen is dependent fuel supply.

Durch die Verwendung einer Meß- und Regeleinrichtung kann der Verbrennungsprozeß optimal im Hinblick auf den Wir­ kungsgrad und eine Reduzierung der Ruß- und Abgasemissionen geregelt werden.By using a measuring and control device the combustion process optimal with regard to the we efficiency and a reduction in soot and exhaust emissions be managed.

Nach eine bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Verbrennungsprozeß in einer Brennkammer einer Wärme­ kraftmaschine optimiert. So kann insbesondere der Verbren­ nungsprozeß einer Gasturbine oder eines Verbrennungsmotors optimiert werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Verbrennungsprozeß einer Feuerungsanlage, beispielswei­ se in einem Wärmekraftwerk, zu optimieren.According to a preferred embodiment of the invention the combustion process in a combustion chamber of heat engine optimized. Burning in particular process of a gas turbine or an internal combustion engine be optimized. In principle, it is also possible the combustion process of a furnace, for example se in a thermal power plant.

Die bekannten Vorrichtungen zur Optimierung eines Verbren­ nungsprozesses weisen die bereits erwähnten Nachteile auf.The known devices for optimizing combustion process have the disadvantages already mentioned.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrich­ tung zu schaffen, mit der der Verbrennungsprozeß in einer Brennkammer weiter optimiert werden kann.Another object of the invention is therefore a Vorrich device with which the combustion process in one Combustion chamber can be further optimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 24 dadurch gelöst, daß der Brennkammer mit Sauerstoff angereicherte Luft zuführbar ist. This object is inventively in connection with the Preamble of claim 24 solved in that the Combustion chamber can be supplied with oxygen-enriched air is.  

Dadurch, daß der Brennkammer mit Sauerstoff angereicherte Luft zugeführt wird, kann der Verbrennungsprozeß im Hin­ blick auf eine optimale Verbrennung bei minimalen Emissio­ nen weiter optimiert werden.Because the combustion chamber is enriched with oxygen Air is supplied, the combustion process in the Hin view of optimal combustion with minimal emissio be further optimized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Brennkammer ein Gas-Trenn-System vorgelagert, das mit der Luftzuleitung verbunden ist. Das Gas-Trenn-System weist zur Luftzerlegung Trennmembranen auf. Den Trennmembranen ist über einen dem Gas-Trenn-System vorgelagerten Verdich­ ter Umgebungsluft zuführbar.According to a preferred embodiment of the invention The combustion chamber is preceded by a gas separation system the air supply line is connected. The gas separation system points separating membranes for air separation. The separation membranes is via a compression upstream of the gas separation system ambient air can be supplied.

Durch das der Brennkammer vorgelagerte Gas-Trenn-System ist es möglich, den Trennmembranen Umgebungsluft unter erhöhtem Druck zuzuführen. Die Umgebungsluft wird mit Hilfe der Trennmembranen, die als Löslichkeitsmembranen ausgebildet sind, zerlegt. Die Trennmembranen können als Flach-, Rohr- oder Kapillarmembranen ausgebildet sein. Durch die Trenn­ membranen permeierte Umgebungsluft wird dabei als mit Sau­ erstoff angereicherte Luft über die Luftzuleitung der Brennkammer zugeführt. Dadurch ist es kostengünstig und re­ lativ einfach möglich, mit Sauerstoff angereicherte Luft zu erzeugen. Es ist auch möglich, andere geeignete Membranen oder Sauerstoffabscheider zur Sauerstoffanreicherung zu verwenden.Due to the gas separation system upstream of the combustion chamber it is possible to separate the separation membranes from ambient air Apply pressure. The ambient air is extracted using the Separation membranes that are designed as solubility membranes are disassembled. The separating membranes can be used as flat, tubular or capillary membranes. By separating Membrane permeated ambient air is treated as a sow enriched air via the air supply line of the Combustion chamber fed. This makes it inexpensive and right relatively easy to add air enriched with oxygen produce. It is also possible to use other suitable membranes or oxygen separator for oxygen enrichment use.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist der Verbrennungsprozeß über eine Meß- und Rege­ leinrichtung steuerbar. Die Meß- und Regeleinrichtung weist eine Zentraleinheit auf, die mit Sensoren und Stellorganen verbunden ist. Insbesondere ist der Brennkammer ein Sauer­ stoffsensor vorgelagert.According to a further preferred embodiment of the inven is the combustion process via a measurement and control Oil device controllable. The measuring and control device has a central unit with sensors and actuators connected is. In particular, the combustion chamber is an acid fabric sensor upstream.

Mit Hilfe des Sauerstoffsensors kann der Sauerstoffgehalt der der Brennkammer zugeführten Verbrennungsluft gemessen und mit Hilfe der Meß- und Regeleinrichtung optimal gere­ gelt werden.With the help of the oxygen sensor, the oxygen content of the combustion air supplied to the combustion chamber  and optimally gere with the help of the measuring and control device be valid.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist der Brennkammer ein Sauerstoffsensor nachgelagert.According to a further preferred embodiment of the inven The combustion chamber is followed by an oxygen sensor.

Mit Hilfe des der Brennkammer nachgelagerten Sauerstoffsen­ sors ist es möglich, festzustellen, ob eine vollständige Verbrennung stattgefunden hat. Der Verbrennungsprozeß kann somit weiter optimiert werden.With the help of the oxygen sensor downstream of the combustion chamber sors it is possible to determine whether a complete Combustion has occurred. The combustion process can can thus be further optimized.

Neben der Messung des Sauerstoffgehaltes können mit Hilfe - der Meß- und Regeleinrichtung in üblicher Weise weitere für den Verbrennungsprozeß wichtige Parameter, wie Brennstoff­ zufuhr, beispielsweise durch ein Einspritzverfahren, und Mischungsverhältnis Verbrennungsluft mit Brennstoff gemes­ sen und geregelt werden.In addition to measuring the oxygen content, the measuring and control device in the usual way for important parameters of the combustion process, such as fuel supply, for example by an injection process, and Mixing ratio of combustion air with fuel measured and regulated.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.Further preferred embodiments are in the subs sayings described.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefüg­ ten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.Further details of the invention emerge from the following detailed description and the attached th drawings in which preferred embodiments of the Invention are illustrated for example.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Optimierung eines Verbrennungsprozesses am Beispiel einer Gasturbinenanlage und Fig. 1 is a schematic representation of a device for optimizing a combustion process using the example of a gas turbine system and

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Optimierung eines Verbrennungsprozesses am Beispiel eines Verbrennungsmotors. Fig. 2 is a schematic representation of a device for optimizing a combustion process using the example of an internal combustion engine.

Eine Vorrichtung 1 zur Optimierung eines Verbrennungspro­ zesses besteht im wesentlichen aus einer Brennkammer 2, ei­ nem Gas-Trenn-System 3 und einer Meß- und Regeleinrichtung 4.A device 1 for optimizing a combustion process essentially consists of a combustion chamber 2 , a gas separation system 3 and a measuring and control device 4 .

Die Brennkammer 2 weist einen Brennstoffeinlaß 5 auf, der am Ende einer Brennstoffzuleitung 6 angeordnet ist. Ein Einlaß 7 der Brennkammer 2 ist zur Zuführung von Verbren­ nungsluft mit einer Luftzuleitung 8 verbunden. Ein Auslaß 9 der Brennkammer 2 ist mit einer Abgasleitung 10 zur Abfüh­ rung von Rauchgas bzw. Abgas verbunden.The combustion chamber 2 has a fuel inlet 5 , which is arranged at the end of a fuel feed line 6 . An inlet 7 of the combustion chamber 2 is connected to an air supply line 8 for supplying combustion air. An outlet 9 of the combustion chamber 2 is connected to an exhaust pipe 10 for the discharge of flue gas or exhaust gas.

Das Gas-Trenn-System 3 ist der Brennkammer 2 vorgelagert und mit der Luftzuleitung 8 verbunden. Das Gas-Trenn-System 3 weist mindestens eine Trenn-Membran 11 zur Luftzerlegung auf. Die Trenn-Membran 11 ist als eine Löslichkeitsmembran ausgebildet. Eingangsseitig ist das Gas-Trenn-System 3 mit einer Ansaugleitung 12 verbunden. Der Ansaugleitung 12 ist ein Verdichter 22 vorgelagert, über den Umgebungsluft 13 angesaugt wird. Stickstoff-, Kohlendioxid- und Wasserantei­ le der Umgebungsluft 13 werden an der Trenn-Membran 11 aus­ geschieden, während Sauerstoffanteile der Umgebungsluft 13 die Trenn-Membran permeieren. Dem Gas-Trenn-System 3 zuge­ führte Umgebungsluft 13 verläßt somit als mit Sauerstoff angereicherte Luft 14 das Gas-Trenn-System 3 und wird über eine Verbindungsleitung 15 der Luftzuleitung 8 zugeführt. Es ist aber auch möglich, die Verbindungsleitung 15 direkt mit der Brennkammer 2 zu verbinden. Grundsätzlich ist es auch möglich, anstelle eines Gas-Trenn-Systems 3 Sauerstoff aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter zur Sauer­ stoffanreicherung zu verwenden.The gas separation system 3 is upstream of the combustion chamber 2 and connected to the air supply line 8 . The gas separation system 3 has at least one separation membrane 11 for air separation. The separating membrane 11 is designed as a solubility membrane. On the input side, the gas separation system 3 is connected to an intake line 12 . The intake line 12 is preceded by a compressor 22 , via which ambient air 13 is drawn in. Nitrogen, carbon dioxide and Wasserantei le of the ambient air 13 are separated from the separating membrane 11 , while oxygen components of the ambient air 13 permeate the separating membrane. The gas separation system 3 supplied ambient air 13 thus leaves the gas separation system 3 as oxygen-enriched air 14 and is supplied to the air supply line 8 via a connecting line 15 . However, it is also possible to connect the connecting line 15 directly to the combustion chamber 2 . Basically, it is also possible to use oxygen instead of a gas separation system 3 from a storage tank, not shown, for oxygen enrichment.

Der in der Brennkammer 2 stattfindende Verbrennungsprozeß ist über die Meß- und Regeleinrichtung 4 steuerbar. Die Meß- und Regeleinrichtung 4 weist eine Zentraleinheit 16 mit mindestens einem nicht dargestellten Mikroprozessor zur Steuerung des Verbrennungsprozesses auf. Die Zentraleinheit 16 ist mit einem ersten Sauerstoffsensor 17, der der Brenn­ kammer 2 vorgelagert ist, und mit einem zweiten Sauer­ stoffsensor 18, der der Brennkammer 2 nachgeordnet ist, über Signalleitungen 19 verbunden.The combustion process taking place in the combustion chamber 2 can be controlled via the measuring and regulating device 4 . The measuring and control device 4 has a central unit 16 with at least one microprocessor, not shown, for controlling the combustion process. The central unit 16 is provided with a first oxygen sensor 17, which is the internal upstream chamber 2, and material with a second sensor Sauer 18, which is arranged downstream of the combustion chamber 2, connected via signal lines nineteenth

Die Zentraleinheit 16 ist über Steuerleitungen 20 mit ver­ schiedenen Stellorganen 21 verbunden, über die Einfluß auf die verschiedenen Parameter des Verbrennungsprozesses ge­ nommen werden kann. So kann beispielsweise der Verdichter 22, das Gas-Trenn-System 3, und das Mischungsverhältnis zwischen reiner Umgebungsluft 13 und mit Sauerstoff ange­ reicherte Luft 14 sowie die Brennstoffzufuhr über die ent­ sprechenden Stellorgane 21 gesteuert werden.The central unit 16 is connected via control lines 20 to various actuators 21 via which influence on the various parameters of the combustion process can be exerted. For example, the compressor 22 , the gas separation system 3 , and the mixing ratio between pure ambient air 13 and oxygen-enriched air 14 and the fuel supply can be controlled via the corresponding actuators 21 .

Von dem in der Brennkammer 2 erzeugten Abgas 23 kann bei­ spielsweise eine Turbine 24 betrieben werden, die ihrer­ seits einen Generator 25 antreibt.From the exhaust gas 23 generated in the combustion chamber 2 , for example, a turbine 24 can be operated, which in turn drives a generator 25 .

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Brennkammer 2' als Brennkammer eines Verbrennungsmotors 26 ausgebildet. Die Brennkammer 2' weist ein Einlaßventil 27 und ein Aus­ laßventil 28 auf. Über das Einlaßventil 27 wird Verbren­ nungsluft 29' der Brennkammer 2' zugeführt. Ein Brennstoff­ tank 30 ist über eine Brennstoffzuleitung 6' und eine Ein­ spritzdüse 31 ebenfalls mit der Brennkammer 2' verbunden. Brennstoff bzw. Kraftstoff aus dem Brennstofftank 30 kann somit mit Hilfe einer Pumpe 39 über die Einspritzdüse 31 direkt in die Brennkammer 2' eingespritzt werden. Durch den Verbrennungsprozeß entstehendes Abgas 23 wird über das Aus­ laßventil 28 und die Abgasleitung 10' über einen Katalysa­ tor 32 an die Umgebung abgeführt. Über eine Abgasrückführ­ leitung 33, die mit der Luftzuleitung 8' verbunden ist, kann ein Teilstrom 34 des erzeugten Abgases 23 der Verbren­ nungsluft 29' wieder zugeführt werden. Über die Luftzulei­ tung 8' über einen Luftfilter 40 angesaugte Umgebungsluft 13 wird als Teilstrom 35 über eine Abzweigleitung 36 abge­ zweigt, über einen Verdichter 22' dem Gas-Trenn-System 3' zugeführt und über eine Verbindungsleitung 15' als mit Sau­ erstoff angereicherte Luft 14' der Luftzuleitung 8' wieder zugeführt.According to another exemplary embodiment, the combustion chamber 2 ′ is designed as a combustion chamber of an internal combustion engine 26 . The combustion chamber 2 'has an inlet valve 27 and an outlet valve 28 . Combustion air 29 'is supplied to the combustion chamber 2 ' via the inlet valve 27 . A fuel tank 30 is also connected via a fuel feed line 6 'and a spray nozzle 31 to the combustion chamber 2 '. Fuel or fuel from the fuel tank 30 can thus be injected directly into the combustion chamber 2 'by means of a pump 39 via the injection nozzle 31 . Through the combustion process resulting exhaust gas 23 is discharged via the outlet valve 28 and the exhaust pipe 10 'through a catalyst 32 to the environment. Via an exhaust gas recirculation line 33 , which is connected to the air supply line 8 ', a partial flow 34 of the generated exhaust gas 23 of the combustion air 29 ' can be supplied again. About the Luftzulei device 8 'via an air filter 40 ambient air 13 is branched off as a partial flow 35 via a branch line 36, fed via a compressor 22 ' to the gas separation system 3 'and via a connecting line 15 ' as oxygen-enriched air 14 'of the air supply line 8 ' fed again.

Über die Meß- und Regeleinrichtung 4' ist der Verbrennungs­ prozeß steuerbar. Sensoren, z. B. der erste Sauerstoffsensor 17' und der zweite Sauerstoffsensor 18', sind über die Si­ gnalleitungen 19' mit der Meß- und Regeleinrichtung 4' ver­ bunden. Über Steuerleitungen 20' können z. B. die Pumpe 39, die Einspritzdüse 31, der Verdichter 22' und das Gas-Trenn- System 3' von der Meß- und Regeleinrichtung 4' gesteuert werden. Über ein Gaspedal 41 läßt sich ein Luftventil 42 beeinflussen, dessen Stellung der Meß- und Regeleinrichtung 4' als Basis für die Kraftstoffzuführung dient.About the measuring and control device 4 ', the combustion process is controllable. Sensors, e.g. B. the first oxygen sensor 17 'and the second oxygen sensor 18 ' are connected via the signal lines 19 'with the measuring and control device 4 ' a related party. Via control lines 20 'z. B. the pump 39 , the injector 31 , the compressor 22 'and the gas separation system 3 ' are controlled by the measuring and control device 4 '. An air valve 42 can be influenced via an accelerator pedal 41 , the position of the measuring and control device 4 'serving as the basis for the fuel supply.

Als Verbrennungsmotoren 26 kommen sowohl Motoren mit inne­ rer Verbrennung, wie Otto-Motor, Diesel-Motor und Hybridmo­ tor, als auch Motoren mit äußerer Verbrennung, wie Heißgas­ motoren, in Betracht.Combustion engines 26 include both internal combustion engines, such as gasoline engines, diesel engines and hybrid engines, as well as external combustion engines, such as hot gas engines.

Claims (37)

1. Verfahren zur Optimierung eines Verbrennungsprozesses, bei dem in einer Brennkammer unter Zuführung von Verbren­ nungsluft ein Brennstoff verbrannt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brennkammer (2, 2') mit Sauerstoff ange­ reicherte Luft (14, 14') zugeführt wird.1. A method for optimizing a combustion process in which a fuel is burned in a combustion chamber by supplying combustion air, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 ') is supplied with oxygen-enriched air ( 14 , 14 '). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der mit Sauerstoff angereicherten Luft (14, 14') einem Luftstrom Sauerstoff aus einem Vorratsbehälter zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for generating the oxygen-enriched air ( 14 , 14 ') an air stream oxygen is supplied from a storage container. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die mit Sauerstoff angereicherte Luft (14, 14') mit Hilfe von Trennmembranen (11) erzeugt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxygen-enriched air ( 14 , 14 ') is generated with the aid of separating membranes ( 11 ). 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Trennmembranen (11) verdichtete Umgebungsluft (13) zu­ geführt wird, die mit Hilfe der Trennmembranen (11) zerlegt wird und ein mit Sauerstoff angereicherter Gasstrom als mit Sauerstoff angereicherte Luft (14, 14') für den Verbren­ nungsprozeß genutzt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the separating membranes ( 11 ) compressed ambient air ( 13 ) is fed, which is broken down with the aid of the separating membranes ( 11 ) and an oxygen-enriched gas stream as oxygen-enriched air ( 14 , 14th ') is used for the combustion process. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Sauerstoff angereicherten Luft (14, 14') Stickstoff entzogen wurde.5. The method according to claim 4, characterized in that the oxygen-enriched air ( 14 , 14 ') nitrogen has been removed. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der mit Sauerstoff angereicherten Luft (14, 14') Kohlendioxid und Wasserdampf entzogen wurde. 6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the oxygen-enriched air ( 14 , 14 ') carbon dioxide and water vapor has been removed. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Sauerstoff angereicherte Luft (14, 14') anstelle von Verbrennungsluft mit normaler Sauer­ stoffkonzentration der Brennkammer zugeführt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the oxygen-enriched air ( 14 , 14 ') is supplied instead of combustion air with normal oxygen concentration of the combustion chamber. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Sauerstoff angereicherte Luft (14, 14') mit Verbrennungsluft mit normaler Sauerstoffkon­ zentration gemischt als Verbrennungsluft (29, 29') und der Brennkammer zugeführt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the oxygen-enriched air ( 14 , 14 ') mixed with combustion air with normal oxygen concentration as combustion air ( 29 , 29 ') and the combustion chamber is supplied. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einem Luftstrom der Verbrennungsluft ein Teilstrom (35) ab­ gezweigt wird, der nach einer Anreicherung mit Sauerstoff einem verbleibenden Hauptstrom (37) wieder zugeführt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that a partial flow ( 35 ) is branched off from an air flow of the combustion air, which is fed back to a remaining main flow ( 37 ) after an enrichment with oxygen. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Teilstrom (34) eines Abgasstromes der Brenn­ kammer (2') verdichtet und mit der Verbrennungsluft ge­ mischt wird.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that a partial stream ( 34 ) of an exhaust gas stream of the combustion chamber ( 2 ') is compressed and mixed with the combustion air ge. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom (34) des Abgasstromes mit Sauerstoff an­ gereichert wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the partial stream ( 34 ) of the exhaust gas stream is enriched with oxygen. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Meß- und Regeleinrichtung (4, 4') die Sauerstoffkonzentration der der Brennkammer (2, 2') zugeführten Verbrennungsluft (29, 29') als Istwert gemessen und entsprechend einem vorgegebenen Sollwert geregelt wird.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that from a measuring and control device ( 4 , 4 ') the oxygen concentration of the combustion chamber ( 2 , 2 ') supplied combustion air ( 29 , 29 ') measured as the actual value and is regulated according to a predetermined setpoint. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreicherung der Verbrennungsluft (29, 29') mit Sauerstoff in Abhängigkeit von der Zufuhr von Brennstoff (38) erfolgt.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the combustion air ( 29 , 29 ') is enriched with oxygen as a function of the supply of fuel ( 38 ). 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß einer Feuerungs­ anlage optimiert wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized that the combustion process of a furnace plant is optimized. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß einer Wärme­ kraftmaschine optimiert wird.15. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized in that the combustion process of heat engine is optimized. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß einer Gasturbine (24) optimiert wird.16. The method according to claim 15, characterized in that the combustion process of a gas turbine ( 24 ) is optimized. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß eines Verbren­ nungsmotors (26) optimiert wird.17. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the combustion process of an internal combustion engine ( 26 ) is optimized. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß eines Motors mit innerer Ver­ brennung optimiert wird.18. The method according to claim 17, characterized in that that the combustion process of an engine with internal Ver combustion is optimized. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß eines Otto-Motors optimiert wird.19. The method according to claim 18, characterized in that the combustion process of an Otto engine is optimized becomes. 20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß eines Diesel-Motors optimiert wird.20. The method according to claim 18, characterized in that the combustion process of a diesel engine is optimized becomes. 21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß eines Hybridmotors optimiert wird. 21. The method according to claim 18, characterized in that optimizes the combustion process of a hybrid engine becomes.   22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß eines Motors mit äußerer Ver­ brennung optimiert wird.22. The method according to claim 18, characterized in that that the combustion process of an engine with external Ver combustion is optimized. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß eines Heißgasmotors optimiert wird.23. The method according to claim 22, characterized in that that the combustion process of a hot gas engine is optimized becomes. 24. Vorrichtung zur Optimierung eines Verbrennungsprozes­ ses mit einer Brennkammer (2, 2'), der über mindestens ei­ nen Einlaß (7, 27) Verbrennungsluft (29, 29') über eine Luftzuleitung (8, 8') zuführbar ist und der über einen Aus­ laß (9) und eine Abgasleitung (10) Abgas (23) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (2, 2y mit Sauerstoff angereicherte Luft (14, 14'y zuführbar ist.24. Device for optimizing a combustion process with a combustion chamber ( 2 , 2 ') which can be supplied with combustion air ( 29 , 29 ') via at least one inlet ( 7 , 27 ) via an air supply line ( 8 , 8 ') and which From ( 9 ) and an exhaust pipe ( 10 ) exhaust gas ( 23 ) can be removed, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 y oxygen-enriched air ( 14 , 14 'y can be supplied. 25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (2, 2') ein mit Sauerstoff befüllbarer Vorratsbehälter vorgelagert ist, der über eine Sauer­ stoffleitung mit der Luftzuleitung (8, 8') verbunden ist.25. The device according to claim 24, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 ') is an oxygen fillable storage container upstream, which is connected via an oxygen line to the air supply line ( 8 , 8 '). 26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (2, 2') ein Gas-Trenn-System (3, 3') vorgelagert ist, das mit der Luftzuleitung (8, 8') verbun­ den ist.26. The apparatus according to claim 24, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 ') is a gas separation system ( 3 , 3 ') upstream, the verbun with the air supply line ( 8 , 8 '). 27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Trenn-System (3, 3') Trennmembranen (11) zur Luftzerlegung aufweist. 27. The apparatus according to claim 26, characterized in that the gas separation system ( 3 , 3 ') separating membranes ( 11 ) for air separation. 28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß den Trennmembranen (11) über einen vorgelagerten Ver­ dichter (22, 22') Umgebungsluft (13) zuführbar ist.28. The apparatus according to claim 27, characterized in that the separating membranes ( 11 ) via an upstream United compressor ( 22 , 22 ') ambient air ( 13 ) can be supplied. 29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Trennmembranen (11) permeierte Um­ gebungsluft (13) als mit Sauerstoff angereicherte Luft (14, 14') über die Luftzuleitung (8, 8') der Brennkammer (2, 2') zuführbar ist.29. The device according to claim 27 or 28, characterized in that through the separating membranes ( 11 ) permeated order ambient air ( 13 ) as oxygen-enriched air ( 14 , 14 ') via the air supply line ( 8 , 8 ') of the combustion chamber ( 2nd , 2 ') can be fed. 30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 29, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsprozeß über eine Meß- und Regeleinrichtung (4, 4') steuerbar ist.30. Device according to one of claims 24 to 29, characterized in that the combustion process can be controlled via a measuring and regulating device ( 4 , 4 '). 31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Regeleinrichtung (4, 4') eine Zentralein­ heit (16) aufweist, die mit Sensoren (17, 18) und Stellor­ ganen (20) verbunden ist.31. The device according to claim 30, characterized in that the measuring and control device ( 4 , 4 ') has a central unit ( 16 ) which is connected to sensors ( 17 , 18 ) and Stellor gans ( 20 ). 32. Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brennkammer (2, 2') ein erster Sauer­ stoffsensor (18) vorgelagert ist.32. Apparatus according to claim 30 or 31, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 ') is a first oxygen sensor ( 18 ) upstream. 33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, da­ durch gekennzeichnet, daß der Brennkammer (2, 2') ein zwei­ ter Sauerstoffsensor (18) nachgelagert ist.33. Device according to one of claims 30 to 32, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 ') is followed by a two ter oxygen sensor ( 18 ). 34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2, 2') als Brennkammer einer Feuerungsanlage ausgebildet ist. 34. Device according to one of claims 24 to 33, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 ') is designed as a combustion chamber of a furnace. 35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 33, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2, 2') als Brennkammer einer Wärmekraftmaschine ausgebildet ist.35. Device according to one of claims 24 to 33, characterized in that the combustion chamber ( 2 , 2 ') is designed as a combustion chamber of a heat engine. 36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2) als Brennkammer einer Gasturbine (24) ausgebildet ist.36. Apparatus according to claim 35, characterized in that the combustion chamber ( 2 ) is designed as a combustion chamber of a gas turbine ( 24 ). 37. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (2') als Brennkammer eines Verbren­ nungsmotors (26) ausgebildet ist.37. Apparatus according to claim 35, characterized in that the combustion chamber ( 2 ') is designed as a combustion chamber of a combustion engine ( 26 ).
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