DE2660865C3

DE2660865C3 - Verbrennungseinrichtung zur Durchführung einer zweistufigen Verbrennung unter Abgasrückführung

Info

Publication number: DE2660865C3
Application number: DE2660865A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Aoki; Hiroshige Kashiwa Chiba Ikebe
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1985-01-03
Also published as: DE2658847A1; DE2658847B2; US4135874A; GB1570151A; DE2658847C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungseinrichtung zur Durchführung einer zweistufigen Verbrennung unter Abgasrückführung in den Verbrennungsluftstrom, der zu einer Mehrzahl von in gegenüberliegenden Rohrwänden angeordneten Brennern über einen Primärluftkanal und zu den Sekundärluftdüsen über einen Sekundärluftkanal geführt wird und in den das Abgas über einen in den Primärluftkanal mündenden Abgasrückförderkanal eingeleitet wird.

Eine Verbrennungseinrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 24 33 387 bekannt. Bei dieser Verbrennungseinrichtung ist der Primärluftkanal mit dem Sekundärluftkanal verbunden, und zwar an einer Stelle, die stromabwärts von der Einmündung des Abgasrückförderkanals in den Primärluftkanal liegt. Ein weiterer, unmittelbar in den Sekundärluftkanal mündender Abgasrückförderkanal ist dort nicht vorgesehen. Daher kann bei der bekannten Verbrennungseinrichtung der Abgasrückförderanteil in der Sekundärluft niemals höher als der Abgasrückförderanteil in der Primärluft sein. Die in der ersten Brennstufe anfallende große Menge an unverbrannten Verbindungen, in der Hauptsache Kohlenmonoxid im Falle von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis, wird daher in der zweiten Brennstufe unter verhältnismäßig großer Wärmeentwicklung verbrannt, so daß eine beträchtliche Menge an Stickoxiden erzeugt wird, die manchmal den wesentlichen Teil der aus dem Schornstein in die Umgebung gelangenden Stickoxide darstellt.

Die Zumischungen des rückgeförderten Abgases in den Primärluftstrom und in den Sekundärluftstrom können dann unabhängig voneinander zwischen 0% und einem maximal zulässigen Wert gesteuert, werden, wenn ein zweiter in den Sekundärluftkanal mündender Abgasrückförderkanal vorgesehen ist und in beiden Abgasrückförderkanälen Drosselklappen zur Einstellung der jeweiligen Abgaszuströmmenge angeordnet sind. Die Einstellung kann in Abhängigkeit von dem Verhältnis der im Brennerbereich und in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugten Stickoxidmenge gesteuert werden, das von dem Luftverhältnis am Brenner, von der Brennstoff art, von der konstruktiven Auslegung der Brenner usw. abhängt

ίο Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Stickstoffoxidausstoß bei der in Rede stehenden Verbrennungseinrichtung weiterhin zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß bei Anordnung der Sekundärluftdüsen in horizontals len Reihen oberhalb der obersten horizontalen Brennerreihe die seitlich äußersten Sekundärluftdüsen näher an den Seitenrohrwänden angeordnet sind als die Brenner der jeweils äußersten vertikalen Reihe und daß in jeder Sekundärluftdüse ein Steuerorgan vorgesehen ist Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Verteilung des über den Sekundäriuftkanai zügeführien Verbrennungsluftstromes im Brennraum in Abhängigkeit von der jeweiligen Verteilung der unverbrannten Bestandteile im Brennraum optimiert werden, so daß ohne Beeinträchtigung einer stabilen Verbrennung ein weiterer Beitrag zur Unterdrückung von Stickoxiden geleistet wird.

Die Erfindung wird nun an zwei Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung stellt dar

F i g. 1 schematisch das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungseinrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verbrennungseinrich- tungund

F i g. 3 und 4 Schnitte gemäß den Linien XIl-XII bzw. XIII-XIII in Fig.2.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 sind mit 1 der j Brennraum beispielsweise eines Hassels, mit 2 die Bren- ₍

ner, mit 3 Sekundärluftdüsen, mit 4 ein Luftvorwärmer, mit 5 ein Schornstein, mit 6 ein Vorlageluftgebläse, mit 7 ein Abgasrückfördergebläse, mit 8 und 9 Gasmischer, mit 10,11,12,13 und 14 Drosselklappen zur Zugregulierung, mit 15 ein Primärluftkanal zur Zuführung von Ver-1

brennungsluft zu den Brennern 2, mit 16 ein Sekundär-1 luftkanal zur Zuführung von Sekundärluft zu den Düsen j 3 und mit 17 und 18 Abgasrückförderkanäle bezeichnet

Der AbgasrGckförderkanal 17 steht mit dem Primär-1 luftkanal 15 in Verbindung, der seinerseits an die Bren-I

ner 2 angeschlossen ist, während der Abgasrückförder-I kanal 18 an den Sekundärluftkanal 16 angeschlossen ist! der seinerseits mit den Sekundärluftdüsen 3 in Verbin-f dung steht. Mit den Drosselklappen 11 und 12 in den Kanälen 18 und 17 wird die jeweilige Abgaszuströnv| menge eingestellt.

Die Primärluft wird durch das Vorlagegebläse 6 untei Druck gesetzt und im Luftvorwärmer 4 vom Abgas vor! gewärmt, und sodann durch die Drosselklappe 13 in deif Primärluftkanal 15 und den Sekundärluftkanal 16 aufgel teilt. Das stromauf des Luftvorwärmers 4 abgezapft! Abgas wird durch das Abgasrückfördergebläse 7 untej Druck gesetzt und mittels der Drosselklappen 12 und Ij auf die Abgasrückförderkanäle 17 und 18 aufgeteilt unj in den Mischern 8 und 9 gleichmäßig der Verbrennung:/

luft zugemischt. Die Mischung aus Verbrennungsluj

und Abgas wird sodann durch die Kanäle 15 und 16 de|

Brennern 2 und den Sekundärluftdüsen 3 zugeführt.

Die Abgaszuströmmengen können durch die Drossel

3

klappen 11 bis 14 gesteuert werden. Wenn die Drossel- Die im Luftkanal 21 strömende Verbrennungsluft

klappen 12 und 13 offen sind, während die Drosselklap- wird durch die Drosselklappen 26 (vgl auch F ι g. 3) derpeii 11 und 14 geschlossen sind, so wird das rückgeför- art gesteuert, daß ein vorbestimmtes Aufteilungsverderte Abgas lediglich mit der den Brennern 2 zuzufüh- hältnis der Zustromung zur Windform 22 und zu den renden Primärluft gemischt und wird kein Abgas der 5 Sekundärluftkanälen 16 erzielbar ist Statt dessen kann den Sekundärluftdüsen 3 zugeleiteten Sekundärluft bei- die Luftverteilung jedoch auch durch die Steuerorgane gemischt Wenn andererseits die Drosselklappen 11 und 27 eingestellt werden.

13 geöffnet sind, während die Drosselklappen 12 und 14 Die durch die Windform 22 strömende Primärluft

geschlossen sind, so wird das Abgas lediglich mit der wird zu den Brennern 24 geleitet und wird zur Verbren-Sekundärluft, nicht jedoch mit der den Brennern 2 zuzu- ίο nung mit dem Brennstoff gemischt Die in den Sekunführenden Primärluft gemischt Wenn die Drosselklap- därluftkanälen 16 und 30 strömende Sekundärluft wird pen 12 und 14 offen und die Drosselklappen 11 und 13 durch die Steuerorgane 27 eingestellt und durch die geschlossen sind, so wird Abgas sowohl der Sekundär- Sekundärluftdüsen 3,3', 3" in die Brennkammer eingeluft als auch der Primärluft zugemischt Wenn die Dros- führt, um die Verbrennung in der sekundären Verbrenselklappen 11, 12 und 13 geöffnet sind, während die 15 nungsstufe zu unterhalten. Daher wird keine lokale Drosselklappe 14 geschlossen ist und der Öffnungsgrad Hochtemperaturzone ausgebildet so daß die Erzeuder Drosselklappen 11 und 12 geeignet eingestellt wird, gung von Stickoxiden auf ein Minimum gedrückt wird, so kann das Volumenverhältnis zwischen dem der Pri- Im Zusammenhang mit der Erläuterung der zweiten

märluft für die Brenner 2 und dem der Sekundärluft Ausführungsform der Erfindung ist angenommen worzugemischten Abgas geeignet eingestellt werden. 20 den, daß die Sekundärluftdüsen 3 in eh?r Reibe ober-

Bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 2,3 und « halb der obersten Reihe der einzelner, Brenner 24 und wird die in einem Luftkanal 21 strömende Verbren- die Sekundärluftdüsen 3" über den Sekunaärluftdüsen nungsluft in einen Sekundärluftkanal 30 und ehre den 3' liegen, jedoch liegt es auf der Hand, daß die Sekun-Primärluftkanal bildende Windform 22 für eine Mehr- därluftdüsen 3" auch unter den Sekundärluftdüsen 3' zahl von Brennern 24 aufgeteilt von der aus die Ver- 25 angeordnet sein können und daß die Sekundärluftdüsen brennungsluft durch die Brenner 24 hindurch in den 3 gegenüber den Brennern versetzt beispielsweise zick-Brennraum eingeleitet wird. Die Brenner 24 sind mit zack-förmig, angeordnet sein können. Darüber hinaus gleichen gegenseitigen horizontalen und vertikalen Ab- können die Sekundärluftdüsen 3, 3' und 3" in einer ständen in der aus den F i g. 2 und 3 ersichtlichen Weise Mehrzahl von Einzelreihen angeordnet sein.

in horizontalen und vertikalen Reihen angeordnet und 30 —

erstrecken sich durch gegenüberliegende Rohrwände Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

23 hindurch. Wie aus F i g. 3 ersichtlich, erstreckt sich ein Sekundärluftkanal 16 nach oben und steht mit dem Sekundärluftkanal 30 in Verbindung, von dem aus Sekundärluft über Sekundärluftdüsen 3, 3' und 3" in den Brennraum eingeleitet wird, die sich oberhalb der obersten Reihe der Brenner 24 durch die brennerseitigen Rohrwände 23 hindurch erstrecken. Die Sekundärluftdüsen 3 liegen 'n horizontalen Abständen nenbeneinander, die im wesentlichen den horizontalen Abständen -to zwischen den einzelnen Brennern 24 entsprechen. Weiterhin liegen die Sekundärluftdüsen 3 in vertikalem Abstand von der obersten Reihe der Brenner 24, wobei dieser Abstand etwa dem vertikalen Abstand der einzelnen Brenner untereinander entspricht, und fluchten mit den Brennern 24 in jeder vertikalen Reihe. Die Sekundärluftdüse 3' fluchtet in horizontaler Richtung mit den Sekundärluftdüsen 3 und ist in der Nachbarschaft von Seitenrohrwänden 25 angeordnet, während die Sekundärluftdüse 3" in vertikaler Richtung mit der Sekundärluftdüse 3' fluchtet und oberhalb der Sekundärluftdüse 3' liegt.

Eine Drosselklappe 26, die im Sekundärluftkanal 16 angeordnet ist, steuert die Zustromung der Primärluft in die Windform 22 zu den Brennern 24 und die Zuströmung von Sekundärluft zu den Sekundärluftdüsen 3,3' und 3". Ein Steuerorgan 27 liegt stromauf sehr nahe am Einlaß jeder Sekundärluftdüse 3, 3' oder 3" und dient zur Feineinstellung der Zustromung der Sekundärluft zu den einzelnen Düsen. Zwischen dem Steuerorgan 27 und der Mündung jeder Sekundärluftdüse 3, 3' und 3" ist eine Wärmeschutzplatte 28 angeordnet, welche einen Hitzeschild für das Steuerorgan 27 und den Sekundärluftkanal 30 gegen die direkte Wärmestrahlung aus der Brennkammer bildet. Wie am besten aus F i g. 4 ersiehtlieh, strömt die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal 16 in Vorlagekanäle 29, die mit den Sekundärluftdüsen 3,3' und 3" in Verbindung stehen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungseinrichtung zur Durchführung einer zweistufigen Verbrennung unter Abgasrückführung in den Verbrennungsluftstrom, der zu einer Mehrzahl von in gegenüberliegenden Rohrwänden in vertikalen und horizontalen Reihen angeordneten Brennern über einen Primärluftkanal und zu den Sekundärluftdüsen über einen Sekundärluftkanal geführt wird und in den das Abgas über einen in den Primärluftkanal mündenden Abgasrückförderkanal eingeleitet wird, wobei ein zweiter in den Sekundärluftkanal mündender Abgasrückförderkanal vorgesehen ist und in beiden Abgasrückförderkanälen Drosselklappen zur Einstellung der jeweiligen Abgaszuströmmenge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung der Sekundärluftdüaen (3,3') in horizontalen Reihen oberhalb der obersten horizontalen Brennerreihe die seitlich äußersten Sekundärluftdüsen (3') näher an den Seitenrohrwänden (25) angeordnet sind als die Brenner (24) der jeweils äußersten vertikalen Reihe und daß in jeder Sekundärluftdüse (3,3') ein Steuerorgan (27) vorgesehen ist

2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Sekundärluftdüsen (3") in vertikaler Richtung fluchtend mit den äußersten Sekundärluftdüsen (3') angeordnet sind.