DE29813806U1 - Brennersystem zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigem oder gasförmigen Brennstoff - Google Patents
Brennersystem zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigem oder gasförmigen BrennstoffInfo
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Description
• ■ ··
Brennersystem zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigem oder
gasförmigen Brennstoff
Die Neuerung betrifft ein Brennersystem zur nahstöchiometrischen Verbrennung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der EP 0 585 441 ist ein sogenannter Blaubrenner mit Gebläse der
gattungsbildenden Art bekannt. Ein derartiger Brenner wird beispielsweise mit öl
betrieben, das beim Austritt aus der Düse zerstäubt und dann innerhalb des Mischsystems mit Mischrohr verbrannt wird. Zur Reduzierung des bei der
Verbrennung anfallenden NOx-Anteils wird der Flamme ausgekühltes Rauchgas
zugeführt. Dazu sind in Umfangsrichtung in das Flammrohr und vorzugsweise
auch in das Mischrohr Rezirkulationsöffnungen eingebracht, so daß Rauchgas in Brennstoffstrahlrichtung aus dem Flammrohr austreten kann, sich anschließend
an das Flammrohr umgebenden Kesselwänden abkühlen und durch die Rezirkulationsöffnungen des Flamm- und des Mischrohrs wieder in den Bereich
der Flamme eintreten kann. Diesen Ablauf nennt man äußere Rezirkulation. Das
der Flamme zugeführte ausgekühlte Rauchgas bewirkt eine Erniedrigung der Flammentemperatur sowie eine Reduzierung des Sauerstoffanteils der
Verbrennungsgase. Dies widerum hat eine Verringerung der NOx-Emission beim Betrieb des Brennersystems zur Folge.
Bei der nahstöchiometrischen Verbrennung entspricht der Verbrennungsbedarf
der Menge, die erforderlich ist, um eine vollkommene Verbrennung mit geringem Luftüberschuß zu erzielen. Die Verbrennungsluftmenge wird im wesentlichen
durch die Wirkung einer Einrichtung zur Zufuhr von Verbrennungsluft, die mit dem
Stützrohr des Brenners verbunden ist, dem Gebläse, eingebracht. Für dieses Gebläse wird in der Regel ein Radialventilator verwendet, der durch ein
schneckenartiges Gehäuse gekennzeichnet ist. Die Luft wird in der Achse des
Gebläserades angesogen und am Umfang senkrecht zur Achse abgegeben. Das
schneckenartige Gehäuse dient zur Umwandlung der kinetischen Energie in statischen Druck und ist vollständig im Brennergehäuse integriert.
In der Startphase ist es bei dem bekannten Brennersystem wünschenswert, die
äußere Rezirkulation zumindest teilweise zu unterdrücken, da während des Startvorganges für die Erwärmung des Rezirkulationsgases dem
Verbrennungsvorgang, das heißt der Flamme zu viel Wärme entzogen wird , so daß die Stabilität der Verbrennung durch Luftmangel gefährdet ist.
Aus diesem Grunde wird beim bekannten Blaubrennersystem eine Trennung von
Start- und Betriebsphase vorgenommen, indem die äußere Rezirkulation in einen stromabwärts der Düse liegenden Innenraum des Flammrohrs erfolgt und ein in
axialer Richtung des Flammrohrs beweglicher Schieber, bzw. einstellbare Blendenöffnungen zur Einstellung.^ bzw. Einwirkung auf auf die äußere
Rezirkulation über ein durch im Innern des Stützrohrs des Brenners geführten Ansteuermittels so ansteuerbar ist, daß die äußere Rezirkulation während der
Startphase unterdrückt wird und in der Betriebsphase die äußere Rezirkulation in
den stromabwärts der Düse liegenden Innenraum des Flammrohrs eintreten kann.
Diese Maßnahmen zur Unterdrückung der äußeren Rezirkulation in der
Startphase bieten eine gute Starthilfe zur NOx-Minderung, da keine unerwünschte
Temperaturabsenkung erfolgen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Brennersystem der eingangs beschriebenen
Art in der Startphase eine Störung des Brennstoff/Luft-Verhältnisses zu
minimieren und eine daraus resultierende Flammen-Instabilität unterdrücken zu können, ohne dazu den Rezirkulationsquerschnitt schließen zu müssen oder
sonstige Beeinflußung der äußeren Rezirkulation vornehmen zu müssen.
&ogr; Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines
Gebläses zur Zuführung der Verbrennungsluft zu einem Brenner zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff,
der eine Zerstäuberdüse, ein die Zerstäuberdüse umgebendes Stützrohr, eine
durch ein in einen Kesselraum ragendes Flammrohr gebildete Brennkammer, die mit einer Blendenanordnung und einem Mischsystem versehen ist, und einen im
rückwärtigen Bereich des Flammrohrs vorgesehen , zum Kesselraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitt umfaßt, mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Aus der DE 42 32 178 C1 ist zwar bereits ein zweistufig arbeitendes
Radialgebläse bekannt, jedoch offenbart dieses Dokument keinen Hinweis darauf, daß während der Startphase und Betriebsphase des Brenners gleichbleibende
Rezirkulationsquerschnitte bei konstant niedrigen NOx-Werten möglich sind. Dafür
fehlte es an der erfindungsgemäßen Erkenntnis, daß Feuerraumschwingungen in der Startphase bei hohen statischen Drücken des Gebläses in Verbindung mit
einem Blaubrenner mit äußeren Rezirkulation für die Verbrennung nur
unbedeutende Einflüsse hat.
&ogr; Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, ein Brennersystem
bereitzustellen, bei dem durch die Kombination eines Blaubrenners mit zum Kesselraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitt mit einem neuen Gebläsetyp in
Form eines Radialgebläses, mit einem auf einer im Brennergehäuse angeordneten Motorwelle sitzenden Gebläserad, das am Umfang von einem
einen Diffusorkanal umfassenden Gehäuse aufgenommen ist, wobei das Gehäuse mittels einer ersten Deckscheibe, die von der Motorwelle durchgriffen ist
und einer zweiten Deckscheibe jeweils stirnseitig nach außen abgeschlossen ist, an der zweiten Dechscheibe im Bereich des Innenquerschnitts eine Einlaufdüse
angeformt ist und und ein die Einlaufdüse abdeckender Ansaugkasten angesetzt ist, mit einer an einer der Deckscheiben befestigten, in den das Gebläserad
aufnehmenden Raum reichenden bis dicht an die andere Deckscheibe ragenden Trennwand in Form eines Luftleitflügels, der diesen Raum in einen ersten
Saugraum, in dem das Gebläserad als Radialgebläse arbeitet, und einen zweiten
Saugraum, in dem das Gebläserad als Querstromgebläse arbeitet, unterteilt, und bei dem die axialen Stirnseiten des Gebläserades so dicht an die die
Deckscheiben heranreichen, daß der zweite Saugraum gegen den ersten
Saugraum weitestgehend abgedichtet ist, derart hohe statische Drücke erzielbar sind, so daß eine vergleichsweise steile Gebläsekennlinie, die den
Zusammenhang des statischen Druckes, das Druckverhältnis &Dgr;&rgr; von Ansaug- und
Abgabedruck, mit dem ansteigenden Ansaugvolumenstrom V wiedergibt, vorliegt.
Eine für ein bisheriges Gebläse typische Gebläsekennlinie, bei der das
Druckverhältnis &Dgr;&rgr; von Ansaug- und Abgabedruck in der Regel vor der Blendenanordnung des Brenners gemessen und in Abhängigkeit vom
Ansaugvolumenstrom V aufgetragen wird, zeigt bei V = 0 ihren maximalen Betrag für das Druckverhältnis &Dgr;&rgr; und fällt mit zunehmenden Ansaugvolumenstrom
anfangs ganz flach in Form einer negativen Exponentialfunktion mit zunehmender Rechtskrümmung zum maximalen Ansaugvolumenstrom ab.
Gemäß der Erfindung zeigt das verwendete Gebläse in Verbindung mit dem
Rezirkuiationsbrenner eine völlig veränderte Gebläsekennlinie, nämlich verglichen
mit der des bekannten Brennersystems einen sehr viel größeren &Dgr;&rgr;-Betrag bei V
= 0 und einen im wesentlichen linearen steilen Abfall zum maximalen Volumenstrom V.
Das erfindungsgemäße Radialgebläse arbeitet quasi als zeistufiges Gebläse mit
5 einer ersten durch den ersten Saugraum gebildeten, als Radialgebläse arbeitenden Stufe und einer zweiten durch den zweiten Saugraum gebildeten als
Querstromgebläse arbeitenden Stufe.
Dadurch daß die axialen Stirnseiten des Gebläserades so dicht an die
&ogr; Deckscheiben heranreichen, daß der zweite Saugraum gegen den ersten Saugraum weitestgehend abgedichtet ist, wird ein Luftdurchtritt von der
Hochdruckseite zu der Niederdruckseite am Gebläserad vorbei verhindert. In der
vom ersten Saugraum durch den Luftleitflügel weitestgehend abgetrennten
zweiten Saugraum kann keine Luft axial zuströmen, die durch das Radialgebläse erzielbaren statischen Drück werden dadurch erheblich erhöht.
In der Startphase verursachen die Druckschwankungen, das heißt die
sogenannten Feuerraumschwingungen des Druckverhältnisses &Dgr;&rgr; bei einer vergleichsweise flachen Gebläsekennlinie, wenn nicht durch eine anfangs
beschriebene Starthilfe eingegriffen wird, sehr starke Luftvolumenschwankungen, die zu einer Destabilisierung der Flamme bei geöffneten Rezirkulationsspalt
&iacgr;&ogr; führen würden, während es bei dem erfindungsgemäßen Brennersystem
gelungen ist, aufgrund der vergleichsweise steilen Gebläsekennlinie die Auswirkungen der Druckschwankungen in der Startphase auf das Brennstoff/Luft-Verhältnis
stark zu minimieren. Die Destabilisierung der Flamme wird in der Startphase unterdrückt, auf eine Starthilfe, wie beispielsweise Verstellelemente für
den Rezirkulationsquerschnitt, kann vollständig verzichtet werden.
Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennersystem und
Figur 2 eine qualitative Darstellung von Gebläsekennlinien, wobei a die flache
Gebläsekennline des vorbekannten Brennersystems und b die steile Gebläsekennlinie des erfindungsgemäßen Brennersystems aufzeigt.
Der der Figur 1 zugrundeliegende Blaubrenner enthält ein von einem stationären
Brennergehäuse 1, hier in Form einer Montageplattform abstehendes Stützrohr 2,
dessen als Verbrennungsluft-Bereitstellungsraum fungierender Innenraum 3 mit
Verbrennungsluft beaufschlagbar ist. Das Stützrohr 2 umfaßt ein koaxial &ogr; angeordnetes, von einer Brennstoffpumpe 4 mit Brennstoff, vorzugsweise Heizöl,
beaufschlagbares Brennstoffrohr 5, das an seinem vorderen Ende eine als
Zerstäuberdüse 6 mit Ölvorwärmer 7 ausgebildete Einspritzeinrichtung trägt.
Am vorderen Ende des Stützrohrs 2 ist ein Mischsystem 8 aus einer den
Innenraum 3 begrenzenden Blendenanordnung 9 vorgesehen. Von der
Blendenanordnung 9 steht nach vorne ein koaxial zur zentralen Blendenöffnung 12 angeordnetes Mischrohr 13 ab, das über die Blendenöffnung 12 mit
Verbrennungsluft und Brennstoff beaufschlagt wird. Das Mischrohr 13 ist von
einem koaxialen, den Brennraum 10 bildenden Flammrohr 11 umfaßt, das vom
Stützrohr 2 nach vorne absteht.
Das Mischrohr 13 ist über Haltelaschen 14, die gleichzeitig als Distanzelemente
fungieren und einen Spalt herstellen, der als innerer, das heißt zum Flammrohr hin offener Rezirkulationsquerschnitt wirkt, an der Blendenanordnung 9 starr
befestigt. Zwischen dem hinteren Ende des Flammrohrs 11 und dem benachbarten vorderen Ende des Stützrohrs 2, bzw. der Blendenanordnung 9 ist
ebenfalls ein lediglich durch Haltelaschen 15 unterbrochener Spalt vorgesehen,
der als äußerer, das heißt zum Kesselraum hin, in den das Fiammrohr 11
hineinragt, offener Rezirkulationsquerschnitt vorgesehen ist.
An das Brennergehäuse, bzw der Montageplattform 1 schließt sich in bekannter
Weise an der dem Stützrohr 2 abgewandten Seite eine Schallhaube 20 an, in dieser Zündtrafo 21, Ölrohr 5 und ölpumpe 4 untergebracht sind.
Zwischen Schallhaube 20 und Montageplattform 1 ist der nicht vom Stützrohr 2
überdeckte Bereich mittels eines Gehäusedeckels 27 abgeschlossen.
Innerhalb der Schallhaube 20 ist ein Motor 22 angeordnet, der über eine den
Gehäusedeckel 27 der Schallhaube 20 durchsetzende Motorwelle 23 ein Gebläserad 24 antreibt.
Das Gebläserad 24 ist an seinem Außenumfang von einem einen Diffusor 33
umfassenden, am Gehäusedeckel 27 befestigten Gehäuse 40 aufgenommen, wobei sich der Diffusor 33 in Drehrichtung des Gebläserades 24 bis zu seinem
Auslaß erweitert. Die axialen Stirnflächen des Gehäuses 40 sind mittels einer
ersten und zweiten Deckscheibe 41,31 jeweils abgedichtet, wobei die erste
Deckscheibe 41 die Welle 23 des Motors 22 aufnimmt und der zweiten Deckscheibe 31 im Bereich des Innenquerschnitts eine Einlaufdüse 32 angeformt
ist. Ein an der zweiten Deckscheibe 31 befestigter, mit einer Lufteintrittsöffnung
versehener Ansaugkasten 50 deckt die Einlaufdüse 32 ab.
Die Luft wird durch den Ansaugkasten 30 angesogen und darin durch die
Einlaufdüse 32 der ersten Deckscheibe 31 gelenkt, so daß diese in axialer Richtung des Gebläserades 24 in dieses einläuft und am Umfang des Rades
senkrecht zur Achse desselben in den Diffusorkanal 33 und dann in das Stützrohr 3 abgegeben wird, so daß also ein Radialgebläse vorliegt.
Eine zur Welle 23 konzentrische Ausnehmung 60 in der Innenfläche der ersten
Deckscheibe 41 nimmt eine Stirnseite des Gebläserades 24 auf die zweite Deckscheibe 31 weist ebenfalls eine kreisringförmige Ausnehmung 61 an der
Innenfläche auf und nimmt die andere Stirnseite des Gebläserades 24 auf, derart,
daß vorzugsweise die axiale Breite des Austrittsquerschnitts der Beschaufelung des Gebläserades 24 gleich der lichten axialen Breite des Gehäuses 40 für
Gebläserad 24 und Diffusor 33 ist.
Durch das Eintauchen des Gebläserades 24 in die Ausnehmungen 60, 61 der
Deckscheiben 31,41 ergibt sich eine gute Abdichtung gegen einen möglichen
Druckausgleich.
Figur 2 zeigt ein Koordinatenkreuz, in dem das Druckverhältnis &Dgr;&rgr; von
AnsaugVAbgabedruck in [mbar] über dem Ansaugvolumenstrom V in [m3/ h]
aufgetragen ist.
0 Kennlinie a zeigt die vergleichsweise flach verlaufende Gebläsekennlinie eines
Brennersystems nach dem Stand der Technik, Kennlinie b zeigt die
vergleichsweise steil verlaufende Gebläsekennlinie des erfindungsgemäßen
Brennersystems.
Die qualitative Darstellung zeigt deutlich, wie die Projektion der Amplitude der
Feuerraumschwingungen der Startphase Apstart auf die Ordinate Ap und auf die
Kennlinien a und b jeweils die Größe der Volumenschwankungen AV3 und AVb im
Betriebspunkt B beinflußt. Die steile Gebläsekennlinie des erfindungsgemäßen Brennersystems ermöglicht die Stabilisierung des Volumenstroms in der
Startphase, da nur ein vergleichsweise kleiner Betrag für AVb aus der
Druckschwankung resultiert, ohne auf die äußere Rezirkulation einwirken zu
müssen und dennoch mindestens die gleichen günstigen NOx-Emissionswerte zu erreichen.
Claims (4)
1. Brennersystem zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigen oder
gasförmigen Brennstoffen, bestehend aus einem Brenner, der eine Zerstäuberdüse, ein die Zerstäuberdüse umgebendes Stützrohr, das von
einem Brennergehäuse aufgenommen ist, eine durch ein in einen Kesselraum ragendes Flammrohr gebildete Brennkammer, die mit einer
Blendenanordnung und einem Mischsystem versehen ist, und einen im rückwärtigen Bereich des Flammrohrs vorgesehenen, zum Kesselraum hin
offenen Rezirkulationsquerschnitt umfaßt, und einer Einrichtung zur Zufuhr von Verbrennungsluft, die mit dem Stützrohr verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Einrichtung zur Zufuhr von Verbrennungsluft ein Radialgebläse (24,
30, 31, 32, 33, 40, 41) vorgesehen ist, das als zweistufiges Gebläse arbeitet,
mit einer ersten durch einen ersten Saugraum (81) gebildeten als Radialgebläse arbeitenden Stufe und
mit einer zweiten durch einen zweiten Saugraum (80) gebildeten als
Querstromgebläse arbeitenden Stufe,
und der zweite Saugraum (80) gegen den ersten Saugraum (81) weitestgehend abgedichtet ist und
daß während der Startphase der Rezirkulationsquerschnitt zwischen
daß während der Startphase der Rezirkulationsquerschnitt zwischen
5 Flammrohr (11) und Stützrohr (2) dem Rezirkulationsquerschnitt während
der Betriebsphase entspricht.
• : V-UO- ::::..: 4284
2. Brennersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Radialgebläse (24, 30, 31, 32, 33,40,41) ein auf einer im
Brennergehäuse (1) angeordneten Motorwelle (23) sitzendes Gebläserad
(24), das an seinem Umfang von einem einen Diffusorkanal (33) umfassenden Gehäuse (40) aufgenommen ist, aufweist,
daß das Gehäuse (40) mittels einer ersten Deckscheibe (41), die von der Motorwelle (23) durchgriffen ist und einer zweiten Deckscheibe (31) jeweils
&iacgr;&ogr; stirnseitig nach außen abgeschlossen ist,
daß an der zweiten Deckscheibe (31) im Bereich des Innenquerschnitts
eine Einlaufdüse (32) angeformt ist und an der zweiten Deckscheibe (31) ein die Einlaufdüse (32) abdeckender Ansaugkasten angesetzt ist,
so daß die Verbrennungsluft durch den Ansaugkasten (30) angesogen, durch die Einlaufdüse (32 in axialer Richtung ins Gebläserad (24) und von
dort in den Diffusorkanal (33) geführt werden kann, daß an einer der Deckscheiben (31, 41) eine in den das Gebläserad (24)
aufnehmenden Raum reichende, bis direkt an die andere Deckscheibe (41,
31) ragende Trennwand (70) in Form eines Luftleitflügels befestigt ist, die
0 den Raum im Gebläserad (24) in den ersten Saugraum (81) und den
zweiten Saugraum (80) unterteilt und
daß die axialen Stirnseiten des Gebläserads (24) dicht an die Deckscheiben (31,41) heranreichen..
daß die axialen Stirnseiten des Gebläserads (24) dicht an die Deckscheiben (31,41) heranreichen..
3. Brennersystem nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schrägstellung der Trennwand (70) gegen die Verbindungsachse
der Deckscheiben (31, 41) vorgesehen ist.
4. Brennersystem nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des zweiten Saugraums (80) größer als das Volumen
des ersten Saugraums ist.
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DE29813806U DE29813806U1 (de) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | Brennersystem zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigem oder gasförmigen Brennstoff |
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DE19832132A DE19832132C1 (de) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | Brenner zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff |
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DE29813806U1 true DE29813806U1 (de) | 1998-10-22 |
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ID=26047491
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DE29813806U Expired - Lifetime DE29813806U1 (de) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | Brennersystem zur nahstöchiometrischen Verbrennung von flüssigem oder gasförmigen Brennstoff |
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Country | Link |
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