DE3327597C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Brenner mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 bzw. 6.

Mit einem solchen Brenner läßt sich die Verbrennungsluft in Teilströmen aufgeben, wobei die Verbrennung in einer ersten Verbrennungszone reduzierend erfolgt. Bei bekannten Kohlen­ staub-Brennern (Jahrbuch der Dampferzeugungstechnik, 4. Aus­ gabe 1980/81, Seiten 748-763) wird die Verbrennungsluft über konzentrisch angeordnete Kanäle zugeführt, deren Austritts­ querschnitte im wesentlichen in der gleichen Ebene liegen. Zur Senkung des NOx-Gehaltes ist es weiterhin bekannt, Rauchgas zurückzuführen und der Verbrennungsluft insgesamt oder einem Teilstrom zuzumischen (DE-OS 23 06 537, DE-OS 31 10 186).

Bei der Verwendung eines solchen Brenners mit in der gleichen Ebene liegenden Austrittsöffnungen der Luftkanäle als Gas­ oder Ölbrenner zeigte sich eine im Vergleich mit dem Staubbrenner wesentlich geringere Minderung des NOx-Gehaltes. Offensichtlich wurde der Mischungsverlauf der Gas- oder Ölflamme durch die gestufte Luftzuführung im Brenner weniger stark beeinflußt als bei einer Kohlenstaubflamme.

Es ist ein Ölbrenner bekannt (US-PS 40 04 875), bei dem die Teilströme der Verbrennungsluft in Abständen längs der Brennerachse zugeführt werden. Dabei ist der Anteil der Pri­ märluft geringer als der Anteil der Sekundärluft, so daß sich eine Anfangsflamme mit nicht ausreichender UV-Strahlung ein­ stellt. Bei diesem Brenner wird weiterhin ein Teil der in der Primärbrennzone entstehenden, unvollständig verbrannten Reak­ tionsprodukte rückgesaugt und der Primärbrennzone erneut zugeführt. Diese unvollständig verbrannten Gase führen bei einer Abkühlung und durch strömungsbedingte Ablagerungen zu Koksanbackungen und Verschmutzungen innerhalb des Brenners. Der bekannte Brenner ist daher insbesondere für die Verbrennung von schwerem Heizöl nicht geeignet.

Aus der DE-OS 30 40 830 ist ein Brenner bekannt, bei dem zur Verminderung der Bildung von NOx die Verbrennungsluft gestuft als Primärluft und als Sekundärluft aufgegeben wird. Durch die Injektorwirkung der Primärluft wird weitgehend ausgebranntes Rauchgas aus dem Verbrennungsraum angesaugt. Dieses rückgesaugte Verbrennungsgas wird der Primärluft und gegebenenfalls auch der Sekundärluft vor der Eingabe in deren Wirkungsbereiche, das heißt vor dem Eintritt in den Verbrennungsraum, beigemischt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Brenner für die Verbrennung von flüssigen und/oder gas­ förmigen Brennstoffen zu schaffen, mit deren Hilfe die Bildung von NOx bei der Verbrennung derart wirksam unterdrückt werden kann, daß eine einwandfreie Flammenüberwachung möglich und eine Verschmutzung des Brenners vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch einen Brenner mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei diesem Verfahren bzw. bei diesem Brenner wird die Verbren­ nungsluft zwei- oder mehrstufig über Kanäle zugeführt, deren Öffnungen in Abständen längs der Brennerachse folgen. Hierdurch wird eine gute Vermischung der Verbrennungsluft mit der Öl­ und Gasflamme erreicht, so daß eine gestufte Verbrennung zu erzielen ist, durch die die Bildung von NOx wirksam unterdrückt wird. Zur weiteren Unterdrückung der NOx-Bildung dient die Rückführung von Rauchgas, das dem Feuerraum entnommen wird und weitgehend ausgebrannt ist, so daß Koksanbackungen und Verschmutzungen vermieden werden. Der hohe Anteil an Primärluft erzeugt eine Anfangsflamme mit einer ausreichenden UV-Strahlung, durch die eine einwandfreie Flammenüberwachung durch eine UV-Fo­ tozelle sicherzustellen ist. Außerdem ist durch den großen Primärluftanteil der rückgesaugte Rauchgasan­ teil größer. Dabei bleiben die wesentlichen Konstruktionselemente der Öl- und Gasbrenner erhalten, die sich im Betrieb bewährt haben. So ist die Ölflamme in dem Po­ tentialwirbel hinter einem ausreichend großen Impeller zu sta­ bilisieren, und die Öldüsen und Gaslanzen können so angeordnet werden, daß eine stabile durchgezündete Anfangsflamme entsteht.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Brenner gemäß der Erfindung und

Fig. 2 und 3 jeweils den Längsschnitt durch eine Brennerkehle gemäß einer anderen Ausführungs­ form der Erfindung.

Die Brenneranordnung besteht aus einem Luftkasten 1, durch den eine Brennerlanze 2 für Öl und mehrere Brennerlanzen für Gas hindurchgeführt sind. Die Gasbrennerlanzen 3 sind um die Ölbrennerlanze 2 angeordnet. Auf der Ölbrennerlanze 2 ist ein Impeller 4 befestigt.

Die Brennerlanzen 2, 3 sind von einem ersten Führungsrohr 5 umgeben, dessen Eintrittsöffnung 6 innerhalb des Luftkastens 1 und dessen Austrittsöffnung 7 innerhalb der Brennermündung liegt, die durch die Brennerkehle 8 dargestellt ist. An die Brennerkehle 8 schließt sich ein Feuerraum 9 an. Der Luftka­ sten 1 ist von der Brennerkehle 8 durch eine Deckplatte 10 getrennt, durch die das erste Führungsrohr 5 hindurchragt.

In rückwärtiger Verlängerung des ersten Führungsrohres 5 ist vor dessen Eintrittsöffnung 6 eine Dralleinrichtung 11 und ein Luftleitrohr 12 vorgesehen. Das Luftleitrohr 12 ist über ein nach außen geführtes Gestänge 13 axial verstellbar. In der einen Endstellung überdeckt das Luftleitrohr 12 den Luftein­ trittsquerschnitt an der Dralleinrichtung 11. In der anderen Endstellung des Luftleitrohres 12 ist der Lufteintrittsquer­ schnitt an der Dralleinrichtung 11 freigegeben und der übrige Eintrittsquerschnitt zu dem ersten Führungsrohr 5 überdeckt. Die zuerst genannte Stellung des Luftleitrohres 12 ist in dem oberen Teil und die andere Stellung ist in dem unteren Teil der Fig. 1 gezeigt. Dabei sind auch Zwischenstellungen zwi­ schen den beiden Endstellungen möglich.

Innerhalb der Brennerkehle 8 ist in der Längsachse des Brenners in einem axialen Abstand von der Austrittsöffnung 7 des ersten Führungsrohres 5 und der Deckplatte 10 des Luftka­ stens 1 ein zweites Führungsrohr 14 angeordnet. Das zweite Führungsrohr 14 besteht vorzugsweise aus einem sich konisch erweiternden Abschnitt, an den sich ein zylindrischer Ab­ schnitt anschließt.

Das zweite Führungsrohr 14 ist innerhalb der Brennerkehle 8 in einem Abstand unter Bildung eines Ringkanales 15 von einem dritten Führungsrohr 16 umgeben. Dieses dritte Führungsrohr 16 kann ebenso wie die beiden anderen Führungsrohre 5, 14 metallisch sein. Je nach den zu erwartenden Temperaturen kann das dritte Führungsrohr 16 auch aus einem feuerfesten kerami­ schen Werkstoff bestehen. Das dritte Führungsrohr 16 kann bis in den Übergang der Brennerkehle 8 in den Feuerraum 9 reichen oder auch kurz vor dem Übergang enden. Der Austrittsquer­ schnitt des dritten Führungsrohres 16 liegt dem Feuerraum 9 näher als der Austrittsquerschnitt des zweiten Führungsrohres 14.

Das zweite Führungsrohr 14 kann mit seitlichen Bohrungen 17 versehen sein, durch die eine Verbindung zwischen dem Ringkanal 15 zwischen den Führungsrohren 14, 16 und dem Innen­ raum des zweiten Führungsrohres 14 hergestellt ist.

Das zweite Führungsrohr 14 kann auch durch einen Rohrabschnitt 18 verlängert sein, der innerhalb des dritten Führungsrohres 16 das zweite Führungsrohr 14 teilweise umgibt. In Richtung auf den Feuerraum 9 liegt die Eintrittsöffnung dieses Rohrab­ schnittes 18 vor und dessen Austrittsöffnung hinter der Aus­ trittsöffnung des zweiten Führungsrohres 14. Damit hat der Ringkanal 15 zwei hintereinanderliegende Austrittsquerschnitte erhalten.

Der Ringkanal 15 ist an seinem dem Luftkasten 1 zugewandten Ende geschlossen und über Verbindungsrohre 19 mit dem Luftka­ sten 1 verbunden. Dabei münden die Verbindungsrohre 19 in eine Lufteintrittskammer 20, die innerhalb des Luftkastens 1 gebil­ det ist und die über eine Eintrittsöffnung zum Luftkasten 1 offen ist. Die Eintrittsöffnung der Lufteintrittskammer 20 ist über einen Trommelschieber 21 einstellbar, der mit Hilfe eines Gestänges 22 axial verschiebbar ist. In dem oberen Teil der Fig. 1 hat der Trommelschieber 21 die Eintrittsöffnung der Lufteintrittskammer 20 freigegeben, während im unteren Teil der Fig. 1 diese Eintrittsöffnung verschlossen ist.

Das dritte Führungsrohr 16 ist mit einem radialen Abstand von der Wandung 23 der Brennerkehle 8 und mit einem axialen Ab­ stand von der Deckplatte 10 des Luftkastens 1 angeordnet. Auf diese Weise ist ein ringförmiger Verbindungskanal 24 geschaf­ fen, über den der Feuerraum 9 mit dem Innenraum des zweiten Führungsrohres 14 verbunden ist.

Die Wandung 23 der Brennerkehle 8 kann durch Kühlrohre gebildet (Fig. 2) oder feuerfest ausgekleidet sein (Fig. 3). Die Ausbildung mit Kühlrohren empfiehlt sich, wenn der Brenner an einen im Zwangsdurchlauf betriebenen Dampferzeuger angeschlossen ist.

Nach Fig. 1 ist die Wandung 23 der Brennerkehle 8 von einer Ringkammer 25 umgeben. Die Ringkammer 25 ist mit einem Luftanschluß 26 versehen, durch den mit Hilfe eines Druckerhöhungsgebläses Luft in die Ringkammer 25 gefördert wird. Die Ringkammer 25 ist mit dem Luftkasten 1 verbunden. Dabei dient ein gewinkeltes Leitblech 27, das die Ringkammer 25 seitlich begrenzt und in einem Abstand von der Wandung 23 der Brennerkehle 8 angeordnet ist, der Führung des die Wandung 23 kühlenden Luftstromes.

Mit dem beschriebenen Brenner läßt sich das nachfolgend erläuterte Verfahren durchführen. Dem Luftkastsen 1 wird eine vorgegebene, auf die Brennstoffmenge abgestimme Luftmenge zugegeben. Die Regelung der Luftmenge erfolgt über ein in der Zuleitung angeordnetes Regelorgan. In dem Luftkasten 1 wird die Verbrennungsluft in einen Primärluftanteil und einen Sekundärluftanteil aufgeteilt. Die Primärluft durchströmt das innere Führungsrohr 5 und verbrennt den aus der Ölbrennerlanze 2 oder den Gaslanzen 3 austretenden Brennstoff in einer Flamme unter unterstöchiometrischen Bedingungen. Die Sekundärluft tritt über die Verbindungsrohre 19 in den Ringkanal 15 zwischen dem ersten und dem zweiten Führungsrohr 14, 16 ein. Über die Austrittsöffnung des zweiten Führungsrohres 14 wird die Sekundärluft in einem axialen Abstand hinter der Primärluft aufgegeben. Durch die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausfüh­ rungsformen des zweiten Führungsrohres 14 wird die Sekundärluft noch einmal aufgeteilt und in zwei hinterein­ anderliegenden Stufen der Flamme zugegeben.

Der Anteil der Primärluft an der gesamten Verbrennungsluft ist größer als der Sekundärluftanteil und beträgt zwischen 60 und 80%, vorzugsweise etwa 70%. Die mengenmäßige Aufteilung der Verbrennungsluft erfolgt über den Trommelschieber 21.

Die Primärluft wird je nach der Stellung des Luftleitrohres 12 ausschließlich verdrallt oder ausschließlich achsparallel oder teils verdrallt und teils achsparallel der Brennermündung zu­ geführt. Dralleinrichtungen sind in dem Weg der Sekundärluft nicht vorgesehen, so daß die Sekundärluft ausschließlich in achsparalleler Anströmung zugeführt wird.

Durch die Injektorwirkung, die von der aus dem ersten Füh­ rungsrohr 5 ausströmenden Primärluft ausgeübt wird, werden ausgebrannte Rauchgase aus dem Feuerraum 9 angesaugt. Diese Rauchgase werden durch den Verbindungskanal 24 und den Zwi­ schenraum zwischen der Eintrittsöffnung des zweiten Führungs­ rohres 14 und der Deckplatte 10 des Luftkastens 1 in den Innenraum des zweiten Führungsrohres 14 geführt. Dabei ge­ langen sie an den Flammenanfang zwischen der Primärluftaufgabe und der Sekundärluftaufgabe.

Claims (13)

1. Verfahren zum Verbrennen von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen in einem Verbrennungsraum unter verminderter Bildung von NOx, wobei die Verbrennungsluft in Teilmengen als Primärluft und Sekundärluft in Richtung der Brennerachse in axialen Abständen hintereinander zugeführt wird, wobei die Primärluft durch ein zentrales Führungsrohr aufgegeben wird und wobei durch die Verbrennungsluft eine Injektorwirkung erzeugt wird, durch die weitgehend ausgebranntes Verbrennungsgas aus dem Verbrennungsraum angesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft konzentrisch zu der Primärluft über einen in einem axialen Abstand von dem Austritt des zentralen Führungsrohres angeordneten Ringkanal aufgegeben wird und daß das angesaugte Verbrennungsgas an den Flammenanfang in den Raum zwischen der Primärluftaufgabe und der Sekundärluftaufgabe geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Primärluft in einer Teilmenge von etwa 60-80%, vorzugsweise von etwa 70%, der ge­ samten Verbrennungsluft zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sekundärluft in achsparalleler Anströmung zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft achsparallel oder verdrallt oder teils achsparallel und teils verdrallt zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär­ luft in mehreren Teilmengen in Strömungsrichtung der Ver­ brennungsgase in axialen Abständen hintereinander aufgegeben wird.

6. Brenner zum Verbrennen von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen in einem Verbrennungsraum mit Hilfe von in Primärluft und Sekundärluft aufgeteilter Verbrennungsluft, bei dem Brennerlanzen durch einen Luftkasten geführt sind, der durch eine Deckplatte von einer Brennerkehle getrennt ist, wobei die Brennerlanzen von einem ersten Führungsrohr zur Primärluftführung umschlossen sind, das durch die Deck­ platte hindurchgeführt ist und dessen Eintrittsöffnung inner­ halb des Luftkastens und dessen Austrittsöffnung in der Brennerkehle vorgesehen sind und der Verbrennungsraum über einen Rückführkanal für die Ansaugung von weitgehend ausge­ brannten Verbrennungsgasen mit der Primärluftführung verbunden ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Richtung der Brenner­ achse innerhalb der Brennerkehle (8) ein zweites Führungs­ rohr (14) und ein drittes Führungsrohr (16) in einem axialen Abstand von der Austrittsöffnung (7) des ersten Führungs­ rohres (5) und von der Deckplatte (10) angeordnet sind, daß zwischen dem zweiten Führungsrohr (14) und dem dritten Führungsrohr (16) ein Ringkanal (15) zur Führung der Sekun­ därluft gebildet ist, daß der Ringkanal (15) an dem dem Luftkasten (1) zugewandten Ende geschlossen und mit dem Luftkasten (1) über Verbindungsrohre (19) verbunden ist, daß das dritte Führungsrohr (16) zur Bildung des Rückführ­ kanals (24) in einem radialen Abstand von der Wandung (23) der Brennerkehle (8) angeordnet ist und daß der Rückführkanal (24) mit dem Innenraum des zweiten Führungsrohres (14) verbunden ist.

7. Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsrohre (19) in eine Lufteintrittskammer (20) münden, die über eine durch einen Ringschieber (21) einstellbare Eintrittsöffnung mit dem Luftkasten (1) verbunden ist.

8. Brenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des dritten Führungsrohres (16) über die Austrittsöffnung des zweiten Führungsrohres (14) in Richtung des Feuerraumes (9) hinausragt.

9. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austritts­ öffnung des dritten Führungsrohres (16) bis in den Über­ gang der Brennermündung (8) in den Feuerraum (9) hineinragt.

10. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Führungsrohr (14) seitliche Bohrungen (17) vorgesehen sind.

11. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten und dem dritten Führungsrohr (14, 16) ein Rohrab­ schnitt (18) vorgesehen ist, dessen Eintrittsquerschnitt in Richtung auf den Feuerraum (9) vor und dessen Aus­ trittsquerschnitt hinter dem Austrittsquerschnitt des zweiten Führungsrohres (14) angeordnet ist.

12. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (23) der Brennerkehle (8) von einer Ringkammer (25) um­ geben ist, die mit einem Luftanschluß (26) versehen und mit dem Luftkasten (1) verbunden ist.

13. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der rückwärtigen Verlängerung des ersten Führungsrohres (5) innerhalb des Luftkastens (1) eine Dralleinrichtung (11) und ein axial verschiebbares Luftleitrohr (12) vorgesehen sind und daß das Luftleitrohr (12) in der einen Endstel­ lung den Lufteinlaßquerschnitt an der Dralleinrichtung (11) und in der anderen Endstellung den übrigen Luftein­ trittsquerschnitt des ersten Führungsrohres (5) überdeckt.