DE3509521C2 - - Google Patents
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- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
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- F23D14/10—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with elongated tubular burner head
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Description
Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner
gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
Ein derartiger Brenner geht aus dem betriebsinternen Stand
der Technik des Erfinders hervor.
Hinsichtlich der NOX-Emission von Heizungsanlagen,
die mit Öl- oder Gasbrennern betrieben werden, wird bezug genommen auf
"Gas-Wärme-International", Band 30 (1981), Heft 1, Seiten
41-43. Durch die allgemeinen Umweltbelastungsprobleme ist auch
die Frage der NOX-Emission im Heizungsanlagenbereich
zur Diskussion gekommen mit dem Bestreben, die NOX-Emission
soweit wie möglich zu reduzieren. Vorschläge hierzu bestehen darin,
die Brennerrohre flammseitig mit einem gelochten Metallkörper als
die NOX-Bildung reduzierendem Element abzuschirmen, um
damit die Flamme zu kühlen und die aufgenommene Wärme abzustrahlen.
Für Ölbrenner wird dafür ein reduzieren
des Element angeführt, das eine halbkugelartige, gelochte Schale
darstellt. Insbesondere bei atmosphärischen Gasbrennern wurde
festgestellt, daß durch derartige Einbauten bzw. Flammschirme zwar
verhindert werden kann, daß die zugeführte Sekundärluft mit der
eine hohe Temperatur aufweisenden Flamme unmittelbar in Kontakt
kommen kann und daß es dadurch zu einer Reduzierung der NOX-
Bildung kommt. Gleichzeitig ist dabei aber zu beobachten, daß, wenn
das Element die Flamme in ungünstiger Weise stört, der Ver
brennungsablauf nicht mehr vollständig ist und damit die CO-Bildung
ansteigt, abgesehen davon, daß mit derartig einfachen
Abschirmungen bezüglich der NOX-Reduzierung
bei weitem nicht das maximal mögliche Maß erreichbar
ist, vermutlich deshalb nicht, weil die Flammen zu wenig gekühlt werden.
Soweit festgestellt werden konnte, hängt dies auch mit
der Geometrie der das Brennerrohr umgebenden Brennkammer
wandungen und auch mit der Geometrie der in den
heißesten Flammbereich eingebrachten, die NOX-Bildung
reduzieren sollenden Elemente zusammen.
Nach der DE-OS 17 29 902 ist ein Gasbrenner für
Wärmestrahler bekannt, bei dem auf dem Brenner
Siebhauben angeordnet sind, die zum Glühen gebracht
werden sollen, und mit dem eine gleichmäßige turbulenz
lose Gasverteilung auf die Gasausströmöffnungen er
reicht werden soll. Abgesehen davon, daß hierbei
von einer NOX-Reduzierung nicht die Rede ist, ist
dieser vorbekannte Brenner dafür auch nicht geeignet,
weil durch diese Ausbildung gerade dafür gesorgt wer
den soll, an den Siebhauben möglichst hohe Temperaturen zu
erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
atmosphärischen Gasbrenner der eingangs genannten Art dahin
gehend zu verbessern, daß sich eine weitere NOX-Redu
zierung ergibt, die praktisch an jedem Heizkessel repro
duzierbar sein soll.
Diese Aufgabe ist mit einem atmosphärischen Gasbrenner der
eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptan
spruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbild
dungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
Mit diesem erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner hat sich in
überraschender Weise gezeigt, daß sich
eine wesentlich
verbesserte NOX-Reduzierung ergibt, die sich weitgehend
unabhängig von der jeweiligen Umgebungsgeometrie der Brenn
kammer einstellt, ohne daß dabei ein Anstieg der CO-Bildung
zu beobachten ist. Erklärbar ist dies im Grunde nur dadurch,
daß der Verbrennungsablauf aufgrund der speziellen Formgebung des
reduzierenden Elementes weitgehend ungestört bleibt, die
Elemente in Form von Lamellen offenbar ausreichend große, wärme
abstrahlende Flächen aufweist, die zudem, ebenfalls durch
die spezielle Ausbildung eine ausreichende Kühlung erfahren, da
Sekundärluftanteile zwischen die Lamellen einströmen können,
da zwischen den Lamellen gewissermaßen eine Art Kamineffekt zu
stande kommt.
Bei der Ausführungsform des Brenners nach Ansprüchen 8, 9 werden
die in die Lamellen der taschenartigen
Körper übergehenden Böden bei Querzuordnung der taschenartigen
Körper zum Brennerrohr in ihrem Formverlauf der Wölbung des
Brennerrohres angepaßt ausgebildet, so daß die Böden der Körper
an jeder Stelle die gleiche Distanz zum Brennerrohr haben. Bei
Längszuordnung der taschenartigen Körper zum Brennerrohr, die
dann etwa der Länge des Brennerrohres entsprechen, aber auch
kürzer als Teilstücke in Reihe hintereinander angeordnet werden können, werden die
das reduzierende Element bildenden Körper mit ihren Böden gleichab
ständig zur Oberfläche des Brennerrohres angeordnet.
Ferner ist gemäß Anspruch 11 vorgesehen, daß die taschenartigen
Körper zueinander mit einem Abstand angeordnet sind, der
ihrer Breite entspricht, d. h., die tatsächlich von
den Körpern räumlich beanspruchte Fläche über dem Brenner
rohr beträgt etwa nur die Hälfte der gesamten von Flammen be
setzten Fläche.
Da in der Regel die Gasausströmöffnungen in den Brennerrohren in
zueinander gleichmäßig beabstandeten Gruppen angeordnet
sind, werden die taschenartigen Körper vorteilhaft über den
öffnungsfreien Bereichen des Brennerrohres angeordnet (Anspruch 12).
Da das reduzierende Element aus einer Mehrzahl
solcher Einzelkörper besteht, werden diese zweckmäßig gemeinsam
an mindestens einem Träger angeordnet, der ferner in bezug auf
das Brennerrohr höhenveränderlich einstellbar angeordnet ist (Anspruch
13, 14), wodurch eine weitere Möglichkeit zur Optimierung der NOX-Reduzierung
gegeben ist, mit welcher Möglichkeit der Gegebenheit Rechnung ge
tragen ist, daß die verwendeten Gase unterschiedliche Zusammen
setzungen haben können, die ggf. unterschiedliche Distanzein
stellungen des reduzierenden Elementes zum Brennerrohr verlangt.
Da, wie erwähnt, die taschenförmigen Körper bei entsprechen
der Längenbemessung auch in Längsrichtung, also parallel zur
Längsachse des Brennerrohres angeordnet werden können, werden der
artige Körper dann vorteilhaft in ihren Böden mit Lufteinström
öffnungen versehen (Anspruch 16), um auch bei derartigen, relativ
langen Körpern den vorerwähnten Kamineffekt sicherzustellen.
Der erfindungsgemäße atmosphärische Gasbrenner wird
nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Aus
führungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt schematisch
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Brennerrohres;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Brennerrohr;
Fig. 3 eine Vorderansicht des Brennerrohres nach Fig. 1;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Brennerrohres mit zu taschen
artigen Körpern ausgebildeten Lamellen;
Fig. 5 eine Draufsicht auf das Brennerrohr gemäß Fig. 4;
Fig. 6 eine Draufsicht auf das aus den einzelnen Körpern
nach Fig. 4, 5 gebildete reduzierende Element;
Fig. 7 eine Ansicht des reduzierenden Elementes in Pfeilrich
tung A gemäß Fig. 6 in Anordnung am Brennerrohr und
Fig. 8 eine Draufsicht auf das Brennerrohr in anderer Aus
führungsform.
Wie aus den Fig. 1, 2 erkennbar, besteht der atmosphärische
Gasbrenner aus mindestens einem Brennerrohr 2 mit einer Vielzahl
von Gasausströmöffnungen 1, wobei über dem Brennerrohr 2
im Flammbereich das die Flammtemperatur und damit die
NOX-Bildung reduzierende Element angeordnet ist. Der Ein
fachheit halber sind in den Fig. 1, 2 unterschiedliche
Ausbildungs- und Anordnungsformen der das reduzierende Element
bildende Einzelteile dargestellt, d. h., in der tatsächlichen
Ausführungsform ist das reduzierende Element immer aus den
gleichen Einzelteilen gebildet, das grundsätzlich aus einer
Mehrzahl von in Abstand zueinander senkrecht über dem die Gasaus
strömöffnungen 1 enthaltenden Bereich des Brennerrohres 2 ver
teilt angeordneten, Flammschächte 4 begrenzenden Lamellen 3
besteht, die, wie dargestellt und orientiert an der normaler
weise gegebenen Anordnung der Gasausströmöffnungen 1,
quer zur Längsachse des Brennerrohres angeordnet werden. Die
einfachste Ausführungform ist im mittleren Bereich des Brenner
rohres in Fig. 1 verdeutlicht. Unter Verweis auf Fig. 3 sind
die Lamellen 3 mit ihren Unterkanten 5 in Distanz zur Ober
fläche des Brennerrohres 2 angeordnet, wobei die Unterkanten 5
der Lamellen 3 der Wölbung des Brennerrohres 2 folgend zugeschnit
ten sind. Soweit nicht andere Halterungen für die Lamellen 3 vor
gesehen sind, sorgen kleine Füßchen 3′ an den Lamellen für eine
entsprechende Distanzhalterung. Wie ebenfalls aus den Fig. 1
bis 3 erkennbar, werden von den Lamellen
3 jeweils zwei mit Seitenwänden 7 zu einem Schachtkästchen 8
zusammengefaßt, wobei diese Kästchen 8 jeweils über einer Öffnungs
gruppe 6 (rechts in Fig. 1, 2) oder zwischen zwei
Öffnungsgruppen 6 (links in Fig. 1, 2) über dem Brenner
rohr 2 angeordnet werden. Diese Ausbildung zu Schacht
kästchen 8 hat den Vorteil, daß die Lamellen 3 eine Aus
steifung erfahren und damit weniger Verwerfungen durch
Wärmeeinwirkung unterworfen sind. Außerdem reduziert sich
natürlich der Befestigungsaufwand der Lamellen 3 am Brenner
rohr im Vergleich zur Anbringung von Einzellamellen 3 be
trächtlich. Die gemäß Fig. 3 gleichzeitig als Befestigungs-
und Halteelemente dienenden Seitenwände 7 können ggf. im
Nahbereich des Brennerrohres 2 gelocht und im Befestigungs
bereich mit Langlöchern versehen sein, für die am Brenner
rohr kleine Stehbolzen aufgepunktet sind, so daß die Kästchen
8 bezüglich ihrer Unterkanten 5 zum Brennerrohr 2 höhenverän
derlich fixiert werden können.
Bei der bevorzugten Ausführungsform bilden die Kästchen 8
(rechts in Fig. 1, 2) selbst die Flammschächte 4, während bei
einer Anordnung der Kästchen 8 zwischen Öffnungsgruppen (links
in Fig. 1, 2) die Flammschächte 4 jeweils von zwei
Kästchen 8 begrenzt werden. Unabhängig davon, ob nun die Kästchen
8 direkt über einer Öffnungsgruppe 6 oder zwischen zwei Öffnungs
gruppen 6 angeordnet sind, entstehen durch die Nebeneinander
anordnung der Kästchen 8 zwischen diesen entsprechende Schächte.
Selbst bei einer Gruppenanordnung und Ausbildung, wie in
den Fig. 1, 2 verdeutlicht, könnten die Lamellen 3 selbst
verständlich auch parallel zur Brennerrohrlängsachse
orientiert sein, d. h., in Reihen hinter- und nebeneinander,
wobei wegen der Verwerfungsgefahr relativ kurze Lamellenstücke
zu bevorzugen wären.
Bei den Ausführungsformen nach Fig. 4 bis 8 ist das reduzierende
Element aus einer Mehrzahl von zueinander über den Gasausströmöffnungen
1 des Brennerrohres 2 verteilt angeordneten, seitlich und nach oben offenen
taschenartigen Körpern 9 gebildet, deren abgerundet
in die Lamellen übergehende Böden 10 bei Queranordnung zum Brenner
rohr 2 in ihrem Formverlauf ebenfalls der Wölbung des Brenner
rohre 2 angepaßt sind. Derartige Körper 9 lassen sich problemlos
aus geeignetem metallischen Material mit entsprechenden Formwerkzeugen
in einem Arbeitsgang ziehen. Da unter Berücksichtigung üblicher
Längen von Brennerrohren 2 jedem Brennerrohr mindestens etwa zehn
derartige Körper 9 zugeordnet werden müssen, wird das Ganze zu einem
einheitlich anbringbaren Element ausgebildet, und zwar mit Hilfe
zweier seitlicher Träger 13, wie aus Fig. 6, 7 erkennbar. Eine Einzel
halterung im Sinne der vorbeschriebenen Kästchen 8 der taschen
artigen Körper 9 wäre jedoch ebenfalls möglich. Die Träger 13 wer
den in geeigneter Weise und wie in Fig. 7 angedeutet, am
Brennerrohr 2 befestigt, so daß die Körper 9 mit ihren Böden 10
mit einem bestimmten Abstand über dem Rohr 2 angeordnet sind.
Es erfolgt auch diese Anbringung
einstellbar, so daß das ganze Gebilde mit dem jeweils
optimalen Abstand zum Brennerrohr 2 einstellbar ist. Zweck
mäßig werden die Körper 9 gleichabständig zueinander am
Brennerrohr 2 bzw. an den Trägern 13 angeordnet. Da die Gas
ausströmöffnungen 1 in der Regel an derartigen Brenner
rohren 2, wie ebenfalls aus den Fig. 4, 5 ersichtlich und wie
vorerwähnt, in Gruppen 6 vorgesehen sind, werden die taschen
artigen Körper 9 vorteilhaft über den öffnungsfreien Bereichen 12
des Brennerrohres 2 angeordnet, da hierbei die über den Gas
ausströmöffnungen 1 stehenden Flammen am wenigsten gestört wer
den. Die Flammen brennen also unbehindert in die Zwischen
räume zwischen jeweils zwei Körpern 9 hinein, die ihrerseits,
da sie seitlich offen sind (siehe Strömungspfeile in Fig. 7),
dem seitlichen Zustrom von Sekundärluft offenstehen, die dadurch
die Lamellen 3 kühlt, so daß diese dem heißen Flammbereich
ständig Wärme entziehen, wodurch einer NOX-Bildung entgegengewirkt
wird.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Körper 9 ent
sprechend lang zu bemessen und parallel zur Längserstreckung des
Brennerrohres, wie in Fig. 8 angedeutet, anzuordnen. Abgesehen
davon, daß man die Körper 9 bei einer derartigen Anordnung
auch in Form mehrerer kurzer Stücke in Reihe hintereinander in
Längsrichtung anordnen könnte, was allerdings einen größeren
Halterungsaufwand verlangt, werden bei der Ausführungsform nach
Fig. 8 in den Böden 10 der Körper 9 Lufteinström
öffnungen 11 bspw. in Form von Schlitzen vorgesehen, um auch
bei dieser Ausführungsform zu dem kühlenden "Kamineffekt"
innerhalb der Körper 9 zu gelangen. Durch entsprechende Formgebung
der Träger 13 wird bei dieser Ausführungsform ebenfalls
dafür gesorgt, daß die Böden 10 aller sich längs erstreckenden
Körper 9 die gleiche Distanz zur Oberfläche des Brennerrohres
2 haben.
In Rücksicht auf die beschriebenen und speziellen Ausführungs
formen des NOX-reduzierenden Elementes steht im übrigen nichts
entgegen, die Gasausströmöffnungen 1 am Brennerrohr 2 von vorn
herein bezüglich ihrer Gruppenanordnung an der Form und dem
Verlauf der Lamellen 3 zu orientieren, die im übrigen auch in
Form eines grob gerasterten Lamellengitters vorgesehen werden
können, wobei für lange Lamellen im Sinne der
Fig. 8 sich nicht oder nur wenig verwerfendes Material (dünne
Keramiklamellen) zu verwenden wäre.
Claims (16)
1. Atmosphärischer Gasbrenner, bestehend aus mindestens einem
Brennerrohr mit einer Vielzahl von Gasausströmöffnungen und aus
einem über dem Brennerrohr im Flammbereich angeordneten, die Flammtemperatur
und damit die NOX-Bildung reduzierenden Element,
dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende
Element aus einer Mehrzahl in Abstand zueinander senkrecht über
dem die Gasausströmöffnungen (1) enthaltenden Bereich des Brennerrohres
(2) verteilt angeordneten, Flammschächte (4) begrenzenden Lamellen
(3) gebildet ist.
2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lamellen (3) mit ihren Unterkanten (5)
in Distanz zur Oberfläche des Brennerrohres (2) angeordnet sind.
3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Unterkanten (5) der Lamellen (3)
der Wölbung des Brennerrohres (2) folgend zugeschnitten sind.
4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Brenner
rohr (2), dessen Gasausströmöffnungen (1) in Gruppen (6) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die von den Lamellen
(3) begrenzten Flammschächte (4) über Gruppen (6) der Gas
ausströmöffnungen (1) angeordnet sind.
5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß von den Lamellen (3)
jeweils zwei mit Seitenwänden (7) zu einem Schachtkästchen
(8) ausgebildet und die Kästchen (8) jeweils über
einer Gruppe (6) oder zwischen zwei Gruppen (6) von
Gasausströmöffnungen (1) über dem Brennerrohr (2) angeordnet sind.
6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lamellen (3) in bezug
auf das Brennerrohr (2) höhenveränderlich ausgebildet sind.
7. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß jeweils zwei Lamellen (3) zu einem seit
lichen und nach oben offenen taschenartigen Körper (9) ausgebildet
sind.
8. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Böden (10) der taschenartigen Körper
(9) bei Querzuordnung zum Brennerrohr (2) in ihrem Formverlauf
der Wölbung des Brennerrohres (2) angepaßt ausgebildet sind.
9. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) bei Längs
zuordnung zum Brennerrohr (2) mit ihren Böden (10) gleichab
ständig zur Oberfläche des Brennerrohres (2) angeordnet sind.
10. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die taschenartigen Körper
(9) in ihren Böden (10) mit Lufteinströmöffnungen (11) ver
sehen sind.
11. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die taschenartigen Körper
(9) zueinander mit einem Abstand angeordnet sind, der ihrer
Breite entspricht.
12. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit einem
Brennerrohr (2), an dem die Gasausströmöffnungen (1) in Gruppen
(6) angeordnet sind, dadurch gekennzeich
net, daß die taschenartigen Körper (9) über den öffnungs
freien Bereichen (12) des Brennerrohres (2) angeordnet sind.
13. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die taschenartigen Körper
(9) gemeinsam an mindestens einem Träger (13) angeordnet sind.
14. Gasbrenner nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die taschenartigen Körper (9) mit ihrem
Träger (13) in bezug auf das Brennerrohr (2) höhenveränder
lich einstellbar angeordnet sind.
15. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß die Höhe der
Lamellen (3) maximal dem halben Durchmesser des Brenner
rohres (2) entspricht.
16. Gasbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß in den Böden (10) der taschen
artigen Körper (9) Lufteinströmöffnungen (11) vorge
sehen sind.
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