DE3526636A1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung von schadstoffen in den abgasen von heizungsbrennern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Schadstoffen in den Abgasen von Heizungsbrennern sowie eine Vorrichtung zur Rückführung der Abgase eines Brenners, wie insbesondere eines Brenners für Heizungen, der eine Brenn­ kammer, einen Abgasauslaß und vorzugsweise einen Zugregler aufweist.

Die Abgase von Brennern, wie Heizungsbrennern, insbesondere von Ein- und Mehrfamilienhäusern, belasten die Umwelt er­ heblich durch Schadstoffe, die aufgrund nicht vollständiger Verbrennung der Brennstoffe in solchen Brennern entstehen und an die Umwelt abgegeben werden. Es ist bekannt, daß bei der Verbrennung bei höheren Temperaturen für die Umwelt schädliche Abgase reduziert bzw. eliminiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von Schadstoffen in den Abgasen von Brennern, wie Heizungsbrennern vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß Abgase des Brenners unter gleichzeitiger kontrollierter Zuführung von Frischluft (Sauerstoff) zum Verbrennungsbereich rückgeführt werden. Eine Vorrichtung zur Verminderung der Schadstoffe in den Abgasen sieht vor, daß eine an den Abgasauslaß anschließbare Zweiglei­ tung vorgesehen ist, die mit einem Auslaß zur Brennkammer rück­ führbar ist und in der mindestens ein Ventilator angeordnet ist.

Eine besonders wirksame Erhöhung der Verbrennungstemperatur kann dadurch erreicht werden, daß die Abgase den Spitzen der Verbrennungsflammen zugeführt werden. Am meisten Schadstoffe werden bei derartigen Brennern, insbesondere auch Feststoff­ brennern, abgegeben, wenn der Brennvorgang einsetzt, bei modernen Heizungsanlagen, insbesondere mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoff, wird der Brenner durch Thermostate derart geregelt, daß er ein- und ausgeschaltet wird, so daß sehr oft Anfangsphasen des Brennvorganges vorliegen, bei denen aufgrund nicht ausreichender Temperatur viele Schadstoffe in den Abgasen mit abgegeben werden, wogegen, wenn der Ver­ brennungsvorgang seinen stationären Zustand hat, die Tem­ peratur im allgemeinen so hoch ist, daß wenige Schadstoffe abgegeben werden, da die Verbrennung vollständiger verläuft. Die Erfindung sieht daher in bevorzugter Ausgestaltung vor, daß die Abgase temporär zugeführt werden, wobei dies insbesondere dadurch erreicht wird, daß die Abgastemperaturen gemessen und die Abgasrückführung durch die Abgastemperatur geregelt wird. Es wird also die Abgastemperatur gemessen und in Abhängigkeit der Abgastemperatur die Abgasrückführung geregelt, indem bei niedriger Abgastemperatur ein Großteil der Abgase in die Brennkammer zurückgeführt wird, während, wenn die Abgas­ temperatur einen ausreichenden Wert erreicht, so daß eine vollständige Verbrennung stattfindet und damit die Abgase kaum mehr Schadstoffe aufweisen, die Rückführung eingestellt werden kann und die Abgase direkt dem Kamin zugeführt werden können. Konstruktiverweise wird dies dadurch erreicht, daß ein Abgastemperaturmeßgerät vorgesehen ist, daß mit mindestens einem Ventilator verbunden sowie mit der Zugklappe des Brenners verbindbar ist, wobei der Regelungsvorgang in der vorstehend beschriebenen Weise erfolgt.

Um den Verbrennungsvorgang weiter zu unterstützen, ist vorge­ sehen, daß der Auslaß der Zweigleitung in der Brennkammer als Düse ausgebildet ist, wobei weiterhin eine bevorzugte Ausgestaltung vorsieht, daß der Auslaß der Zweigleitung im Bereich der Flammspitzen anordbar ist. Die düsenartigen Aus­ lässe der Rückführungsleitung umgeben vorzugsweise den Ver­ brennungsbereich ringförmig, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, daß der Auslaß der Zweigleitung als Ringdüse ausge­ bildet ist. Um eine Beschädigung der Rückführungsleitung und insbesondere deren Auslässe, die, wie gesagt, vorzugsweise als Düsen ausgebildet sind, zu vermeiden, welche durch über­ große Hitze beim Verbrennungsvorgang insbesondere im Be­ reich der Flammenspitzen eintreten könnte, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, daß im Bereich des Auslasses keramisches Material zum Schutz des Auslasses vorgesehen ist. Dabei kann beispielsweise zum Schutz zunächst ein Keramikring, der den Verbrennungsbereich zumindest teilweise, vorzugsweise im Bereich der Flammenspitzen umgibt, eingesetzt sein. In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß die Düsen in keramischen Material ausgebildet sind.

Weiterhin kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß neben der Rückführung der Abgase auch Frischluft, gegebenenfalls über einen zusätzlichen Ventilator in die Rückführungsleitung und damit in den Brennerraum, vorzugsweise auch in den Bereich der Flammenspitzen eingeführt wird, wodurch die dortige Temperatur, insbesondere wenn die zugeführten Gase, wenn dies notwendig ist, vorerwärmt werden, wobei dies aber im allge­ meinen für die rückgeführten Abgase weniger erforderlich ist als für zugeführte Frischluft. Durch das erfindungsgemäße Vorge­ hen wird erreicht, daß die erforderliche Gesamttemperatur des Verbrennungsvorganges insbesondere in den Anfangsphasen der Verbrennung wesentlich schneller erreicht wird, so daß wesentlich schneller ein Verbrennungsvorgang erzielt wird, bei dem die Abgase keine Schadstoffe mehr enthalten, sondern vielmehr eine vollständige, nahzu rückstandslose Verbrennung stattfindet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl bei vorhandenen Brennern nachträglich vorgesehen werden oder bei neuen Heizanlagen sogleich integriert mit ausgebildet sein. Der Düseneinsatz für den Brennerraum kann eine geeignete Form aufweisen, wobei eine kreisrunde Form bevorzugt wird, es können aber auch andere Formen vorgesehen sein. Neben der Reduzierung der Schadstoffe in den Abgasen, wird durch die vollständige Verbrennung aufgrund der Temperaturerhöhung der Flamme, auch ein höherer Wirkungsgrad der Verbrennung erreicht, was zur Energieeinsparung führt. Wesentlich ist aber, daß die schäd­ lichen Abgase mit geringem Aufwand auf ein Minimum herunter­ geführt werden können, wozu neben der erhöhten Verbrennungs­ temperatur auch beiträgt, daß die rückgeführten Abgase noch einmal der Verbrennung zugeführt werden können. Durch die düsenartige Ausgestaltung der Auslässe der Rückführungsleitung und dem hierdurch bedingten Einblasen der rückgeführten Gase wird eine gleichmäßige Verbrennung mit kurzer Anheizzeit er­ reicht, was insbesondere auch bei Feststoffverbrennung wichtig ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäß ausgestatteten Brenner im Schnitt;

Fig. 2 eine Detaildarstellung der Rückführungsdüsen im Bereich II der Fig. 1.

Der in der Fig. 1 dargestellte Brenner 1, beispielsweise für eine Heizung mit oder ohne Warmwasserzubereitung, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Feststoffbrenner. Der Brenner 1 weist eine Brennkammer 2 auf, in dem zunächst auf einem Rost 3 der zu verbrennende Feststoff 4 liegt. Von der Brennkammer 2 führt ein Abgaskanal 6 zu einem Abgasauslaß 7. Vom Auslaß 7 können die Abgase einerseits über einen Auslaß 8 zu einem Kamin geführt werden. Andererseits ist im Bereich des Auslasses 7 eine Zweigleitung 9 angeschlossen, die zum Brenner­ raum zurückführt. In der Zweigleitung ist mindestens ein Ven­ tilator 11 angeordnet, der mit einem Abgastemperaturfühler 12 über eine Steuerleitung 13 verbunden ist und über diese vom Abgastemperaturregler 12 geregelt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin im vorderen Bereich des Brenners 1 etwa seitlich neben der Rückführungsleitung 9 ein weiterer Ventilator 14 vorgesehen, mit dem, neben den Ab­ gasen der Leitung 9 gegebenenfalls auch Frischluft zusätzlich in den zum Brennerraum hingeführten Leitungsteil 9′ einge­ bracht werden kann. Die Rückführungsleitung 9, 9′ endet in einer Düseneinrichtung 21, die im Brennerraum 2 im Bereich der Flammenspitzen 22 der Verbrennungsflammen angeordnet ist und diese im dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig umgibt.

Während die Abgase vorzugsweise im Bereich der Flammenspitzen zurückgeführt werden, wird die Frischluft vorzugsweise im un­ teren Bereich mittels einer Düse 10 zugeführt. Besonders op­ timal ist aber eine geeignete Mündung von Abgasen und Frischluft, die in den Düsen 21 und 10 unterschiedlich ist, wobei die aus der Düse 21 ausgelassenen Gase einen höheren Anteil von Abgasen im Verhältnis zum Auslaß an der Düse 10 haben.

Die Düseneinrichtung weist im dargestellten Ausführungsbei­ spiel eine ringförmig ausgebildete, nach Innen auf die Flammen­ spitzen 22 hingerichtete Düse 23 auf. Die Düseneinrichtung 21 kann in keramischen Material ausgebildet oder solches ge­ schützt sein, so daß sie nicht durch hohe Temperaturen be­ schädigt wird. Insbesondere werden die über die Düsenein­ richtung 21 rückgeführten Abgase, bevor sie aus der Düse 23 austreten noch durch die Flammenspitzen 22 weiter erhitzt.

Der erfindungsgemäße mit einer Abgasrückführung ausgestaltete Brenner, arbeitet nun vorzugsweise folgendermaßen: Wenn der Verbrennungsvorgang einsetzt, wird zunächst Luft zugeführt, um den Verbrennungsvorgang zu unterstützen. Da die Abgastem­ peraturen noch nicht sehr hoch sind, werden über den Abgas­ temperaturmeßfühler die Ventilatoren in Betrieb gesetzt, so daß Gase, auch die entstehenden Abgase über die Düsen 23 dem Verbrennungsraum 2 zugeführt werden, wobei durch den Anteil an erwärmten Abgasen sowie die weiter erwähnte Vorerwärmung der Verbrennungsvorgang sehr schnell durch seine Anfangs­ phase, in der die Schadstoffe in den Abgasen relativ groß sind, hindurchgeführt und auf hohe Verbrennungstemperaturen gebracht wird, bei denen wenige schädliche Abgase entstehen. Die schäd­ lichen rückgeführten Abgase werden dabei nachverbrannt, so daß sie, wenn sie dann austreten, ebenfalls nicht mehr bzw. in verringertem Umfang als Schadgase austreten.

Wenn der Verbrennungsvorgang die erforderlichen Temperaturen für Feststoffe erreicht hat, bei denen die Abgase im wesent­ lichen schadstoffrei sind, wird vom Abgastemperaturmeßfühler 12, der diese Temperaturen feststellt, zumindest der Ventilator 11 stillgesetzt, während über dem Ventilator 14 weiterhin Frischluft zur Unterstützung des Verbrennungsvorganges und Ge­ währleistung einer vollständigen Verbrennung zugeführt werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, wird die Verbrennungs­ temperatur, insbesondere zu Beginn des Verbrennungsvorganges, wesentlich erhöht und damit insbesondere die Anfangsphase des Verbrennungsvorganges, der in der noch schädliche Abgase auftreten können, wesentlich reduziert sowie schädliche Abgase nachverbrannt. Danach wird durch die Erhöhung der Flammen­ temperatur ein höherer Wirkungsgrad und damit eine Energie­ einsparung erreicht. Wenn während des eigentlich stationären Verbrennungsvorganges die Abgastemperatur und den erwünschten Wert gerät, so wird der Ventilator wieder eingeschaltet und der Verbrennungsvorgang dadurch wiederum unterstützt.

Die erfindungsgemäße Nachverbrennung kann sowohl bei be­ stehenden Brennern nachgerüstet werden, als auch bei neuen Brennern direkt vorgesehen werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Reduzierung von Schadstoffen in den Abgasen von Heizungsbrennern, dadurch gekennzeichnet, daß Abgase des Brenners unter gleichzeitiger kontrol­ lierter Zugabe von Frischluft (Sauerstoff) zum Verbrennungs­ bereich rückgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase den Spitzen der Verbrennungsflammen zuge­ führt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase temporär zugeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgastemperaturen gemessen und die Abgasrückführung durch die Abgastemperatur geregelt wird.

5. Vorrichtung zur Rückführung der Abgase eines Brenners, wie insbesondere eines Brenners für Heizungen, der eine Brennkammer, einen Abgasauslaß und vorzugsweise einen Zugregler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Abgasauslaß (7) anschließbare Zweigleitung (9, 9′) vorgesehen ist, die mit einem Auslaß (21, 23) zur Brenn­ kammer (2) rückführbar ist und in der mindestens ein Ventilator (11, 14) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Zweigleitung (9, 9′) in der Brenn­ kammer (2) als Düse (21, 23) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Auslaß (21, 23) der Zweigleitung (9, 9′) im Bereich der Flammspitzen anordbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Auslaß der Zweigleitung (9, 9′) als Ring­ düse (21, 23) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Auslasses 21, 23 keramisches Material zum Schutz des Auslasses vorge­ sehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (21, 23) in keramischen Material ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Abgastemperaturmeßgerät (12) vorge­ sehen ist, daß mit mindestens einem Ventilator (11) verbun­ den sowie mit der Zugklappe des Brenners (1) verbindbar ist.