DE3706234C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solcher Brenner, der der Herabsetzung der Bildung von Stickoxiden bei der Verbrennung dient, ist hinsichtlich der Aufteilung der Verbrennungsluft in Primärluft, Sekundärluft und Tertiärluft sowie Zuführung der Tertiärluft über einen getrennten Luftkasten aus der US-PS 43 47 052 bekannt. Bei diesem Brenner erfolgt die Verbrennung des Brennstoffes durch die Primärluft und die Sekundärluft unterstöchiometrisch in einer primären Verbrennungszone, die durch einen keramischen Einsatz umgrenzt ist. Die für die vollständige Verbrennung notwendige Tertiärluft wird den Flammengasen nach deren Austritt aus dem keramischen Einsatz zugeführt.

Es ist weiterhin bekannt, bei Brennern mit einer zentralen Öllanze und dreigeteilter Luftausgabe Rauchgas aus dem Feuerraum durch die von der Verbrennungsluft hervorgerufene Injektorwirkung anzusaugen. Dieses Rauchgas wird entweder dem Flammenanfang zwischen der Primärluft- und der Sekundärluftausgabe zugeführt (DE-OS 33 27 597) oder dem mittleren Strom der Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die Verbrennungszone beigemischt (DE-OS 30 48 201).

Bei den bekannten, mit einer zentralen Brennstofflanze ausgerüsteten Brennern können beim Betrieb mit Schweröl in engen Brennerräumen, z. B. bei Flammrohr-Dreizugkesseln Schwierigkeiten in der Weise auftreten, daß eine schadstoffarme Verbrennung mit einem unzulässig hohen Ausstoß an unverbrannten Feststoffen (Rußpartikel) verbunden sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner derart zu gestalten, daß bei der Verbrennung von insbesondere schwerem Heizöl die Bildung von Stickoxiden bei Einhaltung eines vorgegebenen Feststoffauswurfes erheblich gesenkt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteihafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die gestufte Zugabe der Tertiärluft und die Aufgabe des Rauchgasschleiers zwischen Sekundärluft und Tertiärluft verzögert den Verbrennungsablauf und verhindert hohe Flammentemperaturen, wodurch einer Bildung von Stickoxiden entgegengewirkt wird. Dieser für die Unterdrückung der Stickoxidbildung günstige Verbrennungsablauf erhöht jedoch die Gefahr einer unerwünschten Feststoffproduktion durch sogenannte unverbrannte Kohlenstoffteile bei der Verbrennung von insbesondere schwerem Heizöl. Die feuerfest ausgekleidete Brennkammer bewirkt nun, daß der Oxidationsvorgang weitgehend abgeschlossen ist, so daß die zunächst entstehenden Zwischenprodukte und unvollständigen Verbrennungsprodukte wie Kohlenmonoxid, Ruß und Wasserstoff am Ende der Brennkammer verbrannt sind und daß Rauchgas in dem sich unmittelbar an die Brennkammer anschließenden Wärmetauscher gekühlt werden kann. Der Stauring an der Wand der Brennkammer bewirkt eine Verwirbelung der Verbrennungsprodukte und beschleunigt den vollständigen Ausbrand des Brennstoffes. Insbesondere bei einem Einsatz zum Verbrennen von schwerem Heizöl und für Anlagen mit engen Feuerräumen zeichnet sich der erfindungsgemäße Brenner dadurch aus, daß die vorgeschriebenen Grenzwerte für den Ausstoß an gasförmigen Schadstoffen wie Stickoxid und Kohlenmonoxid sowie an festen Schadstoffen gleichermaßen eingehalten werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen

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

Fig. 2 den Schnitt II-II nach Fig. 1.

Der Brenner enthält mehrere Brennstofflanzen, und zwar eine Zentrallanze 1 und mehrere, im vorliegenden Fall drei äußere Satellitenlanzen 2, die auf einem Teilkreis die Zentrallanze 1 umgeben. Die Zentrallanze 1 und die Satellitenlanzen 2 münden in eine feuerfest ausgekleidete und mit einer Stirnwand 3 versehene Brennkammer 4. Die Brennstofflanzen sind als Öllanzen oder als Gaslanzen zur Verbrennung von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff ausgelegt. Alle Brennstofflanzen können axial verschoben werden.

Dieser Brenner ist auf die schadstoffarme Verfeuerung von insbesondere schwerem Heizöl auf engen Feuerräumen abgestimmt. Als Zerstäuberlanze für den flüssigen Brennstoff kommt der Innenmischer zum Einsatz. Als Zerstäubungsmittel kann Preßluft oder Dampf verwendet werden. Die Mengenaufteilung des Brennstoffes ist so vorgesehen, daß jede Brennstofflanze gleichmäßig d.h. bei einer Zentrallanze 1 und n Satellitenlanzen 2 mit je 100/n+1 % der gesamten Brennstoffmenge beaufschlagt wird. Die Brennstoffeindüsung mit der Zentrallanze 1 erfolgt über gleichmäßig angeordnete Düsenbohrungen, wobei der Sprühwinkel der Ausführung der Kammer 4 angepaßt wird. Die Brennstoffausströmung der Satellitenlanzen 2 ist in einer Richtung über mehrere hintereinander angeordnete Düsenbohrungen vorgesehen. Der Sprühstrahl der Satellitenlanzen 2 kann so gewählt werden, daß dieser ins Zentrum oder aber tangential auf irgendeinen gedachten Kreis innerhalb der Kammer 4 gerichtet ist. Außerdem kann die Eindüsungsposition axial verschoben werden. Die Aufteilung der Brennstoffmenge auf die Zentrallanze 1 und die Satellitenlanzen 2 erfolgt in dieser Weise, damit eine Koksbildung vermieden sowie die Vergasung des flüssigen Brennstoffes beschleunigt wird. Durch die variable und gestufte Brennstoffeindüsung werden die örtlichen Flammentemperaturen sowie die Sauerstoffkonzentration so niedrig wie möglich gehalten, was der Bildung von thermischem Stickoxid und Brennstoff-Stickoxid entgegenwirkt.

Die Zentrallanze 1 ist von einem Schutzrohr 5 umschlossen, das wiederum von zwei Ringkanälen 6, 7 umgeben ist, die mit einer ersten Luftkammer 8 in Verbindung stehen. Die durch die erste Luftkammer 8 über einen Lufteintrittsstutzen 9 eintretende Verbrennungsluft wird durch die Ringkanäle 6, 7 in einen innenliegenden Primärluftstrom und einen außenliegenden Sekundärluftstrom aufgeteilt. Im Eingang der Ringkanäle 6, 7 sind Luftleitkörper 10 angeordnet, die über ein rückwärtiges Gestänge axial verschiebbar sind und über die eine gegenseitige Abstimmung der Pressungs- und Geschwindigkeitsverhältnisse der Luftströme vorgenommen werden kann. Im Eingang der Luftkammer 8 ist eine Regelklappe 11 angeordnet, über die die Menge der den Ringkanälen 6, 7 zugeführten Verbrennungsluft geregelt wird. Auf dem die Zentrallanze 1 umgebenden Schutzrohr 5 ist am austrittsseitigen Ende des inneren Ringkanals 6 ein Drallerzeuger 12 befestigt, der dem Primärluftstrom einen Drall aufzwingt. Weitere Drallerzeuger können am eintrittsseitigen Ende des Ringkanals 7 vorgesehen werden.

Der äußere Ringkanal 7 zur Führung der Sekundärluft ist von einem Rauchgasringkanal 13 umgeben, der über eine Rauchgaskammer 14 mit einem separaten Rauchgaseintrittsstutzen 15 verbunden ist. Dem Rauchgaseintrittsstutzen 15 wird Rauchgas zugeführt, das mittels eines Gebläses aus dem an den Brenner angeschlossenen Kessel angesaugt wird. Über den Rauchgasringkanal 13 tritt das Rauchgas in die Kammer 4 ein und umhüllt über eine gewisse Weglänge den Brennstoffstrahl der Zentrallanze 1 und den Primärluftstrahl und den Sekundärluftstrahl.

Mit dem Lufteintrittsstutzen 9 ist, getrennt durch die Rauchgaskammer 14, eine zweite Luftkammer 16 verbunden, die der Zuführung eines weiteren Teilstromes der Verbrennungsluft als Tertiärluft dient. Im Eingang der zweiten Luftkammer 16 ist eine Regelklappe 17 zur Regelung der eintretenden Luftmenge angeordnet. In der Stirnwand 3 der Kammer 4 ist ein erster Satz von Luftdüsen 18 angeordnet, die in die zweite Luftkammer 16 münden und mit dem zur Längsachse der Kammer 4 abgewinkelten oder geraden Ende in die Kammer 4 hineinragen. Die Austrittsöffnungen dieser Luftdüsen 18 liegen auf einem Teilkreis, dessen Durchmesser geringer ist als der Teilkreis der Satellitenlanze 2 und größer ist als der Durchmesser der Austrittsöffnung des Rauchgasringkanales 13. Die Austrittsöffnungen der Luftdüsen 18 liegen ferner in Strömungsrichtung des Rauchgases vor den Düsenbohrungen der Satellitenlanzen 2.

Die zweite Luftkammer 16 ist über eine Reihe von Durchtrittsbohrungen 19 mit einer Ringkammer 20 verbunden, die die Kammer 4 umschließt. In einem Abstand von den Austrittsöffnungen der Luftdüsen 18 und den Düsenbohrungen der Satellitenlanzen 2 sind schräg durch die Seitenwand der Kammer 4 weitere Düsen 21 geführt, die in die Ringkammer 20 münden und in die Kammer 4 hineinragen. Die Austrittsöffnungen dieser Düsen 21 liegen auf einem Teilkreis, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Teilkreises, auf dem die Satellitenlanzen 2 angeordnet sind. Die der zweiten Luftkammer 16 zugeführte Verbrennungsluft wird der Kammer 4 als Tertiärluft I durch die Luftdüsen 18 und in einem Abstand davon als Tertiärluft II durch die weiteren Düsen 21 zugeführt. Die Richtung der aus den Luftdüsen 18 und den weiteren Düsen 21 austretenden Luftstrahlen ist in der Zeichnung durch strichpunktierte Linien angedeutet. Man erkennt aus den Fig. 1 und 2, daß die Tertiärluftstrahlen unter einem räumlichen Winkel gegen die Längsachse der Kammer 4 gerichtet sind.

Durch die in die Kammer 4 gestuft zugeführten Brennstoff- und Luftmengen wird in Verbindung mit dem eingebrachten Rauchgas eine verzögerte Verbrennung unter Vermeidung von hohen Flammentemperaturen erreicht. Die feuerfeste Auskleidung der Kammern 4 verringert bei diesem Verbrennungsablauf einen Wärmeabfluß nach außen, so daß am Ende der Kammer 4 die Verbrennung weitgehend abgeschlossen ist.

An das Austrittsende der Kammer 4 ist unmittelbar das durch einen Wassermantel 22 gekühlte Flammrohr 23 eines Flammrohrkessels angeschlossen. Die aus der Kammer 4 austretenden Verbrennungsprodukte werden somit unmittelbar anschließend gekühlt.

Am Austrittsende der feuerfest ausgekleideten Kammer 4 ist ein aus Steinsegmenten zusammengesetzter Stauring 24 vorgesehen. Der Stauring 24 erzeugt eine Einschnürzone, wodurch eine weitere Verwirbelung der Verbrennungsprodukte erreicht und dadurch der vollständige Ausbrand des Brennstoffes beschleunigt wird. Der Stauring 24 kann zur Einflußnahme auf den Verbrennungsvorgang in Längsrichtung der Kammer 4 an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden. Bei einer Verschiebung auf die Brennerlanzen zu, können die weiteren Düsen 21 zum Einblasen der Tertiärluft II auch in Strömungsrichtung des Rauchgases hinter dem Stauring 24 liegen.

Durch die Luftkammern 8, 16 und die Rauchgaskammer 14 sind zueinander versetzt Rohre 25 geführt, von denen nur eines gezeigt ist. Diese Rohre 25 nehmen einen Gaszündbrenner oder eine Flammenüberwachung auf, oder dienen als Schauöffnung. Weitere Schauöffnungen 26 münden in die Kammer 4.

Claims (6)

1. Brenner zum Verbrennen von flüssigen Brennstoff, insbesondere von schwerem Heizöl, oder von gasförmigem Brennstoff, bei welchem eine zentrale Brennstofflanze (1) von zwei Ringkanälen (6, 7) zur Führung von primärer und sekundärer Verbrennungsluft umgeben ist und die Ringkanäle (6, 7) von mehreren auf einem Teilkreis liegenden äußeren, gegebenenfalls axial verschiebbaren, Brennstofflanzen (2) und von einer Zuführung für tertiäre Verbrennungsluft umgeben sind, und bei welchem die Brennstofflanzen (1, 2) und die Ringkanäle (6, 7) in eine keramisch ausgekleidete Brennkammer (4) münden, an die sich ein Wärmetauscher (Flammrohr 23) anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren Ringkanal (7) und der aus in die Brennkammer (4) hineinragenden Luftdüsen (18) bestehenden Zuführung für tertiäre Verbrennungsluft ein in die Brennkammer (4) mündender Rauchgasringkanal (13) angeordnet ist und daß in der Wand der Brennkammer (4) weitere Düsen (21) zur Führung eines Teilstromes der tertiären Verbrennungsluft angeordnet sind, die in die zu einer weitgehend abgeschlossenen Verbrennung führende Brennkammer (4) schräg hineinragen.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Brennstofflanzen (2) auf einem Teilkreis angeordnet sind, dessen Durchmesser größer ist als der Durchmesser, auf dem die Austrittsöffnungen der Luftdüsen (18) liegen, und kleiner ist als der Durchmesser des Teilkreises, auf dem die Austrittsöffnungen der weiteren Düsen (21) liegen.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwand der Brennkammer (4) ein Stauring (24) anliegt.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauring (24) am flammrohrseitigen Ende der Brennkammer (4) angeordnet ist.

5. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Düsen (21) auf der flammrohrseitigen Seite des Stauringes (24) angeordnet sind.

6. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Luftdüsen (18) und weiteren Düsen (21) austretenden Luftstrahlen unter einem räumlichen Winkel gegen die Längsachse der Brennkammer (4) gerichtet sind.