DE3905762A1 - Verfahren und feuerungsanlage zum reduzieren der stickoxidbildung beim verbrennen fossiler brennstoffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reduzieren der Stickoxidbildung beim Verbrennen fossi­ ler Brennstoffe gasförmiger, flüssiger oder fein­ körniger Konsistenz in einer mit wenigstens einem Brenner ausgerüsteten Brennkammer sowie auf eine der Verfahrensdurchführung dienende, insbesondere als Heizkessel für Gebäudeheizungen ausgelegte Feue­ rungsanlage.

Beim Verfeuern von Brennstoffen der vorgenannten Art ist es bekannt, die Bildung von Stickoxiden dadurch zu reduzieren, daß eine Teilmenge des bei der Ver­ brennung anfallenden Rauchgases nach dessen vorheriger Abkühlung mit der Verbrennungsluft im Brenner ver­ mischt und mithin erneut dem Verbrennungsprozeß zuge­ führt wird. Diese Rauchgasrückführung, die eine Ab­ senkung der Verbrennungstemperatur in der Brennkammer und dadurch eine Minderung des Stickoxidanfalls be­ wirkt, ist apparativ recht aufwendig und führt not­ wendig zu einer Beeinträchtigung der feuerungstech­ nischen Wirkungsgrade.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines einfacher durchführbaren und apparativ weniger aufwen­ digen Verfahrens mit weitgehender Minderung der Stick­ oxidbildung bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung guter feuerungstechnischer Wirkungsgrade, ferner die Schaffung einer der Verfahrensdurchführung dienen­ den, insbesondere als Heizkessel für Gebäudeheizungen ausgebildeten Feuerungsanlage.

In feuerungstechnischer Hinsicht ist diese Aufgabe, ausgehend von dem eingangs angegebenen Verfahren, dadurch gelöst, daß zumindest ein Teilstrom der Rauch­ gase nach vorherigem Wärmeentzug zur Brennerseite der Brennkammer zurückgeleitet und infolge Injektor­ wirkung der sich vom Brenner bzw. von einem Flamm­ rohr fortentwickelnden Flamme in einer der Reduzie­ rung der Verbrennungstemperatur auf ein Temperatur­ niveau höchstens gleich der Grenztemperatur für die Bildung von Stickoxiden entsprechenden Teilmenge um den Brenner herum in den Verbrennungsraum einge­ saugt wird.

Im Gegensatz zu der vorbekannten Beimengung eines rückgeführten Teilstroms abgekühlter Rauchgase zur Verbrennungsluft im Brenner handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren darum, daß zur Brenner­ seite der Brennkammer zurückgeleitete - abgekühlte ­ Rauchgase zwecks Reduzierung der Verbrennungstempe­ ratur in der Brennkammer um deren Brenner bzw. ein Flammrohr herum infolge der von der Flamme ausgehen­ den Injektorwirkung in die Brennkammer hinein gesaugt werden und dadurch die Flamme weitgehend von diesen rückgeführten Rauchgasen eingeschlossen sowie auf ein Temperaturniveau heruntergekühlt wird, bei dem keine Stickoxide entstehen können oder deren Entstehung im Vergleich zu Verbrennungsprozessen in ungekühlten Brennkammern stark reduziert ist.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Rauchgase nach vorherigem Wärmeentzug in einer die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum auf etwa 1200°C haltenden Teilmenge in den Verbrennungsraum eingelassen werden.

Eingehende Versuche haben gezeigt, daß bei der Ver­ brennung von Brennstoffen der im Oberbegriff des patentanspruchs 1 angegebenen Art, bei denen es sich etwa um Erdgas-, leichtes oder schweres Heizöl, aber auch beispielsweise um Kohlenstaub handeln kann, erst bei Verbrennungstemperaturen über 1200°C in nennenswertem Umfange Stickoxide anfallen.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die insoweit der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die Schaffung einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Heizkessels für Gebäudeheizungen, gelöst, bei der innerhalb eines ein Wärmeträgermedium, wie Wasser, führenden Gehäuses eine Brennkammer mit wenigstens einem Brenner aufgenommen ist und die Brennkammer einen Verbrennungsraum besitzt, der von einem sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstrecken­ den Mantel umschlossen und zur Rückführung der Rauch­ gase nach deren Richtungsumlenkung auf der vom Brenner abgewandten Seite der Brennkammer von Strömungswegen umgeben ist, die sich zwischen dem Mantel und einer die Brennkammer begrenzenden Wand erstrecken, wobei von diesen Strömungswegen vor deren Einmündung in einen Rauchgasabzug zumindest ein Zuströmweg zum Zu­ rückführen eines Teilstroms der Rauchgase in den Verbrennungsraum abzweigt, der in letzteren in der Nähe des Brenners einmündet. Es handelt sich somit um eine Feuerungsanlage mit einer "heißen" Brennkammer.

Als Feuerungsanlagen mit heißer Brennkammer, die be­ sonders günstige - feuerungstechnische - Wirkungsgrade haben, sind Heizkessel mit vom Wärmeträgermedium un­ gekühlter Brennkammer bekannt. Derartige Brennkammern sind auf der vom Brenner abgewandten Seite geschlossen und die heißen Verbrennungsgase strömen peripher zur Flamme innerhalb der Brennkammer zur Brennerseite zu­ rück, werden dann um etwa 180° umgelenkt und zwischen der Brennkammer und einer letztere umgebenden Wand eines von Wasser als Wärmeträgermedium durchströmten Gehäuses bei weitgehender Abgabe ihrer Wärmeenergie zu einem auf der vom Brenner abgewandten Seite der Brennkammer angeordneten Rauchgasabzug geleitet.

Bei hinreichender Anwesenheit von Sauerstoff erfolgt in "heißen" Brennkammern dieser Art ein praktisch vollkommener Ausbrand, aber dabei fallen unerwünscht hohe Stickoxidimmissionen an, weil bei den auftretenden Verbrennungstemperaturen notwendig vorhandene Über­ schußmengen an Sauerstoff und Stickstoff der Verbren­ nungsluft zu Stickoxiden oxidieren.

Obgleich auch die erfindungsgemäße Feuerungsanlage einen "heißen" Verbrennungsraum besitzt, erfolgt infolge Kühlung der Flamme durch in den Verbrennungs­ raum eingesaugte - kühle - Rauchgase die Verbrennung bei einem unter oder höchstens gleich der Grenztempe­ ratur für die Entstehung von Stickoxiden liegenden Temperaturniveau. Damit ist eine im Aufbau höchst einfache Feuerungsanlage geschaffen, bei der die Entstehung von Stickoxiden bei gleichzeitiger Auf­ rechterhaltung eines hohen - feuerungstechnischen - Wirkungsgrades weitgehend unterbunden ist.

Eine Weiterbildung dieser Feuerungsanlage sieht vor, daß der Zuströmweg zum Zurückführen eines - seines Wärmeinhaltes weitgehend beraubten - Teilstroms der Rauchgase in den Verbrennungsraum sich zumindest teilweise um den Brenner bzw. ein Flammrohr herum erstreckend in den Verbrennungsraum einmündet. Eine derartige Ausbildung der Einmündung des Zuströmweges zum Zurückführen eines Teilstroms der Rauchgase in den Verbrennungsraum stellt sicher, daß die sich vom Brenner bzw. einem diesem zugeordneten Flammrohr fortentwickelnde Flamme weitgehend von den zurückge­ führten kühlen Rauchgasen eingeschlossen wird, so daß auch partielle Überhitzungen über die für die Entstehung von Stickoxiden maßgebliche Grenztempe­ ratur weitgehend ausgeschlossen sind.

Wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage der Querschnitt der Einmündung des genannten Zuströmweges in den Ver­ brennungsraum veränderbar ist, gelingt in einfacher Weise auch eine zweckmäßige Anpassung an die Bedin­ gungen des jeweiligen Einsatzfalles.

Gemäß einer wichtigen Ausgestaltung können bei der erfindungsgemäßen Feuerungsanlage die den Mantel umgebenden Strömungswege für die auf der vom Brenner abgewandten Seite der Brennkammer um etwa 180° in ihrer Strömungsrichtung umgelenkten Rauchgase in einen Abgasraum am brennerseitigen Ende der Brenn­ kammer einmünden, von dem sich der Rauchgasabzug forterstreckt und der über Durchströmöffnungen, die sich zumindest teilweise um den Brenner bzw. ein Flammrohr herum erstrecken, mit dem Verbrennungsraum verbunden ist.

Die Anordnung eines sich zumindest teilweise um den Brenner bzw. ein Flammrohr herum erstreckenden Abgas­ raumes ermöglicht in baulich einfachster Weise die Rückführung eines Teils der Rauchgase in den Verbren­ nungsraum. So können die den Abgasraum mit dem Ver­ brennungsraum verbindenden Durchströmöffnungen aus einem sich umlaufend um den Brenner bzw. ein Flamm­ rohr herum erstreckenden Spalt bestehen, dessen Breite zum Einsaugen einer Teilmenge der - abgekühlten ­ Rauchgase in den Verbrennungsraum gegenüber einer den Abgasraum auf der vom Verbrennungsraum abgewandten Seite abschließenden Wand mittels einer in Längsrich­ tung der Brennkammer einstellbaren Hülse, die sich brennerseitig an den den Verbrennungsraum umgebenden Mantel anschließt, einstellbar sein kann.

Es kann aber auch der den Verbrennungsraum im wesent­ lichen über dessen gesamte Länge umschließende Mantel topfartig ausgebildet und brennerseitig mit einem Boden versehen sein, wobei durch eine Öffnung im Boden der Brenner bzw. ein Flammrohr in den Verbrennungs­ raum hineinragt und diese Öffnung Übermaß derart gegenüber dem Brenner bzw. Flammrohr aufweist, daß sich ein Ringkanal zum Ansaugen von Rauchgas aus dem Abgasraum in den Verbrennungsraum um den Brenner bzw. das Flammrohr herum erstreckt.

Auch bei einer derartigen Ausbildung kann zum Ein­ stellen der in den Verbrennungsraum einsaugbaren Abgasmenge in der Öffnung im Boden des den Verbren­ nungsraum umgebenden Mantels eine in Längsrichtung der Brennkammer verschiebbare Hülse angeordnet und durch deren Axialeinstellung die Breite eines Zuström­ spaltes zwischen dieser Hülse und einer den Abgasraum auf der vom Verbrennungsraum abgewandten Seite ab­ schließenden Wand einstellbar sein.

Bei einer derartigen Ausgestaltung ist eine gute Umschließung der sich vom Brenner bzw. Flammrohr im Verbrennungsraum forterstreckenden Flamme mit - abgekühlten - Rauchgasen und damit im Interesse einer Reduzierung der Stickoxidbildung in Abhängig­ keit von der zugeführten Menge gekühlter Rauchgase zum Verbrennungsraum eine wirksame Absenkung der Verbrennungstemperatur gewährleistet. Wenn gemäß einer Weiterbildung die in der Öffnung im Boden des den Verbrennungsraum umgebenden Mantels verschieb­ bar aufgenommene Hülse auf der zum Verbrennungsraum hinweisenden Seite einen sich trichterförmig erwei­ ternden Abschnitt aufweist, gelingt es in einfacher Weise, die sich vom Brenner bzw. dem Flammrohr fort entwickelte Flamme auf einer großen axialen Länge mit Rauchgas zu umschließen und dadurch wirksam zu kühlen.

Eine andere wichtige Ausgestaltung sieht vor, daß bei sich im wesentlichen horizontal im Gehäuse er­ streckender Brennkammer die im oberen Teil zwischen dem den Verbrennungsraum umgebenden Mantel und der Brennkammer zurückgeführten Rauchgase unmittelbar einem Rauchgasabzug zugeführt, hingegen die im un­ teren Teil zurückgeführten Rauchgase in einen bren­ nerseitigen Abgasraum eingeleitet und von dort aus zum Teil infolge Injektorwirkung der Flamme um den Brenner bzw. ein Flammrohr herum in den Verbrennungs­ raum eingesaugt werden.

Die im oberen Teil zwischen dem den Verbrennungs­ raum umgebenden Mantel und der Brennkammer zurückge­ führten Rauchgase haben infolge thermischen Auftriebs höhere Temperaturen als die in der unteren Hälfte zurückgeführten Rauchgase. Angesichts der Ableitung der in der oberen Hälfte zurückgeführten Rauchgase in den Rauchgasabzug und der Verwendung eines Teils der in der unteren Hälfte der Brennkammer zurück­ geführten Rauchgase zum Kühlen der Verbrennungstem­ peratur gelingt bei im übrigen gleicher Menge der in den Verbrennungsraum zurückgeführten Rauchgase eine äußerst wirksame Absenkung der Flammentempe­ ratur und damit eine entsprechend hohe Reduzierung der Stickoxidimissionen.

In baulicher Hinsicht hat sich bei der vorgenannten Ausgestaltung als zweckmäßig erwiesen, wenn sich in der oberen Hälfte des den Verbrennungsraum umge­ benden Mantels von dessen brennerseitigem Ende eine bis an die brennerseitige Isolierplatte heranreichen­ der und etwa halbkreisförmiger Kragen erstreckt, der die im oberen Teil der Brennkammer verlaufenden Rauchgas-Strömungswege vom Abgasraum abtrennt, so daß nur aus den im Bereich der unteren Brennkammer­ hälfte zurückgeführten Rauchgasen eine Teilmenge in den Verbrennungsraum eingesaugt werden kann.

Ebenfalls als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn in einem den Mantel brennerseitig abschließenden Boden um eine koaxial zum Brenner bzw. Flammrohr angeordnete Öffnung, in die der Brenner bzw. das Flammrohr hineinragt, herum definierte Zuströmwege zum Einsaugen kühler Rauchgase angeordnet sind, ferner wenn Mittel zum zumindest teilweisen Verschließen dieser Zuströmwege vorgesehen sind, die eine Mengen­ begrenzung der in den Verbrennungsraum infolge In­ jektorwirkung der Flamme einsaugbaren Rauchgase er­ möglichen.

Andere zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungs­ gemäßen Feuerungsanlage sind in den nachgeordneten Patentansprüchen 17 bis 20 angegeben.

Anhand der Zeichnungen sollen nachstehend einige Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigt

Fig. 1 einen Heizkessel mit sich horizontal erstrek­ kender Brennkammer in einer Längsschnitt­ ansicht,

Fig. 2 einen Heizkessel mit sich senkrecht erstrecken­ der Brennkammer in einer Ansicht wie in Fig. 1,

Fig. 3 ebenfalls in einer Ansicht wie in Fig. 1 einen Heizkessel mit liegender Brennkammer und bren­ nerseitig mittels eines Bodens ähnlich der Aus­ führungsform nach Fig. 2 geschlossenen Verbren­ nungsraum,

Fig. 4 in einer ausschnittsweisen Ansicht eine weitere Abwandlungsform einer Abgasrückführung und

Fig. 5 eine Querschnittansicht gemäß der Schnitt­ linie V-V in Fig. 4.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Heizkessel 10 ist innerhalb eines wasserführenden Gehäuses 11 aus Stahl­ blech, das seinerseits von einer im einzelnen hier nicht interessierenden Ummantelung 12 aus Isolierstoff umgeben ist, eine sich horizontal erstreckende und im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Brennkammer 14 aufgenommen. An ihrem einen Stirnende der Brenn­ kammer 14 ist ein Brenner 15 mit einem Flammrohr 16 angeordnet, während das vom Brenner abgewandte Stirn­ ende von einer topfartig in die Brennkammer hinein­ geformten Heizfläche 17 abgeschlossen ist.

Der zylindrische Teil der Brennkammer 14 besteht aus einem Rippenrohr 18 mit sich radial einwärts erstrecken­ den Rippen 19, zwischen denen sich parallel zueinander verlaufende Strömungswege erstrecken. Innerhalb der Brenn­ kammer 14 ist in radialem Abstand von den von dem Rippen­ rohr gebildeten Brennkammerwandungen ein zylindrischer Mantel 20 aufgenommen, der im Abstand von der von der Brennerseite abgewandten Heizfläche 17 der Brennkammer endet und einen Verbrennungsraum 22 umschließt.

Zwischen einer den Brenner 15 tragenden Brennerplatte 23 mit einer brennkammerseitig zugeordneten Isolierplatte 24, durch die sich das Flammrohr 16 des Brenners hindurch erstreckt, und dem den Verbrennungsraum 22 umgebenden zylindrischen Mantel 20 ist ein Abgasraum 25 angeordnet, in den die sich zwischen der äußeren Brennkammerwand und dem sich in radialem Abstand davon erstreckenden zy­ lindrischen Mantel 20 verlaufenden Rauchgas-Strömungs­ wege 26 einmünden. Ferner erstreckt sich von dem Abgas­ raum 25 ein Rauchgasabzug 27 fort. An den in der Brenn­ kammer 14 aufgenommenen zylindrischen Mantel 20 schließt sich brennerseitig eine Hülse 28 an, die zwecks Einstel­ lung eines sich zwischen dieser und der das Flammrohr 16 umgebenden Isolierplatte 24 ringförmig um das Flamm­ rohr herum erstreckenden Spaltes 30 axial gemäß Doppel­ pfeil 29 bewegbar und in der jeweiligen Einstellage feststellbar ist.

Im Betrieb des Heizkessels erfolgt die Verbrennung des eingesetzten Brennstoffs in einer sich vom Flamm­ rohr 16 aus in den Verbrennungsraum 22 hinein er­ streckenden Flamme. Nach dem Ausbrand im Verbrennungs­ raum umströmen die Rauchgase das vom Flammrohr ent­ fernte Ende des in der Brennkammer 14 angeordneten zylindrischen Mantels 20 und zwischen diesem und der Brennkammer in den von den in Umfangsrichtung beabstandeten Rippen 19 des Rippenrohrs 18 gebildeten Strömungswegen 26 zur Brennerseite zurück, um dort in den Abgasraum 25 einzutreten und dann über den Rauchgasabzug 27 abgeführt zu werden. Die Rauchgase geben bei der Rückströmung zum Abgasraum 25 ihre Wärmeenergie weitgehend über das Rippenrohr 18 der Brennkammer 14 an das als Wärmeträgermedium im Gehäuse 11 aufgenommene Wasser 32 ab und treten somit im abge­ kühlten Zustand in den Abgasraum 25 ein.

Infolge der von der Flamme im Verbrennungsraum 22 ausgehenden Injektorwirkung werden aus dem sich ring­ förmig um das Flammrohr herum erstreckenden Abgas­ raum 25 durch den zwischen der axial einstellbaren Hülse 28 und der der Brennerplatte 23 zugeordneten Isolierplatte 24 gebildeten Ringspalt 30 gekühlte Rauchgase in den Verbrennungsraum hineingesaugt, welche die Flamme im wesentlichen vollständig um­ schließen und dadurch die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum reduzieren.

Im Interesse einer wirksamen Reduzierung oder Ver­ hinderung von Stickoxidbildungen bei der Verbren­ nung muß die Verbrennungstemperatur auf ein Tempe­ raturniveau eingestellt werden, das unter der für die Bildung von Stickoxiden maßgeblichen Grenztem­ peratur liegt. Dies gelingt in einfacher Weise durch Mengenregulierung der durch den genannten Ringspalt 30 in den Verbrennungsraum 22 einströmenden kühlen Rauchgase, indem die Breite des Zuströmspaltes zwi­ schen der brennerseitigen Stirnseite der einstell­ baren Hülse 28 und der das Flammrohr 16 des Brenners umgebenden Isolierplatte 24 entsprechend eingestellt wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich insbesondere dadurch von der Ausführungsform nach Fig. 1, daß innerhalb eines wasserführenden Gehäuses 11′, das von einem Mantel 12′ aus Isolierstoff um­ geben ist, sich eine zylindrisch ausgebildete Brenn­ kammer 14′ vertikal erstreckt. Diese Brennkammer, die ebenfalls auf der einen Seite von einer Brenner­ platte 23 mit einer inneren Isolierplatte 24 abge­ schlossen ist und auf der anderen Stirnseite einen Boden in der Art einer Kugelkalotte 17′ aufweist, besteht in ihrem zylindrischen Teil wiederum aus einem Rippenrohr 18 mit radial einwärts gerichteten Rippen 19, die in Axialrichtung parallel zueinander verlaufen. Innerhalb des von dem Rippenrohr gebil­ deten Abschnittes ist in diese Brennkammer ebenfalls ein zylindrischer Mantel 20 eingesetzt, der wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 auf der vom Brenner abgewandten Seite sich um ein gewisses Maß über das Rippenrohr 18 hinaus erstreckt und brennerseitig von einem konischen Boden 34 abgeschlossen ist.

Koaxial zu dem sich durch die Isolierplatte 24 hin­ durch erstreckenden Flammrohr 16 des an der Brenner­ platte 23 angeordneten Brenners 15 ist innerhalb einer mit einem Kragen 35 versehenen Ausnehmung des konischen Bodens 34 des zylindrischen Mantels 20, der den Verbrennungsraum umgibt, wiederum eine zy­ lindrische Hülse 28′ axial bewegbar aufgenommen, die Übermaß gegenüber dem Flammrohr 16 des Brenners besitzt. Angesichts dieses Übermaßes erstreckt sich zwischen dem Flammrohr 16 und der genannten Hülse 28′ ein ringförmiger Zuströmspalt für abgekühlte Rauchgase, die beim Betrieb des Heizkessels durch die von der Flamme ausgehende Injektorwirkung in den Verbrennungsraum eingesaugt werden und die sich vom Flammrohr forterstreckende Flamme weitgehend vollständig einschließen.

Die Hülse 28′ ist axialverschiebbar zwecks Einstellung der Weite des Spaltes 30′ zwischen der Hülse 28′ und der den Abgasraum 25 auf der vom Verbrennungsraum 22 abgewandten Seite abschließenden Isolierplatte 24. Da­ durch ist eine präzise Einstellung der zum Kühlen der Flamme in den Verbrennungsraum zurückgeführten Rauch­ gasmenge in Abhängigkeit von den Erfordernissen des jeweiligen Einsatzfalles möglich.

Der in Fig. 3 veranschaulichte Heizkessel besitzt wieder, wie die Ausführungsform nach Fig. 1, eine horizontal angeordnete Brennkammer 14, aber in Über­ einstimmung mit der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der den Verbrennungsraum umgebende Mantel 20 brenner­ seitig mit einem konischen Boden 34 versehen, in dem koaxial zum Flammrohr 16 des Brenners 15 eine Hülse axial bewegbar und in jeder Axialstellung feststellbar aufgenommen ist. Diese Hülse besitzt einen sich zum Verbrennungsraum 22 hin leicht konisch erweiternden Abschnitt 36, der das Einschließen der sich vom Flammrohr forterstreckenden Flamme mit kühlen Abgasen begünstigt, die aus dem Abgasraum heraus in­ folge Injektorwirkung in den Verbrennungsraum hinein gesaugt werden.

Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform ist der den Verbrennungsraum 22 umgebende zylindrische Mantel 20 brennerseitig von einem geraden Boden 34′ abgeschlossen. Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 hat sich der brennerseitige Abschluß des ge­ nannten Mantels mittels eines geraden - oder auch konischen - Bodens insofern als vorteilhaft er­ wiesen, als dann der Abgasraum größer und dadurch der rauchgasseitige Widerstand kleiner wird. Dies be­ günstigt eine zügige Durchströmung des Verbrennungs­ raums mit in diesen eingesaugten Abgasen und trägt somit zu einer verringerten Stickoxidbildung bei.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 handelt es sich, wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 3, um eine Bauweise mit horizontal angeordneter Brennkammer 14. Bei liegender Anordnung der Brenn­ kammer sind die sich im oberen Bereich zwischen dem den Verbrennungsraum 22 umgebenden Mantel 20 und der Brennkammer 14 erstreckenden Kanäle durch den thermi­ schen Auftrieb der Heizgase thermisch höher belastet als die im unteren Bereich zum Abgasraum 25 führenden Kanäle. Diesen Umstand nutzt die Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5, indem sich zwischen dem geraden Boden 34′ und der vom Flammrohr 16 des Brenners 15 durchdrungenen Isolierplatte 24 ein halbkreisförmiger Kragen 38 erstreckt, der das durch die Strömungswege in der oberen Hälfte der Brennkammer zurückströmende - thermisch höher belastete - Rauchgas unmittelbar in den Rauchgasabzug 27 einleitet. Das in der unteren Hälfte zurückströmende Rauchgas tritt hingegen in den brennerseitigen Abgasraum 25 ein und durch ein koaxial zum Flammrohr 16 in dem Boden 34′ aufgenom­ mene Hülse 28 in den Verbrennungsraum ein. Da die so in den Verbrennungsraum 22 zurückgeleiteten Rauch­ gase stärker abgekühlt sind, als die im oberen Teil der Brennkammer zum Rauchgasabzug 27 zurückströmenden Rauchgase, führt dies zu einer weiteren Minderung der Stickoxidbildung.

Fig. 5 veranschaulicht in einer dem Schnittverlauf V-V in Fig. 4 entsprechenden Darstellung eine weitere Variante, bei der um eine den geraden Boden 34′ des den Verbrennungsraum umgebenden Mantels 20 koaxial zum Flammrohr des Brenners durchdringende Ausnehmung in der obenliegenden Hälfte mehrere Bohrungen 40, hin­ gegen in der unteren Hälfte größere Durchströmquer­ schnitte aufweisende Langlöcher 41 um das Flammrohr herum angeordnet sind. In nicht dargestellter Weise können auch Mittel zum teilweisen oder vollständigen Abdecken der Bohrungen bzw. Langlöcher vorgesehen sein, was wiederum zu einer einfachen Anpaßbarkeit eines so gestalteten Kessels an die Erfordernisse des jeweiligen Einsatzfalles führt.

Claims (20)

1. Verfahren zum Reduzieren der NO _X -Bildung beim Verbrennen fossiler Brennstoffe gasförmiger, flüssiger oder feinkörniger Konsistenz in einer mit wenigstens einem Brenner ausgerüsteten Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilstrom der Rauchgase nach vor­ herigem Wärmeentzug zur Brennerseite der Brennkammer zurückgeleitet und infolge Injektorwirkung der sich vom Brenner bzw. von einem Flammrohr fortentwickeln­ den Flamme in einer der Reduzierung der Verbrennungs­ temperatur auf ein Temperaturniveau höchstens gleich der Grenztemperatur für die Bildung von Stickoxiden entsprechenden Teilmenge um den Brenner herum in den Verbrennungsraum eingesaugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rauchgase nach vorherigem Wärmeentzug in einer die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum auf etwa 1200°C haltenden Teilmenge in den Verbrennungs­ raum eingelassen werden.

3. Feuerungsanlage zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere Heizkessel für Gebäudeheizungen, mit folgenden Merkmalen:

• a) Innerhalb eines ein Wärmeträgermedium, wie Wasser, führenden Gehäuses (11, 11′) ist eine Brennkammer (14, 14′) mit wenigstens einem Brenner (15) aufgenommen,
• b) die Brennkammer besitzt einen Verbrennungsraum (22), der von einem sich im wesentlichen über seine gesamte Länge erstreckenden Mantel (20) umschlossen ist und
• c) zur Rückführung der Rauchgase nach deren Richtungsum­ lenkung auf der vom Brenner abgewandten Seite der Brennkammer von Strömungswegen (26) umgeben ist, die sich zwischen dem Mantel und einer die Brennkammer begrenzenden Wand erstrecken,
• d) von diesen Strömungswegen zweigt vor deren Einmündung in einen Rauchgasabzug (27) zumindest ein Zuströmweg (30, 30′, 40, 41) zum Zurückführen eines Teilstroms der Rauchgase in den Verbrennungsraum ab, der in letz­ teren in der Nähe des Brenners bzw. eines Flammrohrs (16) einmündet.

4. Feuerungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zuströmweg (30, 30′, 40, 41) zum Zurückführen eines - seines Wärmeinhaltes weitgehend beraubten - Teil­ stromes der Rauchgase in den Verbrennungsraum (22) sich zumindest teilweise um den Brenner (15) bzw. ein letzterem zugeordnetes Flammrohr (16) herum erstreckend in den Ver­ brennungsraum einmündet.

5. Feuerungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündung des Zuströmweges (30, 30′, 40, 41) zum Zurückführen eines Teilstroms der Rauchgase in den Verbrennungsraum (22) sich in solcher Weise um den Brenner oder ein letzterem zugeordnetes Flammrohr (16) herum erstreckt, daß eine sich vom Brenner bzw. dem Flammrohr fortentwickelten Flamme im wesentlichen vollständig von dem zum Verbrennungsraum zurückge­ führten Rauchgas-Teilstrom eingeschlossen ist.

6. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Einmün­ dung des Zuströmweges (30, 30′, 40, 41) zum Zurückführen eines Teilstroms der Rauchgase in den Verbrennungsraum (22) veränderbar ist.

7. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Mantel (20) umgeben­ den Strömungswege (26) für die auf der vom Brenner abge­ wandten Seite der Brennkammer (14, 14′) um etwa 180° in ihrer Strömungsrichtung umgelenkten Rauchgase in einen Abgasraum (25) am brennerseitigen Ende der Brennkammer einmünden, von dem sich der Rauchgasabzug (27) forter­ streckt und der über Durchströmöffnungen (30, 30′, 40, 41), die sich zumindest teilweise um den Brenner (15) bzw. ein Flammrohr (16) herum erstrecken, mit dem Ver­ brennungsraum (22) verbunden ist.

8. Feuerungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die den Abgasraum (25) mit dem Verbrennungsraum verbindenden Durchströmöffnungen aus einem sich umlaufend um den Brenner bzw. ein Flammrohr (16) herum erstrecken­ den Spalt (30, 30′) bestehen.

9. Feuerungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spaltes zum Einsaugen einer Teilmenge der - abgekühlten - Rauchgase in den Verbrennungsraum (22) gegenüber einer den Abgasraum (25) auf der vom Verbren­ nungsraum (22) abgewandten Seite abschließenden Wand (24) mittels einer in Längsrichtung der Brennkammer (14) ein­ stellbaren Hülse (28), die sich brennerseitig an den den Verbrennungsraum umgebenden Mantel (20) anschließt, ein­ stellbar ist.

10. Feuerungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der den Verbrennungsraum (22) im wesentlichen über dessen gesamte Länge umschließende Mantel (20) topf­ artig ausgebildet und brennerseitig mit einem Boden (34) versehen ist, daß durch eine Öffnung im Boden der Brenner bzw. ein Flammrohr (16) in den Verbrennungsraum hineinragt und daß diese Öffnung Übermaß derart gegenüber dem Brenner bzw. Flammrohr aufweist, daß sich ein um den Brenner bzw. das Flammrohr herum erstreckender Ringkanal zum Ansaugen von Rauchgas aus dem Abgasraum in den Verbrennungsraum bildet.

11. Feuerungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Einstellen der in den Verbrennungsraum (22) einsaugbaren Abgasmenge in der Öffnung im Boden (34) des den Verbrennungsraum umschließenden Mantels (20) eine in Längsrichtung der Brennkammer verschiebbare Hülse (28′) angeordnet und durch deren Axialeinstellung die Breite eines Zuströmspaltes (30′) zwischen dieser Hülse und einer den Abgasraum auf der vom Verbrennungsraum abgewandten Seite abschließenden Wand (24) einstellbar ist.

12. Feuerungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die in der Öffnung im Boden (34) des den Verbren­ nungsraum (22) umgebenden Mantels (20) verschiebbar aufge­ nommene Hülse (28′) auf der zum Verbrennungsraum hinweisen­ den Seite einen sich trichterförmig erweiternden Abschnitt (36) besitzt.

13. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen horizontal im wasserführenden Gehäuse (11) angeordneter Brennkammer (14) die im oberen Teil zwischen dem den Verbrennungsraum (22) umgebenden Mantel (20) und der Verbrennungskammer (14) zurückgeführten Rauchgase unmittelbar einem Rauchgasabzug (27) zugeführt, hingegen die im unteren Teil zwischen dem Mantel und der Brennkammer zurückgeführten Rauchgase in einen brennerseitigen Abgasraum (25) eingeleitet und von dort aus zum Teil infolge Injektorwirkung der Flamme um den Brenner bzw. ein Flammrohr (16) herum in den Verbren­ nungsraum eingesaugt werden.

14. Feuerungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß sich im oberen Teil des den Verbrennungsraum (22) umgebenden Mantels (20) von dessen brennerseitigem Ende eine bis an die brennerseitige Isolierplatte (24) heran­ reichender, etwa halbkreisförmiger Kragen (38) erstreckt, der die im oberen Teil der Brennkammer verlaufenden Rauch­ gas-Strömungswege (26) vom Abgasraum (25) trennt.

15. Feuerungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem den Mantel (20) brennerseitig abschließenden Boden (34′) um eine koaxial zum Brenner bzw. Flammrohr (16) angeordnete Öffnung, in die der Brenner bzw. das Flammrohr (16) hineinragt, herum definierte Zu­ strömwege (40, 41) zum Einsaugen kühler Rauchgase ange­ ordnet sind.

16. Feuerungsanlage nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Mittel zum zumindest teilweisen Verschließen der Zuströmwege (40, 41) zum Einsaugen kühler Rauchgase in den Verbrennungsraum (22).

17. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Brenner (15) gegenüberliegenden Seite der Brennkammer (14) eine topf­ artig in den Verbrennungsraum hineinreichende zusätz­ liche Heizfläche (17) angeordnet ist.

18. Feuerungsanlage nach Anspruch 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zusätzliche Heizfläche (17) an dem vom Brenner (15) gegenüberliegenden Ende der Brennkammer (14) kegelförmig, zylindrisch oder als Tasche ausgebildet ist.

19. Feuerungsanlage nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Heizfläche (17) an dem vom Brenner (15) abgewandten Ende der Brennkammer (14) im Interesse eines verbesserten Wärmeüberganges auf der rauchgasberührten Seite mit Rippen versehen ist.

20. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Interesse einer möglichst intensiven Berührung der Rauchgase mit den Heizflächen der den Verbrennungsraum (22) umgebende Mantel (20) sich axial über die von einem Rippenrohr (18) gebildete eigent­ liche Brennkammer (14, 14′) hinaus erstreckt.