DE3905762C2 - - 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, ferner auf eine der Verfahrensdurchführung dienende, insbesondere als Heizkessel für Gebäudeheizungen ausgelegte Feue­ rungsanlage.

Aus der DE-OS 36 01 000 ist bereits ein Wasserheiz­ kessel mit heißer Brennkammer bekannt, bei dem zur Verringerung des Stickoxidanteils in den Verbrennungs­ gasen ein Teil der zuvor abgekühlten Rauchgase über einen sich um ein Flammrohr des Brenners herum erstrecken­ den Ringspalt rezirkulierend in den Verbrennungsraum zurückgeführt wird.

Auch die DE-PS 37 38 623 offenbart einen Heizkessel mit Rauchgasrezirkulation, der am brennerseitigen Ende des Verbrennungsraums eine die Brennkammer im Abstand von einer die Brennerhalterung vermittelnden Kesseltür abschließende Umlenkscheibe mit einem Injektor­ kanal besitzt, durch eine Teilmenge der dann teilweise abgekühlten Rauchgase in den Verbrennungsraum rückführ­ bar ist. Durch diese Rauchgasrückführung soll eine Re­ duzierung des Gehaltes an Stickoxiden im Abgas durch Senkung des Sauerstoffpartialdrucks erreicht werden.

Desgleichen offenbart auch die DE-OS 36 28 293 einen Heiz­ kessel mit Rauchgasrezirkulation, bei dem innerhalb der Brennkammer ein die Flamme umgebender Injektorkanal ange­ ordnet ist. Dieser Injektorkanal dient dazu, einen Teil­ strom der durch vorherigen Wärmeentzug teilweise bereits abgekühlten Rauchgase von der Brennerseite her in den Verbrennungsraum einzusaugen.

Unbefriedigend bei den vorbekannten Heizkesseln erscheint deren mangelnde Anpaßbarkeit an die jeweiligen Einsatz­ bedingungen. Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Reduzieren der Stickoxidbildung beim Verbrennen fossiler Brennstoffe, ferner in der Schaffung einer der Verfahrens­ durchführung dienenden, insbesondere als Heizkessel für Gebäudeheizungen ausgelegten Feuerungsanlage, die eine Optimierung des Verbrennungsvorganges ermöglichen, also bei Aufrechterhaltung guter feuerungstechnischer Wirkungs­ grade eine wirkungsvolle Stickoxidminderung.

In feuerungstechnischer Hinsicht ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Rauchgase außenseitig von der Brennkammer geführt werden und dabei unter Abgabe eines Teils ihrer Wärmeenergie auf eine für das Ablassen in die Umgebung ge­ eignete Temperatur abkühlen, daß ein Teilstrom der so abgekühlten Rauchgase von der Brennerseite her rezir­ kulierend in die Brennkammer zurückgeführt wird und daß der Teilstrom der rezirkulierend in die Brennkammer zurückgeführten Rauchgase durch Einstellung des Querschnittes des in den Verbrennungsraum einmündenden Zuströmweges derart reguliert wird, daß die Verbrennungstemperatur auf ein Temperaturniveau höchstens gleich der Grenztemperatur für die Bildung von Stickoxiden begrenzt wird.

Durch die rezirkulierende Wiedereinführung der zuvor durch Wärmeentzug abgekühlten Rauchgase in einer derartig einstellbaren Teilmenge gelingt eine wünschens­ werte Optimierung des Verbrennungsvorganges, und zwar für Brennstoffe durchaus unterschiedlicher Be­ schaffenheit und Zusammensetzung.

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. Insbe­ sondere hat sich als vorteilhaft 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 Verbrennungs­ raum eingelassen werden.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die insoweit der Erfindung zugrunde liegende 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 zumindest ein Teil dieser Strömungswege in einen brennerseitigen Abgasraum einmündet, der seinerseits über einen sich derart um den Brenner bzw. ein letz­ terem zugeordnetes Flammrohr herum erstreckenden Zu­ strömweg mit dem Verbrennungsraum in Verbindung steht, daß eine sich vom Brenner bzw. dem Flammrohr fort­ entwickelte Flamme im wesentlichen vollständig von dem zum Verbrennungsraum zurückgeführten Rauchgas- Teilstrom eingeschlossen ist, und wobei der Querschnitt des in den Verbrennungsraum einmündenden Zuströmweges für die rezirkulierenden Rauchgase veränderbar ist.

Die erfindungsgemäße Feuerungsanlage besitzt somit eine "heiße" Brennkammer. Heiße Brennkammern haben sich für die Erzielung guter feuerungstechnischer Wirkungsgrade bewährt. Bei hinreichender Anwesenheit von Sauerstoff erfolgt in derartigen Brennkammern ein praktisch voll­ kommener Ausbrand, aber dabei fallen unerwünscht hohe Stickoxidemissionen an, weil bei den auftreten­ den Verbrennungstemperaturen notwendig vorhandene Überschußmengen an Sauerstoff und Stickstoff der Verbrennungsluft zu Stickoxiden oxidieren.

Obgleich auch die erfindungsgemäße Feuerungsanlage einen "heißen" Verbrennungsraum besitzt, erfolgt infolge Kühlung der Flamme durch in den Verbrennungs­ raum rezirkulierend eingeführte - kühle - Rauchgase in der oben angegebenen Teilmenge 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, die durch Ver­ änderung des Querschnittes des in den Verbrennungsraum einmündenden Zuströmweges für die rezirkulierenden Rauchgase an beispielsweise unterschiedliche Brenn­ stoffbeschaffenheiten einfach anpaßbar ist und bei der somit die Entstehung von Stickoxiden bei gleich­ zeitiger Aufrechterhaltung eines hohen - feuerungs­ technischen - Wirkungsgrades weitgehend unterbunden ist.

Die Anordnung eines sich zumindest teilweise um den Brenner bzw. ein Flammrohr herum erstreckenden Abgasraumes ermöglicht in baulich einfachster Weise die Rückführung eines Teils des Rauchgases in den Verbrennungsraum. Bei einer Weiterbildung der Erfindung besteht der den Abgasraum mit dem Verbrennungsraum verbindende Zuström­ weg aus einem sich umlaufend um den Brenner bzw. ein Flammrohr herumerstreckenden Spalt, dessen Breite zum Einsaugen einer Teilmenge der - abgekühlten - Rauchgase in den Verbrennungsraum gegenüber einer den Abgasraum auf der vom Verbrennungsraum abgewandten Seite ab­ schließenden Wand mittels einer in Längsrichtung der Brennkammer einstellbaren Hülse, die sich brenner­ seitig an den den Verbrennungsraum umgebenden Mantel anschließt, veränderbar ist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der den Verbrennungsraum im wesentlichen über dessen ge­ samte Länge umschließende Mantel topfartig ausgebildet und brennerseitig mit einem Boden versehen ist, wobei durch eine Öffnung im Boden der Brenner bzw. ein Flamm­ rohr in den Verbrennungsraum hineinragt und diese Öffnung Übermaß derart gegenüber dem Brenner bzw. Flammrohr auf­ weist, 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 Einstellen der in den Verbrennungsraum einsaugbaren Abgasmenge in der Öffnung im Boden des den Verbrennungsraum umgebenden Mantels eine in Längsrichtung der Brennkammer verschieb­ bare Hülse angeordnet und durch deren Axialeinstellung die Breite eines Zuströmspaltes zwischen dieser Hülse und einer den Abgasraum auf der vom Verbrennungsraum abgewandten Seite abschließenden Wand einstellbar sein.

Bei einer derartigen Ausgestaltung ist eine gute Um­ schließung der sich vom Brenner bzw. Flammrohr im Verbren­ nungsraum forterstreckenden Flamme mit - abgekühlten - Rauchgasen und damit im Interesse einer Reduzierung der Stickoxidbildung in Abhängigkeit von der zugeführten Menge gekühlter Rauchgase zum Verbrennungsraum eine wirksame Absenkung der Verbrennungstemperatur gewährleistet.

Wenn gemäß einer nochmaligen Weiterbildung die in der Öffnung im Boden des den Verbrennungsraum umgebenden Mantels verschiebbar aufgenommene Hülse auf der zum Ver­ brennungsraum hinweisenden Seite einen sich trichter­ förmig erweiternden Abschnitt aufweist, gelingt es in einfacher Weise, die sich vom Brenner bzw. dem Flamm­ rohr fortentwickelte 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 zurück­ geführten 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 Flammentemperatur und damit eine entsprechend hohe Reduzierung der Stick­ oxidimissionen.

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.

Eine andere wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß auf der dem Brenner gegenüberliegenden Seite der Brennkammer eine topfartig in den Verbrennungs­ raum hinreichende zusätzliche Heizfläche angeordnet ist, die angesichts der dadurch bewirkten Heizflächen­ vergrößerung und ihres Hineinreichens in den Ver­ brennungsraum zu einer spürbaren Verbesserung des - feuerungstechnischen - Wirkungsgrades beiträgt.

Die an dem vom Brenner gegenüberliegenden Ende der Brennkammer angeordnete zusätzliche Heizfläche kann zweckmäßigerweise kegelförmig, zylindrisch oder als Tasche ausgebildet sein und im Interesse eines ver­ besserten Wärmeüberganges auf der rauchgasberührten Seite auch Rippen aufweisen.

Gleichfalls im Interesse eines möglichst guten - feuerungstechnischen - Wirkungsgrades der Feuerungs­ anlage sieht eine andere Weiterbildung vor, daß der den Verbrennungsraum umgebende Mantel sich axial über die von einem Rippenrohr gebildete eigentliche Brennkammer hinauserstreckt.

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

Fig. 1 einen Heizkessel mit sich horizontal er­ streckender Brennkammer in einer Längsschnittansicht,

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,

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 (16)

1. Verfahren zum Reduzieren der NO_X-Bildung beim Verbrennen fossiler Brennstoffe gasförmiger, flüssiger oder feinkörniger Konsistenz in einer wenigstens einen Brenner aufweisenden Brennkammer mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) die Rauchgase werden außenseitig von der Brennkammer ge­ führt und kühlen dabei unter Abgabe eines Teils ihrer Wärmeenergie auf eine für das Ablassen in die Umgebung geeignete Temperatur ab,
• b) ein Teilstrom der so abgekühlten Rauchgase wird zur Bren­ nerseite zurückgeleitet und von dort her rezirkulierend in die Brennkammer zurückgeführt,
• c) der Teilstrom der von der Brennerseite her rezirkulierend in die Brennkammer zurückgeführten Rauchgase wird durch Einstellen des Querschnittes des in den Verbrennungsraum einmündenden Zuströmweges derart reguliert, daß die Verbrennungstemperatur auf ein Temperaturniveau höchstens gleich der Grenztemperatur für die Bildung von Stickoxiden begrenzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rezirkulierende Rauchgas-Teilmenge auf eine die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum auf etwa 1200°C einstellende Teilmenge begrenzt wird.

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) zumindest ein Teil dieser Strömungswege mündet in einen brennerseitigen Abgasraum (25), der seinerseits über einen sich derart um den Brenner bzw. ein letzterem zugeordnetes Flammrohr (16) herum er­ streckenden Zuströmweg (30, 30′, 40, 41) mit dem Ver­ brennungsraum (22) in Verbindung steht, daß eine sich vom Brenner bzw. dem Flammrohr fortentwickelte Flamme im wesentlichen vollständig von dem zum Verbrennungsraum zurückgeführten Rauchgas-Teilstrom eingeschlossen ist,
• e) der Querschnitt des in den Verbrennungsraum einmün­ denden Zuströmweges für die rezirkulierenden Rauchgase ist veränderbar.

4. Feuerungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Abgasraum (25) mit dem Verbrennungsraum (22) verbindende Zuströmweg aus einem sich umlaufend um den Brenner bzw. ein Flammrohr (16) herum erstreckenden Spalt (30, 30′) besteht.

5. Feuerungsanlage nach Anspruch 4, 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.

6. Feuerungsanlage nach Anspruch 4, 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 (25) in den Verbrennungs­ raum bildet.

7. Feuerungsanlage nach Anspruch 6, 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.

8. Feuerungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die in der Öffnung im Boden (34) des den Verbren­ nungsraum (22) umgebenden Mantels (20) verschiebbar auf­ genommene Hülse (28′) auf der zum Verbrennungsraum hinweisen­ den Seite einen sich trichterförmig erweiternden Abschnitt (36) besitzt.

9. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, 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.

10. Feuerungsanlage nach Anspruch 9, 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 Rauchgas- Strömungswege (26) vom Abgasraum (25) trennt.

11. Feuerungsanlage nach Anspruch 9 oder 10, 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.

12. Feuerungsanlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel zum zumindest teilweisen Verschließen der Zuströmwege (40, 41) zum Einsaugen kühler Rauchgase in den Verbrennungsraum (22).

13. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Brenner (15) gegenüberliegenden Seite der Brennkammer (14) eine topf­ artig in den Verbrennungsraum hineinreichende zusätzliche Heizfläche (17) angeordnet ist.

14. Feuerungsanlage nach Anspruch 13, 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.

15. Feuerungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, 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.

16. Feuerungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 15, 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.