DE3906795C2 - Verfahren zur Verbrennung eines Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft sowie Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung eines Gemi­ sches aus Brenngas und Verbrennungsluft gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 und erstreckt sich im Zusammenhang damit auch auf einen Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bekanntlich wird eine weitgehend schadstofffreie Verbrennung begün­ stigt, wenn der Primärluftanteil im Gemisch, also die Luftzahl des Gemisches, angehoben wird. Dabei treten allerdings Probleme hin­ sichtlich der Stabilisierung der Brennerflammen auf, weil diese bei der Verbrennung eines solchen Gemisches zum Abheben von den Gemischaustrittsöffnungen des Brenners neigen. Einem solchen Abhe­ ben kann man durch Anordnung von Halteflammen vorbeugen. Wenn sich nun der Primärluftanteil erhöht, vergrößert sich auch das durch die Gemischaustrittsöffnungen austretende Volumen und - bei konstanter Querschnittsfläche dieser Austrittsöffnungen - die Strömungsge­ schwindigkeit. Dies macht sich aber sowohl bei den Brennerflammen selbst als auch bei den Halteflammen bemerkbar, die dann gleich­ falls zum Abheben neigen. Durch eine Vergrößerung des Querschnitts der Gemischaustrittsöffnungen für die Halteflammen in der Wandung einer Brennerkammer würde die Gefahr eines Zurückschlagens der Hal­ teflammen in das Innere der Brennerkammer eintreten.

Aus der DE 24 08 635 B2 ist ein Verfahren der gattungsgemäßen Art sowie ein Brenner zu dessen Durchführung bekannt. Bei diesen werden zur NOx-Minderung zwei Gemische unterschiedlicher Luftzahl in sepa­ raten Flammen benachbart und zusammen verbrannt. Eine Halteflammen­ funktion ist dabei nicht möglich.

Aus der DE 37 15 968 A1 ist ein Vormischgasbrenner mit zwischen zwei länglichen Brennerkammern angeordnetem Hilfsbrennerrohr, die jeweils oberseitig Gemischauslässe aufweisen, bekanntgeworden. Bei diesem erfolgt eine lastgesteuerte Sekundärluftzufuhr über das Hilfsbrennerrohr, indem der Brenngasimpuls ausgenutzt wird, um eine bestimmte Menge Sekundärluft mitzureißen. Dadurch ist der Sekundär­ luft immer ein geringer Anteil Brenngas beigemischt. Dieses Gemisch ist jedoch nicht zündfähig, so daß keine Halteflammen entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gattungsgemäßen Ver­ fahrens und eines Brenners zur Durchführung dieses Verfahrens, die bei weitgehend schadstofffreier Verbrennung eines Gemisches mit vergleichsweise hohem Primärluftanteil eine Stabilisierung der Brennerflammen gewährleisten.

Erfindungsgemäß werden zur Lösung dieser Aufgabe die kennzeichnen­ den Merkmale der Ansprüche 1 und 2 vorgeschlagen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß ein Gemisch mit ver­ gleichsweise geringer Luftzahl sehr stabil brennt und dadurch imstande ist, die mit einem Gemisch höherer Luftzahl gespeisten, schadstoffärmer brennenden, aber zum Abheben neigenden Brennerflam­ men immer wieder zu zünden und dadurch zu stabilisieren.

Bei der Gestaltung des erfindungsgemäßen Brenners kann sogar bewußt ein Abheben der Brennerflammen herbeigeführt werden, um dadurch eine zu starke Erhitzung der Brennerkammerwandung zu vermeiden.

Es ist vorteilhaft, das Brennerrohr für die Zuführung des Gemisches mit der niedrigeren Luftzahl gemäß der Merkmale der Ansprüche 3 oder 4 anzuordnen. Dadurch sind die Gemischaustrittsöffnungen des Brennerrohres für die Halteflammen möglichst nahe in den Bereich der Wurzeln der Brennerflammen verlegt und stellen so die Funktion dieser Halteflammen sicher.

Sind der Oberseite der Brennerkammer mehrere Brennerrohre zugeord­ net, sind diese gemäß Anspruch 5 vorzugsweise symmetrisch in bezug auf die senkrechte Mittelebene der Brennerkammer anzuordnen.

Zwischen zwei einander benachbarten Brennerkammern kann entspre­ chend Anspruch 6 ein gemeinsames Brennerrohr für die Zuführung des Gemisches mit der niedrigeren Luftzahl angeordnet werden.

Wenn zwei Brennerrohre einander benachbarter Brennerkammern im Abstand voneinander verlaufend angeordnet sind, schließen sie gemäß Anspruch 7 vorteilhafterweise einen Freiraum für den Zutritt von Sekundärluft zu den Brennerflammen ein. Die Brennerrohre für das Gemisch niedrigerer Luftzahl können dabei von eigenen, einzelnen Mischrohren gespeist sein, sie können aber auch über eine gemein­ same, innerhalb des Freiraumes verlaufende Mischkammer gespeist werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung darge­ stellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Brenners in einem Querschnitt,

Fig. 2 eine modifizierte Ausführungsform in einem Querschnitt,

Fig. 3 einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 5 den Längsschnitt des Brenners nach Fig. 4,

Fig. 6, 7 je einen Querschnitt weiterer Ausführungsformen und

Fig. 8 ein Detail einer Abwandlung gemäß Fig. 7 im Querschnitt.

Dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zufolge wird eine von einem Brennstab gebildete, an ihrer Oberseite Gemischaustritts­ öffnungen aufweisende Brennerkammer 1 über ein an ihrer Stirnseite einmündendes Mischrohr 2 mit einem Brenngas-Verbrennungsluft- Gemisch gespeist. Dieses Gemisch kommt dadurch zustande, daß dem Einlaß des Mischrohres 2 - gemäß Fig. 3 - eine Brenngasdüse 3 koaxial mit einem Abstand zugeordnet ist und der aus dieser Gasdüse 3 austretende Gasstrom aus diesem Abstand primäre Verbrennungsluft in das Mischrohr 2 mitnimmt und sich darin mit ihr vermischt. Die Zusammensetzung dieses Gemisches ist durch Wahl des Abstandes, durch Drosselung des Gasdruckes und durch Bemessung des Düsenquer­ schnittes derart einstellbar, daß der Luftanteil im Gemisch, also die Luftzahl, einen bestimmten Soll-Wert erhält.

Das aus den Gemischaustrittsöffnungen der Brennerkammer 1 austre­ tende Gemisch bildet nach seiner Zündung im Verbrennungsbereich die Brennerflammen 4.

Der Brennerkammer 1 sind Brennerrohre 5 zugeordnet, die einen klei­ neren Querschnitt aufweisen und deren Wandung an ihrer Oberseite gleichfalls Gemischaustrittsöffnungen auf­ weist. Diese Brennerrohre 5 werden über eigene Mischrohre 6 von Gasdüsen 7 mit einem Gemisch gespeist (Fig. 3), das eine niedrigere Luftzahl aufweist als das der Brennerkammer 1 über das Mischrohr 2 zuströmende Gemisch.

An den Gemischaustrittsöffnungen dieser Brennerrohre 5 bilden sich - im Flammenbereich der Brennerflammen 4 - kleinere Flammen 8, die nachfolgend als Halteflammen bezeich­ net sind, weil sie dem Zweck dienen, im Falle eines Abhebens und Erlöschens der Brennerflammen 4 eine neuerliche Überzündung des Brenners sicherzustellen und damit dessen kontinuierliche Funktion aufrecht­ zuerhalten.

Ein Brennerrohr 5 für solche Halteflammen 8 kann - gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 - in der Mitte der Brennerkammer­ oberseite verlaufen, solche Brennerrohre 5 können aber auch - gemäß der Fig. 2 und 3 - paarweise beidseits der Mittelebene der Brennerkammer 1 zwischen den Brennerflammen 4 angeordnet sein.

Damit sich die Halteflammen 8 in der unmittelbaren Nähe der Flammenwurzeln der Brennerflammen 4 befinden, wo sie die ihnen zugedachte Funktion optimal zu erfüllen vermögen, sind die Brennerrohre 5 in Einbuchtungen 9 der oberseitigen Wandung der Brennerkammer 1 teilweise versenkt angeordnet. Wie Fig. 3 zeigt, können die Mischrohre 6 der Brennerrohre 5 unmittelbar in den die Gemischaustritts­ öffnungen aufweisenden Bereich übergehen.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform, derzufolge die Brennerrohre 5 für die Halteflammen 8 innerhalb der Brenner­ kammer 1 verlaufen und die Innenseite deren oberseitiger Wandung angieren, wobei die Gemischaustrittsöffnungen dieser Brennerrohre 5 sowohl deren Wandung als auch die Wandung der Brennerkammer 1 im tangierenden Bereich durchsetzen. Hier­ bei ist ein Paar von Brennerrohren 5 beidseits der Mittelebene der Brennerkammer 1 angeordnet. Die Mischrohre 6 dieser Brennerrohre 5 durchsetzen bei dieser Ausführungsform die Stirnwand der Brennerkammer 1.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Brennerrohre 5 für die Halteflammen 8 längsseitig an die Oberseite der Wandung der Brennerkammer 1 ansetzen. Die Wandungen solcher Brenner­ kammern 1 können mit den Wandungen benachbarter Brennerrohre 5 und Brennerkammern 1 gemeinsam aus einem Blech­ zuschnitt gefertigt werden und sich über die gesamte Breite eines mehrere solche Brennerkammern 1 aufweisenden Brenners erstrecken.

Die Oberseite sowohl der Brennerkammern 1 als auch die der Brennerrohre 5 ist mit einer aufwärts gerichteten Wölbung profiliert, um dadurch die Halteflammen 8 in ihre ideale Position in bezug zu den Flammenwurzeln der Brennerflammen 4 zu bringen.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 6 und 7 soll den Brennerflammen 4 und Halteflammen 8 Sekun­ därluft zuströmen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist ein Freiraum 10 zwischen den Brennerrohren 5 benachbarter Brenner­ kammern 1 derart gegliedert, daß die Sekundärluftzuführung zwischen den über gesonderte Mischrohre 6 mit Gemisch gespeisten Brennerrohren 5 ungehindert erfolgen kann. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, derzufolge nur ein Mischrohr 6 eine zentrale Gemischführung 11 dieses Freiraumes 10 speist, von der aus die beiden einander benachbarten Brennerrohre 5 mit dem die niedrigere Luftzahl aufweisenden Gemisch gespeist werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verbrennung eines Gemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft in einem Ver­ brennungsbereich, dem zumindest zweierlei bezüglich des Luftanteils verschieden zusammengesetzte zündfähige Gemi­ sche zugeführt und in dem diese gemeinsam verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei mit Primärluft vermischtem Brenngas das Gemisch mit geringerem Luftanteil - niedrigerer Luftzahl - im Bereich der Wurzeln der bei der Verbrennung des Gemisches mit dem größeren Luftanteil - höherer Luftzahl - entstehenden Brennerflammen verbrannt wird.

2. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest einer länglichen, mit einem zündfähigen Gemisch speisbaren Brennerkammer (1), deren oberseitige Wandung Gemischaustrittsöffnungen auf­ weist, zumindest ein parallelverlaufendes mit Gemischaus­ trittsöffnungen für Halteflammen (8) versehenes Brennerrohr (5) für das Gemisch mit niedrigerer Luftzahl im Bereich der Gemischaustrittsöffnungen der das Gemisch mit der höheren Luftzahl führenden Brennerkammer (1), also im Bereich der Wurzeln der von letzterer erzeugten Brennerflammen (4) ver­ laufend, angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (5) in einer Einbuchtung (9) der Ober­ seite der Brennerkammer (1) versenkt zwischen deren Gemischaustrittsöffnungen verlaufend angeordnet ist (Fig. 1 bis 3).

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (5), die Innenseite der oberseitigen Wandung der Brennerkammer (1) tangierend, innerhalb der Brennerkam­ mer (1) verlaufend angeordnet ist, wobei die Gemischaus­ trittsöffnungen dieses Brennerrohres (5) dessen oberseitige Wandung und die Wandung der Brennerkammer (1) im tangieren­ den Bereich durchsetzen (Fig. 4, 5).

5. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Brennerrohre (5) in bezug auf die senkrechte Mittelebene der Brennerkammer (1) symmetrisch angeordnet sind (Fig. 2 bis 7).

6. Brenner nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch je ein zwei einander benachbarten Brennerkammern (1) gemeinsames, längsseitig der Oberseite der Brenner­ kammern (1) verlaufend angeordnetes Bren­ nerrohr (5) (Fig. 6).

7. Brenner nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zwei einander benachbarten Brennerkammern (1) zugeordnete, einen Freiraum (10) für den Durchtritt von Sekundärluft flankierende Bren­ nerrohre (5) (Fig. 7, 8).