DE3916142C2 - Atmospheric gas burner - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen atmosphärischen Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to an atmospheric gas burner according to the Preamble of the main claim.
Ein solcher Brenner ist bekannt geworden aus dem DE-GM 86 05 274. Bei diesem Brenner, dessen Brennerkammer rund oder trogförmig ausgebildet sein kann, ist vorgesehen, den Brenner mit einer Kühlvorrichtung zu versehen, die aus dem unteren Teil der Flamme, also der Flammenwurzel, Wärme aufzunehmen im stande ist. Diese Kühlvorrichtung ist so plaziert, daß auch die der Flamme zuströmende Sekundärluft von der Kühlvorrichtung erfaßt und heruntergekühlt wird. Nähere Angaben zum Verlauf der Sekundärluftströmung sind nicht gemacht.Such a burner has become known from DE-GM 86 05 274. In this Burner, the burner chamber of which can be round or trough-shaped provided to provide the burner with a cooling device which the lower part of the flame, i.e. the flame root, to absorb heat in the finished. This cooling device is placed so that the flame incoming secondary air is detected by the cooling device and cooled down. No further details are given on the course of the secondary air flow.
Bekanntlich kann mit einer stufenweisen Verbrennung eines Brennstoff-Luft- Gemisches eine erhebliche Verringerung des Stickoxid-Anteiles in den Abgasen erzielt werden. Eine solche stufenweise Verbrennung er folgt dadurch, daß man in einer ersten Stufe nur eine unvollkommene Verbrennung durchführt und erst in einer folgenden Stufe eine vollständige Verbren nung eintreten läßt, die dann die in der ersten Stufe unverbrannten, nicht oxi dierten Bestandteile umfaßt. Dieser Nachverbrennung wird Sekundärluft zugeführt, um eine vollständige Oxidation zu erreichen.As is known, with a gradual combustion of a fuel-air Mixtures a significant reduction in the proportion of nitrogen oxide in the exhaust gases be achieved. Such a gradual combustion he follows from the fact that in the first stage there is only an imperfect one Combustion and only in a subsequent stage complete combustion can occur, which then burns in the first stage unburned, not oxi dated components. Secondary air is supplied to this post-combustion, to achieve complete oxidation.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Brenner der eingangs näher bezeichneten Art den Nachverbrennungsbereich der Flammen zu kühlen.It is an object of the present invention in a burner at the beginning specified type the Cool the post-combustion area of the flames.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.The characteristic ones serve to solve this task Features of the main claim.
Eine solche Ausbildung der Sekundärluftführungen trägt zu einer erheblichen Verringerung der bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe bei, indem sie einerseits die Temperatur im Flammenbereich selbst verringert, anderseits aber auch die Temperatur der dem stufenweise gegliederten Verbrennungsvorgang zugeführ ten Sekundärluft. Durch den letztgenannten Effekt ergibt sich eine vorteilhafte Ver kürzung der Brennerflammen, und damit wird in weiterer Folge die Möglichkeit er schlossen, die Stufenverbrennung innerhalb eines Brennraumes mit üblichen Ab messungen durchführen zu können.Such a design of the secondary air ducts contributes to a considerable amount Reducing the amount of pollutants generated by combustion on the one hand the temperature in the flame area itself is reduced, but on the other hand also the temperature of the staged combustion process supplied secondary air. The latter effect results in an advantageous Ver shortening of the burner flames, and consequently the possibility closed, the stage combustion within a combustion chamber with usual from to be able to carry out measurements.
Aus der US-PS 1 079 826 ist bereits ein plattenförmiger, gasbeheizter Wasserheizer bekannt, dessen Gasaustrittsöffnungen von der Plattenunterseite her über Gaszu fuhrleitungen mit Brenngas versorgt werden und der an seiner Oberseite ein System wasserführender Kanäle trägt, das die Gasaustrittsöffnungen beidseitig flankierende Wandungen bildet, zwischen denen die Gasaustrittsöffnungen scharenweise mün den. Die als Wände mit Rechteckquerschnitt gestalteten, wasserführenden Wan dungen dieses Kanalsystems sind jedoch ihrer Form und Anordnung nach für eine gezielte Zufuhr von Sekundärluft in den Flammenbereich dieses Heizgerätes unge eignet, sie bilden vielmehr enge und schmale Vertiefungen, in denen die Brenner flammen gewissermaßen "versenkt" angeordnet sind, so daß nicht einmal ihre Ver sorgung mit Primärluft gewährleistet erscheint, zumal der Brenner mit purem Brenn gas betrieben werden soll.From US-PS 1 079 826 is already a plate-shaped, gas-heated water heater known, the gas outlet openings from the underside of the plate via Gaszu supply lines are supplied with fuel gas and a system at the top carries water-carrying channels that flank the gas outlet openings on both sides Forms walls between which the gas outlet openings mint in droves the. The water-bearing pan designed as walls with a rectangular cross-section However, the shape and arrangement of this duct system are for one targeted supply of secondary air into the flame area of this heater suitable, rather they form narrow and narrow recesses in which the burners Flames are arranged "sunk" so that not even their Ver Supply of primary air seems guaranteed, especially since the burner with pure burning gas is to be operated.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus den Figuren der Zeichnungen hervor. Es zeigt Embodiments of the invention go from the figures of the drawings forth. It shows
Fig. 1 das Prinzip des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Gasbrenners, Fig. 1 shows the principle of the structure of a gas burner according to the invention,
Fig. 2 bis 6 einen Querschnitt durch verschiedene Ausführungsformen eines solchen Gasbrenners, FIGS. 2 through 6 is a cross section of different embodiments of such a gas burner,
Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil eines solchen Gasbrenners, Fig. 7 is a plan view of a portion of such a gas burner,
Fig. 8 eine schaubildliche Darstellung eines solchen Gasbrenners, Fig. 8 is a diagrammatic representation of such a gas burner,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8, Fig. 9 shows a section along the line IX-IX of Fig. 8,
Fig. 10 die Seitenansicht des Kesselgliedes eines mit einem Gasbrenner ausgerüsteten Gliederkessels und Fig. 10 is a side view of the boiler member of a sectional boiler equipped with a gas burner and
Fig. 11 einen Querschnitt durch dessen unteren Teil nach der Linie XI-XI der Fig. 10. Fig. 11 shows a cross section through the lower part thereof along the line XI-XI of Fig. 10.
Bei allen dargestellten Gasbrennern ist die eine Brennerplatte 1 bildende Wandung der Brennerkammer 2 von Gemischaustritts öffnungen 3 durchsetzt, an denen die mit einem Gas-Primärluft-Gemisch gespeisten Brennerflammen 4 ansetzen.In all of the illustrated gas burners comprising a burner plate 1 forming the wall of the combustion chamber 2 by the mixture outlet openings 3 through which, where the start-fed with a gas-primary air mixture burner flames. 4
Beidseits dieser, meist ebenen, Brennerplatte 1 sind nun gemäß Fig. 1 und 2 aus flankierenden Wülsten bestehende Sekundärluftführungen 6 ange ordnet, deren Querschnittskontur so gestaltet ist, daß sie die Sekundärluftströme 5 in den oberen Bereich B, der Brennerflammen 4 leiten, also in einen Bereich, in dem eine Nachverbrennung des bei der Verbrennung im Flammenbereich A unverbrannt gebliebenen Brennstoffes erfolgt und der etwa oberhalb der Flammenkerne liegt. Dadurch wird die Schadstoffemission wesentlich verringert, weil der Nachverbrennung gekühlte Sekundärluft zuströmt.On both sides of this, usually flat, burner plate 1 are now according to FIGS. 1 and 2 existing flanking beads secondary air ducts 6 is arranged, the cross-sectional contour is designed such that they conduct the secondary air streams 5 in the upper region B, the burner flames 4 , that is, in one Area in which there is a post-combustion of the fuel which has remained unburned during combustion in flame area A and which is approximately above the flame cores. This significantly reduces pollutant emissions because cooled secondary air flows into the afterburning.
Die Höhe der Sekundärluftführungen 6 gegenüber der Brenner platte 1 ist so bemessen, daß die über diese ziel führend profilierten Führungen 6 einwärts gegen die Brenner flammen 4 einströmenden Sekundärluftströme 5 exakt in jenen Bereich B zielen, indem die Nachverbrennung mit dem gewünschten Resultat stattfinden soll.The height of the secondary air ducts 6 with respect to the burner plate 1 is dimensioned such that the guides 6 profiled in this way leading inwards against the burner 4 target secondary air flows 5 flowing precisely into that area B by the afterburning to take place with the desired result.
Die Sekundärluftführungen 6 sind hohl und führen in ihren Hohl räumen ein Kühlmittel, vorzugsweise ein zu beheizendes Wasser, dessen Wärme sich in Wärmetauschern für beliebige Zwecke verwerten läßt.The secondary air ducts 6 are hollow and lead in their hollow spaces a coolant, preferably a water to be heated, the heat of which can be used in heat exchangers for any purpose.
Die Verbrennung des der Brennerkammer 2 zugeführten Gas-Primär luft-Gemisches erfolgt insofern zweistufig, als unmittelbar oberhalb der Gemisch austrittsöffnungen 3 im Bereich A zunächst in einer ersten Stufe nur eine unvollständige Verbrennung des Vorgemisches erfolgt, das eine Luftzahl unterhalb 1 aufweist. Die Abgase mit unverbrannten Bestandteilen dieser unvollkommenen Verbrennung gelangen dann in den höhergelegenen Flammenbereich B, dem die Sekundärluft zugeführt wird, und dieses Gemisch mit einer erhöhten, oberhalb 1 liegenden Luftzahl kann dann in diesem höheren Bereich B in der zweiten Stufe einer voll ständigen und schadstoffarmen Nachverbrennung unterzogen werden. The combustion of the gas-primary air mixture supplied to the burner chamber 2 takes place in two stages, as immediately above the mixture outlet openings 3 in area A initially only incomplete combustion of the premix, which has an air ratio below 1, takes place in a first stage. The exhaust gases with unburned constituents of this imperfect combustion then reach the higher flame area B, to which the secondary air is fed, and this mixture with an increased air number above 1 can then in this higher area B in the second stage of a complete and low-pollutant afterburning be subjected.
Fig. 2 zeigt, wie sich ein Gasbrenner nach dem von Fig. 1 dar gestellten prinzipiellen Aufbau in der Praxis mit geringem Aufwand anfertigen läßt. Dieser Gasbrenner ist aus zwei vorgeformten Blechen 7 und 8 zusammengesetzt, wobei das von Gemischaustrittsöffnungen 3 durchsetzte Blech 7 die Oberseite der Brennerkammer 2, also die Brennerplatte 1, und die gewölbten Oberteile der beiden das Kühlmittel enthaltenden Sekundärluftführungen 6 verkörpert und das Blech 8 den gewölbten Unterteil der Brennerkammer 2 und die ebenen Unterseiten der beiden Sekundärluftführungen 6 bildet. Diese beiden Bleche 7 und 8 lassen sich problemlos durch längs verlaufende Schweißnähte 9 miteinander zu dem von Hohl räumen durchzogenen Gasbrenner verbinden. Fig. 2 shows how a gas burner according to the basic structure shown by Fig. 1 can be made in practice with little effort. This gas burner is composed of two preformed plates 7 and 8 , the plate 7 penetrated by mixture outlet openings 3 representing the top of the burner chamber 2 , i.e. the burner plate 1 , and the curved upper parts of the two secondary air ducts 6 containing the coolant and the plate 8 representing the curved lower part the burner chamber 2 and the flat undersides of the two secondary air ducts 6 . These two sheets 7 and 8 can be easily connected by longitudinal welds 9 to each other to the hollow gas burner crossed.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Gasbrenners, derzufolge die Brennerkammer 2 von der Wandung eines Brennerstabes mit kreisrundem Querschnitt gebildet wird und an die Flanken dieses Brennerstabes sichelförmig profilierte Sekundärluft führungen 6 ansetzen, die die abgeflachte, von den Gemisch austrittsöffnungen 3 durchsetzte Brennerplatte 1 der Brenner kammer 2 seitlich mit senkrechten Wandteilen 10 begrenzen. Fig. 3 shows an embodiment of a gas burner, as a result of which the burner chamber 2 is formed by the wall of a burner rod with a circular cross section and on the flanks of this burner rod, crescent-shaped profiled secondary air guides 6 attach the burner plate 1 of the burner, which is flattened and passed through the mixture through openings 3 Limit chamber 2 laterally with vertical wall parts 10 .
Fig. 4 stellt eine Ausführungsform eines Gasbrenners dar, bei der beidseits der ebenen Brennerplatte 1 von den Seiten wänden 11 der Brennerkammer 2 verkleidete rohrförmige Kühl mittelleitungen verlaufen, die die Sekundärluftführungen 6 bilden. Fig. 4 shows an embodiment of a gas burner, in which on both sides of the flat burner plate 1 from the side walls 11 of the burner chamber 2 clad tubular cooling medium lines that form the secondary air ducts 6 .
Fig. 5 zeigt eine Brennerkammer 2 mit senkrecht und eben, zueinander parallel verlaufenden Seitenwänden 11, an denen kühlmittelführende Sekundärluftführungen 6 flächig anliegend befestigt sind. Fig. 5 shows a burner chamber 2 with vertical and flat, mutually parallel side walls 11 , on which coolant-carrying secondary air ducts 6 are attached flat.
Ähnlich ist die Ausführungsform des Gasbrenners nach Fig. 6, die sich bloß dadurch von jener nach Fig. 5 unterscheidet, daß die oberen und unteren Bereiche der Sekundärluftführungen 6 mit einem etwa halbkreisförmigen Profil ausgerundet sind, um die gezielten Sekundärluftströme 5 entstehen zu lassen. Ferner ist bei dieser Ausführungsform die Brennerplatte 1 der Brennerkammer 2 gewölbt profiliert, um auch dadurch die Sekundärluftströme 5 in den Bereich B der Brennerflammen 4 zu richten.Similarly, the embodiment of the gas burner of FIG. 6, which merely differs from that according to Fig. 5 that the upper and lower portions of the secondary air ducts are rounded 6 with an approximately semi-circular profile, to give rise to the targeted secondary air streams 5. Furthermore, in this embodiment, the burner plate 1 of the burner chamber 2 is profiled in a curved manner, in order to thereby also direct the secondary air flows 5 into the region B of the burner flames 4 .
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Brennerplatte 1 der von einer Gasdüse 13 über ein Mischrohr 12 mit dem Gas- Primärluft-Gemisch gespeisten Brennerkammer 2 in Abständen voneinander angeordnete Gruppen von Gemischaustrittsöffnungen 3 aufweist. Fig. 7 shows an embodiment in which the burner plate 1 via a mixing tube 12 fed by a gas nozzle 13 with the primary gas-air mixture burner chamber 2 in distances from each other arranged groups having from mixture outlet openings 3.
Bei einer solchen Gliederung der Gemischaustrittsöffnungen 3 können auch in den Abständen zwischen den einzelnen Gruppen der Gemischaustrittsöffnungen 3 kühlmittelführende Sekundär luftführungen 6 angeordnet und mit längsverlaufenden Sekundärluftführungen 6 zu einem Umlaufsystem verbunden sein.With such a division of the mixture outlet openings 3 of the mixture outlet apertures 3 may coolant leading secondary air ducts 6 are arranged and connected with longitudinal secondary air guides 6 to a circulation system in the distances between the individual groups.
Die gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8 und 9 als Stabbrenner ausgebildete Brennerkammer 2 wird von dem an eine ihrer beiden Stirnseiten ansetzenden Mischrohr 12 mit dem Brennstoff-Primärluft-Gemisch versorgt, das über die in der Brennerplatte 1 vorgesehenen Gemischaustrittsöffnungen 3 aus der Brennerkammer 2 austritt und, sobald es gezündet wurde, die Brennerflammen 4 nach Fig. 9 speist. The burner chamber 2 , which is designed as a rod burner in accordance with the exemplary embodiment according to FIGS . 8 and 9, is supplied with the fuel / primary air mixture from the mixing tube 12 attached to one of its two end faces, which mixture is provided from the burner chamber 2 via the mixture outlet openings 3 provided in the burner plate 1 emerges and, as soon as it has been ignited, feeds the burner flames 4 according to FIG. 9.
Dieser die Brennerkammer 2 bildende Stabbrenner befindet sich innerhalb eines Troges 14, dessen Seitenwände 15 sich gemäß Fig. 9 etwa bis in die Höhenmitte der Brennerflammen 4 er strecken, so daß die Sekundärluftströme 5 etwa in den Bereich B der Nachverbrennung geführt werden.This burner chamber 2 forming rod burner is located within a trough 14 , the side walls 15 of FIG. 9 stretch approximately to the middle of the height of the burner flames 4 , so that the secondary air streams 5 are guided approximately into area B of the afterburning.
In der Höhenmitte jeder Seitenwand 15, also etwa im Höhen bereich der Flammenwurzeln und der Gemischaustrittsöffnungen 3 verläuft eine Kühlmittelführung 16.A coolant duct 16 runs in the middle of the height of each side wall 15 , that is to say approximately in the height region of the flame roots and the mixture outlet openings 3 .
Wie die Fig. 8 zeigt, können diese Kühlmittelführungen 16 der beiden Seitenwände 15 miteinander zu einem Umlaufsystem querverbunden sein, wobei die eine Führung als Vorlauf 17 und die andere als Rücklauf 18 dieses Systems dient.As shown in FIG. 8, these coolant guides 16 of the two side walls 15 can be cross-connected to one another to form a circulation system, one guide serving as a feed 17 and the other as a return 18 of this system.
Die Seitenwände 15 halten die Sekundärluft von dem mit dem Gas- Primärluft-Gemisch gespeisten Bereich A fern und leiten sie dem Bereich B der Nachverbrennung gekühlt zu.The side walls 15 keep the secondary air away from the area A fed with the gas-primary air mixture and pass it to the area B of the afterburning after cooling.
Das in den Fig. 10 und 11 dargestellte Kesselglied 19 eines aus solchen Kesselgliedern zusammensetzbaren Gliederkessels ist als dessen Mittelglied einsetzbar und weist einen Vorlauf anschluß 17 und einen Rücklaufanschluß 18 auf. Dieses Kesselglied 19 umschließt mit einer Kühlmittelführung 16 den Brennraum 20 des Gliederkessels und trägt in seinem Bodenbereich eine von Gemischaustrittsöffnungen 3 durchsetzte Brennerplatte 1, die eine Brennerkammer 2 begrenzt.The boiler member 19 shown in FIGS . 10 and 11 of a sectional boiler composed of such boiler members can be used as the central member and has a flow connection 17 and a return connection 18 . This vessel member 19 encloses with a coolant passage 16 the combustion chamber 20 of the boiler members and carries in its bottom portion a through put of mixture outlet openings 3 burner plate 1, defining a burner chamber. 2
Diese Brennerplatte 1 bildet den Boden eines von aufwärts weisenden Seitenwänden 15 begrenzten Troges 14, wobei sich diese Seitenwände 15 bis in Bereich der Flammenkerne der Brennerflammen 4 erstrecken. This burner plate 1 forms the bottom of a trough 14 bounded by upward-facing side walls 15 , these side walls 15 extending into the area of the flame cores of the burner flames 4 .
Der die Kühlmittelführung 16 und die Brennerkammer 2 enthaltende sowie den Trog 14 bildende untere Teil des Kesselgliedes 19 ist - wie die Fig. 11 zeigt - schmäler als das Kesselglied 19 selbst, so daß zwischen den unter seitigen Teilen benachbarter Kesselglieder 19 Führungen 6 für Sekundärluftströme 5 entstehen.Of the refrigerant guide 16 and the combustion chamber 2 containing as well as the trough 14 forming lower part of the vessel member 19 is - as the Fig 11 shows -. Narrower than the vessel member 19 itself, so that between the adjacent lower-side parts of boilers members 19 guides 6 for secondary air streams 5 arise.
Der Brennerkammer 2 wird das Brennstoff-Primärluft-Gemisch über eine seitliche Öffnung 21 mittels einer im Abstand von deren Einlaß 22 angeordneten Gasdüse 13 zugeführt.The fuel-primary air mixture is fed to the burner chamber 2 via a lateral opening 21 by means of a gas nozzle 13 arranged at a distance from its inlet 22 .
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