DE3918855A1 - Gasgeblaesebrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasgebläsebrenner eines Gasheizgeräts, wobei wenigstens eine Gasdüse in eine Mischkammer mündet, der ein Gebläse Verbrennungsluft zuführt, und das Gas-Luftgemisch von der Mischkammer zu einem Gemischaustritt strömt.

Ein derartiger Gasgebläsebrenner ist in der Zeitschrift gwf-Gas/Erdgas 126 (1985) H. 2, Seite 78, 79 beschrieben. Bei diesem Brenner erfolgt eine homogene Vormischung von Gas und Luft. Dadurch werden Flammentemperaturspitzen abgebaut, so daß sich die NO _x -Emissionen erniedrigen. In der DE-OS 24 38 391 ist ein Ölbrenner beschrieben, bei dem verdampfter, flüssiger Brennstoff von mittels eines Gebläses geförderter Primärluft mitgerissen wird. Sekundärluft kann beigemischt werden. Bei Ölbrennern liegen die Verhältnisse jedoch anders als bei Gasbrennern.

In der DE-OS 34 19 891 ist ein an unterschiedliche Brenngasheizwerte angepaßter Gasbrenner beschrieben. Die Flammentemperatur einer Meßflamme wird gemessen. Entsprechend der Temperatur der Meßflamme wird die dem Gasbrenner zugeführte Gasmenge erhöht oder erniedrigt. Dieser Brenner arbeitet als atmosphärischer Brenner.

In der DE-OS 35 04 601 ist ein Strahlungsenergiebrenner beschrieben, bei dem mittels eines Gebläses einem Brennrohr ein gasförmiges Brennstoffgemisch zugeführt wird. Das Brennrohr besteht aus einem zylindrischen Sieb, das mit einem Gewebe aus Keramikfasern belegt ist.

Ein Brenner, dessen Gemischaustritt von einem keramischen Körper gebildet ist, ist in der US-PS 46 73 349 beschrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasgebläsebrenner der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem die dem Gas zugeführte Luftmenge in Abhängigkeit von der Wärmebelastung und der Gasqualität derart geregelt ist, daß sich weitgehend gleichbleibend niedrige NO _x und CO-Emissionswerte ergeben.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Gasgebläsebrenner der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Gas-Luftgemisch zwischen der Mischkammer und dem Gasgemischaustritt Sekundärluft ansaugt, daß ein Temperaturfühler einer Steuerschaltung die Flammentemperatur am Gemischaustritt erfaßt und daß die Steuerschaltung die Fördermenge des Gebläses so einstellt, daß sich eine im wesentlichen konstante Flammentemperatur ergibt.

Bei dem erfindungsgemäßen Brenner entsteht wenig Stickoxid. Denn der Verbrennungssauerstoff wird dem Gas in überstöchiometrischer Menge zweistufig zugemischt, nämlich einerseits durch das Gebläse und andererseits durch die atmosphärische Ansaugung. Es entsteht damit vor der Verbrennung eine homogene Mischung des Gases mit der Luft. Zonenweise erhöhte Sauerstoffkonzentrationen und dadurch bedingte Überhitzungen sind vermieden. Außerdem bewirkt die überstöchiometrische Luftzufuhr eine innere Flammenkühlung, welche die Bildung von Stickoxid vermindert.

Die intensive Vermischung des Gases mit dem Sauerstoff führt zu einer praktisch vollständigen Verbrennung, so daß mit dem Abgas kaum Kohlenmonoxid in die Atmosphäre abgegeben wird.

Da ein Teil der Verbrennungsluft als Sekundärluft angesaugt wird, braucht das Gebläse nur eine entsprechend kleinere Luftmenge zu fördern. Es kann deshalb entsprechend schwach ausgebildet sein, so daß es auch nur wenig Geräusch entwickelt.

Durch die selbsttätige Konstanthaltung der Flammentemperatur auf einem Sollwert, beispielsweise wenig unterhalb 1000°C, ist gewährleistet, daß die niedrigen NO _x - und CO-Emissionswerte auch dann beibehalten werden, wenn sich die Wärmebelastung des Brenners oder die Gasqualität ändert. Damit ist der Brenner auch für eine Betriebsweise geeignet, bei der die zugeführte Gasmenge moduliert wird. Bei Teillastbetrieb wird eine Wirkungsgradsteigerung erreicht.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung gegenüber bekannten Gebläsebrennern besteht darin, daß eine aufwendige Voreinstellung der Luftfördermenge des Gebläses entfällt, da sich die geförderte Luftmenge in Abhängigkeit von der Flammentemperatur von selbst einstellt.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung tritt das Gas- Luftgemisch aus der Mischkammer über wenigstens eine Vormischdüse in wenigstens ein Brennrohr ein, wobei das Gas-Luftgemisch die Sekundärluft in das Brennrohr saugt. Dabei wird die Venturiwirkung zum Ansaugen der Sekundärluft ausgenutzt. Ist die vom Gebläse geförderte, dem Gas beigemischte Luftmenge größer, dann wird auch die unter Venturiwirkung angesaugte Menge der Sekundärluft größer. Ist die vom Gebläse geförderte Luftmenge kleiner, dann wird dementsprechend auch weniger Sekundärluft angesaugt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung begrenzt die Steuerschaltung die Drehzahl des Gebläses unabhängig von der Temperatur am Temperaturfühler auf einen Mindestwert. Dadurch ist erreicht, daß gleich beim Start des Brenners eine Luftmenge gefördert ist, die eine erhöhte CD-Emission vermeidet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung begrenzt die Steuerschaltung die Drehzahl des Gebläses unabhängig von der Flammentemperatur auf eine Höchstdrehzahl. Dadurch ist vermieden, daß die Flammen am Gasgemischaustritt abheben, wodurch die Flammentemperatur nicht mehr erfaßbar wäre.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht eines Gasgebläsebrenners schematisch,

Fig. 2 eine Teil-Frontansicht des Brenners nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Brenners nach Fig. 1 und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung des Brenners.

Ein Gasgebläsebrenner ist für einen Gasheizkessel vorgesehen. Er weist im Beispielsfalle zwei an eine Gaszuführungsleitung (1) angeschlossene Gasdüsen (2) auf. Im Abstand vor der Gasdüse (2) ist axial fluchtend jeweils ein Brennrohr (3) vorgesehen. Je nach der Leistung des Brenners sind mehrere Gasdüsen (2) und mehrere Brennrohre (3) vorgesehen.

Die Gasdüse (2) ragt in eine Mischkammer (4), die von einem Gehäuse (7) gebildet ist. Das Gehäuse (7) weist eine Öffnung (6) auf, an die ein Gebläse (5) angeschlossen ist. An dem Gehäuse (7) sind Vormischdüsen (8) angeordnet. Dabei steht die Vormischdüse (8) jeweils zwischen der Gasdüse (2) und dem Brennrohr (3).

Das Brennrohr (3) ist an seinem der Vormischdüse (8) abgewandten Ende mit einem Verteilerring (9) versehen. Am Brennrohr (3) ist ein Flächenbrenner (10) angeordnet. Der Flächenbrenner (10) kann von Keramikplatten oder von einem metallischen Geflecht oder Gewirk gebildet sein. Es läßt sich dadurch die innere Flammenkühlung weiter verbessern, sowie die Vermeidung örtlicher Überhitzungen unterstützen. Die Oberfläche der Flächenbrenner (10) ist flach, kann jedoch gewölbt (vgl. Fig. 2) oder dachartig spitz ausgebildet sein, so daß herabfallender Zunder oder andere Verunreinigungen abgleiten können. Es wird hierdurch das Zusetzen des Flächenbrenners (10) verhindert.

Über dem Flächenbrenner (10) ist ein Temperaturfühler (11) angeordnet. Dieser ist an eine Steuerschaltung (12) angeschlossen, welche die Drehzahl des Gebläses (5) steuert.

In der Steuerschaltung (12) (vgl. Fig. 4) ist der Temperaturfühler (11) an einen Verstärker (13) angeschlossen, dem ein Subtrahierer (14) nachgeschaltet ist. Am Subtrahierer (14) liegt ein Sollwertsteller (15), an dem die Flammen-Solltemperatur des Flächenbrenners (10) eingestellt wird. In dem Subtrahierer (14) wird der vom Temperaturfühler (11) gemessene Istwert der Flammentemperatur mit dem Sollwert verglichen. Die daraus resultierende Regelabweichung steuert einen Proportionalverstärker (16) und einen Integrator (17). Deren Ausgangsspannungen werden in einem Addierer (18) addiert.

Dem Addierer (18) ist ein elektronischer Drehzahlbegrenzer (19) nachgeschaltet. Dieser begrenzt die Drehzahl des Gebläses (5) und damit den vom Gebläse (5) erzeugten Luftdruck auf einen für die Leistung des Gasheizkessels erforderlichen Wert. Der Drehzahlbegrenzer (19) liefert eine Steuerspannung (Ust) an einen Subtrahierer (20).

Zur Regelung der Drehzahl des Gebläses (5) ist ein Drehzahlgeber (21) vorgesehen, der beispielsweise von einer Schlitzscheibe und einer Gabellichtschranke gebildet ist. In einem Wandler (22) werden die durch die Drehzahl erzeugten Impulse in eine drehzahlproportionale Spannung umgewandelt und am Subtrahierer (20) mit der Steuerspannung (Ust) verglichen. Die sich dabei ergebende Regelabweichung steuert über einen spannungsabhängigen Phasenschieber (23) ein Leistungsstellglied (24) des Motors (25) des Gebläses (5).

Einerseits ist durch den Drehzahlbegrenzer (19) sichergestellt, daß die Gebläsedrehzahl unabhängig von der Flammentemperatur auf einen Mindestwert festgelegt wird, so daß in einer Kaltstartphase des Brenners ansonsten auftretende Spitzen der CO-Emission abgebaut werden. Andererseits stellt der Drehzahlbegrenzer (19) sicher, daß die Drehzahl einen Maximalwert nicht übersteigt. Dieser ist so festgelegt, daß es nicht zu einem Abheben der Flammen vom Flächenbrenner (10) kommen kann.

Außerdem ist eine Mindestdrehzahlkontrollschaltung (26) vorgesehen, die in Verbindung mit einem nicht näher dargestellten Gasfeuerungsautomaten, welcher die Gaszufuhr zur Gaszuführungsleitung (1) steuert, gewährleistet, daß während einer Vorspülzeit vor der Verbrennung die Mischkammer (4), die Brennrohre (3) und der Feuerraum mit einer mehrfachen Luftmenge durchgespült werden.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Brenners ist im wesentlichen folgende:

Bei Wärmeanforderung, gesteuert über den Gasfeuerungsautomaten, erfolgt zunächst mit Hilfe des Gebläses (5) eine Vorspülung des Brenners und des Feuerraumes. Nach einer Vorspülzeit von ca. 30 sec und nachdem die Mindestdrehzahl des Gebläses erreicht ist, strömt Gas durch die Gaszuführungsleitung (1) zu den Gasdüsen (2). In der Mischkammer (4) wird das Gas mit der Vorspülluft, als Primärluft, beigemischt. Es ergibt sich ein homogenes Gas-Luftgemisch, das aus den Vormischdüsen (8) auf die Brennrohre (3) gerichtet beschleunigt austritt. Zwischen den Vormischdüsen (8) und den Brennrohren (3) nehmen die Gasgemischströme unter atmosphärischem Druck stehende Sekundärluft mit. Die Aufteilung ist etwa so getroffen, daß der Luftanteil zu 70% aus Primärluft und zu 30% aus Sekundärluft besteht. Das Gas-Luftgemisch tritt an dem Flächenbrenner (10) aus, wird mittels einer Funkenstrecke entzündet und verbrennt dort.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem Brenner mit einer Leistung von 24 kW bei einer Verbrennung von Methan im Abgas ein unverdünnter Stickoxidgehalt von nur ca. 20 ppm auftritt, wogegen sich bei einem vergleichbaren atmosphärischen Brenner ein Stickoxidgehalt von 120 bis 130 ppm ergab.

Der Sollwertsteller (15) ist auf einen Sollwert der Flammentemperatur eingestellt, bei dem sich ein möglichst geringer Stickoxidgehalt im Abgas ergibt. Dieser Sollwert liegt unter 1000°C.

Die Flammentemperatur ändert sich an sich in Abhängigkeit von der zugeführten Gasmenge und der Gasqualität. Diese Änderung der Flammentemperatur hätte eine Verschlechterung der Emissionswerte zur Folge. Der Temperaturfühler (11) jedoch erfaßt die Flammentemperatur. Über die Steuerschaltung (12) wird dann die Drehzahl des Gebläses (5) so erniedrigt bzw. erhöht, daß sich die geförderte Primärluftmenge entsprechend ändert. Diese Änderung der geförderten Primärluftmenge hat zugleich eine Änderung der angesaugten Sekundärluft zur Folge. Damit wird eine beim Sollwert liegende Flammentemperatur erreicht.

Claims (9)

1. Gasgebläsebrenner eines Gasheizgeräts, wobei wenigstens eine Gasdüse in eine Mischkammer mündet, der ein Gebläse Verbrennungsluft zuführt, und das Gas- Luftgemisch von der Mischkammer zu einem Gemischaustritt strömt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Luftgemisch zwischen der Mischkammer (4) und dem Gasgemischaustritt Sekundärluft ansaugt, daß ein Temperaturfühler (11) einer Steuerschaltung (12) die Flammentemperatur am Gemischaustritt erfaßt und daß die Steuerschaltung (12) die Fördermenge des Gebläses (5) so einstellt, daß sich eine im wesentlichen konstante Flammentemperatur ergibt.

2. Gasgebläsebrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas-Luftgemisch aus der Mischkammer (4) über wenigstens eine Vormischdüse (8) in wenigstens ein Brennrohr (3) eintritt, wobei das Gas- Luftgemisch die Sekundärluft in das Brennrohr (3) saugt.

3. Gasgebläsebrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (12) die Drehzahl des Gebläses (5) unabhängig von der Flammentemperatur auf einen Mindestwert begrenzt.

4. Gasgebläsebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (12) die Drehzahl des Gebläses (5) unabhängig von der Flammentemperatur auf eine Höchstdrehzahl begrenzt.

5. Gasgebläsebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (5) während einer Vorspülzeit Luft durch den Brenner fördert.

6. Gasgebläsebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (12) einen Sollwertsteller (15) aufweist, mit dem die Flammen-Solltemperatur einstellbar ist.

7. Gasgebläsebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennrohr (3) mit einem Verteilerring (9) versehen ist.

8. Gasgebläsebrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Brennrohr (3) ein Flächenbrenner (10) angeordnet ist, der von Keramikplatten oder einem metallischen Geflecht oder Gewirk gebildet ist.

9. Gasgebläsebrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsseite der Flächenbrenner (10) flach, gewölbt oder dachartig spitz ausgebildet ist.