DE4036316C2

DE4036316C2 - Verfahren zur Verminderung der Stickoxidemission an einem Vormischbrenner

Info

Publication number: DE4036316C2
Application number: DE19904036316
Authority: DE
Inventors: Hans-Albrecht Kohlmann
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1990-11-10
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2010-11-11
Also published as: ATA262189A; AT400073B; DE4036316A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Stickoxidemission an einem Vormischbrenner, insbesondere atmosphärischem Vormisch-Gasbrenner, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem gattungsgemäßen Brenner (DE 85 26 207 U1) ist es möglich, durch Anordnung von Wärmeleitstäben an den Brennerstäben die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich der Brennerflamme abzuleiten und dadurch eine Überhitzung des Brenners, die zur Bildung von Stickoxiden führen kann, zu vermeiden. Die Stickoxid-Konzentration im Abgas liegt bei etwa 100 ppm.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angeführten Art anzugeben, mit dem durch einfache Maßnahmen eine weitere Verminderung der Stickoxidemission zu er zielen ist.

Erfindungsgemäß gelingt dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Durch das erfindungsgemäße Verhältnis C ist eine Optimierung der Brennkammer- und Brennergeometrie erreichbar, durch die der NO_x-Anteil im Abgas unter 75 ppm gehalten werden kann. Hierbei ergibt sich die Brennkammerhöhe aus der maximalen Flam menhöhe.

Es wird somit eine Lehre für das Positionieren der Brennerstäbe in der Brennkammer ver mittelt, durch welche der Stickoxidanteil durch einfaches Einhalten von Brennkammer- und Brenner-Verhältniszahlen unter 75 ppm gehalten werden kann.

Es ist bereits bekannt (DE-PS 6 98 703), an einem Flüssigkeitserhitzer oberhalb eines aus Brennerrohren aufgebauten Brenners einen Lamellenheizkörper anzuordnen. Dabei ist die Höhe von der Oberkante des Brenners bis zur Unterkante des Lamellenheizkörpers so gewählt, daß sie im wesentlichen der Flammenhöhe entspricht.

Nach einer ausgestaltenden Maßnahme bei Brennerstäben mit integrierten Wärmeleitstä ben gemäß Patentanspruch 2 kann das Verhältnis C = 1 sein, um den maximal zulässigen NO_x-Emissionswert noch einhalten zu können.

Nachfolgend soll anhand einer Figur eines Beispiels die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt schematisch eine Brennkammer 1 mit Brennerstäben 2, welche einen Durchmesser D_B aufweisen. Die Brennerstäbe 2 sind schematisch im Querschnitt darge stellt und zeigen ein Mischrohr 3 mit einem Durchmesser D_M bei einem atmosphärischen Vormisch-Gasbrenner. Die Rohrwandung 4 des Brennerstabes 2 weist an der der Brenn kammer 1 zugewendeten Oberseite scharenweise angeordnete Austrittsöff nungen für ein Brennstoff-Luftgemisch mit den Flammenreihen 5 auf. Der Abstand des am weitesten von der Brennkam merlängswand 7 entfernten Brennerstabes 2 wird mit l_max bezeichnet.

An der Oberseite der Brennkammer 1 befindet sich ein Wärmetauscher 6 mit Anschlüssen für die Vor- und Rücklaufleitung. Der Abstand dieses Wärmetauschers 6 von der Oberkante des Brennerstabes 2 wird mit h bezeichnet und stellt ein Maß für die Brennkammerhöhe dar.

Es ist bekannt, daß die räumliche Anordnung eines Brennerstabes in der Brennkammer einen Einfluß auf die Schadstoffemission eines Brenners besitzt. Aufgrund dieser Tatsache ist untersucht worden, Verhältniszahlen für die Positionierung von Brennerstäben in der Brennkammer zu ermitteln, für welche die NO_x-Emission einen Wert unter 75 ppm aufweist. Es hat sich gezeigt, daß dies bei einem Verhältnis C 1 der Fall ist. Es gibt das Verhältnis aus dem Produkt des maximalen Abstandes l_max zwischen Brennerstab 2 und Brennkammerlängswand 7 und der minimal erforderlichen Brennkammerhöhe h, d. h. dem Abstand von der Oberkante des Brennerstabes 2 zur Unterkante des Wärmetauschers 6, welcher von der maximalen Flammenhöhe abhängig ist, und dem Produkt aus dem Ge samtquerschnitt F_A der Austrittsöffnungen der Brennerstäbe 2, dem Verhältnis aus Misch rohrdurchmesser D_M und Düsendurchmesser D_D und dem Verhältnis aus Brennerstabdurch messer D_B zu einem Brennerstabdurchmesser von 40 mm an. Als Formel dargestellt ergibt sich:

Die NO_x-Emission ist daher als Funktion von C darstellbar.

Aus dieser Beziehung ergibt sich nun als Anweisung für die Positionierung der Brenner stäbe 2 in der Brennkammer 1:

l_max × h F_A × D_M/D_D × D_B/40

Hierin bedeuten:
F_A = n × F_a, Gesamtquerschnitt der Austrittsöffnungen von n Brennerstäben 2 in [mm²]
D_M = Mischrohrdurchmesser in [mm]
D_D = Düsendurchmesser in [mm]
D_B = Brennerstabdurchmesser in [mm].

Der Wert 40 stellt den bei der Versuchsreihe verwendeten Brennerstabdurchmesser von 40 mm dar.

Ist die Anzahl der Brennerstäbe 2 und die Brennergeometrie bekannt, so kann die Brenn kammerhöhe aus der maximalen Flammenhöhe ermittelt werden. Die wichtigste konstruk tive Entscheidung hierbei ist die Festlegung des engsten Mischrohrdurchmessers. Damit wird nicht nur der Erstluftanteil bestimmt, sondern es wird gleichzeitig darüber entschieden, welcher Volumenstrom und damit auch welcher Druck und welcher Impuls an den Brenner austrittsöffnungen zur Verfügung steht. Gewöhnlich ist ein Kompromiß zwischen der aus Regelgründen erwünschten Verminderung der Luftzufuhr und der damit verbundenen Ver längerung und Rußneigung der Flamme zu treffen.

Nach Ermittlung der erforderlichen Brennkammerhöhe und der oben genannten Abmes sungen läßt sich der maximale Abstand

l_max F_A/h × D_M/D_D × D_D/40

bestimmen.

Bei Anordnung nur eines Brennerstabes 2 könnte damit die maximale Brennkammerbreite mit 2 × l_max festgelegt werden. Werden mehrere, gesamtleistungsmäßig natürlich entspre chende Brennerstäbe 2 angeordnet, so gilt als maximaler Abstand die Position des am weitesten von einer Brennkammerlängswand 7 entfernten Brennerstabes 2. Der kleinste Abstand zwischen den Brennerstäben 2 untereinander ist nach der für das zum Einsatz gelangende Heizgas üblichen Berechnungsregel vorzusehen. Bei Anordnung einer unge raden Anzahl von Brennerstäben 2 ergibt sich wieder die maximale Brennkammerweite mit 2 × l_max.

Werden Brennerstäbe mit integrierten Wärmeleitstäben verwendet, so kann das Verhältnis C mit 1 festgelegt werden, das heißt

l_max = F_A/h × D_M/D_D × D_B/40

Claims

1. Verfahren zur Verminderung der Stickoxidemission an einem Vormischbrenner, insbesondere atmosphärischen Vormisch-Gasbrenner, mit wenigstens einem langgestreckten, am Boden einer Brennkammer angeordneten und mit integrierten Wärme leitstäben ausstattbaren Brennerstab mit einem Brennerstab durchmesser D_B, dem über eine Brennstoffdüse mit einem Düsendurchmesser D_D und ein Mischrohr mit einem Mischrohrdurch messer D_M ein Brennstoff-Luftgemisch zuführbar ist, dessen Rohrwandung an ihrer der Brennkammer zugewendeten Ober seite scharenweise angeordnete Austrittsöffnungen für das Brennstoff-Luftgemisch aufweist und der in einem Abstand zur strahlungsaufnehmenden seitlichen Brennkammerlängswand und in einem Abstand h - Brennkammerhöhe - von seiner Oberkante zur Unterkante eines Wärmetauschers am oberen Ende der Brennkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis C aus dem Produkt des maximalen Abstandes l_max zwischen Brennerstab und Brennkammerlängswand und dem minimal erforderlichen Abstand h und dem Produkt aus dem Ge samtquerschnitt F_A der Austrittsöffnungen der Brennerstäbe, dem Verhältnis aus den Durchmessern D_M und D_D und dem Verhältnis aus Brennerstabdurchmesser D_B zu einem Brennerstabdurch messer von 40 mm so bemessen wird, daß es ergibt:

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Brennerstäben mit integrierten Wärmeleitstäben der maximale Abstand (l_max) zwischen Brennerstab und Brennkammerlängswand aus l_max = F_A/h × D_M/D_D< × D_B/40ermittelt wird, daß also das Verhältnis C = 1 zu wählen ist.