DE4127883A1

DE4127883A1 - DEVICE FOR HEAT GENERATION BY CATALYTIC COMBUSTION

Info

Publication number: DE4127883A1
Application number: DE19914127883
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Ing Wettstein; Viktor Dr Ing Scherer
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1991-08-22
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1993-02-25
Also published as: EP0529474A2; EP0529474A3; JPH05203109A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Wär meerzeugung durch katalytische Verbrennung eines gasför migen oder flüssigen Brennstoffs.The invention relates to a device for heat Sea generation through the catalytic combustion of a gas or liquid fuel.

Solche Einrichtungen können z. B. als Heizanlagen in Ge bäuden, insbesondere für Heizanlagen mit einer Leistung von einigen 100 kW Anwendung finden.Such facilities can e.g. B. as heating systems in Ge buildings, especially for heating systems with one output of some 100 kW are used.

Konventionelle Brenner verursachen thermische NO_x-Emis sionen von etwa 150 mg/m³. Es ist aus Joos L., Stand der NO_x-Emissionen und der Minderungsmaßnahmen bei Gasfeue rungen im HuK-Bereich, Gaswärme international, Bd. 35, 4, 1986, Seite 187 bis 195 bekannt, daß durch Verwendung eines katalytischen Brenners eine deutliche NO_x-Redukti on, nämlich um etwa 95% erzielt werden kann. Allerdings besteht bei katalytischen Brennern die Gefahr, daß sich das vor dem Eintritt in den Brennerraum hergestellte Brennstoff-Luft-Gemisch selbst entzündet. Eine erforder liche Vorheizung des Brennstoff-Luft-Gemisches auf etwa 300 bis 500°C bzw. ein Verdampfen von flüssigen Brenn stoffen verursacht apparativen Zusatzaufwand. In BWK, Bd. 39 (1987) Nr. 718, Seiten 370 bis 374 ist die kata lytische Verbrennung von Wasserstoff beschrieben und es sind Maßnahmen zur Vermeidung einer Selbstentzündung angegeben, nämlich ein Vormischbrenner mit einem kataly tischen Heizer, dessen Katalysatorschicht an jedem Punkt unter der Selbstentzündungstemperatur von Wasserstoff liegt, sowie ein Katalysator mit gedämpfter Temperatur abhängigkeit der Umsatzleistung, wozu eine besondere Katalysatorstruktur erforderlich ist. Für Hochtempera turbrenner wird die erwähnte Vormischung des Brenngases mit Luft und Vorheizung des Gemisches vorgeschlagen.Conventional burners cause thermal NO _x emissions of around 150 mg / m ³ . It is known from Joos L., status of NO _x emissions and the reduction measures for gas firing in the HuK area, Gaswärme international, Vol. 35, 4, 1986, pages 187 to 195 that a clear NO _x reduction, namely, can be achieved by about 95%. However, with catalytic burners there is a risk that the fuel-air mixture produced before entering the burner chamber will ignite itself. A prerequisite preheating of the fuel-air mixture to about 300 to 500 ° C or an evaporation of liquid fuels causes additional equipment costs. BWK, vol. 39 (1987) No. 718, pages 370 to 374 describes the catalytic combustion of hydrogen and measures for avoiding self-ignition are specified, namely a premix burner with a catalytic heater, the catalyst layer of which is underneath at every point the self-ignition temperature of hydrogen, as well as a catalytic converter with a damped temperature, depending on the sales performance, for which purpose a special catalytic converter structure is required. For high-temperature burners, the aforementioned premixing of the fuel gas with air and preheating the mixture is proposed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbes serte Einrichtung zur Wärmeerzeugung durch katalytische Verbrennung anzugeben.The invention has for its object a verbes Serte device for heat generation by catalytic Specify combustion.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur Wärmeerzeugung durch katalytische Verbrennung eines gas förmigen oder flüssigen Brennstoffs, bei der einer kata lytischen Brennkammer ein Brennstoff/Luft-Mischer vorge schaltet und ein Wärmetauscher zur Wärmeauskopplung nachgeschaltet ist, wobei vor dem Brennstoff/Luft-Mi scher ein Brennstoff/Abgas-Mischer angeordnet ist, dem ein Teil des Abgases der Einrichtung zugeführt ist und wobei Mittel zur geregelten Beheizung des Brennstoff-Ab gas-Luftgemisches vorhanden sind.This object is achieved by a device for Heat generation through catalytic combustion of a gas shaped or liquid fuel, in which a kata lytic combustor a fuel / air mixer pre switches and a heat exchanger for heat extraction is connected downstream, before the fuel / air Mi a fuel / exhaust gas mixer is arranged, the part of the exhaust gas is supplied to the device and whereby means for controlled heating of the fuel-Ab gas-air mixture are present.

Die vorgeschlagene Abgasrückführung zur Zumischung des Abgases als Inertgas zum Brennstoff in einem Brenn stoff/Abgas-Mischer setzt vorteilhaft die Zündfähigkeit des Gemisches herab. Da außerdem der Heizwert des Gasge misches durch die Abgaszumischung verringert wird, ist die Verbrennungstemperatur niedriger als bei konventio nellen Einrichtungen und dadurch auch die NO_x-Emission. The proposed exhaust gas recirculation for admixing the exhaust gas as an inert gas to the fuel in a fuel / exhaust gas mixer advantageously reduces the ignitability of the mixture. In addition, since the calorific value of the gas mixture is reduced by the exhaust gas admixture, the combustion temperature is lower than that of conventional devices and therefore also the NO _x emissions.

Damit der katalytische Brenner arbeitet, muß eine Vor heizung des zugeführten Gemisches erfolgen. Dies kann beispielsweise durch elektrische Beheizung oder mit Hil fe eines Oberflächen-Wärmetauschers durch das von der Gesamteinrichtung erzeugte Heißwasser erfolgen. Es ist auch möglich, einen Oberflächen-Wärmetauscher anzuordnen und helles Rauchgas zur Vorheizung des Brennstoff/Luft Gemisches zu nutzen.In order for the catalytic burner to work, a pre heating of the mixture supplied. This can for example by electrical heating or with Hil fe of a surface heat exchanger by the of the All hot water generated. It is also possible to arrange a surface heat exchanger and light flue gas to preheat the fuel / air To use mixtures.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Teil der Abgase als heißes Rauchgas vom Brennerausgang auf den Brennstoff/Abgas-Mischer zurückgeführt, wodurch die Vor wärmung des Brennstoff-Luft-Gemisches ohne Oberflächen-Wärmetauscher möglich ist und auch ein Verdampfen eines flüssigen Brennstoffs möglich ist.According to an advantageous embodiment, part of the Exhaust gases as hot flue gas from the burner outlet to the Fuel / exhaust mixer returned, eliminating the pre heating the fuel-air mixture without Surface heat exchanger is possible and also an evaporation liquid fuel is possible.

Eine bevorzugte Anordnung ist in der Zeichnung darge stellt und nachstehend beschrieben.A preferred arrangement is shown in the drawing represents and described below.

Einer als Brennstoff/Abgas-Mischer 1 bezeichneten ersten Mischkammer ist Brennstoff B, z. B. Erdgas, zugeführt. In dem Brennstoff/Abgas-Mischer 1 wird der Brennstoff B mit kaltem Abgas A gemischt, das vom Ausgang der Gesamtein richtung mit einer zweiten Rückführleitung 6 zurückge führt ist, wodurch die Selbstzündgefahr gemindert ist. Zur Vorwärmung des Brennstoffs B wird außerdem über eine erste Rückführleitung 5 heißes Rauchgas R vom Ausgang eines katalytischen Brenners 3 auf den Brennstoff/Ab gas-Mischer 1 zurückgeführt. Nicht dargestellt sind Mit tel zur Steuerung und Regelung der Massenströme der bei den Abgasströme um eine gewünschte Temperatur des am Brenner 3 eintretenden Gemisches zu erzielen.A first mixing chamber designated as fuel / exhaust gas mixer 1 is fuel B, e.g. B. natural gas. In the fuel / exhaust gas mixer 1 , the fuel B is mixed with cold exhaust gas A, which leads back from the outlet of the overall device with a second return line 6 , thereby reducing the risk of auto-ignition. To preheat the fuel B, hot flue gas R is also returned from the outlet of a catalytic burner 3 to the fuel / exhaust gas mixer 1 via a first return line 5 . Not shown are with tel for controlling and regulating the mass flows of the exhaust gas flows to achieve a desired temperature of the mixture entering the burner 3 .

Zwischen dem Brennstoff/Ahgas-Mischer 1 und dem Brenner 3 ist ein Brennstoff/Luft-Mischer 2 als zweite Mischkam mer angeordnet, der Luft L zugeführt ist. Erforderliche Mittel zur Regelung der Luftzufuhr zur Einstellung eines bestimmten Lambda-Wertes sind nicht dargestellt.Between the fuel / Ahgas mixer 1 and the burner 3 , a fuel / air mixer 2 is arranged as a second Mischkam mer, the air L is supplied. Necessary means for regulating the air supply to set a certain lambda value are not shown.

Dem Brenner 3 ist ein Wärmetauscher 4 nachgeschaltet, mit dessen Hilfe Wärme vom heißen Rauchgas R auf einen Wasserkreislauf W übertragen wird.A burner 3 is followed by a heat exchanger 4 , with the aid of which heat is transferred from the hot flue gas R to a water cycle W.

Claims

1. Device for generating heat by catalytic combustion of a gaseous or liquid fuel, in which a fuel / air mixer is connected upstream of a catalytic combustion chamber and a heat exchanger is connected downstream for heat extraction, as characterized in that before the fuel / air mixer a fuel / exhaust gas mixer is arranged, to which part of the exhaust gas of the device is supplied and that means for the controlled heating of the fuel-off gas-air mixture are present.

2. Device according to claim 1, characterized in that a first part of the exhaust gas is tapped at the outlet of the combustion chamber ( 3 ) and via a first return line ( 5 ) the fuel / exhaust gas mixer ( 1 ) for heating the fuel exhaust gas Air mixture is supplied and that a second part of the exhaust gas is tapped at the outlet of the heat exchanger ( 4 ) and is fed to the fuel / exhaust gas mixer ( 1 ) via a second return line ( 6 ), means being provided for regulating the mass flows of the two exhaust gas recirculations to set a predetermined temperature of the fuel-exhaust gas-air mixture.