DE4131975A1

DE4131975A1 - Anordnung zur reduktion von stickstoffoxyden im abgas einer feuerungsanlage

Info

Publication number: DE4131975A1
Application number: DE19914131975
Authority: DE
Inventors: Rene Mark
Original assignee: REMAC UMWELTTECHNIK R MARK
Current assignee: REMAC UMWELTTECHNIK R MARK
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 1992-04-02
Anticipated expiration: 2011-09-26
Also published as: DE4131975C2; CH681386A5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduktion von Stickstoff oxyden im Abgas einer Feuerungsanlage, mit einem in einem Kessel angeord neten Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe und mit mindestens einem einen Teil des Abgases mittels eines Abgasgebläses dem Brenner strom abwärts zur Flammenwurzel zurückführenden Rückführrohr.

Aus der US-A-38 54 455 ist eine Großheizanlage mit einem zur Verbrennung mindestens eines Brennstoffes vorgesehenen Brenner, mit einem zwischen dem Brenner und einem Kamin angeordneten Kessel und mit einem einen Teil des Abgases dem Brenner stromabwärts zur Flammenwurzel zurückführenden Rück führrohr bekannt. Ein Teil des Abgases wird zwischen dem Kessel und dem Kamin in einem Kaminanschlußstück dem Abgas entnommen und mittels eines Abgasgebläses durch das Rückführrohr zur Flammenwurzel zurückgeführt. Eine in diesem Rückführrohr untergebrachte, durch eine Steuerung beeinflußbare Regelklappe reguliert die Menge des zur Flammenwurzel zurückgeführten Abgases. Die Rückführung eines Teiles des Abgases zur Flammenwurzel dient bei dieser Großheizanlage zur Regulierung der Kesseltemperatur. Diese Einrich tung muß bereits bei der Planung der Großheizanlage vorgesehen sein, ein Nachrüsten einer bestehenden Anlage wäre mit einem aufwendigen Umbau verbunden.

Aus der DE-A-8 76 398 war es bereits bekannt, die Reduktion von Stickstoff oxyden dadurch zu erreichen, daß man das stickstoffoxydhaltige Gas in eine Gas- oder Heizölflamme seitlich mit so großer Geschwindigkeit einbläst, daß eine turbulente Strömung entsteht. Das stickstoffoxydhaltige Gas wird dabei wenig von der Brenneröffnung entfernt schräg zur Längsrichtung der Flamme zugeführt. Das stickstoffoxydhaltige Gas kann nach dieser Druckschrift auch noch etwa 40% Luft und Wasserdampf enthalten, in dieser deutschen Patent schrift ist nur das Verfahren und keine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ausführlich beschrieben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei welcher die Ausbildung der Rückführung eines Teiles des Abgases zur Flammenwurzel einfach und wirtschaftlich vorteilhaft ist und nicht nur für neue Feuerungsanlagen, sondern mit verhältnismäßig kleinem Aufwand auch für den nachträglichen Einbau in bestehenden Feuerungsanlangen geeignet ist und eine an sich bekannte Reduktion von Stickstoffoxyden im Abgas einer Feuerungsanlage ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß das Rückführrohr vom Brenner und von einem Flammrohr des Brenners beabstandet durch die Kesselwandung geführt und darin befestigt ist und einen daran dicht befestigten, konzentrisch um die Flammenwurzel liegenden, mit mindestens einer den einen Teil des Abgases zur Flammenwurzel führenden Öffnung versehenen Hohlring trägt, dessen Innenraum mit dem ihn tragenden Rückführrohr kommuniziert. Dadurch, daß der Hohlring und das ihn tragende Rückführrohr vom Brenner und vom Flammrohr getrennt und unabhängig ist, ist es möglich, eine bestehende Feu erungsanlage nachträglich und einfach, ohne Änderung des Brenners nachzurüsten. - Bei der Montage muß lediglich in der Kesselwandung eine Bohrung angebracht und das Rückführrohr mit dem daran festsitzenden Hohlring darin befestigt werden.

Der Hohlring liegt mit Vorteil dem Brenner stromabwärts nach dem Flammrohr und berührt höchstens das Ende des Flammrohres. Diese Anordnung erlaubt eine besonders einfache Montage des Hohlringes.

Der Hohlring kann eine Toroidform aufweisen. Der Hohlring kann auch aus zwei koaxialen Zylindern gebildet sein, wobei der zylindrische Zwischenraum an beiden Enden abgeschlossen ist.

Der Hohlring selber kann mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte und auf die Flamme gerichtete Öffnungen aufweisen. Dabei sind die Öffnungen in einem zwischen der radialen und der dem Brenner abgekehrten axialen Richtung liegenden Bereich auf die Flamme gerichtet. Die am Hohlring vorhandenen Öffnungen können mit am Hohlring angebrachten, mit ihren Mündungen in einem zwischen der radialen und der dem Brenner abgekehrten axialen Richtung liegenden Bereich auf die Flamme gerichteten Blasrohrstücken versehen sein. Die am Hohlring angebrachten Blasrohrstücke können in der dem Brenner abgekehr ten Axialrichtung gebogen sein. Diese Anordnungen ermöglichen eine optimale Auslegung der Rückführung des einen Teiles des Abgases zur Flammenwurzel.

Der Hohlring kann an seinem inneren Umfang einen durchgehenden Schlitz aufweisen. Die Herstellung des Hohlringes wird bei dieser Anordnung sehr einfach.

Mindestens an einer Seite des Hohlringes kann ein daran befestigter Flammleit zylinder vorstehen. Der Hohlring kann den Flammleitzylinder umschließen und der unter dem Hohlring liegende Flammleitzylinder mehrere mit dem Innenraum des Hohlzylinders kommunizierende, am Umfang gleichmäßig verteilte Öffnun gen aufweisen. Der Flammleitzylinder lenkt und hält die Flamme im Hohlring, wo die stickstoffoxydhaltigen Gase der Flamme zugeführt werden.

Der Hohlring kann über das Ende des Flammrohres geschoben sein und das darunterliegende Flammrohr mehrere mit dem Innenraum des Hohlringes kom munizierende, am Umfang gleichmäßig verteilte Öffnungen aufweisen. Diese Anordnung ist bei einem verhältnismäßig langem Flammrohr vorteilhaft. Mit Vorteil weist der Hohlring bei dieser Anordnung an seinem inneren Umfang einen über den am Umfang verteilten Öffnungen des Flammrohres liegenden Schlitz auf.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Rückführrohr durch die Kesseltüre geführt und darin befestigt ist. Für die Nachrüstung einer bestehenden Feuerungsanlage muß bei dieser Anordnung lediglich in der Kesseltüre ein Loch gebohrt werden, um das den Hohlring tragende Rückführrohr darin befestigen zu können. Das Ausrichten des Hohlringes in bezug auf den Brenner ist dabei auch einfach, weil die Anordnung gut zugänglich ist.

Im durch die Kesselwandung geführten und darin befestigten Rückführrohr kann mindestens ein weiteres Hilfsrohr durch die Kesselwandung geführt sein. Auch im durch die Kesseltüre geführten und darin befestigten Rückführrohr kann mindestens ein weiteres Hilfsrohr durch die Kesseltüre geführt sein. Diese Anordnung erlauben die Durchführung mehrerer Rohre durch eine einzige Bohrung in der Kesselwandung bzw. in der Kesseltüre. Das Hilfsrohr kann dabei im Kessel aus dem Rückführrohr herausgeführt sein und einen zweiten, um die Flamme konzentrisch liegenden, mit mindestens einer auf die Flamme gerich teten Öffnung versehenen Hohlring tragen, oder mit einer auf die Flamme gerichteten Düse abgeschlossen sein. Durch den zweiten Hohlring kann z. B. Frischluft und durch die Düse beispielsweise Luft, Wasser oder Wasserdampf der Flamme zugeführt werden, wobei diese bekannten Maßnahmen auch zur Re duktion des Schadstoffgehaltes im Abgas einer Feuerungsanlage beitragen.

Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Anordnung mit einem Kessel, mit einem Kaminanschlußstück, mit einem Brenner und mit einem Rückführrohr,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 1 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr und einem Hohlring,

Fig. 3 ein eingebautes Rückführrohr mit einem zylindrischen Hohlring,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr und dem Hohlring,

Fig. 5 ein eingebautes Rückführrohr mit einem mit radialen Blasrohrstücken versehenen Hohlring,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 5 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr und dem Hohlring,

Fig. 7 ein eingebautes Rückführrohr mit einem mit gekrümmten Blasrohrstücken versehenen Hohlring,

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 7 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr und dem Hohlring,

Fig. 9 ein eingebautes Rückführrohr mit einem innen mit einem Flammleit zylinder ausgerüsteten Hohlring,

Fig. 10 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 9 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr und dem Hohlring,

Fig. 11 ein eingebautes Rückführrohr mit einem auf das Flammrohr geschobenen Hohlring,

Fig. 12 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 11 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr und dem Hohlring,

Fig. 13 ein eingebautes, einen ersten Hohlring tragendes Rückführrohr mit einem darin befestigten einen zweiten Hohlring tragenden Hilfsrohr mit von der Seite und

Fig. 14 von vorne gesehen,

Fig. 15 ein eingebautes, einen Hohlring tragendes Rückführrohr mit einem darin befestigten, durch eine Düse abgeschlossenen Hilfsrohr.

In Fig. 1 ist eine Feuerungsanalge schematisch dargestellt. In einem Kessel 1 ist ein allgemein bekannter Brenner 2 für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe mit Brenstoff- und Luftzufuhr angeordnet. Der Brenner 2 ist von einem Flammrohr 3 umgeben. Der Kessel 1 ist mit nicht dargestellten, für das zu erwärmende Medium vorgesehenen, dem Flammenraum zugekehrten Leitungen ausgekleidet. In Fig. 1 und in einigen weiter unten aufgeführten Figuren sind die Konturen 4 der Flamme gestrichelt eingezeichnet. Am dem Brenner 2 abgekehr ten Ende mündet der Kessel 1 in ein zwischen dem Kessel 1 und einem Kamin 5 liegendes Kaminanschlußstück 6. Im Kaminanschlußstück 6 wird ein Teil des Abgases entnommen und mittels eines Abgasgebläses 7 über ein Rückführrohr 8 dem Brenner 2 stromabwärts zur Flammenwurzel zurückgeführt. Die Menge des zurückgeführten Abgases kann mit der Regelklappe 9 durch eine entsprechende Steuerung reguliert werden. Das Rückführrohr 8 ist vom Brenner 2 und vom Flammrohr 3 beabstandet durch die an dieser Stelle aus der Kesseltüre 10 gebildete Kesselwandung geführt und darin befestigt. Die Befestigung des Rückführrohres 8 in der Kesseltüre 10 erfolgt je nach Bauart der Kesseltüre 10 durch einfaches Hineinstecken, durch Schweißen oder durch Schrauben. Am Rückführrohr 8 ist ein konzentrisch um die Flammenwurzel liegender, mit mehreren am Umfang gleichmäßig verteilten, radial auf die Flamme gerich teten Öffnungen 11 versehener, toroidförmiger Hohlring 12 befestigt, wie auch Fig. 2 zeigt. In Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr 8 und dem Hohlring 12 dargestellt. Das durch das Rückführrohr 8 zurückgeführte Abgas strömt in den dem Brenner 2 stromabwärts nach dem Flammrohr 3 liegenden Hohlring 12, weil zwischen dem Rückführrohr 8 und dem Inneren des Hohlringes 12 eine kommunizierende Verbindung besteht. Aus dem Hohlring 12 wird das zurückgeführte Abgas über die Öffnungen 11 der Flammenwurzel zugeführt.

Aus Fig. 3 ist eine Anordnung mit einem in der Kesseltüre 10 befestigten Rückführrohr 8 und mit einem aus zwei koaxialen Zylindern 13, 14 gebildeten, zylindrischen Hohlring ersichtlich. Der zylindrische Zwischenraum zwischen den beiden Zylindern 13, 14 ist an beiden Enden des Hohlringes abgeschlossen. Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr 8 und dem zylindrischen Hohlring. Dieser Hohlring ist auch mit mehreren am Umfang gleichmäßig verteilten und auf die Flamme gerich teten Öffnungen 11 versehen.

In Fig. 5 ist eine weitere Anordnung dargestellt, bei welcher die am Hohlring 15 vorhandenen Öffnungen in radial auf die Flamme gerichteten Blasrohrstücke 16 münden. Die Blasrohrstücke 16 sind am Hohlring 15 dicht befestigt. Aus der Fig. 6 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 5 mit der Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr 8 und dem Hohlring 15 ersichtlich.

Die Fig. 7 zeigt, daß in dieser Anordnung die am Hohlring 15 befestigten Blasrohrstücke 17 in dem Brenner 2 abgekehrten Axialrichtung gebogen sind. Fig. 8 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 7 und zeigt die Anschlußstelle zwischen dem Rückführrohr 8 und dem Hohlring 15. Durch entsprechende Biegung der Blasrohrstücke 17 kann der Winkel der auf die Flamme gerichteten Abgasstrahls in einem zwischen der radialen und der dem Brenner 2 abgekehrten axialen Richtung liegenden Bereich optimal gewählt werden.

In der in Fig. 9 schematisch und in Fig. 10 in vergrößertem Ausschnitt gezeigten Anordnung ist der Hohlring 18 an seinem inneren Umfang mit einem durchgehen den Schlitz 19 versehen. Wenn der Hohlring 18 allein eingesetzt wird, strömt das zurückgeführte Abgas durch den Schlitz 19 zur Flammenwurzel. In den Fig. 9 und 10 umschließt aber der Hohlring 18 noch einen daran ange schweißten Flammleitzylinder 20. Der Flammleitzylinder 20 ist unter dem Schlitz 19 mit am Umfang gleichmäßig verteilten Öffnungen 21 versehen, so daß das zurückgeführte Abgas aus dem Hohlring 18 durch den Schlitz 19 und durch die Öffnungen 21 zur Flammenwurzel strömen kann. Der Flammleit zylinder 20 lenkt und hält die Flamme im Bereich der Öffnungen 21, wo die stickstoffoxydhaltigen Gase der Flamme zugeführt werden.

Die Fig. 11 zeigt eine andere Anordnung, bei welcher der an seinem inneren Umfang mit einem Schlitz versehene Hohlring 22 über das Ende des Flamm rohres 3 geschoben ist. Das darunterliegende Flammrohr 3 trägt, wie aus Fig. 12 hervorgeht, mehrere mit dem Innenraum des Hohlringes 22 kommunizierende, am Umfang gleichmäßig verteilte Öffnungen 23.

In Fig. 13 ist im durch die Kesseltüre 10 geführten und darin befestigten Rückführrohr 8 ein weiteres Hilfsrohr 24 durch die Kesseltüre 10 geführt. Das Hilfsrohr 24 ist im Kessel 1 aus dem Rückführrohr 8 herausgeführt und trägt einen zweiten, um die Flamme konzentrisch liegenden, mit auf die Flamme gerichteten Öffnungen versehenen Hohlring 25. Das Rückführrohr 8 trägt den Hohlring 12. Diese Anordnung ermöglicht einerseits eine einfache Montage von zwei durch die Kesseltüre 10 geführten Rohrleitungen durch ein einziges Loch und andererseits die Anwendung mehrerer Maßnahmen zur Reduktion der Schad stoffe im Abgas. Durch den Hohlring 12 wird das zurückgeführte Abgas der Flammenwurzel zugeführt. Der zweite Hohlring 25 kann entweder auch Abgas zur Flammenwurzel führen oder zur Durchführung einer Stufenverbrennung dienen, indem das mit für eine Verbrennung nur ungenügender Luftmenge gemischte Brennstoff durch den Brenner 2 in den Kessel 1 eingeführt und nach einer unvollständigen Verbrennung unter dem zweiten Hohlring 25 durch Zufuhr von Frischluft vollständig verbrannt wird. Durch den zweiten Hohlring 25 ist die Zufuhr beliebiger Medien möglich.

Auch in der in Fig. 15 gezeigten Anordnung wird im Rückführrohr 8 ein Hilfsrohr 26 durch die Kesseltüre 10 in den Kessel 1 hineingeführt. Das Hilsrohr 26 ist im Kessel 1 aus dem Rückführrohr 8 herausgeführt und mit einer auf die Flamme gerichteten Düse 27 abgeschlossen. Durch diese Düse 27 kann beispiels weise auch Abgas, Luft, Wasser oder Wasserdampf der Flamme zugeführt werden, wodurch auch eine Reduktion der Schadstoffe im Abgas erreicht wird.

Claims

1. Anordnung zur Reduktion von Stickstoffoxyden im Abgas einer Feue rungsanlage, mit einem in einem Kessel (1) angeordneten Brenner (2) für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe und mit mindestens einem einen Teil des Abgases mittels eines Abgasgebläses (7) dem Brenner (2) stromabwärts zur Flammenwurzel zurückführenden Rückführrohr (8), dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführrohr (8) vom Brenner (2) und von einem Flammrohr (3) des Brenners (2) beabstandet durch die Kesselwandung geführt und darin befestigt ist und einen daran dicht befestigten, konzentrisch um die Flammenwurzel liegenden, mit mindestens einer den einen Teil des Abgases zur Flammenwurzel führenden Öffnung (11) versehenen Hohlring (12, 15, 18, 22) trägt, dessen Innen raum mit dem ihn tragenden Rückführrohr (8) kommuniziert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring (12, 15, 18) dem Brenner (2) stromabwärts nach dem Flammrohr (3) liegt und höchstens das Ende des Flammrohres (3) berührt.

3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring (12, 15, 18, 22) eine Toroidform aufweist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring aus zwei koaxialen Zylindern (13, 14) gebildet ist, wobei der zylindrische Zwischenraum an beiden Enden abgeschlossen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring (12) mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte und auf die Flamme gerichtete Öffnungen (11) aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnun gen (11) in einem zwischen der radialen und der dem Brenner abgekehrten axialen Richtung liegenden Bereich auf die Flamme gerichtet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die am Hohlring vorhandenen Öffnungen mit am Hohlring (15) angebrachten, mit ihren Mündungen in einem zwischen der radialen und der dem Brenner abgekehrten axialen Richtung liegenden Bereich auf die Flamme gerichteten Blasrohrstücken (16) versehen sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am Hohlring (15) angebrachten Blasrohrstücke (17) in dem Brenner (2) abgekehrten Axialrichtung gebogen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring (18) an seinem inneren Umfang einen durchgehenden Schlitz (29) aufweist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Seite des Hohlringes (18) ein daran befestigter Flammleitzylinder (20) vorsteht.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring (18) den Flammleitzylinder (20) umschließt und der unter dem Hohlring (18) liegende Flammleitzylinder (20) mehrere mit dem Innenraum des Hohlringes (18) kommunizierende, am Umfang gleichmäßig verteilte Öffnungen (21) aufweist.

12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring (22) über das Ende des Flammrohrs (3) geschoben ist und das darunterliegende Flammrohr (3) mehrere mit dem Innenraum des Hohlringes (22) kommunizierende, am Umfang gleichmäßig verteilte Öffnungen (23) aufweist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlring (22) an seinem inneren Umfang einen über den am Umfang verteilten Öffnungen (23) des Flammrohres (3) liegenden Schlitz aufweist.

14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückführ rohr (8) durch die Kesseltüre (10) geführt und darin befestigt ist.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im durch die Kesselwandung geführten und darin befestigten Rückführrohr (8) mindestens ein weiteres Hilfsrohr (24, 26) durch die Kesselwandung geführt ist.

16. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im durch die Kesseltüre (10) geführten und darin befestigten Rückführrohr (8) mindestens ein weiteres Hilfsrohr (24, 26) durch die Kesseltüre (10) geführt ist.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsrohr (24) im Kessel (1) aus dem Rückführrohr (8) herausgeführt ist und einen zweiten, um die Flamme konzentrisch liegenden, mit mindestens einer auf die Flamme gerichteten Öffnung versehenen Hohlring (25) trägt.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsrohr (26) im Kessel (1) aus dem Rückführrohr (8) herausge führt und mit einer auf die Flamme gerichteten Düse (27) abgeschlossen ist.