DE4217215A1

DE4217215A1 - Gas fired boiler - comprises sectional water jacket with one intermediate section extending from upper part of combustion chamber down to burner level

Info

Publication number: DE4217215A1
Application number: DE19924217215
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Schultz
Original assignee: KOERTING AG
Current assignee: KOERTING AG
Priority date: 1992-05-23
Filing date: 1992-05-23
Publication date: 1993-11-25

Abstract

The boiler has an atmospheric gas burner comprising under stoichiometric premixing burner arms (9) mounted on the front panel of the combustion chamber. Above the burner level (18) are two vertical parallel water jacket sections (2, 3) which enclose the combustion chamber (13). A further section (4) is located centrally between the other two, and extends vertically from the top of the chamber down to the burner level. The outer surfaces of these sections are ribbed convection heaters and the lower part of the middle section lies in the flame area, thus forming twin chambers (13a, 13b), with a burner arm (9) to each part and flames directed left and right onto the section surfaces. ADVANTAGE - Simple and economic construction. Reduces emission of nitrous oxide.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasheizkessel mit einem atmosphärischen Gasbrenner, der aus unterstöchiometrisch vormi schenden Brennerstäben besteht, welche an einer die Brennkammer vorn abschließenden Brennerplatte montiert sind, und mit mehre ren, oberhalb der Brennerebene parallel nebeneinander angeordne ten, von Wasser durchströmten Gußgliedern, die die Brennkammer bilden und zwischen denen oberhalb der Brennkammer berippte Nach schalt-Heizflächen angeordnet sind, wobei die Gußglieder aus einem linken und einem rechten, die Brennkammer seitlich begren zenden Endglied sowie einem oder mehreren, die Brennkammer hinten und oben begrenzenden Mittelgliedern bestehen.The invention relates to a gas boiler with a atmospheric gas burner, which consists of substoichiometric premi shearing burner rods, which on a the combustion chamber front burner plate are mounted, and with several ren, parallel to each other above the burner level cast water flowed through the combustion chamber form and between those finned night above the combustion chamber switching heating surfaces are arranged, with the cast members one left and one right, the combustion chamber to the side end member and one or more, the combustion chamber behind and middle members delimiting above.

Bei solchen Heizkesseln werden in der Regel Injektoren zur Einspeisung des Brenngases in die Brennkammer verwendet, wo bei ein Teil der Verbrennungsluft als Primärluft von den Injekto ren angesaugt wird, während der restliche Teil der Verbrennungs luft als Sekundärluft durch den in der Brennkammer vom Auftrieb der Rauchgase herrührenden Unterdruck in die Brennkammer ange saugt wird. Die Injektoren sorgen dabei für eine gute Durchmi schung des Brenngases mit der Verbrennungsluft, was Voraussetzung dafür ist, daß die Verbrennung vollständig ohne Ruß und weitge hend ohne CO-Bildung ablaufen kann.Such boilers are usually injectors used to feed the fuel gas into the combustion chamber where with part of the combustion air as primary air from the injectors Ren is sucked in while the rest of the combustion air as secondary air through the buoyancy in the combustion chamber of the flue gases originating negative pressure in the combustion chamber sucks. The injectors ensure good mixing the fuel gas with the combustion air, which is a requirement this is because the combustion is completely without soot and widespread can run without CO formation.

Wenn auch die NO_x-Emission bei Erdgas im Vergleich zu Öl und Kohle relativ niedrig liegt, bedarf es dennoch besonderer Maßnahmen, um das bereits niedrige NO_x-Emmissionsniveau weiter abzusenken. Even if the NO _x emission for natural gas is relatively low compared to oil and coal, special measures are still required to further reduce the already low NO _x emission level.

Ein Faktor für die NO_x-Bildung ist die Temperatur der Flamme, wobei umso mehr NO_x entsteht, je heißer die Flamme ist. Bei dem eingangs beschriebenen Kesseltyp wurde beobachtet, daß die NO_x-Emission bei konstanten Parametern der Brennerstäbe mit der Zahl der Mittelglieder ansteigt. Dies beruht offenbar darauf, daß jedes Mittelglied mit beidseitiger Berippung der Nachschalt- Heizflächen die gleiche Heizfläche hinzufügt wie zwei einseitig berippte Endglieder, aber nur wenig die Brennkammer-Heizflächen oben und unten in der Breite des Mittelgliedes vergrößert, so daß folglich die Brennkammerbelastung bezogen auf die Brennkammer- Heizfläche mit jedem zusätzlichen Mittelglied und Brennerstab wächst, woraus eine höhere Flammentemperatur und NO_x-Emission resultiert.One factor in the formation of NO _x is the temperature of the flame, the hotter the flame, the more NO _x is generated. With the type of boiler described at the outset, it was observed that the NO _x emission increases with constant parameters of the burner rods with the number of middle links. This is obviously due to the fact that each central element with ribbing on both sides of the secondary heating surfaces adds the same heating surface as two single-sided ribbed end elements, but only slightly increases the combustion chamber heating surfaces at the top and bottom in the width of the central element, so that consequently the combustion chamber load in relation to the Combustion chamber heating surface grows with each additional middle element and burner rod, which results in a higher flame temperature and NO _x emission.

Eine bekannte Maßnahme zur Verminderung der NO_x-Emis sion besteht bei diesen Heizkesseln darin, die Vormischung stö chiometrisch zu bewirken, d. h. die gesamte Verbrennungsluft als Primärluft zuzuführen. Hierdurch läßt sich eine sehr gleichmäßige und schnelle Verbrennung bei sehr kurzen Flammen erzielen, die sich unmittelbar hinter den Auslaßöffnungen der Brennerstäbe aus bilden. Die praktisch auf den Brennerstäben aufsitzenden Flammen haben jedoch den Nachteil einer hohen thermischen Belastung für den Brenner, so daß hohe Aufwendungen für eine ausreichend be triebstüchtige und langlebige Brennerkonstruktion erforderlich sind.A known measure for reducing the NO _x emission is in these boilers to effect the premixing stoichiometrically, ie to supply all of the combustion air as primary air. This enables a very uniform and rapid combustion to be achieved with very short flames which form directly behind the outlet openings of the burner rods. However, the flames sitting practically on the burner rods have the disadvantage of a high thermal load for the burner, so that high expenditures for a sufficiently efficient and long-lasting burner construction are required.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur NO_x-Minderung ist die Kühlung der nicht vorgemischten Flammen durch in die Flammen hineinragende Kühlstäbe aus hoch-hitzebeständigem Metall- oder Keramikmaterial. Auch hier ergibt sich ein verhältnismäßig hoher Aufwand, wobei noch hinzukommt, daß die Kühlstäbe zwar die Flamme kühlen, aber Wärme durch Strahlung abgeben, die auf die Brenner stäbe wirkt und deren Lebensdauer herabsetzt. Another known measure for NO _x reduction is the cooling of the non-premixed flames by means of cooling rods which protrude into the flames and are made of highly heat-resistant metal or ceramic material. Here, too, there is a relatively high outlay, with the fact that the cooling rods cool the flame, but emit heat by radiation, which acts on the burners and reduces their service life.

Ferner ist es bekannt, eine direkte Flammenkühlung mit tels wassergekühlter, in die Flammen ragender Kühlstäbe vorzuneh men, wodurch zwar die thermische Belastung des Brennerstabes ver mieden, dafür aber der Aufwand nochmals erheblich gesteigert wird.It is also known to use direct flame cooling water-cooled cooling rods protruding into the flames men, whereby the thermal load on the burner rod ver avoided, but increased the effort considerably becomes.

Allen bekannten Maßnahmen zur Verminderung der NO_x- Emission gemeinsam ist, daß sie nur den Brenner betreffen.Common to all known measures for reducing the NO _x emission is that they only affect the burner.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vermin derung der NO_x-Emission durch eine einfache und kostengünstige Konstruktion des Gasheizkessels zu bewirken.The invention has for its object to bring about a reduction of the NO _x emission by a simple and inexpensive construction of the gas boiler.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Gasheizkessel der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Heizflächen der Mittelglieder durch die Brennkammer hindurch nach unten bis zur Brennerebene derart verlängert sind, daß die ge kühlte Heizflächenunterkante im Flammenbereich liegt und zwischen jeweils zwei Kesselgliedern eine Teilbrennkammer gebildet wird, welche durch je einen Brennerstab mit seitlich nach links und rechts oben gegen die Teil-Brennkammer-Heizflächen gerichteten Flammen beheizt wird.The task is with a gas boiler initially mentioned type solved according to the invention in that the Heating surfaces of the middle links through the combustion chamber are extended down to the burner level so that the ge cooled lower edge of the heating surface lies in the flame area and between a partial combustion chamber is formed for every two boiler sections, which by a burner rod with to the left and facing the partial combustion chamber heating surfaces at the top right Flames is heated.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen haben den Vorteil, daß eine unmittelbare Flammenkühlung durch Berührung der Brennkammer- Heizflächen ohne thermische Rückwirkung auf die Brennerstäbe er reicht und eine einfache, robuste Brennerkonstruktion ermöglicht wird. Dies führt insgesamt zu einer kostengünstigen Kessel-Bren ner-Einheit, da die größere Brennkammer-Heizfläche und Wärmelei stung des Mittelgliedes den Aufwand für das etwa 3 kg höhere Guß gewicht aufwiegen und Brennerstäbe in der bewährten einfachen Ausführung ohne Kühlstäbe verwendet werden können. The measures according to the invention have the advantage that direct flame cooling by touching the combustion chamber Heating surfaces without thermal reaction on the burner rods is enough and enables a simple, robust burner design becomes. Overall, this leads to an inexpensive boiler bren ner unit because of the larger combustion chamber heating surface and heating element stung the middle link the effort for the approximately 3 kg higher casting weigh weight and burner sticks in the proven simple Version without cooling rods can be used.

Es ist von Vorteil, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Heizflächenunterkante der Mittelglieder von der Brennerebene nach vorn über die Vorrichtungen für die Zündung und Flammenüberwachung derart hochgezogen sind, daß ein Überzündraum zwischen den Brennerstäben gebildet wird. Hierdurch ist es mög lich, trotz der Unterteilung der Brennkammer mit einer einzigen Zünd- und Überwachungsvorrichtung auszukommen.It is advantageous if the Invention the lower surface of the central limbs of the Burner level forward over the devices for ignition and Flame control is raised such that an ignition area is formed between the burner rods. This makes it possible Lich, despite the division of the combustion chamber with a single one Ignition and monitoring device get along.

Es ist zweckmäßig, wenn am vorzugsweise runden Brenner stab die Öffnungen für den Brenngasaustritt so angeordnet sind, daß das erste vordere Segment von Öffnungen im Überzündraum Flam menfelder analog der Uhrzeiger-Position 10.00 bis 14.00 und alle nach hinten folgenden Segmente linke und rechte Flammenfeldreihen alanlog den Uhrzeiger-Positionen 10.00 bis 11.00 und 13.00 bis 14.00 erzeugen. Bei einer solchen Anordnung kann die Kühlwirkung der Gußglieder auf das gesamte Flammenfeld wirken.It is useful if the burner is preferably round stab the openings for the fuel gas outlet are arranged so that the first front segment of openings in the ignition chamber Flam menfelder analogous to the clock position 10.00 to 14.00 and all left and right rows of flame fields following the segments behind alanlog the clock hand positions 10:00 to 11:00 and 13:00 to Generate 14.00. With such an arrangement, the cooling effect the cast members act on the entire flame field.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:The invention is described below with reference to the drawing explained in more detail. In the drawing:

Fig. 1 einen bekannten Gasheizkessel in Seitenansicht und im Schnitt und Fig. 1 shows a known gas boiler in side view and in section and

Fig. 2 einen gemäß der Erfindung ausgebildeten Gas heizkessel in Seitenansicht und im Schnitt. Fig. 2 is a gas boiler designed according to the invention in side view and in section.

Fig. 1 zeigt die bekannte Bauweise eines Gußglieder- Gasheizkessels 1 mit einem linken seitlichen Endglied 2, einem rechten seitlichen Endglied 3 und einem oder mehreren Mittelglie dern 4. Die Kesselglieder 2 bis 4 sind hydraulisch miteinander verbunden und mit einem Vorlaufanschluß 5 und einem Rücklaufan schluß 6 versehen. Brenngas wird über Gasdüsen 7 über einen Zwi schenraum 8, in dem durch die Injektorwirkung der Gasdüsen Pri märluft angesaugt wird, in Brennerstäbe 9 eingeleitet, die vor zugsweise kreisrund ausgebildet sind und in ihrem oberen Bereich Auslaßöffnungen 10 aufweisen, hinter denen sich Flammen 11 aus bilden. Oberhalb der Brennerstäbe 9 befindet sich die Brennkammer 13, die vorn durch die mit den Brennerstäben 9 versehene Brenner platte 17, rechts und links von den Endgliedern 2 und 3 und oben und hinten von dem Mittelglied 4 begrenzt wird. Oberhalb der Brennkammer bilden die Kesselglieder entsprechend der Anzahl der Mittelglieder 4 zwei oder mehr berippte Nachschalt-Heizflächen 12. Ferner ragt in die Brennkammer eine Vorrichtung 14 zur Zün dung und Flammenüberwachung hinein. Fig. 1 shows the known construction of a cast iron gas boiler 1 with a left side end member 2 , a right side end member 3 and one or more middle members 4 . The boiler sections 2 to 4 are hydraulically connected to each other and provided with a flow connection 5 and a Rücklaufan circuit 6 . Fuel gas is introduced via gas nozzles 7 via an intermediate space 8 , in which primary air is sucked in by the injector action of the gas nozzles, into burner rods 9 , which are preferably circular in shape and have outlet openings 10 in their upper region, behind which flames 11 form . Above the burner rods 9 there is the combustion chamber 13 , which is delimited at the front by the burner rods 9 provided with burner rods 17 , to the right and left of the end members 2 and 3 and above and behind the middle member 4 . Above the combustion chamber, the boiler sections form two or more finned secondary heating surfaces 12 corresponding to the number of middle sections 4 . Furthermore, a device 14 for ignition and flame monitoring projects into the combustion chamber.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäß ausge bildeten Gasheizkessel ist das Mittelglied 4 durch die Brennkam mer 13 hindurch nach unten bis zur Brennerebene 18 verlängert, so daß das untere Ende im Bereich der Flammen 11 liegt und zwischen den Kesselgliedern 2 und 4 bzw. 3 und 4 zwei Teil-Brennkammern 13a und 13b gebildet werden, welche durch je einen Brennerstab 9 mit seitlich nach links und rechts oben gegen die Teil-Brenn kammer-Heizflächen gerichteten Flammen beheizt werden.In the gas boiler according to the invention shown in FIG. 2, the central member 4 is extended through the Brennkam mer 13 down to the burner level 18 so that the lower end is in the area of the flames 11 and between the boiler members 2 and 4 and 3rd and 4 two partial combustion chambers 13 a and 13 b are formed, which are heated by a burner rod 9 with laterally to the left and right above against the partial combustion chamber heating surfaces.

Die Auslaßöffnungen 10 der Brennerstäbe sind dabei in Segmenten von vorn nach hinten so angeordnet, daß das erste vor dere Segment 19 analog der Uhrzeiger-Position 10.00 bis 14.00 und alle nach hinten folgenden Segmente linke und rechte Flammenfeld reihen analog den Uhrzeiger-Positionen 10.00 bis 11.00 und 13.00 bis 14.00 erzeugen. Sämtliche Flammen treffen dabei auf die unte ren Enden der von Wasser durchströmten Gußglieder und bewirken so eine Kühlung der gesamten Flammenfelder, so daß die NO_x-Emission unabhängig von der Zahl der Mittelglieder 4 wirksam vermindert wird.The outlet openings 10 of the burner rods are arranged in segments from the front to the rear so that the first segment 19 in front analogous to the clock-hand position 10 a.m. to 2 p.m. and all segments to the left and right following in the rear are analogous to the clock-hand positions 10 a.m. and generate 1:00 p.m. to 2:00 p.m. All of the flames meet the lower ends of the casting members through which water flows, thus cooling the entire flame fields, so that the NO _x emission is effectively reduced regardless of the number of middle members 4 .

Brennerseitig sind die bekannten Vorrichtungen 14 für die Gasdruckregelung und Steuerung, die Zündung und Flammenüber wachung nur einmal vorhanden, um eine einfache, kostengünstige Konstruktion vorzusehen. Um dies zu ermöglichen, ist daher die Heizflächenunterkante des Mittelgliedes 4 von der Brennerebene 18 nach vorn über die Vorrichtungen 14 hochgezogen, so daß ein Über zündraum 16 zwischen den Brennerstäben 9 und den Teil-Brennkam mern 13a und 13b gebildet wird.On the burner side, the known devices 14 for gas pressure regulation and control, ignition and flame monitoring are only available once in order to provide a simple, inexpensive construction. In order to make this possible, the lower edge of the heating surface of the middle member 4 is pulled up from the burner level 18 to the front via the devices 14 , so that an ignition space 16 is formed between the burner rods 9 and the partial combustion chambers 13 a and 13 b.

Claims

1.Gas boiler with an atmospheric gas burner, which consists of sub-stoichiometric premixing burner rods, which are mounted on a burner plate that closes the front of the combustion chamber, and with several, above the burner level arranged parallel to one another, flowed through by water cast members that form the combustion chamber and between which are above the combustion chamber finned Nachschalt-heating surfaces are arranged, where the cast members from a left and a right, the combustion chamber laterally delimiting end member and one or more central combustion chamber members delimiting the rear and top, be characterized in that the heating surfaces of the means limbs ( 4 ) through the combustion chamber ( 13 ) down to the burner level ( 18 ) are extended in such a way that the cooled lower edge of the heating surface lies in the flame area and a partial combustion chamber ( 13 a, 13 b) is formed between each two boiler sections, which by j e a burner rod ( 9 ) is heated with flames ( 11 ) directed laterally to the left and top right against the partial combustion chamber heating surfaces.

2. Gas boiler according to claim 1, characterized in that the lower heating surface of the central members ( 4 ) from the burner level ( 18 ) to the front via the devices ( 14 ) for ignition and flame monitoring are raised such that an ignition chamber ( 16 ) between the burner rods ( 9 ) is formed.

3. Gas boiler according to claim 1 or 2, characterized in that on the preferably round burner rods ( 9 ), the outlet openings ( 10 ) for the fuel gas outlet are arranged so that the first front segment ( 19 ) of openings in the ignition chamber ( 16 ) flame fields Create the left and right flame rows in the same way as the clock hand positions 10 a.m. to 2 p.m. and all segments following to the rear.