DE4308041C2

DE4308041C2 - Brenner zum Verbrennen von flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff in einer Brennkammer mit geringer NOx - Emission

Info

Publication number: DE4308041C2
Application number: DE19934308041
Authority: DE
Inventors: Hans Nelsen
Original assignee: LOGICOM GES fur EDV WISSENSVE
Current assignee: LOGICOM GES fur EDV WISSENSVE
Priority date: 1993-03-13
Filing date: 1993-03-13
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2013-03-14
Also published as: DE4308041A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff in einer Brenn kammer mit geringer NO_x-Emission gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger Brenner ist durch die US 4347052 bekannt geworden. Bei diesem Brenner setzt die Verbrennung des über die zentrale Brennerlanze zugeführten Öls in einer Vorverbrennungskammer ein, an die sich eine die weiteren Brennerlanzen für Gas aufweisende Verbrennungskammer an schließt. In dieser erfolgt die Verbrennung des Brenn stoffs mit einem der Verbrennungsluftströme unterstöchiometrisch. Stromab der Verbrennungskammer wird durch Zugabe des anderen Verbrennungsluftstromes die Ver brennung vervollständigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Brenner zu schaffen, mit dessen Hilfe die Bildung von NO_x bei der Verbrennung stark unterdrückt wer den kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Brenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können die Menge der zum Brenner geführten Verbrennungsluft und damit die Sau erstoffzufuhr so geregelt werden, daß durch verzögerte Verbrennung mit abgesenkter Flammentemperatur eine wirksa me Unterdrückung der NO_x-Bildung bei der Verbrennung er reicht wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Längsschnitt durch eine erste Ausführungs form eines Brenners,

Fig. 2 Schnitt gemäß Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 Schnitt gemäß Linie B-B in Fig. 1,

Fig. 4 Längsschnitt durch einen Brenner gemäß einer anderen Ausführungsform,

Fig. 5 Schnitt gemäß Linie C-C in Fig. 4,

Fig. 6 Schnitt gemäß Linie D-D in Fig. 4.

Der Brenner nach Fig. 1 besteht aus einem Verbrennungs luftkasten 5, in dem eine Brennstofflanze 3 für Öl und mehrere weitere Brennstofflanzen 4 für Gas angeordnet sind.

Die Brennstofflanze 3 ist von einem ersten Führungsrohr 8 umgeben, dessen Eintrittsöffnung 9, die in einer Deckplat te 16 angeordnet ist, innerhalb des Verbrennungsluftka stens 5 und dessen Austrittsöffnung 10 innerhalb der Brennermündung liegt, die durch eine Brennerkehle 7 gebil det ist. An die Brennerkehle 7 schließt siöh die Brennkam mer 1 an, deren Wände mit Kühlrohren 15 versehen sind. Der Verbrennungsluftkasten 5 ist von der Brennerkehle 7 durch eine brennraumseitige Deckplatte 6 getrennt, durch die die Brennstofflanze 3 und das diese koaxial umschließende erste Führungsrohr 8 hindurchführen.

Das erste Führungsrohr 8 ist von einem zweiten Führungsrohr 13 umschlossen, das mit einem Luftkanal 23 verbunden, an einem Ende mit der brennraumseitige Deck platte 6 und am anderen Ende mit der weiteren Deckplatte 16 begrenzt ist und dessen Wand an beiden Enden mehrere über dem Umfang gleichmäßig verteilte Öffnungen 17 und 18 aufweist.

Durch die weitere Deckplatte 16 ragen die auf einem Kreis verteilten und koaxial angeordneten weiteren Brennstoff lanzen 4 in den inneren Ringraum 14 zwischen dem ersten Führungsrohr 8 und dem zweiten Führungsrohr 13 hinein.

Die Abmessungen ′L′ und ′K′ des Ringraumes 14 sind so be stimmt, daß die Flammen der weiteren Brennstofflanzen 4 vor den stromabliegenden Öffnungen 18 ausbrennen und die Wände der Führungsrohre 8 und 13 thermisch nicht überlastet werden.

Eine in der brennraumseitigen Deckplatte 6 koaxial ange ordnete Öffnung 19 und das aus dieser hinausragende Ende des ersten Führungsrohres 8 sind von einem koaxial ange ordneten weiteren Führungsrohr 20 umgeben, das in die Brennerkehle 7 eingreift.

Das erste Führungsrohr 8 ist am Eintrittsende durch eine in der weiteren Deckplatte 16 angeordnete Öffnung 9 mit einem ersten Luftkanal 12 verbunden, der in einen Verbren nungsluftkanal 2 einmündet. Die Kanäle 2 und 12 sind je weils mit einer Regelvorrichtung 24 und 11 versehen.

Das zweite Führungsrohr 13 ist von einem koaxial angeord neten Außenrohr 21 umschlossen, das einen äußeren Ringraum 22 umgrenzt, mit dem eine rückseitige Wand 26 aufweisenden zweiten Luftkanal 23 verbunden ist und an einem Ende durch die brennraumseitige Deckplatte 6 begrenzt und am anderen Ende mit der weiteren Deckplatte 16 versehen ist, die als Zwischenwand für die Luftkanäle 12 und 23 dient. Der zwei te Luftkanal 23 mündet in den Verbrennungsluftkanal 2 ein. Der Ringraum zwischen den Führungsrohren 20 und 8 ist mit Drallkörpern (nicht dargestellt) versehen. Außerdem ist an der Brennstofflanze 3 eine Drallvorrichtung 25 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführung des Brenners, der kein Außenrohr 21 besitzt und dessen zweites Führungsrohr 13 keine Öffnungen 17 und 18 aufweist, so daß nur ein einzi ger Ringraum 14 gebildet ist. Gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Der Brenner gemäß Fig. 1 wird wie folgt betrieben:
Verbrennungsluft wird dem Verbrennungsluftkasten 5 durch den Verbrennungsluftkanal 2 und die Luftkanäle 12 und 23 zugegeben. bie Regelung der auf die Brennstoffmenge abge stimmten Verbrennungsluftströme erfolgt durch die Regel vorrichtungen 24 und 11, die in den Kanälen 2 und 12 angeordnet sind. Die Verbrennungsluft wird aufgeteilt, so daß ein Teil den ersten Luftkanal 12 und das erste Führungsrohr 8 axial durchströmt und das aus der Brenn stofflanze 3 austretende Öl unter unterstöchiometrischen Bedingungen verbrennt.

Gleichzeitig wird der Restteil der Verbrennungsluft aus dem zweitem Luftkanal 23 nochmals aufgeteilt, wobei ein erster Teil axial durch den äußeren Ringraum 22 und ein zweiter Teil durch die stromaufliegenden Öffnungen 17 des zweiten Führungsrohres 13 in den inneren Ringraum 14 axial geführt wird, wo das aus den weiteren Brennstofflanzen 4 austretende Gas mit Luftüberschuß verbrannt wird. Nach axialer Durchströmung des äußeren Rinqraumes 22 tritt der erste Teilstrom der Verbrennungsluft durch die stromablie genden Öffnungen 18 des zweiten Führungsrohres 13 in den inneren Ringraum 14 ein und vermischt sich mit den Ver brennungsgasen der Gasverbrennung. Durch eine verstellbare Vorrichtung zur Änderung der Größe der Öffnungen 17 und/oder 18 in der Wand des Führungsrohres 13 wird eine Optimierung der Regelung erreicht.

Die Mischung aus Verbrennungsgasen und Verbrennungsluft verläßt den inneren Ringraum 14 durch die Öffnung 19 in der brennraumseitigen Deckplatte 6 und tritt in das weite re Führungsrohr 20 ein und gelangt an den Flammenanfang der Brennstofflanze 3. Hierdurch erfolgt eine gestufte Vermischung der mit Verbrennungsluft beaufschlagten Ver brennungsgase der Gasverbrennung mit der Ölflamme, so daß durch verzögerte Verbrennung mit abgesenkter Flammentempe ratur die Bildung von NO_x stark reduziert wird.

Das Verhältnis zwischen den Brennstoffmengen, die den Brennstofflanzen 3 und 4 zugeführt werden, ist so regel bar, daß über den gesamten Lastbereich eine geringe NO_x-Bil dung erzielt wird.

Claims

1. Brenner zum Verbrennen von flüssigem und/oder gasförmigem Brennstoff in einer Brennkammer mit gerin ger NO_x-Emission,
mit einem Verbrennungsluftkasten (5), in dem Führungsrohre (8, 13) für zwei geregelt zugeführte Verbrennungsluftströme vorgesehen sind, von denen ein erstes zentrales Führungsrohr (8) koaxial um eine Brennstofflanze (3) angeordnet, eintrittseitig mit einem ersten Luftkanal (12) verbunden und von einem einen inneren Ringraum (14) mit weiteren koaxialen Brenn stofflanzen (4) begrenzenden zweiten Führungsrohr (13) umgeben ist, welches von einem koaxial angeordneten Außenrohr (21) umschlossen ist, das, einen äußeren Ringraum (22) umgebend, stromauf mit einem zweiten Luftkanal (23) verbunden ist und
mit einer brennraumseitigen Deckplatte (6) mit einer koaxial angeordneten Öffnung (19), durch die das erste Führungsrohr (8) mit seiner Austrittsöffnung (10) in eine Brennerkehle (7) hineinragt, dadurch gekennzeich net, daß

a) am Verbrennungsluftkasten (5) ein Verbrennungs luftkanal (2) in die Luftkanäle (12, 23) übergeht, die durch eine weitere Deckplatte (16) voneinander getrennt sind und die beiden Verbrennungsluftströme führen,
b) das erste Führungsrohr (8) durch eine in der wei teren Deckplatte (16) angeordnete Öffnung (9) mit dem ersten Luftkanal (12) verbunden ist,
c) der innere Ringraum (14) durch am Umfang an beiden Enden des zweiten Führungsrohres (13) angeordnete Öffnungen (17, 18) mit dem äußeren Ringraum (22) und dem zweitem Luftkanal (23) verbunden ist,
d) die axiale Länge (′L′) und die radiale Weite (′K′) des inneren Ringraumes (14) so bestimmt sind, daß die Flammen der weiteren Brennstofflanzen (4) vor den stromabliegenden Öffnungen (18) ausbrennen,
e) die Öffnung (19) in der brennraumseitigen Deck platte (6) und das Ende des ersten Führungsrohres (8) von einem weiteren koaxial angeordneten Führungsrohr (20) umschlossen sind, das in die Brennerkehle (7) eingreift,
f) das zweite Führungsrohr (13) an einem Ende durch die weitere, von den weiteren Brennstofflanzen (4) durchdrungene Deckplatte (16) und am anderen Ende durch die brennraumseitige Deckplatte (6) begrenzt ist und
g) die beiden Verbrennungsluftströme durch jeweils eine Regelvorrichtung (24, 11) in dem Verbrennungs luftkanal (2) sowie dem ersten Luftkanal (12) der art beeinflußbar sind, daß der aus der Brennstofflanze (3) austretende Brennstoff unter unterstöchiometrischen Bedingungen und derjenige aus den weiteren Brennstofflanzen (4) im inneren Ringraum (14) mit Luftüberschuß verbrennt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Luftkanal (23) anstelle des inneren und äußeren Ringraumes nur ein vom zweiten Führungsrohr (13) umgebener einziger Ringraum (14) zugeordnet ist und das zweite Führungsrohr (13), an einem Ende durch die brennraumseitige Deckplatte (6) und am anderen Ende durch die weitere Deckplatte (16) sowie eine rückseitige Wand (26) des zweiten Luftkanals (23) be grenzt, am Umfang geschlossen ausgebildet ist (Fig. 4, 5).

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Führungsrohr (13) mit einer verstellbaren Vorrichtung zur Abdeckung seiner Öffnungen (17) und/oder (18) versehen ist.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Brennstofflanze (3) mit einer Drallvorrichtung (25) versehen ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ringraum zwischen dem ersten Führungsrohr (8) und dem weiteren Führungsrohr (20) mit Drallkörpern versehen ist.