DE4427104A1 - Gasbrenner mit geringem Anteil von NOX-Gasen bei der Verbrennung von Brenngasen oder Brenngasgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit geringem Anfall von NOx-Gasen bei der Verbrennung von Brenngasen oder Brenn­ gasgemischen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der Verbrennung von Brenngasen oder Brenngasgemischen entstehen als unerwünschte, umweltschädliche Verbrennungs­ produkte Stickoxide und Kohlenmonoxid. Die Stickoxide (NOx) entstehen infolge von zu heißen Stellen in der Flamme, wäh­ rend das Kohlenmonoxid Folge einer unzureichenden Verbren­ nung ist.

Im Stand der Technik ist es bereits bekannt, zur Herabset­ zung des NOx-Gehaltes der Rauchgase im Ofenabzug, durch wel­ chen das Rauchgas den Verbrennungsraum des Ofens verläßt, hinter der Steuerklappe NH₃ zuzuführen. Dieses Verfahren ist kostspielig, falls nicht NH₃ zufällig als Abfallprodukt in einer größeren Gesamtanlage anfällt. Eine andere Maßnahme zur Herabsetzung des NOx-Gehaltes besteht darin, mittels ei­ nes Gebläses oder eines Kompressors Rauchgase aus dem Ofen abzusaugen und diese der Verbrennungsluft beizumischen. Eine solche Maßnahme erfordert erhebliche Investitionskosten und zusätzlichen Raum. Sie ist besonders kostspielig bei einer nachträglichen Umrüstung eines bereits im Betrieb befindli­ chen Ofens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der oben genannten Art zu entwickeln, mit dem die Verbren­ nung ohne kostspieligen Mehraufwand mit einem sehr geringen Anfall von Stickoxiden und Kohlenmonoxid möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfin­ dungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ge­ nannten Merkmale hat.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den zusätzli­ chen Ansprüchen genannt.

Mit dem Gasbrenner gemäß der Erfindung wird eine gute Durch­ schnittstemperatur im gesamten Volumenbereich der Flamme er­ reicht. Trotz der geringen Zufuhr an Brenngas durch die zen­ trale Düse des Brenners wird eine stabile stationäre Flamme erzielt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Beispiel eines Verbrennungsofens mit einem Aus­ führungsbeispiel eines Gasbrenners gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 2 den in Fig. 1 gezeigten zentralen Teil des Brenners in genauerer Darstellung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Düse für sekundäres Brenngas.

Fig. 1 zeigt als Beispiel einen Verbrennungofen 1, bei dem an der Peripherie und an der oberen schrägen Konvektionszone 2 Produktrohre 3 in Form einer oder mehrerer Schlangen ange­ ordnet sind. Der Inhalt dieser Rohre soll durch die Verbren­ nung von beispielsweise Raffineriegas im Verbrennungsraum 4 erhitzt werden. Im Abzug für die Rauchgase befindet sich eine Steuerklappe 9. Am Boden des Ofens ist eine Öffnung für einen Gasbrenner 10 gemäß der Erfindung vorhanden. Zu diesem gehört ein in die Öffnung 11 eingesetzter Brennerstein 12, in welchem der eigentliche Brenner (30) angeordnet ist, dem das Primärgas über die Leitung 13 zugeführt wird. Die Ver­ brennungsluft 20 wird über einen Schacht 21 mit einer Ein­ trittsöffnung 22 zugeführt, wie dies die Pfeile, mit denen die Verbrennungsluft 20 angedeutet ist, zeigen.

Fig. 2 zeigt den Brennerkopf 30 der Fig. 1 deutlicher. Er hat die Form einer nach unten gewölbte im wesentlichen kreisförmigen geschlossenen Schale. Die Schale kann massiv oder hohl sein. Die gewölbte Fläche kann beispielsweise die Gestalt einer Kugelkappe oder einer Ellipsoidkappe haben, wobei die lange Achse der Ellipsoids, zu dem die Ellipsoid­ kappe gehört, koaxial zur Längsachse des Primärgasrohres 13 verläuft. Dabei kann die Höhe des vom Brennerkopf gebildeten Kugel- oder Ellipsoidabschnittes bis zur Höhe einer Halbku­ gel oder eines Halbellipsoids reichen. Das Primärgasrohr 13 ist mit seiner Austrittsöffnung in geringem Abstand vor der unteren Kuppe des schalenförmigen Körpers 30 angeordnet.

Um die Mündung des Primärgasrohres ist eine am Primärgasrohr befestigte Scheibe 31 angeordnet, die über verstellbare (nur angedeutete) Schraubverbindungen 32 den Brennerkopf trägt. Durch die Scheibe 31 entsteht zwischen dem Brenner­ kopf 30 und der Scheibe 31 ein einstellbarer Ringspalt, der eine allseits gleichmäßige Abströmung des Gases günstig be­ einflußt. Die Scheibe 31 kann in ihrem zentralen Bereich an ihrer dem Brennerkopf zugewandten Seite eine derart geformte Mulde aufweisen, daß der Abstand zwischen Scheibe und Bren­ nerkopf über eine gewisse radiale Strecke der Scheibe im we­ sentlichen konstant ist.

Das Primärgas strömt, wie durch die Pfeile in Fig. 2 ange­ deutet, gegen die Kuppe des nach unten gewölbten Brenner­ kopfes 30, wird in seitlicher Richtung umgelenkt und längs der Oberfläche das Brennerkopfes nach oben geführt, wobei sich gewissermaßen ein Primärgasfilm an der gewölbten Ober­ fläche des Brennerkopfes bildet. Auf dem Wege zur oberen Begrenzungsfläche des Brennerkopfes und darüber findet die Vermischung mit der Verbrennungsluft 20 statt. Der obere Rand des Brennerkopfes ist vorzugsweise abgerundet, wie dies Fig. 2 zeigt.

Die Menge des zentral zugeführten Primärgases ist wesentlich kleiner als die Menge, die durch die über den Schacht zuge­ führte Verbrennungsluft vollständig verbrannt werden könnte. Das restliche Brenngas (sekundäres Brenngas), welches für eine stoichiometrisch vollständige Verbrennung mit der zuge­ führten Verbrennungsluft erforderlich ist, wird über die am Umfang des Brennersteins 12 verteilten Sekundärgasdüsen 25 zugeführt, die über Leitungen 26 gespeist werden. Beispiels­ weise können vier Sekundärgasdüsen 25 gleichmäßig über den Umfang des Brennersteins 12 verteilt sein.

Dank der relativ weit auseinandergezogenen Verteilung des Primärgases durch den Brennerkopf gemäß der Erfindung und dank des relativ hohen Überschusses an Verbrennungsluft für das Primärgas findet innerhalb des Brennersteines eine rela­ tiv kalte Verbrennung statt, so daß sehr heiße Stellen in der Flamme, in denen sich NOx-Gase bildet, vermieden werden.

Die Aufteilung des Brenngases in Primärgas, das über die Leitung 13 zugeführt wird, und Sekundärgas, das über die Se­ kundärgasdüsen 26 zugeführt wird, kann dadurch erfolgen, daß Primärgas- und Sekundärgasleitungen an eine gemeinsame Brenngasleitung angeschlossen sind und durch Veränderung des Abstandes zwischen der Scheibe 31 und dem Brennerkopf 30 ein geeignetes Verhältnis von Primärgas/Sekundärgas eingestellt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Sekundär­ gasdüsen (Außendüsen) 25 so angeordnet, daß das aus ihnen aus tretende Gas neben einer vertikalen Strömungskomponente v auch eine horizontale Strömungskomponente h hat. Diese hori­ zontale Komponente ist so gerichtet, daß sie im wesentlichen parallel zur Tangente an den Brennerstein 12 beziehungsweise zur Tangente an die Seitenwand des Ofens 1 verläuft. Fig. 3 zeigt, wie eine solche Düse im Prinzip aufgebaut sein kann. Es kann auch vorgesehen werden, daß der Neigungswinkel Alpha der Düse verstellbar ist. Durch die horizontale Komponente wird ein von unten nach oben gerichteter schraubenförmiger Strömungsverlauf des Sekundärgases und damit eine entspre­ chende Bewegung der Flamme erzielt. Dies bat eine beachtli­ chen Senkung des Kohlenmonoxidgehalts der in die Außenluft entlassenen Rauchgase zur Folge.

Claims (8)

1. Gasbrenner zur Verbrennung von Brenngasen oder Brenngasgemischen mit einer zentral in einem Brennerstein (12) angeordneten Brennerdüse (30), mit einem Rohr (13) zur Zuführung des Primärgases zur Brennerdüse und mit einer Zu­ führung von Verbrennungsluft innerhalb des Brennersteins (12) zur Verbrennung des von der Brennerdüse abströmenden Primärgases sowie mit um den Brennerstein (12) herum ange­ ordneten Düsen (25) für die Zufuhr von sekundärem Brenngas, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerdüse als ein nach unten gewölbter, im wesentlichen kreisschalenförmiger Körper (30) ausgebildet ist und die Zu­ führung (13) für das Primärgas so ausgebildet ist, daß das Primärgas gegen die Kuppe des schalenförmigen Körpers (30) anströmt und seitlich in allen Richtungen auszuweichen ver­ mag.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gewölbte Fläche des scha­ lenförmigen Körpers (30) die Form einer Kugelkappe oder ei­ ner Ellipsoidkappe hat, wobei die lange Achse der Ellipso­ ids, zu dem die Ellipsoidkappe gehört, koaxial zur Längsachse des Primärgasrohres (13) verläuft.

3. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß um die Mündung des Primärgasrohres (13) eine im wesentlichen kreisförmige Scheibe angeordnet ist und der Abstand dieser Scheibe vom der gewölbten Fläche des Brennerkopfes einstellbar ist.

4. Gasbrenner nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brennerkopf über ver­ stellbare Abstandshalter (32), zum Beispiel Abstandsbolzen, von der Scheibe (31) getragen wird.

5. Gasbrenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Scheibe (31) fest mit dem Primärgasrohr verbunden ist und der Brennerkopf über die Scheibe (31) von dem Primärgasrohr (13) getragen wird.

6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Scheibe in ihrem zentralen Bereich an ihrer dem Brennerkopf zugewandten Seite eine derart geformte Mulde aufweist, daß der Abstand zwischen Scheibe und Brennerkopf über eine gewisse radiale Strecke der Scheibe im wesentlichen konstant ist.

7. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (25) für das Sekundärgas so ausgebildet sind, daß die Rich­ tung, mit der das Sekundärgas die Düsen verläßt, eine verti­ kale Komponente und eine horizontale Komponente hat, welche letztere parallel zur Tangente an die Seitenwand des Ofens (1) verläuft.

8. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Düsen (25) für die Sekundärluft so ausgebildet sind, daß die relative Größe der horizontalen Strömungskomponente veränderbar ist.