DE4435028A1 - Verfahren zur Minimierung der Bildung thermischer Stickoxide bei einer Verbrennung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Mini­ mieren der Bildung thermischer Stickoxide bei einer Verbrennung gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.

Solche Verfahren sind bekannt. Es besteht seit längerer Zeit aus Umweltschutzgründen das Bedürfnis, die Bildung thermischer Stickoxide zu minimieren. Hierbei ist es bekanntgeworden, daß es generell zu günstigen Ergebnissen führt, wenn man die spezi­ fische Belastung der Brennoberfläche klein hält. Dies beruht auf der Tatsache, daß eine kleiner werdende spezifische Bela­ stung der Brennoberfläche zu einer niedrigeren Flammentempera­ tur führt. Parallel hierzu ist auch bekannt, den Anteil der Verbrennungsluft an der Verbrennung zu erhöhen, weil auch auf diese Weise eine Verminderung der Stickoxidbildung erfolgt. Die Erhöhung der an der Verbrennung teilnehmenden Luftmenge führt erstens zu einer Absenkung der Flammentemperatur, zweitens aber auch zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Verbrennungs­ bereich, wobei diese beiden Einflüsse sich gegenläufig auswir­ ken. Je mehr Sauerstoff in der Verbrennungszone vorhanden ist, um so größer ist die Möglichkeit der Bildung thermischer Stickoxide, nur wirkt sich die Absenkung der Flammentemperatur erheblich größer aus als die Steigerung des Sauerstoffgehaltes in der Verbrennungszone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, basierend auf den eben geschilderten Erkenntnissen, die Bildung thermischen Stickoxides weiter verfahrensmäßig zu minimieren.

Hierbei geht die Erfindung zunächst von der Erkenntnis aus, daß dies bei der Verbrennung beliebiger Brennstoff-Luft-Gemische geschehen kann, wobei unter Brennstoff zunächst alle Gase, wie reines Methan, Erdgas und Flüssiggas verstanden wird wie auch vergaster flüssiger Brennstoff. Weiterhin sind die speziellen Brennerformen für die Anwendung der Erfindung zunächst gleich­ gültig, obwohl man zwischen einer Strahlungsverbrennung, wie beispielsweise durch eine Keramikplatte oder ein Drahtgewebe, und einer Lochplattenverbrennung, wie beispielsweise durch eine mit Löchern versehene Brennerplatte oder einem Stabbrenner, un­ terscheiden kann. Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Verbrennungsformen liegt darin, daß bei der Verbrennung durch eine Keramikplatte oder ein Gewebe praktisch die gesamte Ober­ fläche der Platte oder des Gewebes an dem Verbrennungswärme­ übergang durch Strahlung des Brennermaterials teilnimmt, wäh­ rend bei Stabbrennern oder Flächenbrennern mit großer Aus­ trittsgeschwindigkeit eigentlich nur die Brenngemisch-Aus­ trittsöffnungen wesentlich für den Durchtrittsquerschnitt des Gemisches und damit für die spezifische Brennerbelastung sind.

Die Lösung der oben genannten Aufgabe besteht bei dem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß in den Kennzeichen der unabhängigen Patentansprüche.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahren finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren der Zeichnungen im folgenden näher beschrieben, wobei

Fig. 1 einen Strahlungsbrenner zeigt, der mit einer Keramik­ platte ausgestattet ist,

Fig. 2 einen Gebläsebrenner mit einer gewölbt gestalteten, Brenngemisch-Austrittsöffnungen aufweisenden Blechplatte,

Fig. 3 einen atmosphärischen Gasbrenner, dessen Brennoberflä­ che aus der Fig. 4 hervorgeht,

Fig. 5 ein erstes Schaubild und

Fig. 6 ein zweites Schaubild.

In allen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Eine Verbrennung eines Gases benötigt zunächst einmal einen Brennstoff, der entweder gleich als Gas vorliegt, wie zum Bei­ spiel in Form von Wasserstoff, Methan, Butan und dergleichen, oder in Form von Gasgemischen, wie Erdgas oder Flüssiggas. Der Brennstoff kann auch in Gestalt einer Flüssigkeit vorliegen, beispielsweise als Benzin oder Heizöl. Da Flüssigkeiten nicht selbst brennen können, müssen sie zunächst zu ihrer Verbrennung vergast werden.

Der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff kann zwar als reiner Sauerstoff, wie zum Beispiel beim Schweißbrenner zugeführt wer­ den, liegt aber in der Regel in Form von Luft vor, die sowohl Sauerstoff wie, hier insbesondere interessierend, Stickstoff enthält.

Als Verbrennungsmethode sei zunächst die atmosphärische Ver­ brennung (siehe Fig. 3 und 4) genannt, bei der ein aus einer Düse austretender gasförmiger Brennstoff über einen Ringspalt um die Düse sogenannte Primärluft in ein Mischrohr ansaugt, wo die Mischung der beiden Komponenten stattfindet, und bei der das vorgemischte Gemisch an der Brennoberfläche des Brenners verbrennt, wobei hier Sekundärluft zusätzlich Zutritt hat. Die Schwierigkeit bei dieser Verbrennung liegt darin, daß die ge­ samte zur Gemischbildung notwendige Energie aus dem Ausström­ impuls der Gasdüse stammen muß. Falls diese Energie aus irgend­ welchen Gründen nicht ausreicht, ist es bei einer Sonderform dieser Verbrennung möglich, im Zuluft- oder Abgasweg des Heiz­ gerätes ein Gebläse vorzusehen. Man spricht dann von einer ge­ bläseunterstützten atmosphärischen Verbrennung.

Im Unterschied dazu existiert der Gebläsebrenner beziehungs­ weise die mit Hilfsenergie arbeitende Verbrennung, bei der die Verbrennungsluft bei einer meist geschlossenen Brennkammer durch ein im Zuluftweg des Brenners angeordnetes Gebläse in den Verbrennungsraum gefördert wird. Der gasförmige oder vorher vergaste Brennstoff wird in der Regel stromauf des Gebläses in den Luftweg eingebracht, so daß das Gebläse mit zur Gemischbil­ dung herangezogen werden kann. Es ist auch üblich, den Brenn­ stoff direkt in das Gebläse einzugeben oder in ein Mischrohr stromab des Gebläses. Der wesentliche Unterschied zur atmosphä­ rischen Verbrennung liegt darin, daß der Brennraum beziehungs­ weise der Brenner gegenüber der Atmosphäre unter Überdruck steht. Völlig unabhängig hiervon ist es, ob der Brenner nach oben brennt, was beim atmosphärischen Brenner stets der Fall ist, oder als Sturzbrenner entgegen der Auftriebsrichtung ar­ beitet.

Beim Gebläsebrenner kann unterschieden werden zwischen Strah­ lungsbrennern und Lochplattenbrennern (Blaubrenner), wobei bei den Strahlungsbrennern wiederum unterschieden werden kann zwi­ schen solchen, die mit einer keramischen Strahlungsplatte ar­ beiten und solchen, die als Trennebene zwischen der Mischzone der Verbrennungskomponenten und der Brennzone ein Drahtgewebe aufweisen. Beiden letzteren Ausführungsformen gemeinsam ist, daß praktisch die gesamte Oberfläche der Trennoberfläche an der Verbrennung teilnimmt. In diesem Zusammenhang soll noch erwähnt werden, daß statt der beiden eben konkret genannten Trennober­ flächen auch andere Materialien Verwendung finden können, bei­ spielsweise keramische Fliese, keramischer Schaum und Sinter­ metall. Alle diese Materialien weisen eine mehr oder weniger große Porosität auf, wobei das Brennstoff-Luft-Gemisch durch die Poren vom Mischraum in den Brennraum übertritt. Da diese Poren sehr dicht aneinanderliegen, nimmt praktisch die gesamte Trennoberfläche an dem Verbrennungswärmeübergang teil.

Im Gegensatz dazu sind die mit Brenngemisch-Austrittsschlitzen oder -öffnungen versehenen Brenner meist mit einer metallischen Brennoberfläche unterschiedlichster Konfiguration versehen, wo­ bei das Brenngemisch nur durch diese Austrittsöffnungen aus der Mischzone in die Verbrennungszone hinaustritt. Hierbei ist es wesentlich, daß nicht die gesamte Oberfläche der Trennoberflä­ che an dem Verbrennungswärmeübergang teilnimmt, sondern eben nur die Summe der Öffnungsquerschnitte aller Brenngemisch-Aus­ trittsöffnungen. Auch diese Brenner arbeiten sekundärluftfrei.

Theoretisch wäre es auch bei atmosphärischen Gasbrennern mög­ lich, die gesamte zur Verbrennung des Brennstoffs notwendige Luft durch das Mischrohr allein aus der Energie des Gasstrahls anzusaugen. Dies bedingt allerdings eine optimale Ausgestaltung der Strömungsverhältnisse im Mischrohr und relativ große Brenn­ gemisch-Austrittsöffnungen, um den Strömungswiderstand im Be­ reich des Inneren des Brenners klein zu halten. Wenn dies auf Schwierigkeiten stößt, versucht man trotzdem, das Mischungsver­ hältnis zwischen Gas- und Primärluft überstöchiometrisch zu halten und teilweise zusätzlich aus Sicherheitsgründen Sekun­ därluft zutreten zu lassen.

Als erstes Ausführungsbeispiel wird der Strahlungsbrenner nach Fig. 1 in Verbindung mit dem Schaubild nach Fig. 5 betrach­ tet.

Ein Gebläsebrenner 1 gemäß Figur besteht aus einem Gehäuse 2, das in seinem Innenraum 3 eine Mischzone 4 bildet. Der Gebläse­ brenner 1 ist an der Unterseite 5 einer Brennkammer 6 angeord­ net, in deren Inneren 7 eine Verbrennungszone 8 in der Nähe des Brenners 1 gebildet wird. Dem Gebläsebrenner 1 zugeordnet ist ein beliebiger Wärmetauscher 9, beispielsweise ein Lamellen­ rohr-Wärmetauscher, durch dessen Rohr oder Rohre 10 aufzuhei­ zendes Wasser geleitet wird. Oberhalb des Lamellenwärmetau­ schers 9 befindet sich ein Abgassammelraum 11, der über einen Abgasanschluß 12 mit einem Kamin in Verbindung steht. Der Ge­ mischzone 4 wird ein Brennstoff-Luft-Gemisch über eine Zufuhr­ leitung 13 zugeführt, wobei dem eigentlichen Einlaß 14 der Zu­ fuhrleitung 13 die Verbrennungsluft aus der Atmosphäre zuge­ führt wird, während der Brennstoff über eine Brennstoffleitung 15, in der ein Magnetventil 16 angeordnet ist, zugeführt wird, wobei ein Ende 17 der Brennstoffleitung 15 unmittelbar stromauf eines Gebläses 18 im Innenraum der Zufuhrleitung 13 endet. Das Gebläse 18 bildet den Übergang von der Zufuhrleitung 13 in den Innenraum 3 des Gebläsebrenners 1. Das Gebläse 18 weist ein Flügelrad 19 auf, das von einem Elektromotor 20 angetrieben ist, der seine Energie über eine Netzzuleitung 21 aus einem speisenden Netz erhält. Das Magnetventil 16 ist über eine Steuerleitung 22 mit einer Steuerung 23 verbunden, die gleich­ falls über eine Leitung 24 aus dem Netz gespeist ist. Die Steuerung 23 beaufschlagt über eine Leitung 25 den Elektromotor 20.

Die Verbrennungszone 8 und die Mischzone 4 sind durch eine Trennfläche 26 getrennt, die aus einer porösen Keramikplatte, einem porösen keramischen Vlies, einem Metalldrahtgewebe, einem keramischen Schaum oder einem Sintermetall gebildet werden kann. Allen diesen Stoffen und einer Mehrzahl ähnlich wirkender Stoffe ist gemeinsam, daß die gesamte Oberfläche der Trennflä­ che 26 am Durchtritt des Brennstoff-Luft-Gemisches teilnimmt.

In der Verbrennungszone 8 entsteht das sogenannte thermisch ge­ bildete Stickoxid. Genau genommen handelt es sich hier um eine Vielzahl einzelner Oxide, wie N₂O, NO, N₂O₃ und NO₂ und N₂O₅, die in einem unterschiedlichen Verhältnis zueinander stehen. Der Vereinfachung halber wird im folgenden von Stickoxid ge­ sprochen, welches thermisch gebildet ist, das heißt, nur durch die Wärme der Verbrennung. Geschieht die Verbrennung ganz oder teilweise unter Sauerstoffmangel, so wird promptes Stickoxid gebildet, und zwar durch Umwandlung von Kohlenwasserstoff über Blausäure in Stickoxid. Diese Stickoxidbildung kann im folgen­ den als nicht relevant außer acht gelassen werden, da sie hauptsächlich bei teilvormischenden Brennern und in deren An­ fangsbrennphase auftritt.

Im Schaubild gemäß Fig. 5 ist in der Mitte ein erster Kreis dargestellt, der als Ergebnis die Stickoxidbildung zum Inhalt hat. Man erkennt durch die Pfeile 31, 32 und 33, daß drei Grö­ ßen, nämlich der Sauerstoffgehalt 34, die Flammentemperatur 35 und die Verweilzeit 36 der Komponenten in der Verbrennungszone auf die Stickoxidbildung Einfluß haben. Man erkennt aber auch durch die weiteren Pfeile 37, 38 und 39, daß sich Sauerstoffge­ halt 34, Flammentemperatur 35 und Verweilzeit 36 auch noch ge­ genseitig beeinflussen. Zunächst einmal führt ein höherer Sauerstoffgehalt 34 in der Verbrennungszone 8 generell zu einer verstärkten Stickoxidbildung, ganz einfach, weil dann mehr Sauerstoff zur Reaktion vorhanden ist. Gleichermaßen führt eine Erhöhung der Flammentemperatur 35 zu einer verstärkten Stickoxidbildung, weil mehr thermische Reaktionsenergie zur Oxidation des Stickstoffs vorhanden ist. Eine größere Verweil­ zeit 36 führt zum dritten gleichermaßen zur Erhöhung der Stickoxidbildung, weil die Komponenten mehr Zeit haben, mit­ einander reagieren zu können.

Andererseits führt aber auch eine Erhöhung des Sauerstoffgehal­ tes 34 zu einer Erniedrigung der Flammentemperatur 35, weil für die Verbrennung nicht notwendiger Sauerstoff durch die Verbren­ nungszone 8 transportiert wird und erhitzt wird, ohne daß er sich positiv auf die Verbrennung auswirkt. Weiterhin bewirkt die Erhöhung des Sauerstoffgehaltes 34 auch eine Erhöhung des Einflußbereichs der Verweilzeit 36 zur maximalen NO-Bildung. Bei erhöhter Flammentemperatur 35 ist der Einfluß der Verweil­ zeit 36 auf die NO-Bildung größer. Dadurch sind die 3 Grund­ parameter 34, 35 und 36 voneinander abhängig.

Man erkennt aus dem Diagramm nach Fig. 5 weiterhin, daß sowohl die Luftzahl 40 wie auch die spezifische Belastung 41 und die Ausströmgeschwindigkeit 42 auf die Entstehung des Stickoxides Einfluß nehmen. Die Luftzahl 40 ist definiert als das Verhält­ nis des Gesamtluftdurchsatzes zu dem Luftdurchsatz, der für die vollständige (stöchiometrische) Verbrennung notwendig wäre. Die spezifische Belastung 41 ist definiert als die Leistung des Brenners in Watt, bezogen auf (bei einem Brenner der eben be­ trachteten Art) die Brennoberfläche der Trennfläche 26. Die Ausströmgeschwindigkeit 42 ist definiert als die Geschwindig­ keit, mit der die Brenngemischkomponenten durch die Trennfläche 26 hindurchtreten.

Luftzahl 40, spezifische Belastung 41 und Ausströmgeschwindig­ keit 42 wirken nunmehr auf den Sauerstoffgehalt 34, die Flam­ mentemperatur 35 und die Verweilzeit 36 mehr oder weniger ge­ genläufig ein. Die Luftzahl 40 wirkt über den Pfeil 43 sowohl auf den Sauerstoffgehalt 34 wie auch auf die Flammentemperatur 35 ein. Bei Erhöhung der Luftzahl steigt einerseits der Sauer­ stoffgehalt 34, andererseits fällt aber die Flammentemperatur 35. Die Flammentemperaturänderung ist stärker in ihrer Auswir­ kung als die Änderung des Sauerstoffgehaltes. Andererseits wirkt die Luftzahl über den Pfeil 44 auch auf die Ausströmge­ schwindigkeit 42 ein, da die Ausströmgeschwindigkeit 42 steigen muß, je mehr Luft durch die Trennfläche 26 hindurchgeschickt wird. Eine Änderung der spezifischen Belastung 41 geht über den Pfeil 45 nicht nur in die Größe der Ausströmgeschwindigkeit 42, sondern auch über den Pfeil 46 in die Höhe der Flammentempera­ tur 35 ein. Eine Rücknahme der spezifischen Belastung 41 ist nur zu erreichen über eine Verringerung des Brennstoffdurchsat­ zes, und dieses führt zu einer geringeren Ausströmgeschwindig­ keit 42 durch die Trennfläche 26. Eine Verringerung der spezi­ fischen Belastung 41 bewirkt aber auch eine Verkleinerung der Flammentemperatur 35, da weniger Brennstoff umgesetzt wird. Eine Vergrößerung der Ausströmgeschwindigkeit 42 im bestimmten Bereich bewirkt eine Verkleinerung der Flammentemperatur 35, weil ab einer bestimmten Grenze die Flammenbildung nicht mehr im Bereich der Trennoberfläche 26, sondern im Abstand davon stattfindet, und dadurch kann die Brennerplatte die Verbren­ nungswärme nicht abnehmen. Gleichzeitig wird mit einer Erhöhung der Ausströmgeschwindigkeit 42 die Verweilzeit 36 gemäß dem Pfeil 47 verringert. Dies bedeutet, daß sich durch eine Erhö­ hung der Ausströmgeschwindigkeit 42 die Bildung thermischen Stickoxides verringern, aber auch erhöhen kann. Das hängt von dem gegenseitigen Einfluß beider Parameter ab.

Als erfindungswesentlich wurde nunmehr gefunden, daß man die Bildung thermischen Stickoxides optimieren, das heißt minimie­ ren kann, wenn man das Verbrennungsverfahren bei einem Oberflä­ chenbrenner, also einem Strahlungsbrenner, so verlaufen läßt, daß ein Kennwert gemäß Gleichung 1 erhalten wird:

wobei KWS den Kennwert in Watt pro cm², q die spezifische Bren­ nerbelastung, X die Luftzahl und b einen Exponenten bedeutet, der bei Metallfaserbrennern bei sechs, bei Keramikplattenbren­ nern bei fünf liegt. Eine Einschränkung erfährt diese Erkennt­ nis dadurch, daß der Bereich von λ gleich oder größer 1,1 und der Bereich von g gleich oder kleiner 120 W/cm² liegt.

Die spezifische Brennerbelastung bei einem Brenner gemäß Fig. 1 kann durch Variation des Durchlaßquerschnitts des Magnetven­ tils 16 erzielt werden. Es ist dann nämlich möglich, bei kon­ stanter Oberfläche der Trennfläche 26 mehr oder weniger Brenn­ stoff in die Misch- und Verbrennungszone 4 und 8 zu geben. Die Luftzahl kann durch Variation der Drehzahl des Gebläses 18/19 variiert werden. Die Anweisung gemäß dem Kennwert bedeutet, daß man bestrebt ist, die Brennoberfläche der Trennfläche 26 so groß wie möglich zu machen. Die größtmögliche Oberfläche in be­ zug auf das Volumen hat die Kugel, so daß eine kuglige Ausbil­ dung dieser Trennoberfläche das Optimum gemäß der Bedingung darstellt. Weiterhin ist zu ersehen, daß die Betriebsergebnisse bezüglich des Stickoxids um so günstiger werden, je weniger Brennstoff pro Flächeneinheit durch die Trennfläche 26 gegeben wird. Weiterhin ist ersichtlich, daß eine Erhöhung der Luftzahl zu besonders guten Ergebnissen führt, zumal sie mit einem Expo­ nenten eingehen. Zu beachten ist aber, daß eine beliebige Erhö­ hung der Luftzahl nicht sinnvoll ist, weil dann der Wirkungs­ grad des Heizgerätes stark abfällt. Der Kennwert liefert ein Optimum aus den sich zum Teil widerstrebenden Bedingungen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zeigt einen Gebläsebren­ ner, bei dem die Trennfläche 26 durch eine kuglig gestaltete Brennerhaube 48 gebildet ist, die eine Vielzahl von Brennge­ misch-Austrittsschlitzen 49 aufweist. Auch dieser Brenner ar­ beitet in einer bis auf die Luft- und Gaseintrittsöffnung und die Abgasauslaßöffnung geschlossenen Brennkammer.

Es wäre bei einem Brenner gemäß Fig. 2 zu überlegen, ob man den Wärmetauscher 9 auf der dem Brenner zugewandten Seite kon­ kav ausbildet oder ob man die seitliche Wand der Brennkammer 6 wassergefüllt ausbildet und mit dem Rohr 10 des Wärmetauschers 9 verbindet, um allseitig die vom Brenner abgestrahlte Wärme nutzbringend zu verwerten.

Der Brenner gemäß Fig. 2 gehört zu den Strahlungsbrennern und weist zwischen den einzelnen Brenngemisch-Austrittsöffnungen 49 oder besser Porenbereiche 50 auf, die nicht am Brennstoff-Luft- Gemisch-Durchtritt teilnehmen.

Ist der Brenner im Prinzip ausgebildet als Brenner gemäß Figu­ ren 3 und 4, gilt ein anderer Kennwert:
Der Brenner gemäß Fig. 3 und 4 ist als atmosphärischer Vor­ mischgasbrenner 51 ausgestaltet. Eine oder mehrere Gasdüsen 52 sind an die Gasleitung 15 angeschlossen und blasen Gas in Form eines Gasstrahls in den Einlaß 53 eines Mischrohres 54 ein. Aus dem Ringspalt 55 zwischen Gasdüse 52 und Einlaß 53 wird Primär­ luft mitgerissen. Gas und Primärluft mischen sich im Innenraum 56 des Mischrohres 54 und treten von unten her an eine Brenner­ platte 57 heran, die in Fig. 4 in Ansicht dargestellt ist und die relativ große Brenngemisch-Austrittsschlitze 49 aufweist. Die Brennerplatte 57, die nicht unbedingt eben, sondern auch gekrümmt ausgebildet sein kann, bildet die Trennfläche 26, oberhalb der sich die Verbrennungszone 8 bildet und unterhalb der die Mischzone 4 vorgesehen ist. Zwischen den einzelnen in der Fig. 4 dargestellten Brennern 51 kann Sekundärluft durch den Zwischenraum 58 aufsteigen und an die Flammenwurzeln der an der Oberseite der Brenngemisch-Austrittsschlitze 49 entstehen­ den Flammen gelangen.

Es wird angestrebt, den atmosphärischen Vormischgasbrenner 51 überstöchiometrisch zu betreiben, das heißt, über den für die vollständige (stöchiometrische) Verbrennung notwendigen Luft­ durchsatz von 1,2 zu betreiben. Zwar würde dieser Luftanteil zur vollständigen Verbrennung des Gases ausreichen, aber aus später noch geschilderten Überlegungen wird dennoch Sekundär­ luft hinzugefügt.

Für die Brenner 51 gemäß Fig. 3 und 4 gilt das Schaubild ge­ mäß Fig. 6, das sich gegenüber dem Schaubild von der Fig. 5 dadurch im wesentlichen unterscheidet, daß die Luftzahl 40 in eine Primärluftzahl 59 und eine Sekundärluftzahl 60 unterteilt ist. Beide Luftzahlen 59 und 60 wirken gemäß der Pfeile 61, 62 gegenläufig aufeinander ein, und zwar aufgrund der Variation des thermischen Auftriebs im Brennraum. Beide zusammen wirken aber gemäß dem Pfeil 43 in der beschriebenen Art und Weise auf die Bildung des Stickoxids ein.

Bei solchen atmosphärischen Vormischgasbrennern 51 wird auch die Minimierung eines Kennwertes angestrebt, und dieser Kenn­ wert lautet gemäß Gleichung 2:

Hierin bedeuten KW₂ der Kennwert, q die spezifische Brennerbe­ lastung, bezogen auf die Summe aller Brenngemisch-Austrittsöff­ nungen 49 in W/cm², V die Austrittsgeschwindigkeit der Gemisch­ komponenten in m/s, λ_p der Primärluftanteil und λ der Luftanteil, der zur vollständigen Verbrennung notwendig ist, sowie 0,2 einen Exponenten.

Es ist nun möglich, die Ausströmgeschwindigkeit V durch Glei­ chung

zu ersetzen, wobei 10 und 1 und 3600 dimensionslose Zahlen, L_min das zur vollständigen Verbrennung einer Volumeneinheit des Brennstoffs notwendige Luftvolumen bedeuten sowie Hu den Heiz­ wert des Brenngases in kWh/m³.

Wird Gleichung 3 in Gleichung 2 eingesetzt, so ergibt sich für den Kennwert Gleichung 4:

Gleichung 4 kann umbeschrieben werden zu

Hieraus ist ersichtlich, daß der Kennwert minimiert werden kann, wenn der Heizwert des Gases klein gehalten wird und wenn der Primärluftanteil erhöht wird.

Der Heizwert Hu bezieht sich auf den jeweils unteren Heizwert, der möglicherweise zur Anwendung kommenden Gase, wie Wasser­ stoff, Methan, Butan oder Gasgemische hieraus.

Claims (4)

1. Verfahren zum Minimieren der Bildung thermi­ scher Stickoxide bei einer Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches an einer Trennfläche zwi­ schen einer Mischzone und einer Verbrennungs­ zone, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhält­ nis zwischen spezifischer Brennoberflächenbela­ stung (q) und Luftzahl (λ) minimiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Strahlungsverbrennung das Verhält­ nis zwischen spezifischer Brennoberflächenbela­ stung (q) und Luftzahl (X) nach folgendem Kenn­ wert KW₁ minimiert wird: wobei b bei Metallfaserbrennern bei sechs und bei Keramikplattenbrennern bei fünf liegt.

3. Verfahren zum Minimieren der Bildung thermi­ scher Stickoxide bei einer Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches an einer Trennoberfläche zwischen einer Mischzone und einer Verbren­ nungszone, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis zwischen spezifischer Brennoberflächen­ belastung (q) und dem Produkt aus Durchtritts­ geschwindigkeit (V) des Brenngemisches durch die Oberfläche, Primärluftzahl (λ_p) und Ge­ samtluftzahl (X) minimiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verhältnis zwischen spezi­ fischer Brennoberflächenbelastung (q) und dem Produkt aus Durchtrittsgeschwindigkeit (V) des Brenngemisches durch die Oberfläche, Pri­ märluftzahl (λ_p) und Gesamtluftzahl (λ) nach folgendem Kennwert KW₂ minimiert wird: wobei Hu der Heizwert [kWhm^-3] des zur Verwendung kommenden Gases, 360 und 1 dimensionslose Zah­ len und L_min das für die vollständige (stöchiometrische) Verbrennung eines bestimmten Brennstoffvolumens notwendige Luftvolumen be­ deuten.