DE4436912A1 - Gebläsebrenner mit Brennraum und Verfahren zum Betreiben des Brenners - Google Patents

Description

Gebläsebrenner gemäß dem Oberbegriff sind aus der OS 22 03 362 bekannt. Der in dieser OS dargestellte Brennerkopf weist stromab des Einspeiselementes für Verbrennungsluft ein Flammenstabilisierungselement in Form einer quer zur Strömungsrichtung angeordneten Scheibe auf, die mit Abstand vom Einspeiselement angeordnet ist. Das Einspeiselement, das Flammenstabilisierungselement und das Brennerrohr begrenzen einen Mischraum, der über mehrere von Durchbrüchen im Brennerrohr gebildete Abgaskanäle mit dem Außenraum verbunden ist. Desweiteren mündet in diesen Mischraum ein durch Abstand zwischen Einspeiselement und Flammenstabilisierungselement gebildeter Verbrennungsluftkanal. Stromab des Flammenstabilisierungselementes ist ein vom Brennrohr umfaßter Brennraum angeordnet, der über einen durch das Flammenstabilisierungselement und das Brennerrohr gebildeten, ringförmigen Überströmkanal mit dem Mischraum verbunden ist. Während des Brennerbetriebes wird Abgas mittels Unterdruck durch die Abgaskanäle über den Mischraum in den Brennraum gefördert. Dabei ist die Menge des rückgeführten Abgases und die Zusammensetzung der dem Brennraum zugeführten Mischung aus Abgas und Verbrennungsluft von dem durch den Verbrennungsluftkanal geförderten Volumenstrom abhängig. Das unter Zumischung vom Verbrennungsluft in den Brennraum rückgeführte Abgas bewirkt eine Verminderung des Stickoxidgehaltes beim Verbrennungsprozeß.

Die mit diesem Brennerkopf zu erzielenden NOx-Werte entsprechen jedoch nicht mehr den heutigen Anforderungen. Darüberhinaus sind die an heutige abschaltbare Niedertemperaturkessel gestellten Forderungen bezüglich des Kaltstartverhaltens mit dem in der OS 22 03 362 offengelegten Mischkopf nur schwer zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Brenner so zu verbessern, daß die NOx-Werte weiter gesenkt werden und das Kaltstartverhalten verbessert wird.

Dies wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs erreicht. Durch die langgestreckte, vorzugsweise zylindrische Form des Brennraums mit einem Längen/Durchmesserverhältnis im Bereich von vorzugsweise 2 : 1 bis 3 : 1 wird die Wärme beim Verbrennungsprozeß im Brennraum auf einer längeren Strecke nahezu isochor zugeführt. Dadurch nimmt die Strömungsgeschwindigkeit im Brennraum stärker zu als bei kurzer Brennkammer, was zu erhöhter Turbulenz und damit verbesserter Durchmischung von Brennstoff, Luft und Verbrennungsprodukten im Brennraum führt. Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit baut sich auch der statische Druckanteil in diesen Bereichen des Brennraums weiter ab, wodurch es zu einer verstärkten Rückführung von Verbrennungsprodukten durch die Abgaskanäle im Brennerrohr und damit zu einer weiteren Verminderung der NOx-Werte kommt.

Weitere Ausgestaltungen des erfindungsmäßigen Brenners sind in den Unteransprüchen beschrieben, wobei die die Ausgestaltungen des Brenners gemäß den ersten Unteransprüchen sich vorteilhaft auf die Turbulenz- und Wirbelbildung im Brennraum auswirken, wodurch weitere NOx-Minderungen erreicht werden und das Kaltstartverhalten verbessert wird.

Die weiteren Unteransprüche beziehen sich auf eine Verbesserung der NOx-Werte und des Kaltstartverhaltens durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Verbrennungsluftkanäle. Die Verbrennungsluftkanäle können z. B. als konzentrisch angeordnete Bohrungen im Einspeiselement ausgebildet sein, was eine besonders gleichmäßige Durchmischung von Luft und Abgas im Mischraum bewirkt. Dies beeinflußt insbesondere das Kaltstartverhalten des des Brenners positiv. In der Praxis hat sich ergeben, daß insbesondere beim Kaltstart eine zu große Menge zurückgeführten Abgases zu Startproblemen führt.

Durch die in den Unteransprüchen dargelegten Verfahren wird insbesondere das Kaltstartverhalten vorteilhaft verbessert. Durch Steuerung des Volumenstroms im Verbrennungsluftkanal wird die für den jeweiligen Betriebszustand optimale Mischung aus Luft und Abgas dem Verbrennungsprozeß zugeführt, d. h. beim Kaltstart des Brenners eine geringe rezirkulierte Abgasmenge mit großem Verbrennungsluftanteil und bei Betrieb des warmen Brenners eine größere Abgasmenge mit geringem Verbrennungsluftanteil.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer möglichen Ausführungsform beschrieben, woraus sich weitere erfinderische Merkmale ergeben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Mischgruppe des Gebläsebrenners.

In Fig. 1 sind die wesentlichen Funktionselemente der Mischgruppe eines erfindungsgemäßen Gebläsebrenners zur Verfeuerung von Heizöl schematisch dargestellt.

Das Einspeiselement (5) für Verbrennungsluft, der Düsenstock (12) und die Öldüse (13) sind konzentrisch zum Brennerohr (10) angeordnet. Der Düsenstock (12) ist mittels Blende (16) und Halter (19) am Einspeiselement (5) befestigt. Stromab des Einspeiselementes (5) ist das Flammenstabilisierungselement (2) so angeordnet, daß ein ringförmiger Verbrennungsluftkanal (8) gebildet wird.

Das Flammenstabilisierungselement (2) ist in Form eines Trichters ausgebildet und weist eine Zentralöffnung (3) sowie mehrere radial angeordnete Öffnungen (4) auf. Jede Öffnung (4) ist schlitzförmig ausgebildet und auf einer Seite von einem Leitelement (7) begrenzt, das zur Erzeugung einer Drallströmung als gegen die Mantelebene des Trichters geneigte Fläche ausgebildet ist. Die Zentralöffnung (3) des Flammenstabilisierungselements (2) weist einen geringeren Durchmesser auf als die Austrittsöffnung (6) des Einspeiselementes (5), so daß die Ränder der Öffnungen (3, 4) als Abrißkanten in den Verbrennungsluftstrom ragen und so ideale Quellpunkte für eine Vielzahl von Abrißwirbeln im Brennraum bilden.

Die stromauf des Einspeiselementes (5) angeordnete Blende (16) bildet mit dem Einspeiselement (5) einen ringförmigen Einströmschacht (18). Hierdurch wird die Verbrennungsluft stark zur Sprühachse der Öldüse (13) hin abgelenkt, was zur einer Verbesserung der Durchmischung von Luft und Ölnebel führt.

Das Einspeiselement (5) weist eine Aufnahmevorrichtung für die Zündelektrode (15) auf.

Die Abgaskanäle sind als Durchbrüche (11) im Brennerrohr (10) ausgebildet und münden nahe des Einspeiselementes (5) in den Mischraum (20).

Weiterhin weist das Brennerohr in den Brennraum (1) ragende Einformungen (14) auf. Diese Einformungen wirken als Störkonturen und tragen so zur einer weiteren vorteilhaften Wirbelbildung im Brennraum bei. Die Einformungen (14) sind hier als kreisförmige Vertiefungen ausgebildet. Andere Formen wie z. B. längliche, schräg verlaufende Rinnen können ebenfalls eingeprägt sein.

Die Einformungen (14) können auch Durchbrüche aufweisen, durch die Abgas aus dem Außenraum in den Brennraum (1) gefördert wird.

Insbesondere zur Dämpfung der Flammengeräusche ist es vorteilhaft, wenn mehrere Einformungen (14) in unterschiedlichem Abstand von der Mündung des Brennerohres (10) angeordnet sind.

Claims (12)

1. Gebläsebrenner mit Elementen zur Zufuhr und Verteilung von Brennstoff, einem konzentrisch dazu angeordneten Einspeiselement für Verbrennungsluft, einem stromab des Einspeiselementes vorzugsweise quer zur Strömungsrichtung angeordneten, mit einer Zentralöffnung versehenen Flammenstabilisierungselement, einem an das Einspeiselement, das Flammenstabilisierungs­ element und das Brennerrohr angrenzenden Mischraum, in den ein Verbrennungsluftkanal und ein Abgaskanal münden, einem stromab des Flammenstabilisierungselementes angeordneten, vom Brennerohr umfaßten Brennraum sowie einen den Mischraum mit dem Brennraum verbindenden Überströmkanal, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Länge des Brennraumes (1) bezogen auf seinen Durchmesser größer als eins ist, vorzugsweise jedoch einen Wert zwischen 2 : 1 und 3 : 1 aufweist.

2. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das die Zentralöffnung (3) des Flammenstabilisierungselementes (2) an den Verbrennungsluftstrom angrenzt, wobei die Zentralöffnung (3) vorzugsweise einen geringeren Durchmesser aufweist als die Austrittsöffnung (6) des Einspeiselementes (5).

3. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammenstabilisierungselement (2) trichterförmig ausgebildet ist.

4. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammenstabilisierungselement (2) mehrere radial angeordnete, vorzugsweise schlitzförmige Öffnungen (4) aufweist.

5. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (3, 4) im Flammenstabilisierungselement (2) durch Leitelemente (7) zur Erzeugung einer Drallströmung begrenzt sind.

6. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf des Einspeiselementes (5) eine Blende (16) angeordnet ist, die mit dem Einspeiselement (5) einen Einströmschacht (18) bildet.

7. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralöffnung (3) durch Verschieben des Düsenstocks (12) einstellbar ist.

8. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsluftkanal (9) das Einspeiselement (5) durchgreift.

9. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspeiselement (5) und das Luftzuführungsrohr (17) einen Verbrennungsluftkanal begrenzen.

10. Gebläsebrenner nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom im Verbrennungsluftkanal (8, 9) einstellbar ist.

11. Verfahren zum Betreiben eines Gebläsebrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung durch ein temperaturgesteuertes Stellglied erfolgt.

12. Verfahren zum Betreiben eines Gebläsebrenner nach Anspruch 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellvorgang bei jedem Brennerstart beginnt.