DE4438356A1

DE4438356A1 - Two=stage combustion system for gaseous and vapours fuel

Info

Publication number: DE4438356A1
Application number: DE4438356A
Authority: DE
Inventors: Heiner Dr Hueppelshaeuser; Karl H Dr Klug
Original assignee: Ruhrgas AG
Current assignee: EON Ruhrgas AG
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2014-10-28
Also published as: DE4438356C2

Abstract

The system involves a heat output coupling which is fitted behind the combustion system. The two combustion stages are operated according to different reaction principles such that in the primary stage a below-stoichiometric combustion takes place with heat output coupling, while the secondary stage a flame-less, catalytic combustion takes place with air excess. Pref. the air factor in the primary stage is adjusted to 0.5-0.95, pref. to 0.6-0.9. To the gases from the primary stage is typically admixed such vol. of secondary air the air factor reaches 1.0-4.0, pref. 1.05-1.8.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zweistufigen Verbrennung von gas- oder dampfförmigem Brenn stoff mit nachgeschalteter Wärmeauskopplung.The invention relates to a method and an apparatus for two-stage combustion of gaseous or vaporous fuel fabric with downstream heat extraction.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus der Praxis be kannt. Die nachgeschaltete Wärmeauskopplung dient vor allen Dingen der Heiz- oder Brauchwassererwärmung.Such methods and devices are from practice knows. The downstream heat extraction serves above all Things of heating or domestic water heating.

Zu unterscheiden sind dabei zwei grundsätzlich verschiedene Verfahrensführungen, nämlich zum einen die zweistufige Flammen verbrennung und zum anderen die zweistufige katalytische Ver brennung.There are two fundamentally different types Procedural procedures, namely on the one hand the two-stage flames combustion and secondly the two-stage catalytic Ver burn.

Bei der zweistufigen Flammenverbrennung ist man im Hinblick auf die NO_x-Bildung bestrebt, die Flammentemperaturen niedrig zu halten. Dies ist allerdings nur in begrenztem Maße möglich, da sonst die CO-Werte zu stark ansteigen. Auch bedingt die Flam menstabilität eine gewisse Mindesttemperatur. Insgesamt lassen sich die Schadstoffemissionen nicht beliebig vermindern.In the case of two-stage flame combustion, efforts are made to keep the flame temperatures low in view of the NO _x formation. However, this is only possible to a limited extent, since otherwise the CO values rise too much. Flame stability also requires a certain minimum temperature. Overall, pollutant emissions cannot be reduced at will.

Die flammenlose katalytische Verbrennung arbeitet auf geringe rem Temperaturniveau. Zur vollständigen Umsetzung von Methan enthaltenden Brennstoffen sind allerdings derart hohe Tempera turen erforderlich, daß es zu einer vorzeitigen Deaktivierung der Katalysatoren kommen kann. Deren Lebensdauer ist dement sprechend begrenzt.The flameless catalytic combustion works on low temperature level. For the complete conversion of methane fuels containing such high temperatures tures required that there be premature deactivation the catalysts can come. Their lifespan is demented speaking limited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei zweistufiger Ver brennung die Möglichkeit zu extrem schadstoffarmer Arbeitsweise bei störungsfreiem Langzeitbetrieb zu schaffen.The invention has for its object in two-stage Ver burning the possibility of extremely low-pollutant working to create trouble-free long-term operation.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbrennungsstufen nach unterschiedlichen Reaktionsprinzipien betrieben werden, wobei in der Primärstufe eine unterstöchiometrische Flammenverbren nung mit Wärmeauskopplung erfolgt, während in der Sekundärstufe eine flammenlose katalytische Verbrennung bei Luftüberschuß durchgeführt wird.The method according to the invention is used to achieve this object characterized in that the two combustion stages after different reaction principles are operated, whereby a substoichiometric flame burning in the primary stage Heat extraction takes place while in the secondary stage flameless catalytic combustion with excess air is carried out.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine katalyti sche Verbrennung dann mit hoher Temperatur arbeiten muß, wenn der Brennstoff Methan enthält, und zwar wegen der hohen Akti vierungsenergie des Methan.The invention is based on the finding that a catalytic cal combustion must work at high temperature if the fuel contains methane because of the high stocks energy of methane.

Erfindungsgemäß wird das Methan in der Primärstufe weitestge hend umgesetzt, wobei wegen der unterstöchiometrischen Ver brennung ein hoher Anteil an CO und H₂ entsteht. Gleichzeitig wird aus der Primärstufe Wärme ausgekoppelt, so daß die Tempe ratur der Flammenverbrennung niedrig gehalten werden kann. Die nachgeschaltete sekundäre katalytische Verbrennung zielt nicht mehr auf die Umsetzung von Methan ab, sondern auf die Umsetzung von CO und H₂, deren Aktivierungsenergie vergleichsweise gering ist. Die Temperatur der katalytischen Sekundärstufe kann also ohne weiteres unter derjenigen Grenze gehalten werden, deren Überschreitung die Gefahr einer Deaktivierung der Katalysatoren mit sich bringt. Die Lebensdauer der Katalysatoren wird also nicht verkürzt. Da die Sekundärstufe mit Luftüberschuß arbei tet, kommt es zu einer vollständigen Verbrennung des Kohlenmon oxyds. NO_x kann aufgrund der niedrigen Arbeitstemperatur nicht entstehen.According to the methane is largely implemented in the primary stage, with a high proportion of CO and H₂ being produced because of the substoichiometric combustion. At the same time, heat is extracted from the primary stage, so that the temperature of the flame combustion can be kept low. The downstream secondary catalytic combustion no longer aims at the conversion of methane, but at the conversion of CO and H₂, whose activation energy is comparatively low. The temperature of the catalytic secondary stage can thus easily be kept below the limit which, when exceeded, entails the risk of deactivation of the catalysts. The service life of the catalysts is therefore not shortened. Since the secondary stage works with excess air, there is a complete combustion of the carbon monoxide. NO _x cannot develop due to the low working temperature.

Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine störungsfreie Langzeit verbrennung bei extrem geringer Schadstoffbildung.Overall, the invention enables a trouble-free long-term combustion with extremely low pollutant formation.

Besonders günstige Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Luftzahl der Primärstufe auf 0,5 bis 0,95, vorzugsweise auf 0,6 bis 0,9 eingestellt wird und wenn den aus der Primärstufe stam menden Gasen Sekundärluft in solcher Menge begemischt wird, daß sich eine Gesamt-Luftzahl von 1,0 bis 4,0, vorzugsweise von 1,05 bis 1,8 einstellt. Die Beimischung der Sekundärluft er folgt derart, daß sich möglichst schnell eine homogene, niedri ge Gemischtemperatur einstellt und somit keine unkontrollierten weiteren Gasphasenreaktionen (Oxidation des CO und H₂) möglich sind.Particularly favorable results can be achieved if the Air ratio of the primary stage to 0.5 to 0.95, preferably to 0.6 is set to 0.9 and if the stam from the primary level Gases secondary air is mixed in such an amount that a total air ratio of 1.0 to 4.0, preferably of 1.05 to 1.8. The admixture of secondary air follows in such a way that a homogeneous, low set mixture temperature and thus no uncontrolled further gas phase reactions (oxidation of CO and H₂) possible are.

Vorzugsweise werden mindestens ein Teil der aus der Primärstufe ausgekoppelten Wärme und die nach der Sekundärstufe ausgekop pelten Wärme einem gemeinsamen Wärmeträgermedium zugeführt.Preferably at least part of the primary stage decoupled heat and decoupled after the secondary stage heat is fed to a common heat transfer medium.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, einen Teil der aus der Pri märstufe ausgekoppelten Wärme der Sekundärluft zuzuführen. Dies erhöht die Arbeitstemperatur der Sekundärstufe nur unwesent lich, bewirkt aber, daß die Sekundärluft keine Kältezonen bil den kann, die den Betrieb der Sekundärstufe stören würden.It is particularly advantageous to use part of the Pri to supply coupled heat from the secondary air. This increases the working temperature of the secondary stage only slightly Lich, but causes the secondary air bil no cold zones who can disrupt the operation of the secondary school.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zwischen den Verbrennungsstufen eine zusätzliche Wärmeauskopplung durch geführt wird, wobei diese Wärme vorzugsweise ebenfalls dem ge meinsamen Wärmeträgermedium zugeführt wird. Die zusätzliche Wärmeauskopplung trägt ebenfalls dazu bei, die Temperatur der Sekundärstufe niedrig zu halten.In a development of the invention it is proposed that between additional heat extraction through the combustion stages is performed, this heat preferably also the ge common heat transfer medium is supplied. The additional Heat extraction also helps to control the temperature of the Keep secondary level low.

Vorzugsweise werden die aus der Primärstufe austretenden Gase einer katalytischen NO-Reduktion unterworfen. Der besondere Vorteil dieser Maßnahme liegt darin, daß die aus der Primär stufe austretenden Gase geeignete Reaktionspartner im Überschuß enthalten, nämlich CO und H₂. Vorhandenes NO kann also zuver lässig reduziert werden. Auf diese katalytische NO-Reduktion kann verzichtet werden, wenn schon in der Primärverbrennungszo ne ca. 15-30% der Reaktionswärme aus der Verbrennungszone aus gekoppelt wird. The gases emerging from the primary stage are preferred subjected to a catalytic NO reduction. The special one The advantage of this measure is that the primary stage emerging gases suitable reactants in excess contain, namely CO and H₂. Existing NO can thus verver be casually reduced. On this catalytic NO reduction can be omitted if already in the primary combustion zone ne approx. 15-30% of the heat of reaction from the combustion zone is coupled.

Die Primärstufe wird während des Startes vorzugsweise über stöchiometrisch betrieben, und zwar solange, bis die Sekundär stufe ihre Arbeitstemperatur erreicht hat. Die Sekundärluftzu fuhr kann dabei bereits auf den Betriebswert eingestellt wer den.The primary stage is preferably over during the start operated stoichiometrically, until the secondary level has reached its working temperature. The secondary air supply can already be set to the operating value the.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß hinter der Sekundärstufe der CO-Gehalt des Verbrennungsab gas es erfaßt wird und daß die Primärstufe auf überstöchiometri schen Betrieb umgeschaltet wird, wenn der CO-Gehalt unzulässig ansteigt. Dies dient der Sicherheitsüberwachung des Prozesses. Der Betrieb der Primärstufe kann durch einfache Flammenüberwa chung abgesichert werden. Diese Maßnahme entfällt bei flammen loser katalytischer Verbrennung, wie sie in der Sekundärstufe stattfindet. Bei einer mit Methan beaufschlagten katalytischen Verbrennungsstufe bleibt als einzige Überwachungsmöglichkeit die Erfassung des Methangehaltes im Abgas. Demgegenüber ist die CO-Ermittlung nach der Erfindung nach dem derzeitigen Stand der Sensortechnik wesentlich einfacher und zuverlässiger. Vor allen Dingen erfüllt sie ihren Zweck in vollem Umfange, da die erfin dungsgemäße Sekundärstufe nicht mit Methan gespeist wird, son dern mit Kohlenmonoxyd und Wasserstoff.In an essential further development of the invention it is proposed that behind the secondary stage the CO content of the combustion gas it is detected and that the primary level is overstoichiometric operation is switched if the CO content is impermissible increases. This serves to monitor the safety of the process. The primary stage can be operated by simple flame monitoring secured. This measure does not apply to flames loose catalytic combustion, as in the secondary stage takes place. For a catalytic one loaded with methane The combustion stage remains the only monitoring option Detection of the methane content in the exhaust gas. In contrast is the CO determination according to the invention according to the current status of Sensor technology much easier and more reliable. Above all Things fully serve their purpose, since they invent Secondary stage according to the invention is not fed with methane, son with carbon monoxide and hydrogen.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Verbrennung von gas- oder dampfförmigem Brennstoff, mit einer Primärbrennkammer, ei ner Sekundärbrennkammer sowie mit einem der Sekundärbrennkammer nachgeschalteten Haupt-Wärmetauscher für ein Wärmeträger medium, wobei diese Vorrichtung zur Lösung der gestellten Auf gabe dadurch gekennzeichnet ist, daß die Primärbrennkammer als gekühlte Flammenbrennkammer ausgebildet ist, während die Sekun därbrennkammer eine flammenlose katalytische Brennkammer ist. Mit dieser Vorrichtung werden diejenigen Vorteile erzielt, die vorstehend anhand des Verfahrens bereits erläutert wurden. The invention provides a device for the combustion of gas or vapor fuel, with a primary combustion chamber, egg ner secondary combustion chamber and one of the secondary combustion chambers downstream main heat exchanger for a heat transfer medium medium, this device to solve the posed is characterized in that the primary combustion chamber as cooled flame combustion chamber is formed while the Sekun intestine combustion chamber is a flameless catalytic combustion chamber. With this device, those advantages are achieved that have already been explained above using the method.

Die Primärkammer ist vorzugsweise von einem Kühlmantel umgeben, der mit dem Haupt-Wärmetauscher in Verbindung steht. Die insge samt anfallende Wärme wird also in ein und denselben Heiz- oder Brauchwasserkreis eingeleitet.The primary chamber is preferably surrounded by a cooling jacket, which is connected to the main heat exchanger. The total together with the resulting heat is in one and the same heating or Process water circuit initiated.

Vorteilhafterweise ist zwischen der Primärbrennkammer und deren Kühlmantel eine Sekundärluftführung vorgesehen. Die ausgekop pelte Wärme verteilt sich auf die Sekundärluft und den Kühlman tel, wobei die Sekundärluft gleichzeitig als konvektiver Wärme übertrager wirkt.It is advantageous between the primary combustion chamber and its Cooling jacket provided a secondary air duct. The decoupled heat is distributed to the secondary air and the cooling man tel, the secondary air being simultaneously convective heat transmitter acts.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Brennkammer als Strahl rohr auszubilden, welches den umgebenden Kühlmantel intensiv bestrahlt. Die Wärmeabgabe der Primärbrennkammer kann ferner dadurch gesteigert werden, daß eine Schüttung aus Keramikkör pern in der Brennkammer angeordnet wird.It is particularly advantageous to use the combustion chamber as a jet tube, which intensifies the surrounding cooling jacket irradiated. The heat output of the primary combustion chamber can also can be increased in that a bed of ceramic body pern is arranged in the combustion chamber.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zwischen der Primär- und der Sekundärbrennkammer ein Zwischen-Wärme tauscher vorgesehen ist, der vorteilhafterweise ebenfalls mit dem Haupt-Wärmetauscher in Verbindung steht.In a development of the invention it is proposed that between the primary and secondary combustion chambers have an intermediate heat exchanger is provided, which advantageously also with communicates with the main heat exchanger.

Ferner ist es vorteilhaft, der Primärbrennkammer einen NO-Re duktionskatalysator nachzuschalten.It is also advantageous to NO-Re the primary combustion chamber downstream catalytic converter.

Ein CO-Sensor hinter der Sekundärbrennkammer stellt ein beson ders vorteilhaftes Merkmal dar, da auf diese Weise eine beson ders einfache Überwachung der katalytischen Verbrennung ermög licht wird. Störungen in der Sekundärbrennkammer wirken sich als Anstieg des CO-Gehaltes im Abgas aus. Spricht der Sensor hierauf an, so genügt es, die Primärbrennkammer auf über stöchiometrischen Betrieb zu schalten, um den Ausfall der Se kundärbrennkammer zu kompensieren. A CO sensor behind the secondary combustion chamber provides a special ders advantageous feature because in this way a particular easy monitoring of catalytic combustion light becomes. Faults in the secondary combustion chamber have an effect as an increase in the CO content in the exhaust gas. The sensor speaks on it, it is sufficient to over the primary combustion chamber to switch stoichiometric operation to the failure of the Se to compensate for the secondary combustion chamber.

Als erfindungswesentlich offenbart gelten auch solche Kombina tionen und Unterkombinationen der erfindungsgemäßen Merkmale, die von den beiliegenden Ansprüchen abweichen.Such combinations are also considered to be essential to the invention tions and sub-combinations of the features according to the invention, that deviate from the attached claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeich nung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:The invention is based on a preferred Aus example in connection with the attached drawing tion explained in more detail. The drawing shows in:

Fig. 1 schematisch ein Fließbild des Prozesses; Fig. 1 shows schematically a flow diagram of the process;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Gesamt-Brenner. Fig. 2 shows a section through an overall burner.

Nach Fig. 1 ist eine erste Mischeinrichtung 1 vorgesehen, der, wie durch Pfeile angedeutet, Erdgas und Primärluft zugeführt werden. In der Mischeinrichtung 1 findet gleichzeitig eine Ho mogenisierung des Gemisches statt. Die Primärluftzahl wird auf einen Wert zwischen 0,65 und 0,90 eingestellt.According to Fig. 1, a first mixing device 1 is provided, which, as indicated by arrows, gas and primary air are supplied. In the mixing device 1 , a homogenization of the mixture takes place simultaneously. The primary air ratio is set between 0.65 and 0.90.

Von der Mischeinrichtung 1 gelangt das Gemisch in eine erste Verbrennungsstufe 2, in der eine unterstöchiometrische Flammen verbrennung stattfindet. Gleichzeitig wird, wie durch einen Pfeil angedeutet, Wärme ausgekoppelt. Die Flammenverbrennung findet also bei niedriger Temperatur statt und arbeitet dement sprechend extrem schadstoffarm.From the mixing device 1 , the mixture reaches a first combustion stage 2 , in which substoichiometric flame combustion takes place. At the same time, as indicated by an arrow, heat is released. The flame is burned at a low temperature and therefore works extremely low in pollutants.

An die erste Verbrennungsstufe 2 schließt sich ein NO-Redukti onskatalysator 3 an. Die Reduktion erfolgt mit den Reaktions partnern CO und H₂, die im Überfluß zur Verfügung stehen. Bei ausreichender Wärmeauskopplung in der Primärbrennkammer kann auf diese Katalysatorstufe verzichtet werden.An NO reduction catalyst 3 is connected to the first combustion stage 2 . The reduction takes place with the reaction partners CO and H₂, which are available in abundance. With sufficient heat extraction in the primary combustion chamber, this catalyst stage can be dispensed with.

Die so gereinigten Verbrennungsabgase gelangen in einen Zwi schen-Wärmetauscher 4, der, wie durch ein Pfeil angedeutet, zusätzliche Wärme aus den Verbrennungsabgasen entnimmt und de ren Temperatur weiter absenkt.The combustion gases thus cleaned pass into an inter mediate heat exchanger 4 which, as indicated by an arrow, takes additional heat from the combustion gases and further reduces its temperature.

Die Verbrennungsabgase werden sodann in einer zweiten Mischein richtung 5 - wie durch einen Pfeil angedeutet - mit Sekundär luft gemischt. Die Luftmenge wird so eingestellt, daß sich eine Gesamtluftzahl für den Prozeß von 1,05 bis 1,8 ergibt. Die Beimischung der Sekundärluft erfolgt derart, daß sich möglichst schnell eine homogene, niedrige Gemischtemperatur einstellt, bei der keine Anoxidation des CO und H₂ in der Gasphase mög lich ist.The combustion gases are then mixed in a second mixing device 5 - as indicated by an arrow - with secondary air. The amount of air is adjusted so that the total air number for the process is from 1.05 to 1.8. The secondary air is mixed in such a way that a homogeneous, low mixture temperature is set as quickly as possible, at which no oxidation of the CO and H₂ in the gas phase is possible.

Der vollständige Umsatz schließlich erfolgt in einer zweiten Verbrennungsstufe 6, in der eine katalytische Verbrennung stattfindet. Diese läuft bei Temperaturen ab, bei denen noch keine Deaktivierung der Katalysatoren zu befürchten ist. Die Temperatur kann deshalb so niedrig liegen, weil die Aktivie rungsenergien von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff gering sind, und zwar wesentlich geringer als die Aktivierungsenergie von Methan.The complete conversion finally takes place in a second combustion stage 6 , in which a catalytic combustion takes place. This takes place at temperatures at which deactivation of the catalysts is not yet to be feared. The temperature can be so low because the activation energies of carbon monoxide and hydrogen are low, much lower than the activation energy of methane.

An die zweite Verbrennungsstufe 6 schließt sich ein Haupt-Wärme tauscher 7 an, der zur Heiz- oder Brauchwassererwärmung dient. Diesem Wärmeträgermedium wird auch die ausgekoppelte Wärme aus dem Zwischen-Wärmetauscher 4 und aus der ersten Verbrennungs stufe 2 zugeführt.The second combustion stage 6 is followed by a main heat exchanger 7 , which is used for heating or hot water. This heat transfer medium, the decoupled heat from the intermediate heat exchanger 4 and from the first combustion stage 2 is supplied.

Während des Starts arbeitet die erste Verbrennungsstufe 2 über stöchiometrisch, und zwar solange, bis die zweite Verbren nungsstufe 6 ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Die Sekun därluft wird von Anfang an auf den Betriebswert eingestellt.During the start, the first combustion stage 2 works via stoichiometric, and until the second combustion stage 6 has reached its operating temperature. The secondary air is set to the operating value from the start.

Sobald Störungen in der zweiten Verbrennungsstufe 6 auftreten, werden diese von einem im Verbrennungsabgas arbeitenden CO-Sen sor erkannt. Der Sensor bewirkt eine Umschaltung der Primär stufe 2 auf überstöchiometrischen Betrieb.As soon as faults occur in the second combustion stage 6 , these are recognized by a CO sensor working in the combustion exhaust gas. The sensor switches the primary stage 2 to overstoichiometric operation.

Abweichend von den dargestellten und beschriebenen Prozeß kann je nach den Gegebenheiten auf den Reduktionskatalysator 3 und/oder den Zwischen-Wärmetauscher 4 verzichtet werden. Auch kann die in der Primärstufe 2 ausgekoppelte Wärme unabhängig vom Haupt-Wärmetauscher 7 Verwendung finden und die angegebenen Luftzahlen können im Rahmen der Erfindung höher oder niedriger angesetzt werden. Bei den Katalysatoren kann es sich um Waben- oder Schüttungskatalysatoren handeln.In a departure from the process illustrated and described, the reduction catalytic converter 3 and / or the intermediate heat exchanger 4 can be dispensed with, depending on the circumstances. The heat extracted in the primary stage 2 can also be used independently of the main heat exchanger 7 and the specified air numbers can be set higher or lower within the scope of the invention. The catalysts can be honeycomb or bulk catalysts.

Fig. 2 zeigt eine mit Flammenverbrennung arbeitende Primär brennkammer 8, die als Strahlrohr ausgebildet ist und aus Kera mik oder Stahl besteht. Als keramische Materialien kommen Al₂O₃, SiC oder SiSiC in frage. Die Primärbrennkammer 8 wird mit einem unterstöchiometrischen Gemisch beschickt, welches an einer Brennerplatte 9 verbrennt. Die Verbrennungsabgase gelan gen in eine Mischzone 10 und mischen sich dort mit Sekundär luft, die durch eine Sekundärluftführung 11 zugeführt wird. Das Gemisch wird auf eine überstöchiometrische Gesamtluftzahl ein gestellt und gelangt anschließend in eine katalytisch arbei tende Sekundärbrennkammer 12. In dieser erfolgt die restliche Umsetzung des in der Primärbrennkammer erzeugten Kohlenmonoxyds und Wasserstoffs. Beide Brennkammern arbeiten bei niedrigen Temperaturen und daher extrem schadstoffarm. Fig. 2 shows a working with flame combustion primary combustion chamber 8 , which is designed as a jet pipe and consists of Kera mic or steel. As ceramic materials Al₂O₃, SiC or SiSiC come into question. The primary combustion chamber 8 is charged with a substoichiometric mixture which burns on a burner plate 9 . The combustion exhaust gases gelan conditions in a mixing zone 10 and mix there with secondary air, which is fed through a secondary air duct 11 . The mixture is set to an over-stoichiometric total air ratio and then passes into a catalytically working secondary combustion chamber 12 . This is where the remaining conversion of the carbon monoxide and hydrogen generated in the primary combustion chamber takes place. Both combustion chambers work at low temperatures and are therefore extremely low in pollutants.

An die Sekundärbrennkammer 12 schließt sich der Haupt-Wärme tauscher 7 an. Zu diesem gehört ein Kühlmantel 13, welcher gleichzeitig die Außenwand der Sekundärluftführung 11 bildet. Der Primärbrennkammer 8 wird also ebenfalls Wärme entzogen. Diese gelangt zum Teil in die Sekundärluft und zum Teil in den Kühlmantel 13, und zwar letzteres durch Strahlung und Konvek tion. Zur Erhöhung der Wärmeabgabe kann die Primärbrennkammer 8 eine Schüttung aus Keramikkörpern enthalten, beispielsweise in Form von Kugeln, Zylindern, Raschig-Ringen und dergleichen.The main heat exchanger 7 connects to the secondary combustion chamber 12 . This includes a cooling jacket 13 , which simultaneously forms the outer wall of the secondary air duct 11 . Heat is also extracted from the primary combustion chamber 8 . This reaches partly in the secondary air and partly in the cooling jacket 13 , the latter by radiation and convection. To increase the heat emission, the primary combustion chamber 8 can contain a bed of ceramic bodies, for example in the form of balls, cylinders, Raschig rings and the like.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann die Vor richtung nach Fig. 2 außerdem mit einem Zwischen-Wärmetauscher und mit einem NO-Reduktionskatalysator versehen werden. Als Materialien für letzteren kommen Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, N₂O, CeO, CuO und Kombinationen dieser Substanzen in frage. Diese Materialien werden im übrigen auch bevorzugt für den Ka talysator der zweiten Verbrennungsstufe eingesetzt.In a departure from the embodiment shown, the device according to FIG. 2 can also be provided with an intermediate heat exchanger and with an NO reduction catalyst. Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, N₂O, CeO, CuO and combinations of these substances come into question as materials for the latter. These materials are also preferably used for the catalyst of the second combustion stage.

Im übrigen kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß die aus der Primärbrennkammer 8 ausgekoppelte Wärme vollständig in den Kühlmantel 13 gelangt.Otherwise, the arrangement can also be made such that the heat coupled out of the primary combustion chamber 8 reaches the cooling jacket 13 completely.

Claims

1. A process for the two-stage combustion of gaseous or vaporous fuel with downstream heat extraction, characterized in that the two combustion stages are operated according to different reaction principles, with a substoichiometric flame combustion with heat extraction taking place in the primary stage, while in the secondary stage flameless catalytic combustion with excess air is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air ratio of the primary stage to 0.5 to 0.95, preferably to 0.6 to 0.9 is set.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the gases originating from the primary stage secondary air is added in such an amount that there is a total air ratio from 1.0 to 4.0, preferably from 1.05 to 1.8

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that at least part of that from the primary decoupled heat and that after the secondary stage decoupled heat supplied to a common heat transfer medium leads.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that part of the decoupled from the primary stage heat is supplied to the secondary air.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, there characterized in that between the combustion stages additional heat extraction is carried out.

7. The method according to claim 6, characterized in that the heat extracted between the combustion stages common heat transfer medium is supplied.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the gases emerging from the primary stage be subjected to a catalytic NO reduction.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized in that the primary stage during startup about is operated stoichiometrically.

10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized in that behind the secondary level the CO content of Combustion gases are detected and that the primary stage overstoichiometric operation is switched when the CO content increases inadmissibly.

11. Device for burning gaseous or vaporous fuel, with a primary combustion chamber and a secondary combustion chamber and with a secondary combustion chamber connected downstream main heat exchanger for a heat transfer medium, characterized in that the primary combustion chamber ( 8 ) is designed as a cooled flame combustion chamber, while the Secondary därbrennkammer ( 12 ) is a flameless catalytic combustion chamber.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the primary combustion chamber ( 8 ) is surrounded by a cooling jacket ( 13 ) which is in communication with the main heat exchanger ( 7 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that a secondary air duct ( 11 ) is provided between the primary combustion chamber ( 8 ) and the cooling jacket ( 13 ).

14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the primary combustion chamber ( 8 ) is designed as a jet tube.

15. The device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the primary combustion chamber ( 8 ) contains a bulk device made of ceramic bodies.

16. The device according to one of claims 11 to 15, characterized in that between the primary and the secondary därbrennkammer ( 8 , 12 ) an intermediate heat exchanger is provided.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the intermediate heat exchanger with the main heat exchanger ( 7 ) is in communication.

18. Device according to one of claims 11 to 17, characterized in that the primary combustion chamber ( 8 ) is followed by an NO reduction catalyst.

19. The device according to one of claims 11 to 18, characterized in that the secondary combustion chamber ( 12 ) is followed by a CO probe.