DE68926535T2

DE68926535T2 - Kessel mit vermindertem NOx-Ausstoss

Info

Publication number: DE68926535T2
Application number: DE68926535T
Authority: DE
Inventors: Norio Arashi; Shigeru Azuhata; Tatsuzou Enomoto; Toru Inata; Hideo Kikuchi; Hironobu Kobayashi; Kenji Kobayashi; Fumio Koda; Isao Koyama; Hiroshi Miyadera; Tadayoshi Murakami; Kiyoshi Narato; Shigekazu Nishimoto; Kenichi Sohma; Masayuki Taniguchi; Yasuo Yoshii
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1996-10-17
Anticipated expiration: 2009-12-28
Also published as: CN1044979A; EP0376259B1; US5067419A; EP0376259A3; EP0376259A2; CN1017744B; DE68926535D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß gemäß dem Oberbegriff des Ahspruches 1. Ein derartiger Kessel verwendet einen gasförmigen Brennstoff und ist dafür geeignet, die Konzentration von Stickoxiden (die im folgenden als NOx bezeichnet werden), die hiervon ausgestoßen werden, wenn der Brennstoff verbrannt wird, zu reduzieren.
Die Emissionskontrolle von NOx, das einen photochemischen Smog hervorruft, wird von Jahr zu Jahr wichtiger. Die Entwicklung der Technologien zur Reduzierung des NOx- Ausstoßes ist aktiv vorangetrieben worden. Der Brennstoff für Kessel, der während der Verbrennung weniger Schadstoffe erzeugt, ist flüssiges Erdgas (FEG) usw. Das NOx, das erzeugt wird, wenn ein gasförmiger Brennstoff mit geringerem Stickstoffgehalt verbrannt wird, ist thermisches NOx, das durch die Oxidation von Stickstoff in der für die Verbrennung gelieferten Luft in einer Hochtemperaturatmosphäre erzeugt wird. Die Erzeugung von thermischem NOx hängt in hohem Maß von der Temperatur ab, wobei das thermische NOx zunimmt, wenn die Flammentemperatur ansteigt. Die Flammentemperatur verändert sich entsprechend dem Mischungsverhältnis des Brennstoffs und der Verbrennungsluft, d. h. dem Luftüberschußverhältnis (Luftmenge/theoretische Luftmenge), und ist am höchsten, wenn der Brennstoff mit der richtigen Luftmenge (theoretische Luftmenge) verbrannt wird, die für eine vollständige Verbrennung weder zu groß noch zu klein ist.
In einem gewöhnlichen Kessel für gasförmige Brennstoffe wird üblicherweise eine Diffusionsverbrennung ausgeführt. In diesem Verbrennungsverfahren werden Brennstoff und Verbrennungsluft durch getrennte Düsen in den Ofen geleitet, in dem sie miteinander vermischt werden, um eine Flamme zu bilden. Dieses Verfahren ist durch die Stabilität der Flamme gekennzeichnet. In diesem Verbrennungsverfahren entsteht jedoch während des Brennstoff-/Luft- Vermischungsprozesses unvermeidlich eine Zone, in der sich das Luftüberschußverhältnis an 1 annähert. In dieser Zone steigt die Flammentemperatur an, wodurch viel NOx erzeugt wird.
Die Magerverbrennungs-, Zweistufenverbrennungs- und Gasrückführungsverbrennungsverfahren sind mit dem Ziel entwickelt worden, die NOx-Menge durch Absenken der Flammentemperatur zu reduzieren. Das Zweistufenverbrennungs- und das Gasrückführungsverbrennungsverfahren sind in bezug auf die Wirkung der NOx-Reduzierung ausgezeichnet, sie geben jedoch leicht unverbrannte Gase ab. Um dies zu verhindern, muß der Ofen große Abmessungen besitzen, so daß diese Verfahren vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus nachteilig sind. Die Magerverbrennung ist eine Verbrennung bei hohem Luftüberschußverhältnis. Da in diesem Verfahren die überschüssige Luft zunimmt, nimmt die vom Kessel durch das Verbrennungsgas abgegebene Wärme zu, so daß der thermische Wirkungsgrad des Kessels verschlechtert wird.
Ein Kessel, der eine Vorgemischflamme verwendet, ist beispielsweise in der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-28251 offenbart, der eine Zweistufenverbrennung verwendet, in der eine Diffusionsflamme mit unzureichender Luft und eine Vorgemischflamme mit überschüssiger Luft kombiniert sind. Dieses Verbrennungsverfahren ist hinsichtlich der Reduzierung von NOx sehr wirksam, die Diffusionsflamme mit einem Luftüberschußverhältnis von weniger als 1 besitzt jedoch eine lange Flammenform, so daß der Ofen groß sein muß. Um unverbrannte brennbare Gase, die von der Diffusionsflamme mit unzureichender Luft abgegeben werden, zu verbrennen, muß der Sauerstoff in dem mit Luftüberschuß verbrannten Verbrennungsgas verwendet werden. Hierzu ist es notwendig, genug Zeit für deren Vermischung vorzusehen, so daß der Kessel groß ausgebildet sein muß. Wie beschrieben worden ist, erfordern die herkömmlichen Verbrennungsverfahren, die zur Absenkung der Flammentemperatur entwikkelt worden sind, einen groß bemessenen Kessel, der einen geringen wirtschaftlichen Wirkungsgrad besitzt. Selbst wenn eine kurze Vorgemischflamme verwendet wird, um die Kesselstruktur kompakt zu machen, wird dann, wenn die Verbrennung mit hohem Luftüberschußverhältnis erfolgt, eine Abnahme des Kesselwirkungsgrades verursacht.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Kessel zu schaffen, der die NOx-Menge im Abgas ohne Erhöhung der Kesselgröße, vorzugsweise bei verringerter Kesselgröße, reduzieren kann. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, einen Kessel zu schaffen, der die NOx-Menge selbst dann reduzieren kann, wenn die Verbrennung mit einem Luftüberschußverhältnis von ungefähr 1,0 erfolgt.
Ein Kessel gemäß dieser Erfindung besitzt die Merkmale gemäß Anspruch 1.
Der Vorgemischbrenner mit Flammenhaltereinrichtung kann die Flamme stabilisieren und die Erzeugung von NOx begrenzen. Selbst wenn unverbranntes Gas zurückbleibt, wird es verbrannt, wenn es durch den Abgaskanal strömt, so daß eine Reduzierung von NOx für den gesamten Kessel erzielt werden kann.
Die Flamme des Vorgemischbrenners ist kürzer als die Diffusionsflanme, so daß der Kessel keine großen Abmessungen erfordert.
Die Düse zum Einleiten eines Vorgemischs aus gasförmigen Brennstoff und Luft in den Ofen besitzt vorzugsweise einen Brennstoffdurchlaß, einen Verbrennungsluftdurchlaß und eine Ausrichteinrichtung, die in einem Bereich, wo diese Durchlässe zu einem einzigen Durchlaß zusammengeführt werden, sowie in einem Bereich vorgesehen ist, in dem der Brennstoff und die Luft vermischt werden, um eine einzige Gemischströmung zu bilden. Das Brennstoff/Luft- Gemisch wird vorzugsweise in einer geradlinigen Strömung in den Ofen geliefert.
Die Flammenhaltereinrichtung ist vorzugsweise eine Platte, die zur Strömungsrichtung der Hauptströmung des Brennstoff/Luft-Gemischs nicht parallel ist.
Es ist höchst wünschenswert, daß die Brennereinrichtung für gasförmigen Brennstoff einen Diffusionsflammenbrenner, der Düsen besitzt, von denen gasförmiger Brennstoff bzw. Luft eingeleitet werden, sowie Vorgemischflammenbrenner umfaßt, die ein Brennstoff/Luft-Gemisch einleiten, so daß dann, wenn der Kessel gestartet wird, eine Diffusionsflamme gebildet wird, und bei zunehmender Kessellast die Vorgemischflammenbrenner das Vorgemisch einleiten.
Ferner ist die Flammenhaltereinrichtung eine Platte, die an einem Auslaß der Düse angeordnet ist, die zur Strömungsrichtung des Hauptstroms des Gemischs nicht parallel ist. Die Flammenhaltereinrichtung stellt sicher, daß die Verbrennung des Gemischs in einen zentralen Abschnitt der Strömung des Gemischs beginnt und daß ein Teil des Verbrennungsgases im Gemisch am äußeren Umfang der Gemischströmung vermischt wird, bevor das Gemisch zu brennen beginnt.
In dieser Erfindung weist ein geeigneter Brenner für gasförmigen Brennstoff vorzugsweise eine Düse zum Einleiten eines Vorgemischs in einen Ofen in einer geraden Strömung auf, welche durch Mischen von Brennstoff mit Luft vor deren Zuführung in den Ofen erhalten wird. Der Brenner besitzt außerdem eine Platte mit einer Fläche, die kleiner als die Düsenquerschnittsfläche ist und die am Auslaß der zur Strömungsrichtung der Hauptströmung des Gemischs nicht parallelen Düse vorgesehen ist, wobei das Gemisch beginnend im zentralen Abschnitt der Gemischströmung zu brennen beginnt und ein Teil des Verbrennungsgases im Gemisch am äußeren Umfang der Gemischströmung gemischt wird, bevor das Gemisch zu brennen beginnt. Der Brenner besitzt ferner einen Diffusionsverbrennungsbrenner, der Brennstoff und Luft durch die entsprechenden Düsen einleitet.
Indem ein Raum, in dem das Verbrennungsgas zirkulieren kann, größer als der Durchmesser der Brennstoff/Luft- Gemischströmung ausgebildet wird, kann das Verbrennungsgas vom äußeren Umfang des Gemischs im Gemisch gemischt werden, bevor das Gemisch am Ende der Mischung zu brennen beginnt.
Gemäß einer Weiterentwicklung dieser Erfindung kann der Brenner für gasförmigen Brennstoff mit einer Primärdüse zum Einleiten eines gasförmigen Brennstoff/Luft-Gemischs, mit einer Primärverbrennungskammer-Außenwand mit zylindrischer oder konischer Form, die an einem Abschnitt der Primärdüse in der Nähe des Ofens vorgesehen ist, um darin eine Primärverbrennungskammer zu bilden, sowie mit einer Sekundärdüse zum Einleiten von Verbrennungsluft versehen sein, die konzentrisch zu der Primärverbrennungskammer- Außenwand vorgesehen ist.
Vorzugsweise sollte der Luftanteil des Vorgemischs von der Primärdüse 0,5 bis 0,9 betragen, während der Luftanteil des Vorgemischs von der Sekundärdüse 1,0 bis 1,5 betragen sollte und vor allem der gesamte Luftanteil der Primär- und der Sekundärdüse 1,0 bis 1,2 betragen sollte.
Um den Kesselwirkungsgrad zu verbessern, ist es wichtig, den Brennstoff mit einer Luftmenge in der Nähe der theoretischen Luftmenge zu verbrennen, wobei die nach außerhalb des Kesselsystems abgegebene Wärmemenge reduziert wird, sowie den Ofen klein auszubilden, wodurch die Strahlungswärme abgesenkt wird. Hierzu wird eine Vorgemischflamme verwendet, deren Länge verkürzt ist, um den Ofen klein auszubilden. Es ist üblich, daß zur Reduzierung von NOx die Vorgemischverbrennung bei überschüssiger Luft ausgeführt werden muß. Die Erfinder dieser Erfindung haben durch ihre Untersuchungen festgestellt, daß NOx durch Einleiten eines Hochtemperatur-Verbrennungsgases in den zentralen Abschnitt des Brennstoff/Luft-Gemischs und durch Vermischen eines Teils des Verbrennungsgases mit dem Gemisch vor der Verbrennung des Gemischs reduziert werden kann. Das in das Zentrum des Gemischs eingeleitete Verbrennungsgas zündet das Gemisch aufgrund der Wärmeübertragung, wodurch die Flamme stabilisiert wird. Durch ein Zündverfahren dieser Art breitet sich die Flamme vom zentralen Abschnitt des Gemischs nach außen aus. Darüber hinaus wird das Verbrennungsgas am äußeren Umfang des Gemischs vermischt, außerdem wird der Hochtemperaturbereich der Flamme eingeschränkt, so daß die Erzeugung von thermischem NOx begrenzt wird.
Eine der Einrichtungen für die Verwirklichung dieses Verbrennungsverfahrens ist ein Flammenhalter. Der Flammenhalter ist zur Richtung der Hauptströmung des Brennstoff/Luft-Gemischs nicht parallel angeordnet, so daß er mit dem Gemisch kollidiert, wodurch in Strömungsrichtung hinter dem Flammenhalter eine zirkulierende Strömung von Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugt wird.
Eine der Einrichtungen zur Erleichterung der Vermischung des Verbrennungsgases vom äußeren Umfang der Gemischströmung mit dem Gemisch ist vorzugsweise eine Verbrennung, die das Verbrennungsgas in der Nähe des Auslasses der Gemischdüse zu Zirkulationen veranlassen kann. Hierzu ist es wünschenswert, dem Raum, in den das Gemisch eingeleitet wird, einen größeren Durchmesser als der Brennstoff/Luft-Gemischströmung zu verleihen.
Eine ähnliche Technologie ist beispielsweise in dem USP 4,150,539 offenbart. In diesem Fall erfolgt die offenbarte Verbrennung in einem Gasturbinen- Verbrennungsraum. Ein Flammenhalter ist im Zentrum der Gemischströmung angeordnet, die Beziehung zwischen den Durchmessern der Gemischdüse und dem Verbrennungsraum wird jedoch nicht beschrieben. In einem Verbrennungsverfahren (einer Gasturbine), die in dem USP 3,961,475 offenbart ist, wird das Gemisch radial eingeleitet und anschließend in der Nähe der Wand des Verbrennungsraums angesammelt. Daher wird die Flamme ausgehend von der Verbrennungsraumwand gebildet, was eine unzureichende Einleitung des Verbrennungsgases von außerhalb der Gemischströmung zur Folge hat. Die Vorgemischflamme ist im allgemeinen instabil und besitzt im Vergleich zur Diffusionsflamme einen schmalen Bereich einer stabilen Verbrennung. In einem Kessel, in dem sich die Last häufig verändert, ist es notwendig, die zu liefernden Mengen der Verbrennungsluft und des Brennstoffs so schnell wie möglich zu ändern. In einem solchen Fall neigt die Flamme zu Instabilitäten.
Wenn eine Vorgemischflamme verwendet wird und ein einzelner Brenner vorgesehen ist, wird bevorzugt, eine primäre Verbrennungskammer im Brenner vorzusehen, um bei hoher Last eine Verbrennung mit niedrigem NOx-Ausstoß zu verwirklichen. In der primären Verbrennungskammer tritt die Verbrennung bei niedrigem Luftanteil von 0,5 bis 0,9 auf, woraufhin das unverbrannte Gas durch den von der sekundären Düse eingeleiteten verbleibenden Sauerstoff vollständig verbrannt werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
die Fig. 1 und 2 schematische Ansichten eines Brenners für einen Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind;
Fig. 3 eine schematische Ansicht des Kessels mit niedrigem NOx-Ausstoß ist, in dem der Brenner von Fig. 1 installiert ist;
Fig. 4 ein Graph ist, der Beziehungen zwischen einer Kessellast und Brennstoffzufuhrraten zeigt;
Fig. 5, 6 und 8 Verbrennungskennlinien des Kessels mit niedrigem NOx-Ausstoß sind;
Fig. 7A und 7B Schnittansichten sind, die Flammenformen der Brenner mit bzw. ohne Flammenhalter zeigen;
Fig. 9A eine Draufsicht eines Brenners eines Kessels mit niedrigem NOx-Ausstoß gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 9B eine Schnittansicht des Brenners von Fig. 9A ist;
Fig. 10 ein Graph ist, der Beziehungen zwischen einer Kessellast und Brennstoffzufuhrraten zeigt;
Fig. 11 eine Schnittansicht ist, die einen Brenner eines Kessels mit niedrigem NOx-Ausstoß gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12A eine Draufsicht ist, die einen Brenner eines Kessels mit niedrigem NOx-Ausstoß gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12B eine Schnittansicht des Brenners von Fig. 12A ist;
Fig. 13A ein Brenner eines Kessels mit niedrigem NOx- Ausstoß gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 13B eine Schnittansicht des Brenners von Fig. 13A ist;
Fig. 14A und 14B Kennliniendiagramme sind, die die Wirkungen der Ausrichteinrichtungen zeigen;
Fig. 15 eine Schnittansicht ist, die einen Kessel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 16 eine Schnittansicht längs der Linie XVI-XVI von Fig. 15 ist;
Fig. 17 eine Schnittansicht längs der Linie XVII-XVII von Fig. 15 ist;
Fig. 18 eine Schnittansicht längs der Linie XVIII-XVIII von Fig. 16 und 17 ist;
Fig. 19 ein Diagramm ist, das Beziehungen zwischen den Konzentrationen von NOx, CO und O&sub2; im Abgas zeigt; und
Fig. 20 eine Ansicht ist, die den in Fig. 15 gezeigten Brenner im einzelnen zeigt.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, enthält ein Brenner einen zylindrischen Diffusionsflammenbrenner 6, der in einem zentralen Abschnitt angeordnet ist, sowie mehrere Vorgemischflammenbrennervorrichtungen 1000, die um den Diffusionsflammenbrenner 6 angeordnet sind. Der Diffusionsflammenbrenner 6 besitzt eine Brennstoffdüse 11, die in seinem Zentrum angeordnet ist, sowie Luftdüsen 10, die um die Brennstoffdüse 11 angeordnet ist. In der Nähe einer Ofenwand 999 sind mehrere Wärmeübertragungsrohre 117 angeordnet. In einem Brennerdurchlaß sind eine Zündvorrichtung 13 sowie Wasserrohre 12 vorgesehen, die einen Brennverlust des Brenners verhindern. In Fig. 1 enthält die Vorgemischflammenbrennervorrichtung 1000 sechs rechtwinklige Brenner 1000a bis 1000f. Jeder dieser Brenner umfaßt eine Vorgemischeinleitungsdüse 2, einen Luftdämpfer 7, eine Ausrichtplatte 3, ein Luftzufuhrrohr 5 und eine Brennstoffdüse 4. Die Brennstoffdüse 4 besitzt mehrere Öffnungen, durch die der Brennstoff verteilt und der Luftströmung zugeführt wird. Die Zone hinter der Brennstoffdüse 4 ist die Mischzone. Die Ausrichtplatte 3, die ein wabenförmig strukturierter Widerstand ist, hat eine Widerstandsfunktion, um eine Strömung mit gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung zu bilden, sowie ferner eine Funktion, um ein Zurückschlagen der Vorgemischflamme zu verhindern, da die Auslaßgeschwindigkeit ansteigt, wenn hier der Durchlaßquerschnitt reduziert wird. In der Nähe des Auslasses der Düse 2 ist ein streifenförmiger Flammenhalter 1 angeordnet, der sich senkrecht zu einer Richtung der Hauptströmung des Gemischs erstreckt. Die Längen der Seiten des Flammenhalters 1 sind kürzer als die entsprechenden Seiten der Düse. Der Grund hierfür besteht darin, daß dann, wenn die longitudinale Länge der Seite des Flammenhalters länger als jene der entsprechenden Seite der Düse ist, ein Teil der Gemischströmung gekrümmt wird und rechtwinklig zur Hauptströmung eingeleitet wird, wodurch die Stabilität der Flamme verschlechtert wird.
Wenn der Kessel gestartet wird, wird der Diffusionsverbrennungsbrenner 6 verwendet, wobei bei ansteigender Kessellast das Gemisch aus Brennstoff und Luft von der Vorgemischflammenbrennervorrichtung 1000 eingeleitet wird. Die Vorgemischflammenbrennervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform leitet zunächst das Gemisch von einem der sechs Brenner 1000a-1000f ein, wobei mit ansteigender Last das Gemisch nacheinander von den anderen Brennern eingeleitet wird. Der Diffusionsflammenbrenner 6 wird dazu verwendet, die Vorgemischflamme zu stabilisieren. Unter der Bedingung, daß die Vorgemischflamme stabil geformt wird, wird jedoch vom Diffusionsflammenbrenner kein Brennstoff und keine Luft eingeleitet.
Wie aus Fig. 2 deutlich wird, ist im Diffusionsflammenbrenner 6 eine Brennstoffdüse 11 koaxial zum Brenner 6 installiert, während eine Luftdüse 10 so angeordnet ist, daß sie die Brennstoffdüse 10 umgibt. Ein Flammenhalter 9 ist oberhalb eines oberen Endes der Brennstoffdüse 11 vorgesehen, um die Diffusionsflamme zu stabilisieren. Ein Wirbelströmungsgenerator 8, der an der Luftdüse 10 angebracht ist, fördert die Vermischung von Brennstoff und Luft, wodurch die Diffusionsflamme verkürzt wird. Der Vorgemischflammenbrenner enthält die Brennstoffdüse 4, die mehrere Öffnungen besitzt, die vor der Vorgemischeinleitdüse 2 vorgesehen sind. Der gasförmige Brennstoff der von der Brennstoffdüse 4 zugeführt wird, und die Luft, die vom Luftzufuhrrohr 5 zugeführt wird, werden gleichmäßig vermischt, bevor das Gemisch von der Vorgemischeinleitungsdüse 2 eingeleitet wird. Die Menge der Verbrennungsluft wird durch den Luftdämpfer 7 gesteuert. Die Ausrichtplatte 3 richtet die Luftströmung aus und dient als Flammenhalter, um ein Zurückschlagen der Vorgemischflamme zu verhindern. Der Flammenhalter 1 besitzt Streifenform und ist hinter der Vorgemischeinleitdüse 2 vorgesehen, um die Vorgemischflamme zu stabilisieren. Der Flammenhalter 1 besitzt eine Fläche, die kleiner ist als die Vorgemischeinleitungsdüse 2.
Fig. 3 zeigt einen Kessel, in dem der Brenner von Fig. 1 installiert ist. Der Kessel ist ein Wasserrohrkessel des Typs mit natürlicher Zirkulation. Das in einer Wassertrommel 131 gespeicherte Wasser wird durch die Wärmeübertragungsrohre 117 in eine Dampftrommel 128 eingeleitet. In der Dampftrommel 128 wird das Wasser vom Dampf getrennt und zur Wassertrommel 131 zurückgeleitet, wobei der Dampf in einem Dampfbehälter 129 angesammelt wird. Wie in der Beschreibung einer weiteren Ausführungsform erwähnt werden wird, ist es wünschenswert, daß sich die Vorgemischströmung über einen Raum ausbreitet, der größer als ein Brennerdurchmesser ist, und daß die Düseneinleitungsauslässe der Vorgemischbrennervorrichtung bündig mit der Ofenwand angeordnet sind. Das Verbrennungsgas wird durch ein Abgasrohr 114 aus dem Kessel ausgegeben. In diesem Prozeß wird das unverbrannte Gas in einem Verbrennungsraum 126 verbrannt.
Das Verbrennungsgas strömt in einer zur Strömungsrichtung des Vorgemischs im Abgasrohr 114 entgegengesetzten Richtung und wird durch einen ersten Luftvorerhitzer 123 sowie durch einen zweiten Luftvorerhitzer 124 an vorderen bzw. hinteren Stufen des Verbrennungsraums 126 für unverbranntes Gas vorerhitzt.
Gemäß der Erfindung hängt die Erzeugung von NOx nicht von der Verbrennungslast ab, so daß die Flamme verkürzt werden kann. Daher wird es möglich, die Wärmebelastung des Ofens auf über 2000000 kcal/m³h (2,326 kW/m³) zu erhöhen. Die Flammenlänge kann normalerweise auf weniger als 50 cm verkürzt werden. Es ist ausreichend, daß die Tiefe des Ofens 1 m beträgt. Der Kessel gemäß dieser Erfindung kann seine Kapazität lediglich durch Erweitern des Ofens in Längsrichtung der Wassertrommel und der Dampftrommel zur Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche erhöhen. Dies kann durch die Verwendung eines Vorgemischflammenbrenners in Verbindung mit einem Flammenhalter erzielt werden, weil sich in diesem Fall selbst dann, wenn die Brennerkapazität erhöht wird, die Flammenlänge kaum verändert. Es ist kaum notwendig zu erwähnen, daß durch die Erhöhung der Anzahl der Vorgemischdüsen die Kesselkapazität erhöht werden kann. Wie in Fig. 4 gezeigt, repräsentiert die auf der Ordinatenachse aufgetragene Brennstoffzufuhrrate das Verhältnis des für die jeweilige Düse verwendeten Brennstoffs zu dem vom Kessel verwendeten Brennstoff in Prozent, wenn die Kessellast 100 % beträgt. Bis zu 20 % Kessellast wird nur der Diffusionsflammenbrenner verwendet, während dann, wenn die Last 20 % erreicht, die Düse A (der Vorgemischbrenner 1000a mit einem Flammenhalter) Brennstoff und Luft zuführt. Um in diesem Zeitpunkt zu verhindern, daß die Flamme in die Düse zurückkehrt, d. h. um ein Zurückschlagen zu verhindern, ist es sicher, die Einleitungsgeschwindigkeit des Vorgemischs auf 20 m/s oder mehr zu halten. Um daher das Vorgemisch mit einem Luftanteil von 1,1 mit der Geschwindigkeit von 20 m/s von der Düse A einzuleiten, werden die Mengen des Brennstoffs und der Luft von Diffusionsflammenbrenner entsprechend diesem Luftverhältnis abgesenkt, wobei die Brennstoff- und Luftmengen, die diesen abgesenkten Mengen entsprechen, von der Düse A eingeleitet werden. Dann werden die Brennstoff- und Luftmengen, die von der Düse A eingeleitet werden, erhöht, bis die Kessellast 30 % erreicht. Wenn 30 % erreicht sind, wird ein Vorgemisch mit einem Luftanteil von 1,1 mit 20 m/s von der Düse B eingeleitet (dem Vorgemisch-Brenner 1000b mit einem Flammenhalter) . Das von der Düse A eingeleitete Vorgemisch ist um die Menge des Vorgemischs verringert, die der Menge des Vorgemischs entspricht, die von der Düse B eingeleitet wird. Wenn die Kessellast 40 %, 50 %, 60 % und 70 % erreicht, wird eine ähnliche Operation wiederholt, wobei das Vorgemisch von der Düse C (dem Vorgemischflammenbrenner 1000c mit einem Flammenhalter), der Düse D (dem Vorgemischflammenbrenner 1000d mit einem Flammenhalter), der Düse E (dem Vorgemischflammenbrenner 1000e mit einem Flammenhalter) und der Düse F (dem Vorgemischflammenbrenner 1000f) in dieser Reihenfolge eingeleitet werden. Wenn sich die Last von 70 % auf 90 % ändert, werden die Mengen der Vorgemische, die von den Düsen A, B, C und D zugeführt werden, entsprechend geändert. Wenn die Last 90 % erreicht, wird die Verwendung des Diffusionsflammenbrenners beendet, wobei das Vorgemisch, das Brennstoff- und Luftmengen enthält, die jenen entsprechen, die vom Diffusionsflammenbrenner eingeleitet werden, von den Düsen E und F eingeleitet wird. Wenn sich die Last von 90 % auf 100 % ändert, werden die Mengen des Vorgemischs, das von den Düsen A, B, C, D, E und F geliefert wird, entsprechend geändert.
Fig. 5 zeigt die Untersuchungsergebnisse bezüglich der Ausblasgrenze der Vorgemischflamme, die durch einen Flammenhalter stabilisiert ist, der hinter den Vorgemischeinleitungsauslässen angeordnet ist. Auf der Abszisse ist das Luftüberschußverhältnis des Vorgemischs aufgetragen, während auf der Ordinatenachse die Einleitgeschwindigkeit des Vorgemischs aufgetragen ist. In Fig. 5 geben weiße Punkte die stabile Verbrennung der Vorgemischflamme an, während schwarze Punkte bedeuten, daß die Vorgemischflamme instabil wird und ausgeblasen wird. Selbstverständlich wird der Bereich stabiler Verbrennung der Vorgemischflamme, die durch den Flammenhalter stabilisiert ist, schmäler, wenn das Luftüberschußverhältnis ansteigt. Aus der Figur ist ersichtlich, daß im Betrieb eines Kessels durch Setzen des Luftüberschußverhältnisses des Vorgemischs in einen Bereich von 1,0 bis 1,3 die stabile Verbrennung des Vorgemischs bei einer Einleitungsgeschwindigkeit von ungefähr 50 m/s erhalten werden kann. Wenn in Übereinstimmung mit diesem Ergebnis in dem Betriebsverfahren des in Fig. 3 gezeigten Kessels die Vorgemischeinleitgeschwindigkeit auf 50 m/s bei einer Brennstoffzufuhrrate von 25 % zur Düse A gesetzt ist und falls die Kessellast durch Absenken der Vorgemischeinleitungsgeschwindigkeit unter Konstanthaltung des Luftüberschußverhältnisses des Vorgemischs reduziert wird, beträgt die Vorgemischeinleitungsgeschwindigkeit bei der Kessellast von 10 % 20 m/s, so daß die Vorgemischflamme ohne Zurückschlagen stabil brennen kann.
Fig. 6 zeigt die Wirkungen des Flammenhalters auf die Reduzierung von NOx der stabilisierten Vorgemischflamme. Auf der Abszissenachse ist das Luftüberschußverhältnis des Vorgemischs aufgetragen, während auf der Ordinatenachse die NOx-Konzentration vom Kessel aufgetragen ist. Fig. 7A zeigt einen Brenner gemäß der Erfindung mit einem Flammenhalter für die Stabilisierung der Vorgemischflamme. In der Nähe der Umfangskante des hinter einem Vorgemischeinleitungsauslaß 21 angeordneten Flammenhalters 1 werden Wirbel des Vorgemischs erzeugt, wie durch die Pfeile angezeigt ist, anschließend tritt in diesem Bereich eine Zündung auf. Da nach der Zündung die Einleitungsmenge des Vorgemischs erhöht wird, zirkulieren Hochtemperatur-Verbrennungsprodukte innerhalb und außerhalb der Vorgemischflamme 99, wie durch die Pfeile angezeigt ist. Da im Ergebnis die Energie kontinuierlich zum Vorgemisch geliefert werden kann, wird die Vorgemisch flamme stabil gebildet. Fig. 7B zeigt einen Brenner, in dem die Vorgemischflamme mittels einer Vorsteuerflamme stabilisiert wird. Das Vorgemisch mit einem Luftüberschußverhältnis von ungefähr 1,0 wird zum Vorgemischzufuhrrohr 22 geliefert, um an einer ringförmigen Düse, die um den äußeren Umfang des zylindrischen Vorgemischeinleitungsauslasses 23 vorgesehen ist, eine stabile Vorsteuerflamme zu bilden. Das Vorgemisch vom Vorgemischeinleitungsauslaß 23 nimmt von der Vorsteuerflamme 300 Energie auf, so daß die Vorgemischflamme 99 wie in Fig. 7B gebildet wird. In Fig. 6 wird die NOx-Konzentration zwischen den zwei obenerwähnten Arten von Vorgemischflammen verglichen. Bei einem Luftüberschußverhältnis von 1,05 erzeugt die Vorgemischflamme mit der Vorsteuerflamme NOx in einer Menge von ungefähr 800 ppm, während die Vorgemischflamme mit dem Flammenhalter NOx in einer Menge von nicht mehr als 25 ppm erzeugt. Falls das Luftüberschußverhältnis des Vorgemischs im Bereich von 1,0 bis 1,3 liegt, beträgt die NOx-Konzentration von der Vorgemischflamme mit Flammenhalter ungefähr ein Drittel der NOx- Konzentration von der Vorgemischflamme mit Vorsteuerflamme. Der Grund, weshalb die Vorgemischflamme mit Flammenhalter die NOx-Menge reduzieren kann, besteht darin, daß die Verbrennungsprodukte wie etwa Kohlendioxidgas innerhalb und außerhalb der Flamme zirkulieren, wie durch die Pfeile 7A angezeigt ist, und in den Flammenabschnitt strömen, wo die Verbrennung abläuft, um einen Sauerstoff- Partialdruck zu reduzieren, der die NOx-Erzeugung beherrscht, wodurch die NOx-Konzentration erzeugt wird. Die neben den weißen Punkten in Fig. 6 angegebenen Zahlen stellen die Verbrennungslasten in Einheiten von 10&sup4; kcal/m³h (11,6 kW/m³) dar. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ändert sich die NOx-Konzentration kaum, selbst wenn sich die Verbrennungslast zwischen 66 10&sup4; kcal/m³h und 267 10&sup4; kcal/m³h (66 11,6 bzw. 267 11,6 kW/m³) verändert. Daher kann unter Verwendung des Vorgemisch Verbrennungsverfahrens gemäß der Erfindung ein Kessel mit hoher Last und niedrigem NOx-Ausstoß verwirklicht werden.
Fig. 8 zeigt die Wirkung des Verhältnisses eines Verbrennungsraum-Innendurchmessers D&sub3; zum Vorgemischdüsen-Innendurchmesser D&sub2; auf die Konzentration von NOx, das von der Vorgemischflamme des Vorgemischflammenbrenners mit Flammenhalter erzeugt wird. Wie aus der Figur hervorgeht, ist die NOx-Konzentration hoch, falls D&sub3;/D&sub2; kleiner als vier ist. Dies wird folgendermaßen interpretiert. Da der Verbrennungsraum-Innendurchmesser D&sub3; klein wird, wird es für die Verbrennungsprodukte schwierig, außerhalb der Flamme zu zirkulieren, was ein Ansteigen des Sauerstoff- Partialdrucks ermöglicht, wodurch die NOx-Konzentration ansteigt.
Die Fig. 9A und 9B zeigen eine Modifikation der Brennervorrichtung für einen Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß von Fig. 1. Die Brennervorrichtung enthält einen zylindrischen Diffusionsflammenbrenner mit einem im Zentrum angeordneten Flammenhalter sowie einen ringförmigen Vorgemischflammenbrenner mit einer um den Diffusionsflammenbrenner angeordneten Flammenhalter. Der Vorgemischflammenbrenner ist aus vier Düsen 2a, 2b, 2c und 2d aufgebaut, auf die ein ringförmiger Strömungsdurchlaß aufgeteilt ist. Jede Düse besitzt eine Brennstoff/Luft- Mischzone, die vor dem Einleitungsauslaß 21 angeordnet ist, und einen Gemischausrichter 3, der sich zwischen der Mischzone und dem Einleitungsauslaß 21 befindet. Der Brennstoff wird durch die Brennstoffdüse mit mehreren Auslässen in die Luftströmung diffundiert, um vermischt zu werden. Der Ausrichter 3 ist ein Strömungsdurchlaß- Widerstand mit Wabenstruktur. An jedem Düsenauslaß ist ein streifenförmiger Flammenhalter 1 in der Weise angeordnet, daß er sich senkrecht zur Richtung der Gemischströmung erstreckt. Die Seiten des Flammenhalters sind kürzer als die entsprechenden Seiten der Düse.
Wenn der Kessel gestartet, wird zunächst der Diffusionsverbrennungsbrenner, der im Zentrum des Brenners angeordnet ist, verwendet, wobei dann, wenn die Kessellast ansteigt, das Brennstoff/Luft-Gemisch vom Vorgemisch- Brenner mit Flammenhalter eingeleitet wird. Im Betrieb des Vorgemischverbrennungsbrenners wird in dieser Ausführungsform das Gemisch zunächst von einer der vier Düsen eingeleitet, während bei ansteigender Last das Vorgemisch nacheinander von den anderen Düsen eingeleitet wird. Der Diffusionsflammenbrenner wird dazu verwendet, die Vorgemischflamme zu stabilisieren. Unter der Bedingung, daß die Vorgemischflamme stabil gebildet wird, wird jedoch das Einleiten von Brennstoff und Luft vom Diffusionsflammenbrenner angehalten.
Fig. 10 zeigt eine Beziehung zwischen der Last des mit dem Brenner mit niedrigem NOx-Ausstoß ausgerüsteten Kessels der Fig. 9A und 9B und der Brennstoffzufuhrrate von jeder Düse. Die Brennstoffzufuhrrate, die auf der Ordinatenachse aufgetragen ist, repräsentiert das Verhältnis des von jeder Düse verwendeten Brennstoffs zu dem vom Kessel verwendeten Brennstoff, wenn die Kessellast 100 % beträgt. Bis zu einer Kessellast von 20 % wird nur der Diffusionsflammenbrenner verwendet, während dann, wenn die Last 20 % erreicht, Brennstoff und Luft durch die Düse A, einer beliebigen der vier Düsen, zugeführt werden. Um in diesem Zeitpunkt zu verhindern, daß die Flamme wieder in die Düse zurückgezogen wird, d. h. um ein Zurückschlagen zu verhindern, ist es sicher, die Einleitungsgeschwindigkeit des Vorgemischs auf 20 m/s oder höher zu halten. Um daher das Vorgemisch mit einem Luftanteil von 1,1 von der Düse A mit der Geschwindigkeit von 20 m/s einzuleiten, werden der Brennstoff und die Luft, die vom Diffusionsflammenbrenner eingeleitet wer den, um Mengen reduziert, die jenen entsprechen, die von der Düse A eingeleitet werden, wobei auf diese Weise reduzierter Brennstoff und auf diese Weise reduzierte Luft von der Düse A eingeleitet werden. Der Brennstoff und die Luft, die von der Düse A eingeleitet werden, werden erhöht, bis die Kessellast 30 % erreicht, wobei dann, wenn 30 % erreicht sind, das Vorgemisch mit dem Luftanteil von 1,1 mit der Geschwindigkeit von 20 m/s von der Düse B, einer weiteren beliebigen Düse der verbleibenden drei Düsen, eingeleitet wird. In diesem Zeitpunkt ist das von der Düse A eingeleitete Vorgemisch um eine Menge reduziert, die derjenigen des Vorgemischs entspricht, das von der Düse B eingeleitet wird. Wenn die Last 50 % und 70 % erreicht, wird ein ähnlicher Betrieb wiederholt. Das heißt, das Vorgemisch wird von der Düse C, einer beliebigen weiteren der zwei verbleibenden Düsen, eingeleitet, wenn die Last 50 % beträgt, ferner wird das Vorgemisch von der Düse D, der letzten der vier Düsen, eingeleitet, wenn die Last 70 % beträgt. Wenn die Last 90 % erreicht, wird die Verwendung des Diffusionsflammenbrenners angehalten, wobei die Düsen A und B eine Vorgemischmenge einleiten, die den Brennstoff- und Luftmengen entsprechen, die vom Diffusionsflammenbrenner eingeleitet worden sind. Wenn sich die Last zwischen 90 % und 100 % verändert, werden die Mengen des Vorgemischs, die von den Düsen C und D eingeleitet werden, entsprechend geändert.
Fig. 11 ist eine weitere Modifikation des Brenners mit niedrigem NOx-Ausstoß von Fig. 1. Diese Ausführungsform ist durch die Verwendung von halbkugelförmigen Ventunabschnitten 27 als Ausrichteinrichtung für die Bildung eines gleichmäßigen Vorgemischs aus gasförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft gekennzeichnet. Die Konstruktion ist mit Ausnahme der Venturiabschnitte 27 die gleiche wie in den Fig. 9A und 9B.
Die Fig. 12a und 12b zeigen die Konstruktion einer Brennervorrichtung für einen Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß mit mehreren zylindrischen Vorgemischdüsen. Die Brennervorrichtung enthält einen ersten zylindrischen Diffusionsflammenbrenner 6 für die Zündung, der im Zentrum angeordnet ist, sowie mehrere Vorgemischflammenbrenner 1000, wovon jeder einen Flammenhalter besitzt, der so angeordnet ist, daß er den Diffusionsflammenbrenner 6 umgibt. Jeder der Vorgemischflammenbrenner 1000 besitzt einen zweiten zylindrischen Diffusionsflammenbrenner 600 für die Zündung, der koaxial zum Einleitungsauslaß 32 der Vorgemischdüse angeordnet ist. Im ersten Diffusionsflammenbrenner 6 ist eine Brennstoffdüse 35 koaxial zur Achse des Brenners vorgesehen, während eine Luftdüse 36 um die Brennstoffdüse 35 angeordnet ist. Die Luftdüse 36 besitzt einen Wirbelströmungsgenerator 37, der darin in der Weise angebracht ist, daß er die Wirbelstärke der Verbrennungsluft steuert. Der Vorgemischflammenbrenner 1000 besitzt eine Brennstoffdüse 39 für die Vorgemischverbrennung, die vor dem Vorgemischeinleitungsauslaß 32 angeordnet ist. Der gasförmige Brennstoff von der Brennstoffdüse 39 und die Verbrennungsluft von einem Luftzufuhrrohr 40 werden durch einen Venturiabschnitt 41 vermischt, um ein gleichmäßiges Vorgemisch zu bilden. Der zweite Diffusionsflammenbrenner 600 ist koaxial zum Vorgemischeinleitungsauslaß 32 angeordnet, während eine Brennstoffdüse 45 koaxial zum Diffusionsflammenbrenner 600 angeordnet ist. Eine Luftdüse 46 ist so angeordnet, daß sie die Brennstoffdüse 45 umgibt. Die Luftdüse 46 ist mit einem Wirbelströmungsgenerator 44 versehen, der dazu dient, die Diffusionsflamme des zweiten Diffusionsflammenbrenners zu verkürzen. Wenn es schwierig ist, daß der erste Diffusionsflammenbrenner das Vorgemisch vom Vorgemischeinleitungsauslaß 32 zündet, zündet der zweite Diffusionsflammenbrenner das gesamte Vorgemisch. Die beiden obenerwähnten Arten von Diffusionsflammen werden dazu verwendet, das Vorgemisch zu zünden, wenn sich die Kessellast verändert. An einem oberen Ende der Luftdüse 46 ist ein Flammenhalter 31 vorgesehen. Der Flammenhalter 31 bewirkt eine Zirkulationsströmung des Vorgemischs in der Nähe der Umfangskante des Flammenhalters, wodurch die Stabilität der Vorgemischflamme verbessert wird. Ferner bewirkt der Flammenhalter 31 eine Zirkulation der Verbrennungsprodukte innerhalb und außerhalb der Flamme, so daß NOx reduziert werden kann.
Die Fig. 13A und 13B zeigen eine Modifikation des Brenners für einen Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß, der mit mehreren zylindrischen Vorgemischeinleitungsauslässen versehen ist. Der Brenner umfaßt einen ersten zylindrischen Diffusionsflammenbrenner 6 für die Zündung sowie mehrere Vorgemischflammenbrenner 1000, die so angeordnet sind, daß sie den Diffusionsflammenbrenner 6 umgeben. Der Brenner 1000 besitzt eine Brennstoffdüse 60 für die zweite Diffusionsflamme, die koaxial zu der Achse des Vorgemischsauslasses 48 vorgesehen ist. Der erste Diffusionsflammenbrenner 6 besitzt eine Brennstoffdüse 49, die koaxial zu ihm vorgesehen ist, sowie eine Luftdüse 50, die die Brennstoffdüse 49 umgibt. Die Luftdüse 50 besitzt einen Wirbelströmungsgenerator 54, der in ihr angebracht ist, um die Wirbelstärke der Verbrennungsluft zu steuern. In dem Vorgemischflammenbrenner 1000 ist eine Brennstoffdüse 55 für die Vorgemischverbrennung vor dem Vorgemischeinleitungsauslaß 48 angeordnet. Der Brennstoff von der Brennstoffdüse 55 und die Verbrennungsluft vom Luftzufuhrrohr 56 werden durch den Wirbelströmungsgenerator 57 vermischt, um ein gleichmäßiges Vorgemisch zu bilden. Zwischen dem Wirbelströmungsgenerator 57 und dem Vorgemischeinleitungsauslaß 48 ist eine Ausrichteinrichtung 59 vorgesehen, die dazu dient, im Vorgemisch in radialer Richtung des Auslasses 48 eine gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung zu bilden. Eine Brennstoffdüse 60 für die zweite Diffusionsflamme ist koaxial zum Auslaß 48 angeordnet. Wenn es schwierig ist, daß die erste Diffusionsflamme das Vorgemisch vom Auslaß 48 zündet, wird die zweite Diffusionsflamme gebildet, um das gesamte Vorgemisch zu zünden. Die beiden obenerwähnten Typen von Diffusionsflammen werden dazu verwendet, das Vorgemisch zu zünden, wenn die Kessellast verändert wird. An einer Position hinter dem Vorgemischeinleitungsauslaß 48 ist ein Flammenhalter 47 vorgesehen, der eine Zirkulationsströmung des Vorgemischs in der Nähe der Umfangskante des Flammenhalters bewirkt, wodurch die Stabilität der Vorgemischflamme verbessert wird. Ferner bewirkt der Flammenhalter 47 eine Zirkulation der Verbrennungsprodukte innerhalb und außerhalb der Flamme, so daß NOx reduziert werden kann.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 14A und 14B die Wirkung beschrieben, die durch die Ausrichtung des Vorgemischs des gasförmigen Brennstoffs und der Luft durch den in den Fig. 13A und 13B gezeigten Ausrichtern 59 erhalten wird. Fig. 14A zeigt die Druckverteilung in radialer Richtung des Vorgemischeinleitungsauslasses 48, der durch die Staudüse gemessen wird, während Fig. 14B die Geschwindickeitsverteilung des Vorgemischs in radialer Richtung des Auslasses 48 zeigt. Eine trichterförmige Umfangskante eines Flammenhalters 47 befindet sich in radialer Richtung 20 mm von der Achse des Halters 47 entfernt, während sich eine Basisumfangskante des Halters 47 in radialer Richtung bei 10 mm befindet. Eine Umfangskante des Vorgemischeinleitungsauslasses 48 befindet sich in radialer Richtung ungefähr 33 mm von der Achse des Halters 47. In den Fig. 14A und 14B stellen durchgezogene Linien, die durch die Bezugszeichen 61 oder 63 bezeichnet sind, die Druck- und Geschwindigkeitsverteilungen ohne Ausrichteinrichtungen dar, während die unterbrochenen Linien, die mit den Bezugszeichen 62 und 64 bezeichnet sind, die Druck- und Geschwindigkeitsverteilungen darstellen, wenn eine Wabenstruktur als Ausrichteinrichtung angebracht ist. Wenn in Fig. 14A keine Ausrichteinrichtung 59 vorgesehen ist (die durchgezogene Linie 61), breitet sich eine Unterdruckzone aufgrund der Wirkung des Wirbelströmungsgenerators 57 bis zu einer radialen Position aus, die sich ungefähr 20 mm von der Achse des Halters 47 befindet. Wenn in Fig. 14B keine Ausrichteinrichtung 59 vorgesehen ist (die durchgezogene Linie 63), sammelt sich das Vorgemisch aufgrund der Zentrifugalkraft, die durch den Wirbelströmungsgenerator 57 hervorgerufen wird, in der Nähe des äußeren Umfangs des Auslasses 48 an, so daß das Vorgemisch nicht über dem Flammenhalter 47 angesammelt wird. Daher befindet sich die Vorgemischflamme am äußeren Umfang des Auslasses 48. Das Hochtemperaturabgas, das durch die Vorgemischflamme erzeugt wird, wird in die Unterdruckzone gezogen, die um den zentralen Abschnitt des Auslasses 48 lokalisiert ist, so daß eine Flamme von innerhalb des Auslasses 48 gebildet wird. Es entsteht das Problem, daß sich der Flammenhalter 47 verschlechtert, da er von seiner Eintrittsseite aus erhitzt wird. Wenn eine Wabenstruktur als Ausrichteinrichtung 59 angebracht ist, wird eine Unterdruckzone kaum erzeugt, wie durch die unterbrochene Linie 62 in Fig. 14A angegeben ist. Das Vorgemisch wird über dem Flammenhalter 47 verteilt, wie durch die unterbrochene Linie 64 von Fig. 14B angezeigt ist. Im Ergebnis wird in der Nähe der trichterförmigen Umfangskante des Flammenhalters 47 eine zirkulierende Strömung wie in Fig. 7A gezeigt gebildet, wobei die Vorgemischflamme stabilisiert wird.
Die folgende Beschreibung, die auf die Fig. 15 bis 20 Bezug nimmt, ist auf einen Kessel mit einer im Brenner vorgesehenen Primärverbrennungskammer gerichtet, wobei in dieser Verbrennungskammer die Verbrennung mit niedrigem Luftanteil von 1 oder darunter erfolgt, wodurch eine Verbrennung mit hoher Last und niedrigem NOx-Ausstoß erhalten wird.
Fig. 15 entspricht einer horizontalen Schnittansicht des Kessels von Fig. 3.
Ein Ofen 112 enthält mehrere Strahlungswärme-Übertragungsrohre 115a, die in gegenseitigem Abstand an der Einlaßseite (linke Seite in Fig. 15) angeordnet sind, um eine Ofenvorderwand 180a zu bilden, Strahlungswärme- Übertragungsrohre 115b und 115c, die so angeordnet sind, daß sie Wände bilden, die sich von den gegenüberliegenden Enden der Ofenvorderwand 180 und senkrecht hierzu zur Auslaßseite (rechte Seite in Fig. 15) erstrecken, so daß dazwischen eine Verbrennungskammer definiert wird, Dampferzeugungsrohre 116c und 116d, die an der Auslaßseite als Verlängerungen der aus den Strahlungswärme-Übertragungsrohren 115b und 115c gebildeten Wände angeordnet sind, sowie Dampfwärme-Übertragungsrohre 117, die sich zwischen den Wänden der Dampferzeugungsrohre 116c und 116d befinden. An der oberen mittigen Position des Bereichs zwischen den Strahlungswärme-Übertragungsrohre 115b und 115c des Ofens 112 ist eine Dampftrommel 128 vorgesehen, die sich von der Einlaßseite zur Auslaßseite des Ofens 112 erstreckt. An der unteren mittigen Position ist eine Wassertrommel 131 parallel zur Dampftrommel 128 vorgesehen. Die Strahlungswärme-Übertragungsrohre lisa, 115b und 115c sind an ihren unteren Enden mit der Wassertrommel 131 und mit ihren oberen Enden mit der Wasserphase in der Dampftrommel 128 verbunden. In der Mitte des Ofenbodens zwischen den Wänden der Dampferzeugungsrohre 116c und 116d befindet sich ein Dampfverteilungsrohr 132 in der Verlängerung der Achse der Wassertrommel 131. An der oberen mittigen Position des Ofens oberhalb des Dampfverteilungsrohrs 132 befindet sich ein Dampfbehälter 129, der zur Achse der Dampftrommel 128 parallel ist. Der Dampfbehälter 129 erstreckt sich in die Dampftrommel 128 an der Einlaßseite und unterhalb der Oberfläche des Wassers in der Dampftrommel 128. Die Dampferzeugungsrohre 116c und 116d sind an ihren unteren Enden mit den Dampfverteilungsrohren 132 verbunden. Jedes der Strahlungswärme-Übertragungsrohre 115b und 115c und der Dampferzeugungsrohre 116c und 116d ist an seinen Einlaß- und an seinen Auslaßseiten einteilig mit Platten 169 versehen. Die benachbarten flachen Platten 169 überlappen einander teilweise, um die ofenseitigen Wände 180b und 180c zu bilden.
Am Auslaßabschnitt des Ofens 112 befinden sich Heizdurchlässe 170a und 170b, die horizontal zwischen der linken und der rechten Seite getrennt sind. Die Heizdurchlässe 170a und 170b sind durch ein Strahlungswärme-Übertragungsrohr 115d, durch Strahlungswärme-Übertragungsrohre 115f und ilse, durch Dampfwärme-Übertragungsrohre 117, durch Dampferzeugungsrohre 116a und 116b, durch Fallrohre 120a und 120b sowie durch Dampferzeugungsrohre 116c und 116d definiert. Das Rohr 115d befindet sich in einem Abstand von den Dampferzeugungsrohren 116c und 116d, die die auslaßseitigen Abschnitte der Ofenseitenwände 180b und 180c definieren, wobei das Rohr 115d außerdem eine Heizdurchlaß-Rückwand 180d bildet, die zur Ofenvorderwand 180a parallel ist und breiter als die Ofenvorderwand 180a ist. Die Strahlungswärme-Übertragungsrohre ilse und 115f erstrecken sich von den gegenüberliegenden Enden der Kesselrückwand 180d zur Einlaßseite und bilden einen Teil der Heizdurchlaß-Seitenwände 180e und 180c, die zu den Ofenseitenwänden 180b und 180c parallel sind. Die Dampfwarme-Ubertragungsrohre 117 sind am äußersten Auslaßende zwischen den Ofenseitenwänden 180b und 180c angeordnet.
Die Dampferzeugungsrohre 116a und 116b sind in der Nähe der Strahlungswärme-Übertragungsrohre 115e und 115f angeordnet und bilden einen Teil der Heizdurchlaß- Seitenwände 180e und 180c. Die Fallrohre 120a und 120b sind zwischen den Dampferzeugungsrohren 116a und 116b angeordnet und bilden einen Teil der Kesselseitenwände 180e und 180c. Die Dampferzeugungsrohre 116c und 116d bilden einen Teil der Ofenseitenwände 180b und 180c. Die Strahlungswärme-Übertragungsrohre 115d, 115e und 115f sind an ihren unteren Enden mit der Wassertrommel 131 und an ihren oberen Enden mit der Wasserphase in der Dampftrommel 128 verbunden. Die Dampferzeugungsrohre 116a, 116c, 116b und 116d, die in einer die Ofenseitenwände senkrecht schneidenden Ebene angeordnet sind, stehen miteinander in Verbindung, um über die entsprechenden Krümmungsabschnitte eine einzige Rohrleitung zu bilden. Die Dampferzeugungsrohre 116c und 116d sind an ihren unteren Enden mit dem Dampfverteilungsrohr 132 verbunden, während die Dainpferzeugungsrohre 116a und 116b, die die Heizdurchlaß-Seitenwände bilden, an ihren unteren Enden mit einem Wasserbehälter 133 verbunden sind. Der Behälter 133 ist an der unteren Ofenseite der Heizdurchlaß- Seitenwände 180e und 180f und längs dieser Seitenwände 180e und 180f angeordnet. Die Dampferzeugungsrohre 116a und 116b besitzen Rohrabschnitte, die zwischen den Kesselseitenwänden 180e und 180f und den die Ofenseitenwände 180b und 180c bildenden Dampferzeugungsrohren 116c und 116d mehrfach nach oben und nach unten gekrümmt. Daher stehen die Durchlässe in den Dampferzeugungsrohren 116a und 116b über die Dampferzeugungsrohre 116c und 116d mit dem Dampfverteilungsrohr 132 in Verbindung. Die Dampfwärme-Übertragungsrohre 117 sind an ihren oberen Enden mit dem Dampfbehälter 129 und an ihren unteren Enden mit dem Dampfverteilungsrohr 132 verbunden. In den Heizdurchlässen 170a und 170b sind Überhitzungssschlangen 118 vorhanden, die ein einziges gebogenes Rohr bilden, das mehrere miteinander verbundene Rohre umfaßt. Die Überhitzungsschlangen 118 sind mit ihren einen Enden mit der Dampfphase der Dampftrommel 128 über Dampfrohre 130 und mit ihren anderen Enden mit der nicht gezeigten Dampfbeaufschlagungsanlage wie etwa einer Dampfturbine oder einer Chemiefabrik verbunden.
Die Fallrohre 120a und 120b sind in der Nähe der Heizdurchlaß-Seitenwände 180e und 180c bzw. an den Verlängerungen zu den Ofenvorderwänden 180a vorgesehen. Die Fallrohre 120a und 120b bilden Abzug-Seitenwände 180g und 180h, die zu den Ofenseitenwänden 180c und 180d parallel sind und in die Verlängerungen der Ofenvorderwände 180a übergehen. Die Fallrohre 120c und 120d sind an den gegenüberliegenden Verlängerungen der Ofenvorderwände 180a angeordnet, um eine Abzugvorderwand 180j und 180k zu bilden.
Ein Abzug 114a ist durch eine Abzugdeckelplatte 134, die oberhalb der Ofenseitenwand 180b vorgesehen ist, die Abzugseitenwand 180g, die Abzugvorderwand 180j, die Dampferzeugungsrohre 116a und 116c sowie durch eine Abzugbodenplatte 135, die unterhalb des Dampferzeugungsrohrs 116a vorgesehen ist, definiert. Ein Abzug 114b ist durch eine Abzugdeckelplatte 134, die oberhalb der Ofenseitenwand 180c vorgesehen ist, die Abzugseitenwand 180h, die Abzugvorderwand 180c, die Dampferzeugungsrohre 116b und 116d sowie durch eine Abzugbodenplatte 35, die unterhalb des Dampferzeugungsrohrs 116b vorgesehen ist, definiert.
In jedem der Abzüge 114a und 114b sind in dieser Ausführungsform Konvektionswärme-Übertragungsrohre 119 beispielsweise in 20 Reihen, wovon jede fünf Rohre 119 besitzt, vorgesehen. Die Konvektionswärme Übertragungsrohre 119 sind an ihren oberen Enden mit der Wasserphase der Dampftrommel 128 und an ihren unteren Enden mit der Wassertrommel 131 verbunden. Die Fallrohre 120a und 120c stehen mit ihren unteren Enden mit der Wassertrommel 131 und mit ihren oberen Enden mit der Wasserphase der Dampftrommel 128 in Verbindung. Nicht gezeigte Rücklaufrohre sind vorgesehen, um zwischen dem Bodenteil des Dampfbehälters 129 in der Dampftrommel 128 und den Wasserbehältern 133 eine Verbindung herzustellen. Die Rücklaufrohre sind in der Weise angebracht, daß sie vom Dampfbehälter 129 zu den Wasserbehältern 133 geneigt sind, um sicherzustellen, daß dazwischen keine Lufttasche vorhanden ist.
Oberhalb der Abzüge 114a und 114b sind obere Abzüge 114c und 114d im wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Dampftrommel 128 und parallel zur Dampftrommel 128 vorgesehen. Die Abzüge 114a und 114b stehen mit dem oberen Abzug 114c bzw. 114d über Öffnungen, die in der Abzugdekkelplatte 134 ausgebildet sind, in Verbindung. Die oberen Abzüge 114c und 114d sind symmetrisch konstruiert. Daher wird nur der obere Abzug 114d beschrieben. Das Verbrennungsgas steigt vom Abzug 114b durch die obengenannten Öffnungen nach oben und strömt durch den oberen Abzug 114d in der zur Verbrennungsgasströmung im Abzug 114b entgegengesetzten Richtung. Der obere Abzug 114d enthält einen zweiten Luftvorheizer 124, der an der Auslaßseite der Öffnungen vorgesehen ist, einen Verbrennungsraum 126 für unverbranntes Gas, der an der Auslaßseite des zweiten Luftvorheizers 124 vorgesehen ist, sowie einen ersten Luftvorheizer 123, der an der Auslaßseite des Verbrennungsraums 126 für unverbranntes Gas vorgesehen ist. Der erste Luftvorheizer 123 und der zweite Luftvorheizer 124 besitzen eine nahezu übereinstimmende Konstruktion. Jeder Vorheizer enthält Rohrplatten 171, die in Richtung der Verbrennungsgasströmung an gegenüberliegenden Enden vorgesehen sind, mehrere Rundrohre, die einen Rauchkanal bilden, der zwischen den Rohrplatten 171 eine Verbindung herstellt, und Stauscheiben 172, deren Anzahl ungerade ist und die zwischen den Rohrplatten 171 vorgesehen sind (z. B. drei Platten 172 für den ersten Luftvorheizer und eine Platte 172 für den zweiten Luftvorheizer). Diese Rauchkanäle dienen als Einrichtung zum Ausrichten der Strömung des Abgases.
Der Verbrennungsraum 126 für unverbranntes Gas oxidiert Kohlenmonoxid, welches das unverbrannte Gas im Abgas bildet, zu Kohlendioxid. Der Verbrennungsraum 126 für unverbranntes Gas wurde als Katalysator zur Beschleunigung der Reaktion in Plattenform hergestellt und nahezu parallel zur Strömung des Abgases im Abgasdurchlaß angeordnet. Der Katalysator wird bei einer aktiven Temperatur im Bereich von 300 bis 1000 ºC verwendet. Der Katalysator braucht keine Plattenform zu besitzen, sondern kann eine Grillform haben. Es ist auch möglich, kugelförmige Körper mit einem Durchmesser von ungefähr 3 mm als Katalysatorträger zu verwenden und einen sphäroidischen Katalysator herzustellen. Der sphäroidische Katalysator kann in den Abgasdurchlaß gefüllt werden.
Auf derjenigen Seite des oberen Abzugs 114d, die sich näher an der Dampftrommel 128 befindet, ist ein Luftzufuhrrohr 122b parallel zum oberen Abzug 114d angeordnet. Der obere Abzug 114d und der Luftzufuhrkanal 122b befinden sich nebeneinander, wobei zwischen ihnen die obere Abzugseitenplatte 114f eingefügt ist. Die Stauplatten des ersten Luftvorheizers 123, die jene enthalten, die an die Rohrplatte 171 angrenzt, erstrecken sich abwechselnd in den Luftzufuhrkanal 122b, wodurch sie den Durchlaß des Luftzufuhrkanals 122b unterbrechen. An der Position im Luftzufuhrkanal 122b, die an die Stauplatte 172 im zweiten Luftvorheizer 124 angrenzt, ist ein Wärmesteuerventil 125 vorgesehen, das eine durch die obere Oberfläche und durch die untere Oberfläche des Luftzufuhrkanals 122b unterstützte flache Platte enthält, die einteilig mit einer drehbaren Stütze ausgebildet ist. Dieses Wärmesteuerventil 125 steuert die Menge der in den zweiten Luftvorheizer strömenden Luft. Der Winkel zwischen der flachen Platte und der Längsrichtung des Luftzufuhrkanals 122b kann gesteuert werden um den Durchlaßquerschnitt des Kanals 122b zu verändern. Die obere Abzugseitenplatte 114f ist nicht im Verbindungsabschnitt des ersten und des zweiten Luftvorheizers und des Luftzufuhrkanals 122b vorgesehen. Daher kann das Gas zwischen ihnen frei strömen. Ein Endabschnitt des Luftzufuhrkanals 122b in der Nähe der Abzugvorderwand 180c erstreckt sich zur gegenüberliegenden Seite des Abzugs 114b der Abzugvorderwand 180a und steht mit einem Fensterkasten 173 in Verbindung, der um den Umfang des in der Ofenvorderwand 180a außerhalb des Ofens vorgesehenen Brennerdurchlasses 143 ausgebildet ist. Der andere Endabschnitt des Kanals 122b steht mit einer (nicht gezeigten) Gebläsevorrichtung in Verbindung.
Der Fensterkasten 173 ist koaxial zum Brennerdurchlaß 143 vorgesehen und ist von einer zylindrischen Brenneraußenwand 145, deren Durchmesser größer als derjenige des Brennerdurchlasses ist, sowie von einer Brennerseitenwand 147, die eine Stirnfläche des Zylinders bildet, umgeben. In der Mitte des Fensterkastens 173 ist ein Brenner 111 vorgesehen.
Der Brenner 111 enthält in seiner Mitte eine primäre Verbrennungskammer 157. Die primäre Verbrennungskammer 157 enthält einen Hauptgemischdurchlaß 212, der sich an der Einlaßseite befindet und als Hauptdüse für die Bildung einer Hauptverbrennungsflamme mit einem Luftanteil von 1 oder weniger dient, eine ringförmige Stabilisatorplatte 155 mit Vorsteuerflammenlöchern 156, wovon jedes eine Vorsteuerflamme bildet, die so angeordnet sind, daß sie den Hauptvorgemischdurchlaß 212 umgeben, eine Primärverbrennungskammer-Seitenwand 217, die am äußeren Umfang der Stabilisatorplatte 155 angeordnet ist, um eine einlaßseitige Wand der Primärverbrennungskammer 157 zu bilden, eine Wandoberfläche, die aus Wasserkühlungsrohren 158 gebildet ist, die am äußeren Umfang der Primärverbrennungskammer-Seitenwand 217 angeordnet sind, und eine zylindrische Primärverbrennungskammer-Außenwand 142, die angrenzend an ein Ende an der Einlaßseite der aus den Wasserkühlungsrohren 158 gebildeten Wandoberfläche vorgesehen ist und sich am anderen Ende in den Brennerdurchlaß 143 erstreckt und dem Ofen zugewandt ist.
An der Auslaßseite der Primärverbrennungskammer 157 ist eine Sekundärverbrennungskammer 240 ausgebildet. Die Sekundärverbrennungskammer 240 geht an ihrer Einlaßseite in die primäre Verbrennungskammer 157 über und mündet an ihrer Auslaßseite in den Ofen 112. Eine Wand der Sekundärverbrennungskammer 240, die einen axialen Endabschnitt hiervon, der in die Primärverbrennungskammer 157 mündet, und den anderen axialen Endabschnitt hiervon, der in den Ofen 112 mündet, verbindet, ist mit dem Brennerdurchlaß 143 und mit einem ringförmigen Hilfsgemischdurchlaß 238 versehen, der zwischen einer Düsenwand 237, die eine innere Oberfläche des Brennerdurchlasses 143 bildet, und einer Düsenwand 236 definiert ist, so daß sich der Endabschnitt der Primärverbrennungskammer 142 näher am Ofen befindet. Der Brennerdurchlaß 143 und der Hilfsmischgasdurchlaß 238 sind in der Weise vorgesehen, daß der Querschnitt der Sekundärverbrennungskammer 240, der zur Achse des Brenners senkrecht ist, in Richtung zum Ofen zunimmt. Der Hilfsgemischdurchlaß 238 ist an einem Ende zur Sekundärverbrennungskammer 240 geöffnet. Das andere Ende des Durchlasses 238 steht mit Luftzufuhrrohren 122a und 122b über den Dämpfer 232 und den Fensterkasten 173 in Verbindung. An den äußeren Umfängen der Düsen 236 und 237 sind Scheiben 160 bzw. 235 vorgesehen. In einem ringförmigen Raum, der zwischen den Scheiben 160 und 235 definiert ist, sind mehrere Wirbelschaufeln 162 des Widerstandstyps angebracht. Jede Schaufel ist einteilig mit einem Unterstützungspfosten 161 versehen. Der Pfosten 161 ist so angebracht, daß seine Achse zur Linie der Erzeugenden eines Zylinders parallel ist, der die Primärverbrennungskammer 142 bildet, wobei die gegenüberliegenden Ende der Pfosten 161 in Lagerbohrungen, die in den Scheiben 160 und 235 ausgebildet sind, drehbar gelagert sind. An der auslaßseitigen Stirnfläche der drehbaren Schaufel 162 sind mehrere Brennstoffeinleitungslöcher 251 ausgebildet. Die Löcher 251 sind mit einem Brennstoffbehälter verbunden, dem über einen Gasbehälter 252 in der Schaufel 162 sowie durch ein Zufuhrrohr, das durch den mittigen Teil jedes der Unterstützungspfosten 161 auf der Ofenseite und auf der näher an der Brennerseitenwand 157 befindlichen Seite verläuft, sowie durch ein Verbindungsrohr 234 gasförmiger Brennstoff zugeführt wird. Der Dämpfer 232 ist einteilig an den Einlaßenden an den Scheiben 160 und 235 befestigt. An der Einlaßseite des Dämpfers 232 ist ein beweglicher Dämpfer 231 befestigt, der einteilig mit einem Steuerstab 230 ausgebildet ist, der durch die Brennerseitenwand verläuft. Jeder der Dämpfer 232 und der bewegliche Dämpfer 231 besitzt mehrere kreisförmige Öffnungen. Wenn der bewegliche Dämpfer 231 durch den Steuerstab 230 in Richtung der Linie der Erzeugenden der Primärverbrennungskammer-Außenwand 142 bewegt wird, wird die Projektion in Auslaßrichtung der Fläche der Öffnungen gesteuert. Wenn die Öffnungen des beweglichen Dämpfers 231 mit den Öffnungen des Dämpfers 232 übereinstimmen ist die Fläche der Öffnungen maximal, so daß die Luftströmungsrate in den Hilfsgemischdurchlaß maximal ist. Wenn umgekehrt die Dämpfer 231 und 232 in der Weise gesteuert werden, daß die Öffnungen des beweglichen Dämpfers 231 nicht mit den Öffnungen des Dämpfers 232 übereinstimmen, ist die Fläche der Öffnung minimal, so daß die Luftströmungsrate in den Hilfsgemischdurchlaß minimal ist. Es ist der bewegliche Dämpfer 231 beschrieben worden, der mehrere Öffnungen besitzt, es ist jedoch auch möglich das gleiche Ziel unter Verwendung eines beweglichen Dämpfers 231 zu erreichen, der aus einer scheibenförmigen Platte ohne Öffnungen gebildet ist.
Der Hauptgemischdurchlaß für die Bildung einer Hauptflamme ist am inneren Umfang der Stabilisatorplatte 155 für die Ausbildung einer Vorsteuerflamme vorgesehen. Der Hauptgemischdurchlaß ist ein ringförmiger Durchlaß, der durch einen Primärdurchlaß 210 und einen Vorgemischdurchlaß 140 definiert ist, die so vorgesehen sind, daß sie den äußeren Umfang des Primärdurchlasses 210 umgeben. Die Einlaßseite des Primärdurchlasses 210 ist mit einer Düse 208 mit bogenförmigem Querschnitt verbunden. Die Einlaßseite des Vorgemischdurchlasses 140 ist mit einer Düse 209 mit bogenförmigem Querschnitt verbunden. Die Stirnfläche der Einlaßseite der Düse 208 ist mit der Brennerseitenwand verbunden, während die Stirnfläche der Einlaßseite der Düse 209 mit einer Vorgemischseitenwand 211 verbunden ist, die an einer Seite der Brennerseitenwand 147 vorgesehen ist, die sich näher beim Ofen befindet. In einem ringförmigen Raum, der durch die Brennerseitenwand 147 und durch die Vorgemischseitenwand 211 definiert ist, sind mehrere Wirbelschaufeln 206 des Widerstandstyps angebracht. Jede Schaufel ist einteilig mit einem Unterstützungspfosten 207 versehen. Der Pfosten 207 ist so angebracht, daß seine Achse zur Linie der Erzeugenden eines die Primärverbrennungskammer-Außenwand 142 bildenden Zylinders parallel ist, wobei die gegenüberliegenden Enden des Pfostens 207 in Lagerbohrungen, die in der Brennerseitenwand 147 und in der Vorgemischseitenwand 211 ausgebildet sind, drehbar gelagert sind. Der Pfosten 207 ist am Schaufelrad 206 in der Nähe seiner Auslaßseite angebracht. Selbst wenn daher der Neigungswinkel der Schaufel 206 ansteigt, um die Wirbelstärke zu erhöhen, kann es nicht vorkommen, daß die benachbarten Schaufeln einander berühren und die Öffnungsfläche des Auslasses der Schaufel abgesenkt wird. Die einlaßseitige Stirnfläche der Vorgemischseitenwand 211 ist mit einem Ende eines Dämpfers 205 verbunden, der konzentrisch zur Primärverbrennungskammer-Außenwand 142 angeordnet ist. Das andere Ende des Dämpfers 205 ist mit der Brennerseitenwand 147 verbunden. Um den äußeren Umfang des Dämpfers 205 ist ein beweglicher Dämpfer 204 vorgesehen, der einteilig mit einem Steuerstab 203 versehen ist. Der Dämpfer 205 und der bewegliche Dämpfer 204 besitzen eine Konstruktion und einen Betrieb, die jenen des Dämpfers 231 und des beweglichen Dämpfers 232 ähnlich sind.
An der Auslaßseite der Schaufeln sind mehrere Brennstoffrohre 201 vorhanden, die durch die Düse 208 verlaufen. Auf einer Seite jedes Brennstoffrohrs, die sich näher am Ofen befindet, ist ein Einspritzloch 202 vorgesehen. Das Einspritzloch 202 ist an seiner Auslaßseite in den Hauptgemischdurchlaß geöffnet. Das Einspritzloch 202 ist mit seinem Einlaßende über die Brennstoffrohre 201 und einen Brennstoffbehälter 200, der mit den mehreren Brennstoffrohren 201 verbunden ist, mit einem Brennstoffrohr 179 verbunden.
Der Primärdurchlaß 210 hält an seinem inneren Umfang einen Zylinder 215. Mit der Ofenseite des Zylinders 215 ist ein Strömungsgeschwindigkeits-Steuerventil 216 verbunden. Das Ventil 216 besitzt an seiner Einlaßseite einen Durchmesser, der gleich dem Durchmesser des Zylinders 215 ist, wobei der Durchmesser des Ventils 216 in Richtung zum Ofen ansteigt. Das Ventil 216 ist so gelagert, daß es in Richtung der Linie der Erzeugenden der Primärverbrennungskammer-Außenwand 142 mittels des primären Durchlasses 210, des Zylinders 215 und einer Blindplatte 213, die an der Düse 208 befestigt ist und in ihrer Mitte eine Führung für den Strömungsgeschwindigkeit-Steuerstab 214 aufweist, beweglich ist. Der Strömungsgeschwindigkeit-Steuerstab 214 ist einteilig mit dem Zylinder 215 verbunden und steuert das Strömungsgeschwindigkeits-Steuerventil 216. Wenn das Ventil 16 zur Einlaßseite bewegt wird (der Zustand, der in Fig. 20 durch die durchgezogene Linie angegeben ist), wird die Durchlaßfläche des Hauptgemischdurchlasses 212, die der Primärverbrennungskammer 157 zugewandt ist, minimiert. Wenn das Strömungsgeschwindigkeits-Steuerventil 216 zur Auslaßseite bewegt wird (der Zustand, der in Fig. 20 durch die unterbrochene Linie angegeben ist), wird die Durchlaßfläche des Hauptgemischdurchlasses 212, der der Primärverbrennungskammer 157 zugewandt ist, maximal.
Das Strömungsgeschwindigkeits-Steuerventil 216 arbeitet in Übereinstimmung mit der Gemischmenge, die dem Hauptvorgemischdurchlaß 212 zugeführt wird, um die Durchlaßfläche des Hauptvorgemischdurchlasses, die sich näher an der Primärverbrennungskammer 157 befindet, zu steuern. Beispielsweise ist es möglich, die Geschwindigkeit des vom Hauptvorgemischdurchlaß 212 eingespritzten Vorgemischs unabhängig von der Zufuhrströmungsrate des Vorgemischs im wesentlichen konstant zu machen. Daher ist es möglich, ein Zurückziehen der Flamme in den Hauptgemischdurchlaß unter einer Verbrennungsbedingung mit niedriger Last und reduzierter Vorgemischzufuhr zu verhindern. Die Volumenströmungsrate der Luft verändert sich in Abhängigkeit von der Vorheiztemperatur. Falls das Strömungsgeschwindigkeits-Steuerventil 216 in der Weise arbeitet, daß eine räumliche Ausdehnung durch Messen einer Vorheiztemperatur der Luft kompensiert werden kann, kann die Auslaßgeschwindigkeit des Hauptgemischs unabhängig von der Vorheiztemperatur konstant gehalten werden. Außerdem kann die Hauptverbrennungsflamme stabiler gemacht werden, wenn am Strömungsgeschwindigkeits-Steuerventil 216 ein Flammenhalter befestigt wird.
Durch die Bewegung der Steuerstäbe 203 und 230 wird die relative Position des beweglichen Dämpfers 204 und des Dämpfers 231 geändert, so daß die Fläche der Öffnungen, die durch gegenseitiges Überlappen des beweglichen Dämpfers 204 und des Dämpfers 231 erhalten wird, entsprechend geändert wird. Genauer, wenn der bewegliche Dämpfer 204 seine Position ändert, ändert er die Fläche der Öffnungen, wodurch die Menge der in den Hauptgemischdurchlaß 212 oder in den Hilfsgemischdurchlaß 238 strömenden Luft gesteuert wird. An den Schaufeln tritt ein Druckverlust auf, wenn der Neigungswinkel der Schaufel 206 oder 162 geändert wird. Daher verändert sich die Strömungsrate der ankommenden Luft entsprechend der Wirbelstärke. Durch Andern der Fläche der Öffnungen in der Weise, daß der Druckverlust zwischen dem Einlaß des beweglichen Dämpfers und dem Auslaß der Wirbelschaufel konstant ist, kann die Strömungsrate der ankommenden Luft unabhängig von der Wirbelstärke konstant gehalten werden.
Der vom Brennstoffbehälter 233 zugeführte Brennstoff strömt durch das Verbindungsrohr 234, den Unterstützungspfosten 161 und den in der Schaufel 162 gehaltenen Gasbehälter 252 und wird von mehreren Brennstoffeinleitungslöchern 251 eingespritzt, die an der auslaßseitigen Stirnfläche der Schaufel 162 vorgesehen sind. Der eingespritzte Brennstoff wird mit der zum Hilfsgemischdurchlaß 238 gelieferten Luft vermischt, wodurch das Vorgemisch gebildet wird das eine Hilfsverbrennungsflamme wird. Das Verfahren des Einspritzen des gasförmigen Brennstoffs von Brennstoffeinleitungslöchern 251 der Schaufel 162 kann die Zeit im Vergleich zu dem Verfahren, in dem der gasförmige Brennstoff mit Luft vermischt wird und der Brenn stoff von dem in den Durchlaß sich erstreckenden Brennstoffrohr 201 eingespritzt wird, die Zeit verkürzen, die zum Mischen der Luft und des gasförmigen Brennstoffs notwendig ist. Daher kann der Hilfsgemischdurchlaß kürzer als der Hauptgemischdurchlaß sein. Der Grund hierfür besteht darin, daß ein hinter der Wirbelschaufel gebildeter Wirbel 254 eine größere Turbulenzintensität als jener am Auslaß des Brennstoffrohrs 202 besitzt. Der eingespritzte gasförmige Brennstoff wird in den Wirbel 254 gezogen und dann durch kleine Wirbel, die durch den Wirbel 254 erzeugt werden, vollständig vermischt. Die Vermischung des gasförmigen Brennstoffs und der Luft wird weiterhin gefördert, falls die Intensität der Turbulenz durch Vorsehen von Vorsprüngen an den Oberflächen der Schaufel erhöht wird. Da an der Auslaßseite der Schaufel keine Hindernisse vorgesehen sind, wird weiterhin gemäß dem Verfahren des Einspritzens von gasförmigen Brennstoffs von der Schaufel die durch die Schaufel gebildete Wirbelströmung nicht durch Hindernisse gedämpft.
Der Brennstoff wird getrennt zugeführt, um eine Hauptverbrennungsflamme und eine Hilfsverbrennungsflamme zu bilden. Wenn die Verbrennungslast gering ist und die Brennstoffzufuhrrate niedrig ist, schaltet der Kessel die Brennstoffzufuhr zum Hilfsgemischdurchlaß ab.
Die Stabilisierungsplatte 155 leitet das Vorgemisch mit einem Luftanteil von 1 oder vorzugsweise 1,0 bis 1,5 mit wenigen Metern pro Sekunde, vorzugsweise 1 bis 3 m/s in die Primärverbrennungskammer 157 ein, um eine Vorsteuerflamme des Vorgemischs zu bilden. Der Hauptverbrennungsgemisch-Durchlaß leitet das Vorgemisch mit einem Luftanteil von 1 oder weniger, vorzugsweise 0,5 bis 0,9 bei 20 bis 50 m/s in einer Wirbelströmung in die Primärverbrennungskammer 157 ein, das dort durch die Vorsteuerflamme gezündet wird, um die Hauptverbrennungsflamme zu bilden. Der Hilfsverbrennungsgemisch-Durchlaß leitet das Vorgemisch mit einem Luftanteil von 1 oder mehr, vorzugsweise 1,0 bis 1,5 mit 20 bis 20 m/s als Wirbelströmung in die Sekundärverbrennungskammer 240 ein, die durch die Hauptverbrennungsflamme gezündet wird, um die Hilfsverbrennungsfiamme zu bilden. Da das Luftverhältnis des die Hauptverbrennungsflamme bildenden Gemischs 1 oder weniger ist, ist die maximale Temperatur der Flamme niedriger als diejenige der herkömmlichen Diffusionsflamme, so daß die Produktion von thermischen NOx begrenzt wird. Gleichzeitig wird das thermische NOx das durch die Verbrennung erzeugt wird, durch die Zwischenprodukte des gasförmigen Brennstoffs einer Dampfphasen-Reduktion unterworfen und zu Stickstoff reduziert. Die Zwischenprodukte durch die Hauptverbrennungsflamme-Dampfphase reduzieren das von der Hilfsverbrennungsflamme erzeugte thermische NOx zu Stickstoff. Die Dampfphasen-Reduktion des wegen der Hauptverbrennungsflamme durch die Hilfsverbrennungsflamme erzeugte NOx wird dadurch gefördert, daß die Primärverbrennungskammer mit einem angewinkelten Abschnitt versehen wird, um das Gemisch vom Hilfsgemischdurchlaß in die Hauptverbrennungsflamme stoßen zu lassen. Da der Querschnitt der Sekundärverbrennungskammer in Strömungsrichtung in Richtung zum Ofen zunimmt, findet in der Sekundärverbrennungskammer, in der die Hauptverbrennungsflamme und die Hilfsverbrennungsflamme gebildet werden, keinen Geschwindigkeitsanstieg statt.
In bezug auf die Vorsteuerflamme ist die Beschreibung für den Fall gegeben worden, in dem sie durch das Vorgemisch gebildet wird. Das Ziel der Vorsteuerflamme ist die Zündung des Hauptverbrennungsgemischs, um eine Hauptverbrennungsflamme zu bilden. Daher weicht das Verfahren der Bildung einer Flamme durch Einleiten einer geringen Menge von Brennstoff in die Primärverbrennungskammer und von Luft in den Brennstoff aus der Umgebung, d. h. das Verfahren zum Bilden einer Vorsteuerflamme durch die Diffusionsflamme, nicht vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung ab.
In dieser Ausführungsform ist die Brennerkonstruktion beschrieben worden, in der der gasförmige Brennstoff in drei Anteile unterteilt wird, die getrennt zugeführt werden, um eine Vorsteuerflamme, eine Hauptverbrennungsflamme sowie eine Hilfsverbrennungsflamme zu bilden. Die Zündung erfolgt nacheinander durch die Flammen in der obengenannten Reihenfolge. Der gasförmige Brennstoff kann in mehr als drei Anteile unterteilt werden, falls dies möglich ist.
Das Strahlungswärme-Übertragungsrohr 115b stößt am Ofen 112 und am Abzug 114a an, während das Strahlungswärme- Übertragungsrohr iisc am Ofen 112 und am Abzug 114b anstößt. Die Oberflächentemperatur der Seiten der Strahlungswärme-Übertragungsrohre lisb und iisc, die sich näher an den Abzügen befinden, wird im wesentlichen gleich der Abgastemperatur in den Abzügen. Daher wird die Wärmemenge, die von den Seiten der Strahlungswärme- Übertragungsrohre nach außen entweicht, welche sich in einem Abstand vom Ofen befinden, im Vergleich zu herkömmlichen Techniken reduziert, in welchen die Seiten der Strahlungswärme-Übertragungsrohre, die vom Ofen beabstandet sind, von Wärmeisolatoren bedeckt sind. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform der thermische Wirkungsgrad des Kessels verbessert.
Da die Konvektionswärme-Übertragungsrohre 119 mehrfach in einer zur Strömungsrichtung des Verbrennungsgases nicht parallelen Richtung angeordnet sind, wird die Strömung in der Nähe der Oberfläche der Konvektionswärme- Übertragungsrohre i19 in einem turbulenten Zustand gehalten, wodurch die Wärmeübertragungsrate erhöht wird. Außerdem ist es möglich geworden, einen Wärmeübertragungsbereich zu sichern, der für einen Kessel mit einer Verdampfungsrate von mehreren Tonnen/h bis zu einigen 100 Tonnen/h in einem begrenzten Ofenvolumen notwendig ist.
Wenn der erwärmte Dampf durch die Dampfwärme- Übertragungsrohre 117 strömt, strömt er in den Dampfbehälter 129, in dem eine Wärmeübertragung zwischen dem Dampf und dem Wasser in der Dampftrommel 128 durch die Rohrwand des Dampfbehälters 129, der im Wasser der Dampftrommel 128 angeordnet ist, stattfindet. Der Dampf erwärmt das Wasser in der Dampftrommel und wird zu einem Kondensat kondensiert. Dann strömt das Kondensat durch eine Rückflußleitung (nicht gezeigt) zum Wasserbehälter 133 zurück. Das Kondensat vom Wasserbehälter 133 wird erhitzt, um zu verdampfen, wenn es sich durch das Dampferzeugungsrohr 116a oder 116b bewegt, und wird weiter durch die Flamme im Strahlungswärme-Übertragungsrohr 116c und in den Dampfwärme-Übertragungsrohren 117 oder im Strahlungswärme-Übertragungsrohr 116d und in den Dampfwärme-Übertragungsrohren 117 zu Dampf erwärmt. Dann strömt der Dampf in den Dampfbehälter 129, der in der Dampftrommel 128 enthalten ist, wo der Dampf die Wärme an das in der Dampftrommel 128 gehaltene Wasser abgibt. Durch diesen Prozeß wird eine Wärmeübertragung von 45000 bis 60000 kcal/m²h (52 bis 70 kW/m²) erhalten, die 1,5 bis 2mal höher als das herkömmliche Verfahren ist, indem die Bewegung und die Kondensation des Wärmeübertragungsmediums kombiniert wird, ohne wegen des Kontakts mit der Flamme die Wärmeübertragungsrohre zu beschädigen oder einen Verbrennungsverlust zu bewirken.
Die Überhitzerschlangen 118, die in den Heizdurchlässen 170 angebracht sind, verhindern ein Entweichen von Verbrennungsgas und ein Abbrechen des Verbrennungsgases von einer Wandoberfläche der gekrümmten Durchlässe der Heizdurchlässe 170 und ermöglichen eine gleichmäßige Geschwindigkeit des Verbrennungsabgases am Einlaß der Abzüge 114. Dementsprechend wird der Wärmeaustausch- Wirkungsgrad in den Abzügen 114 verbessert. Ferner sind keine Wärmeübertragungsrohre mit lokal hoher Wärmeabsorption vorhanden, so daß die Beschädigung der Rohre wie etwa ein Verbrennungsverlust verhindert wird.
Der zweite Luftvorheizer 124, der am obersten Punkt des oberen Abzugs 114d vorgesehen ist, empfängt die Luft mit einer Eintreff-Strömungsrate, die durch die Öffnungsgradeinstellung der Wärmesteuerventile 125 gesteuert wird. In dieser Weise wird die Wärmemenge gesteuert, die aus dem Verbrennungsabgas im zweiten Luftvorerhitzer 124 entnommen wird. Im Ergebnis wird die Temperatur des Verbrennungsabgases, das in den Verbrennungsraum 126 für unverbrannte Gase strömen soll, in dem Bereich gehalten, der entsprechend der aktiven Temperatur des im Verbrennungsraum 126 für unverbrannte Gase verwendeten Katalysators gesetzt ist. Wie beschrieben, kann durch Steuern der Menge der Luft, die in den zweiten Luftvorerhitzer 124 strömen soll, die Verbrennungsabgastemperatur am Einlaß des Verbrennungsraums 126 für unverbrannte Gase im gesetzten Temperaturbereich selbst dann gehalten werden wenn sich die Kessellast verändert. Der zweite Luftvorerhitzer 124 ist an der Einlaßseite des Verbrennungsraums 126 für unverbrannte Gase angeordnet. Das Verbrennungsabgas wird ausgerichtet, wenn es sich durch den Abzug des zweiten Luftvorerhitzers 124 bewegt, und strömt in den Verbrennungsraum 126 für unverbrannte Gase.
Der Verbrennungsraum 126 für unverbrannte Gase kann die Konzentration von Kohlenmonoxid reduzieren, welches das unverbrannte Gas im Verbrennungsabgas bildet, in dem die Zeitdauer des Kontakts zwischen dem Verbrennungsabgas und dem Katalysator gesteuert wird. Wenn die Kontaktzeitdauer auf 0,1 bis 1 5 gesetzt ist, konnte die Kohlenmonoxid- Konzentration von mehreren Tausend ppm auf 100 ppm oder weniger reduziert werden. Es könnte ein Verbrennungsraum für unverbrannte Gase verwendet werden, der eine geringe Menge des gasförmigen Brennstoffs im Abgas verbrennt, um ein Hochtemperaturgas zu erzeugen, das mit dem Kohlenmonoxid in Kontakt gebracht wird, um es zu Kohlendioxid zu oxidieren. In diesem Fall ist es jedoch notwendig, das Abgas im Verbrennungsraum für unverbrannte Gase für 1 bis 2 Sekunden zu halten. Daher wird der Verbrennungsraum für unverbrannte Gase verlängert. Dies ist vom Gesichtspunkt einer Reduzierung der Größe des Kessels nicht wünschenswert.
Fig. 19 ist ein Kennliniendiagramm das Beziehungen zwischen der Sauerstoffkonzentration, der NOx-Konzentration und der Kohlenmonoxid-Konzentration zeigt, welche im Verbrennungsabgas am Auslaß des Kessels enthalten sind. Die durchgezogenen Linien geben die Kennlinien des herkömmlichen Kessels an, während die unterbrochenen Linien die Kennlinien des herkömmlichen Kessels angeben, wenn dessen Ofenvolumen so geändert ist, daß die Verbrennungslast auf ein Niveau angehoben ist, das gleich demjenigen dieser Ausführungsform ist. In beiden Fällen wird der selbe Brenner verwendet. Wenn die Verbrennungslast des herkömmlichen Kessels angehoben wird, steigt die Gastemperatur im Ofen an, so daß das thermische NOx zunimmt. Die unterbrochene Linie a, die die NOx-Konzentration bei erhöhter Verbrennungslast repräsentiert, ist höher als die durchgezogene Linie A, die die NOx-Konzentration bei nicht erhöhter Verbrennungslast repräsentiert. Kurz, die NOx-Konzentration ist bei gleicher O&sub2;-Konzentration höher als im ersten Fall. Wenn andererseits die Verbrennungslast ansteigt, wird die Gasverweildauer im Ofen kürzer, so daß die Dauer des Kontakts zwischen dem gasförmigen Brennstoff und dem Hochtemperaturgas ebenfalls kürzer wird. Daher ist in bezug auf die Konzentration unverbrannter Gehalte, insbesondere des Kohlenmonoxids, die unterbrochene Linie b, die die CO-Konzentration bei erhöhter Verbrennungslast repräsentiert, höher als die durchgezogene Linie B, die die CO-Konzentration bei nicht erhöhter Verbrennungslast repräsentiert. Kurz, die CO- Konzentration ist bei erhöhter Verbrennungslast höher, wenn die O&sub2;-Konzentration gleich bleibt.
In dieser Ausführungsform, in der der Verbrennungsraum 126 für unverbranntes Gas vorgesehen ist, wird die CO- Konzentration im Abgas abgesenkt, wie durch die Strichpunktlinie C angegeben ist, weshalb die O&sub2;-Konzentration niedrig ist, was erforderlich ist, um dieselbe CO- Konzentration wie die durch die durchgezogene Linie B und die unterbrochene Linie b angegebenen Niveaus zu erhalten. Falls die O&sub2;-Konzentration auf 0,3 gesetzt ist, wird die NOx-Konzentration N&sub3; niedriger als die NOx- Konzentration N&sub1; des herkömmlichen Kessels, wenn die CO- Konzentration gleich ist, und niedriger als die NOx- Konzentration N&sub2; des herkömmlichen Kessels bei Hochlastverbrennung. Die Bereitstellung des Verbrennungsraums für unverbrannte Gase ermöglicht einen Betrieb mit niedrigem Sauerstoffausstoß, dessen O&sub2;-Konzentration niedriger als in irgendeinem anderen herkömmlichen Kessel ist, wodurch NOx reduziert wird. Weiterhin wird die Ausgabemenge von Kohlenmonoxid durch Verringerung der in den Ofen zu liefernden überschüssigen Luft erhöht. Dieses Kohlenmonoxid kann durch den Verbrennungsraum für unverbrannte Gase reduziert werden. Daher kann die Ofengröße verringert werden, da es nicht notwendig ist, die Ofengröße zu erhöhen, um die Menge von im Ofen erzeugten Kohlenmonoxid zu begrenzen.
Der Vorgemischdurchlaß 140 leitet das Vorgemisch mit einem Luftanteil von 1 oder weniger, vorzugsweise 0,5 bis 0,9, in einer Wirbelströmung mit 20 bis 50 m/s in die Primärverbrennungskammer 157 ein. Das eingeleitete Vorgemisch wird durch die Vorsteuerflamme gezündet, um die Hauptverbrennungsflamme zu bilden. Da der Luftanteil des die Hauptverbrennungsflamme bildenden Vorgemischs 1 oder weniger ist, wird das durch die Verbrennung erzeugte thermische NOx durch die Dampfphasen-Reduktion durch die Verbrennungszwischenprodukte des gasförmigen Brennstoffs in Stickstoff reduziert. Somit wird die NOx-Konzentration bei gleicher O&sub2;-Konzentration niedriger als diejenige, die in Fig. 19 durch die unterbrochene Linie b gezeigt ist. Die Hauptverbrennungsflamme ist durch die Vorgemischverbrennung bedingt und besitzt dann eine Verbrennungsgeschwindigkeit, die schneller als diejenige der Diffusionsflamme ist, welche durch das Vermischen gesteuert wird. Daher ist es möglich, die Flammenlänge zu verkürzen. Die Primärverbrennungskammer 157 stellt eine Verbrennungszone sicher, in der die Hauptverbrennungsflamme mit dem Luftanteil von 1 oder weniger verbrannt wird. Sie verhindert eine instabile Verbrennung der Vorsteuerflamme und der Hauptverbrennungsflamme die durch die Verbrennung von Luft vom Verbrennungsluftdurchlaß 238 bewirkt wird. Um die instabile Verbrennung zu verhindern, ist die Primärverbrennungskammer 157 so beschaffen, daß das Verhältnis von l/d, d. h. der Länge 1 zum Innendurchmesser d auf 0,2 bis 2, vorzugsweise 0,3 bis 0,9 gesetzt ist.
Der obenbeschriebene Kessel wird durch Zufuhr einer vorgegebenen Menge von Luft in die Vormischkammer 177 und eines gasförmigen Brennstoffs zur Brennstoffdüse 152 gestartet, um eine Vorsteuerflamme mit einem Luftanteil von ungefähr 1,2 zu bilden, und in dem anschließend die Mengen der Luft und des Brennstoffs, die zum Hauptvorgemischdurchlaß 212 geliefert werden, erhöht werden, während der Luftanteil bei ungefähr 0,6 gehalten wird, wodurch die Verbrennungslast auf einen vorgegebenen Wert gesetzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Stabilität der Vorgemischflamme verbessert werden, indem ein Vordringen der Verbrennung des Vorgemischs vom zentralen Abschnitt der Strömung des Vorgemischs erleichtert wird, indem die Wirkung einer Platte genutzt wird, die hinter dem Vorgemischeinleitungsauslaß nicht parallel zur Richtung der Hauptströmung des eingeleiteten Vorgemischs eingeordnet ist.
Das NOx der Vorgemischflamme kann bei einem Luftüberschußverhältnis von ungefähr 1,0 in hohem Maß reduziert werden, indem ein Teil des Verbrennungsgases in das Gemisch am äußeren Umfang der Gemischströmung gemischt wird, bevor das Gemisch zu brennen beginnt. Durch die Schaffung eines Vorgemischverbrennungssystem-Kessels gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Kessel für hohe Last und mit niedrigem NOx-Ausstoß verwirklicht werden, weil die Menge des bei gleichem Luftüberschußverhältnis erzeugten NOx sich selbst dann nicht ändert, wenn die Verbrennungslast erhöht wird. Ferner kann durch die Anbringung mehrerer Vorgemischdüsen und Diffusionsverbrennungsbrennern an jeder Vorgemischdüse für die Stabilisierung der Flamme die Kessellast stabil von 10 % bis 100 % geändert werden.
Eine Primärverbrennungskammer ist im Brenner vorgesehen, in der die Verbrennung bei einem niedrigen Luftanteil von 0,5 bis 0,9 erfolgt. Das in der Primärverbrennungskammer erzeugte unverbrannte Gas wird durch den Restsauerstoff von der sekundären Düse vollständig verbrannt. Auf diese Weise kann eine Verbrennung mit hoher Last und niedrigem NOx-Ausstoß durch einen einzigen Brenner verwirklicht werden.
Ein Kessel gemäß der vorliegenden Erfindung verbrennt das unverbrannte Gas in der Verbrennungskammer in der Mitte des Abgaskanals, weshalb die Abgabe des unverbrannten Gases in hohem Maß reduziert werden kann. Dadurch kann eine Verbrennung mit niedrigem NOx-Ausstoß verwirklicht werden.

Claims

1. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß, mit

- einem Ofen, der einen Brenner (1000) besitzt, der eine Düseneinrichtung (2) zum Einleiten eines Vorgemischs aus gasförmigem Brennstoff und Verbrennungsgas aufweist,

- einer Wärmeübertragungsrohr-Einrichtung (117) zum Erhitzen von Wasser durch die Verbrennungswärme des Brenners (1000), um Dampf zu erzeugen, wobei sich die Wärmeübertragungsrohr-Einrichtung (117) im Ofen befindet und einen Durchlaß besitzt, durch den Wasser strömt, einer Dampftrommeleinrichtung (128), die mit der Wärmeübertragungsrohr-Einrichtung (117) in Verbindung steht und den Dampf von der Wärmeübertragungsrohr- Einrichtung (117) ansammelt, und

- einer Abgaskanal-Einrichtung (114), die sich im Ofen befindet, um Verbrennungsgas, das durch die Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs erzeugt wird, aus dem Kessel auszustoßen,

dadurch gekennzeichnet, daß

Flammenhaltereinrichtungen (1) vorgesenen sind, die die Form einer flachen Platte oder eines konischen Rohrs mit einer kleineren Fläche als die Querschnittsfläche der Düseneinrichtung (2) besitzen und an der Auslaßseite der Düseneinrichtung (2) in der Weise angeordnet sind, daß eine Zirkulationsströmung der Verbrennungsprodukte an der Auslaßseite der Flammenhaltereinrichtungen (1) bewirkt wird und daß die Strömung des Vorgemischs in der Düseneinrichtung (2) eine geradlinige Strömung ist.

2. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach Anspruch 1, in dem der Brenner (1000) eine Ausrichteinrichtung (3, 27) enthält, die sich in der Düseneinrichtung (2) befindet und Durchgangslöcher aufweist, durch die das auszurichtende Gemisch strömt.

3. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach Anspruch 1 oder 2, in dem die Flammenhaltereinrichtung (1) ein Kegel ist, der in der Nähe der Auslaßseite der Einleitungsauslässe des Vorgemischbrenners (1000) vorgesehen ist.

4. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem die Flammenhaltereinrichtung (1) in einem Diffusionsverbrennungsbrenner (6) vorgesehen ist.

5. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem mehrere Vorgemischbrenner (1000) vorgesehen sind und wenigstens einer ein Diffusionsverbrennungsbrenner (6) ist, wobei die mehreren Vorgemischbrenner (1000) um den Diffusionsverbrennungsbrenner (6) angeordnet sind.

6. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach Anspruch 5, in dem die Vorgemischbrenner (1000) ringförmig um den Diffusionsverbrennungsbrenner (6) angeordnet sind.

7. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, in dem in den Vorgemischverbrennungsbrennern (1000) Diffusionsverbrennungsbrenner (600) vorgesehen sind, um eine Vorgemischflamme zu halten.

8. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7, in dem Wirbelströmungsgeneratoren (57) in den Vorgemischbrennern (1000) an der Einlaßseite der Ausrichteinrichtung (59) vorgesehen sind, um ein gleichmäßiges Vorgemisch aus Luft und Brennstoffgas zu bilden.

9. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach Anspruch 1, in dem in der Abgaskanal-Einrichtung (114) eine Verbrennungseinrichtung (126) für unverbrannte Gase vorgesehen ist, um den unverbrannten Gehalt in dem in der Abgaskanal-Einrichtung (114) strömenden Gas zu verbrennen, und in dem Luftvorerhitzer (123, 124) in der Abgaskanal- Einrichtung (114) an der Einlaßseite und an der Auslaßseite der Verbrennungseinrichtung (126) für unverbrannte Gase angeordnet sind.

10. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach Anspruch 9, in dem die Verbrennungseinrichtung (126) für unverbrannte Gase einen katalytischen Brenner enthält.

11. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach Anspruch 1, in dem eine Primärdüse (212) für die Einleitung eines Vorgemischs aus gasförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft vorgesehen ist, eine zylindrische oder kegelstumpfförmige äußere Wand (142, 143) an der Auslaßseite der Primärdüse (212) eine Primärverbrennungskammer (157) definiert, eine Sekundärdüse (154, 156) konzentrisch am äußeren Umfang der Primärdüse (212) vorgesehen ist, um ein Vorgemisch aus Erennstoffgas und Luft einzuleiten, um eine Vorsteuerflamme zu bilden, und Einrichtungen (215, 216), die sich in der Nähe des Auslasses der Primärdüse (212) befinden, vorgesehen sind, um die Vorgemischströmung zu steuern und um eine zirkulierende Strömung an der Auslaßseite der Flammenhaltereinrichtung (1) zu bilden.

12. Kessel mit niedrigem NOx-Ausstoß nach Anspruch 11, in dem an der Auslaßsseite der Primärverbrennungskammer (157) eine konische Sekundärverbrennungskammer (240) vorgesehen ist und ein Hilfsgemischdurchlaß (138), der in den Umfang der Sekundärverbrennungskammer (240) mündet, vorgesehen ist, der Verwirbelungselemente (162) besitzt, die mit darin befindlichen Brennstoffzufuhrdüsen (252) kombiniert sind.