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Die Erfindung betrifft einen Brenner mit geringer Erzeugung von
Stickoxiden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Brenner ist aus EP-A-0
331 037 bekannt.
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Stickoxide (Nox) in den Abgasen aus Brennern verschiedener
Brenneinrichtungen sind von sich aus giftig und sollen sauren Regen und photochemischen
Smoke hervorrufen. So hat man verschiedene Maßnahmen zur Verringerung der
Stickstoffoxidmengen getroffen und ausgeführt.
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Diese Maßnahmen betrafen jedoch hauptsächlich gesetzlich geregelte große
Verbrennungseinrichtungen in der Industrie oder für andere Zwecke, und bisher
fehlte es an zufriedenstellenden Maßnahmen bei kleinen
Verbrennungseinrichtungen für häusliche oder gewerbliche Zwecke, insbesondere auch bezüglich der
Geräusche.
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Bei großen Verbrennungsanlagen bietet der hohe statische Druck des
Verbrennungsgebläses Vorteile dahingehend, daß die Strömung von Abgas und Luft
leicht kontrolliert werden kann. Für den Brenner gilt ein hohes Maß an
Auslegungsfreiheiten und Geräusche können leicht kontrolliert werden. Da also die
Geräuschkontrolle nicht schwierig ist und die Brennkammer groß sein kann, führt die
langsame Verbrennung zu perfekten Ergebnissen mit kleinerem NOx-Anteil. Bei kleinen
Verbrennungsanlagen, insbesondere solche, die große Mengen verbrennen, gelten
diese Vorteile nicht, so daß es schwierig ist, Maßnahmen zu ergreifen, die zu einem
kleineren NOx-Anteil führen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Installationsdichte einer
Brennereinheit zu erhöhen, was zu einer größeren Verbrennungskapazität führt, und mit
einem mageren Brennstoffgemisch eine stabile Verbrennung herbeizuführen, um
den NOx-Anteil und die Geräuschbildung zu verringern.
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Die Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen
Brennereinheit als Ausführungsbeispiel;
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Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 1;
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Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie Y-Y in Fig. 1;
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen
Brennereinheit;
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Fig. 5 eine Draufsicht zur Darstellung der Bauweise des Brenners für eine
Ausführungsform der Erfindung mit einigen weggelassenen Teilen;
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Fig. 6 eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht eines
erfindungsgemäßen Brenners;
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Fig. 7A und 7B vergrößerte Ausschnitte des Brenners der Fig. 6;
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Fig. 8 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
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Fig. 9 eine Vorderansicht mit den Düsenhaltern in einer erfindungsgemäßen
Brennerausführungsform, von der Seite hinter den Düsen gesehen;
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Fig. 10 eine Seitenansicht der Düsenhalter in Fig. 9;
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Fig. 11 ein Schaubild des mit dem erfindungsgemäßen Brenner erzeugten
NOx-Anteils im Vergleich zu einem konventionellen Bunsenbrenner;
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Fig. 12 eine Darstellung des Höhengrenzwertes der Flammen der ersten
Brennereinheiten gemäß der Erfindung im Vergleich zu anderen;
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Fig. 13 ein Schaubild mit Darstellung des Geräuschpegels im Betrieb
erfindungsgemäßer Brenner;
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Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer anderen
Ausführungsform;
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Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer weiteren
Ausführungsform;
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Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer anderen
Ausführungsform.
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1a .... erste Brennereinheit
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1b .... zweite Brennereinheit
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2a, 2b .... Brennergehäuse
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3a, 3b .... Flammenaustritt
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4a, 4b .... Einlaß
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5a, 5b .... Mischrohr
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5'a, 5'b .... Verengung
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6a, 6b .... Blech
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7a, 7b .... kurze Schlitze
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8a, 8b .... Verengung
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9 .... Verengung
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10 .... Schirmwand
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11 .... Luftkammer
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12a, 12b .... Düsenhalter
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13 .... Gehäuse
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14 .... Gebläse
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15a, 15b .... Düse
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16a, 16b .... Trennwand
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17l, 17r, 17m .... Verbindungsrohr
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18l, 18r, 18m .... Brennstoffgas-Zufuhrrohr
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19a .... erste Flamme
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19b .... zweite Flamme
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20 .... Austrittsöffnung
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21 .... Elektrode für Flammenüberwachung
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22 .... dicke Platte
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23 .... Zündelektrode
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Im folgenden sind die Mittel zum Lösen der vorgenannten Aufgabe anhand
der Zeichnung näher erläutert.
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Der erfindungsgemäße, an Stickoxiden arme Brenner besteht aus mehreren
ersten und zweiten Brennereinheiten, die abwechselnd nebeneinander angeordnet
sind. Jede Brennereinheit hat an der Oberseite des Brennergehäuses einen
Flammenaustritt, senkrecht und flach, einen Einlaß für Brenngas und Luft am Boden des
Gehäuses und einen Mischkanal vom Einlaß zum Flammenaustritt hin. Die Einlässe
der ersten Brennereinheiten liegen unter den Einlässen der zweiten
Brennereinheiten. Brennstoffgasdüsen sind so vorgesehen, daß sie jeweils den Einlässen der ersten
und zweiten Brennereinheiten entsprechen. Ein mageres Brennstoffgemisch wird
den ersten Brennereinheiten zugeführt, während die Brennstoffgasmenge für die
zweiten Brennereinheiten erhöht wird und ein angereichertes Brennstoffgasgemisch
wird den zweiten Brennereinheiten zugeführt.
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In dieser Ausführung besteht jedes Brennergehäuse aus einem schmalen
oberen Abschnitt mit dem Flammenaustritt an der Oberseite und einem breiten
Bodenabschnitt für einen Einlaß und einem Mischrohr, wobei jeder Bodenabschnitt der
zweiten Brennereinheiten zwischen den oberen Abschnitten der ersten
Brennereinheiten angeordnet ist.
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Zusätzlich besteht erfindungsgemäß ein an Stickoxiden armer Brenner aus
mehreren ersten und zweiten Brennereinheiten, die abwechselnd nebeneinander
angeordnet sind. Jede Brennereinheit besitzt an der Oberseite des Brennergehäuses
einen Flammenaustritt und einen Einlaß für Brenngas und Luft am Boden des
Gehäuses und einen Mischkanal vom Einlaß zum Flammenaustritt hin; ferner
Brennstoffgasdüsen, deren Anordnung den jeweiligen Einlässen der ersten und zweiten
Brennereinheiten entspricht und Gasstrom-Führungskanäle, deren Länge nicht
kleiner ist als der äquivalente fünffache Durchmesser der Flammkanäle am
Flammenaustritt der ersten Brennereinheiten. Ein mageres Brennstoffgemisch wird den ersten
Brennereinheiten zugeführt und der Brenngasanteil ist höher für die zweiten
Brennereinheiten, so daß sie ein angereichertes Gemisch erhalten.
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Bei dem genannten stickoxidarmen Brenner können die
Gasstrom-Führungskanäle mit einer Länge, die nicht kleiner ist als der äquivalente fünffache
Durchmesser des Flammenaustritts, auch für den Flammenaustritt bei den zweiten
Brennereinheiten Verwendung finden.
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Bei dem vorgenannten Brenner können die Gasstrom-Führungskanäle
dadurch gebildet sein, daß die Kanäle zu den Flammenaustrittsöffnungen mit
Führungsplatten oder mit dicken Platten unterteilt sind, die Durchlässe für den
Flammenaustritt haben.
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Die Einlässe für Brennstoffgas und Luft der ersten Brennereinheiten liegen
unterhalb den Einlässen der zweiten Brennereinheiten, um so Einlässe in zwei
unterschiedlichen Höhen zu bilden, und die ersten und zweiten Brennereinheiten
liegen abwechselnd nebeneinander. Damit können die Brennereinheiten dicht gepackt
angeordnet werden. Wenn so die Oberseite mit den Flammenaustrittsöffnungen aller
ersten Brennereinheiten schmäler als der Unterteil mit dem Einlaß und dem
Mischrohr der ersten Brennereinheit ausgeführt wird und alle unteren Teile der zweiten
Brennereinheiten zwischen den benachbarten Oberseiten der ersten
Brennereinheiten liegen, dann können die Brennereinheiten dicht nebeneinander gepackt werden.
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Infolge dieser Bauweise ist der Abstand vom Einlaß zum Flammenaustritt bei
allen ersten Brennereinheiten größer als der in den zweiten Brennereinheiten und so
ist die Vermischung von Brenngas und Luft in den ersten Brennereinheiten gut.
Damit können den Flammöffnungen der ersten Brennereinheiten große Mengen des
Luft-/Brennstoffgemisches zugeführt werden, in denen wenig Brenngas gleichmäßig
vermischt vorliegt.
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Bei dieser Bauweise tritt das magere Gemisch aus den Flammöffnungen der
ersten Brennereinheiten aus, während das angereicherte Gemisch aus den
Flammenöffnungen der zweiten Brennereinheiten ausgeblasen wird.
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Die Verbrennung des mageren Gemisches allein (hoher Luftanteil) hat eine
geringere Flammenstabilität zur Folge, da jedoch sich infolge des angereicherten
Gemisches daneben eine stabile Flamme ausbildet, dienen die stabilen Flammen als
Hilfsflammen, um die Flammen des mageren Gemisches zu stabilisieren. Deshalb
kommt es weder durch Aufflammen noch durch oszillierende Verbrennung zur
Lärmbildung.
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Da die Verbrennung des mageren Gemisches von den Flammen des
angereicherten Gemisches stabilisiert wird (Verbrennung des Gemisches mit viel Luft)
stellt sich durch die Kühlwirkung des luftreichen Gemisches eine niedrigere
Flammentemperatur ein und damit werden weniger Stickoxide erzeugt. Da die Menge
des bei der Verbrennung als mageres Brennstoffgemisch dargebotenen Brenngases
größer ist als die Menge des Brennstoffgases im angereicherten Brennstoffgemisch,
ist die Menge der erzeugten Stickoxide im Vergleich zur Brennkapazität des
gesamten Brenners klein.
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Die Brenngeräusche hängen im großen Maße von den Ausblasbedingungen
des Luft-/Brennstoffgemisches am Flammenaustritt des Brenners ab und wenn der
Ausblaszustand turbulent ist, so ist auch der Geräuschpegel hoch. Erfindungsgemäß
besitzen aber die Gasstrom-Führungskanäle eine Länge, die nicht geringer ist als der
fünffache äquivalente Durchmesser der Flammkanäle, um das
Brennstoff-Luftgemisch in Form einer ausreichend regulären Strömung auszublasen, können die
Brenngeräusche wirksam verringert werden. Da insbesondere die Menge des von
den ersten Brennereinheiten ausgeblasenen Luft-/Brennstoffgemisches größer ist als
die der zweiten Brennereinheiten, wird ein Gemisch mit viel Luft verbrannt. Die
Geräuschminderung von Seiten der Gasstrom-Führungskanäle wird mehr als bei den
ersten Brennereinheiten erzielt. Sogar dann, wenn die Gasstrom-Führungskanäle nur
am Flammenaustritt der ersten Brennereinheiten vorgesehen sind, läßt sich für den
Gesamtbrenner eine ausreichende Lärmminderung erzielen, doch wenn die
Gasstrom-Führungskanäle auch an den Austritten der zweiten Brennereinheiten
vorgesehen sind, können die Geräusche weiter verringert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung
erläutert.
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Die Fig. 1 und 4 sind perspektivische Ansichten erster und zweiter
Brennereinheiten 1a und 1b in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Bei den
ersten und zweiten Brennereinheiten 1a und 1b sind Flammenaustritte 3a bzw. 3b an
der Oberseite eines senkrechten und flachen Brennergehäuses 2a bzw. 2b
angeordnet und ein Einlaß 4a, 4b für Brennstoffgas und Luft liegt im unteren Teil des
Gehäuses, während ein Mischrohr 5a, 5b vom Einlaß 4a, 4b zum Flammenaustritt 3a,
3b reicht. In diesem Fall ist die Höhe des Gehäuses 2a der ersten Brennereinheit 1a
größer als die des Gehäuses 2b der zweiten Brennereinheit 1b und damit ist der
Abstand vom Einlaß 4a zum Flammenaustritt 3a größer als bei der zweiten
Brennereinheit 1b.
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Beide Brennergehäuse 2a und 2b der beiden Brennereinheiten 1a und 1b
bestehen aus einem schmalen oberen Abschnitt u mit dem Flammenaustrift 3a, 3b am
oberen Rand und einem breiten unteren Abschnitt d mit dem Einlaß 4a, 4b und dem
Mischrohr 5a, 5b. Der Flammenaustritt 3a, 3b besitzt mehrere Öffnungen mit kurzen
Schlitzen, die in einer Reihe liegen und durch Eindrücken einer langen
schlitzförmigen Öffnung an der Oberseite des oberen Teils u in bestimmten Abständen gebildet
werden. In einer anderen Bauweise kann der Flammenaustritt 3a, 3b von vielen
kreuzweisen Schlitzen gebildet sein, oder auch in anderer Bauweise.
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In einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der Flammenaustritt 3a zwei
Bleche 6a in einem bestimmten Abstand als Gasstrom-Führungsplatten und die
Bleche 6a sind im oberen Teil u gehalten und bilden neun kurze, schlitzförmige
Austrittsöffnungen 7a, jede mit drei Schlitzen und mit bestimmten Abständen in der
Längsrichtung. Andererseits hat der Flammenaustritt 3b ein Blech 6b als Gasstrom-
Platte im oberen Teil u des Brennergehäuses 2b und das Blech 6b wird im oberen
Teil u gehalten, um neun kurze, schlitzförmige Öffnungen 7b zu bilden, jede mit
zwei Schlitzen in bestimmten Abständen in der Längsrichtung. Bei den
Flammaustrittsöffnungen 3a und 3b beträgt die senkrechte Länge der Bleche 6a und
6b nicht weniger als das Fünffache des äquivalenten Durchmessers der kurzen,
schlitzförmigen Öffnungen 7a und 7b. Die Bleche 6a und 6b bilden
Gasstrom-Führungskanäle für den Flammenaustritt 3a und 3b. Der äquivalente Durchmesser
bestimmt sich in bekannter Weise durch vier S/L mit S = Querschnittsfläche einer
Rohrleitung für das durchströmende Fluid und mit L = Umfang. Für die senkrechte
Länge h der Bleche 6a und 6b wird für den äquivalenten Durchmesser ein konkretes
Anwendungsbeispiel nachstehend erläutert.
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Jeder Einlaß 4a und 4b ist mit einer Öffnung im unteren Teil d versehen.
Innerhalb der Öffnung sitzt eine Verengung 5'a, 5'b. Von hier führt das Mischrohr 5a,
5b zum anderen Ende im unteren Teil d und wendet sich dann zum unteren Ende
des oberen Teils u zurück. Der Einlaß 4a und das Mischrohr 5a der ersten
Brennereinheit 1a sind im Durchmesser größer als beim zweiten Brenner 1b, um mehr
Brennstoff und Luft zuzuführen.
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Anderseits hat jede erste und zweite Brennereinheit 1a, 1b eine Verengung
8a, 8b quer über den oberen Teil u hinweg und die erste Brennereinheit 1a ist mit
Verengungen 9 vorsehen, die als Strömungsführungen in bestimmen Abständen
stromauf der Verengung 8a vorgesehen sind. Ferner ist außerhalb des oberen Teils u
der zweiten Brennereinheit 1b eine Schirmplatte 10a für die Flammen vorgesehen,
die in den Fig. 7A und 7B dargestellt ist und entspechend der Schirmplatte 10 ist
der obere Teil u mit einer Austrittsöffnung 20 für das Luft-/Brennstoffgemisch für
den Flammenschirm versehen. Diesse Bauteile sind Option.
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Die Fig. 5 bis 8 zeigen die Gesamtbauweise des Brenners mit den Einheiten
1a und 1b. Fig. 5 ist eine Gesamtansicht, Fig. 6 eine Vorderansicht des gesamten
Brenners, wobei die Luftkammer 11 und die Halter 12a und 12b für die ersten und
zweiten Düsen teilweise weggelassen sind; Fig. 7 eine Vorderansicht in
vergrößertem Maßstab und Fig. 8 eine Seitenansicht.
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Hier ist gezeigt, daß viele erste und zweite Brennereinheiten 1a und 1b
abwechselnd angeordnet sind, wobei deie Flammenaustritte 3a und 3b an der Oberseite
auf der gleichen Höhe oder auch auf unterschiedlichen Höhen liegen und in einem
Gehäuse 13 aufgenommen sind. In der Ausführungsform der Fig. 6 und 7 liegen die
Oberseiten des Flammenaustritts 3a der ersten Brennereinheiten 1a etwas niedriger
als die Flammenaustritt 3b der zweiten Brennereinheiten 1b und, etwa in der
gleichen Höhe wie die Oberseiten der Flammenschirme 10. In den Fig. 5 und 6 liegt
jeweils eine zweite Brennereinheit 1b an beiden Enden der Brennereinheit 1a.
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Wie bereits erläutert, ist die Höhe der Brennergehäuse 2a der ersten Einheiten
1a größer als die Höhe der Gehäuse 2b der zweiten Einheiten 1b. So zeigen die Fig.
5 bis 8, daß die Einlässe 4a der ersten Einheiten 1a in einer horizontalen Reihe in
einer Lage unterhalb der Einlässe 4b der zweiten Einheiten 1b angeordnet sind.
Ferner liegen die Einlässe 4b der zweiten Einheiten 1b in einer waagrechten Reihe
zwischen dem oberen Teil u der Gehäuse 2a der ersten Einheiten 1a. Obwohl die
Einlässe 4a und die Mischrohre 5a der ersten Einheiten 1a im Durchmesser größer sind,
können deshalb benachbarten oberen Abschnitte u der ersten und zweiten Einheiten
1a und 1b in kleinen Abständen angeordnet werden und aus diesem Grunde können
die ersten und zweiten Brennereinheiten dicht nebeneinander installiert werden.
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Das Gehäuse 13 hat untere und obere Düsenhalter 12a und 12b, die den
unteren und oberen Reihen der Einlässe 4a, 4b der beiden Brennereinheiten 1a und 1b
entsprechen, d.h. es gibt untere erste Düsenhalter 12a, die den ersten
Brennereinheiten 1b entsprechen und obere zweite Düsenhalter 12b, die den zweiten
Brennereinheiten 1b entsprechen. Diese Düsenhalter 12a und 12b liegen in einer vorne offenen
Luftkammer 11 und ein Gebläse 14 beaufschlagt die Luftkammer 11 mit Luft.
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Die ersten und zweiten Düsenhalter 12a und 12b haben jeweils Brenngas-
Austrittsdüsen 15a und 15b entsprechend den Einlässen 4a und 4b. Durchmesser
und Anordnung der Düsen 15a und 15b und die Durchmesser der Einlässe 4a und 4b
gehorchen folgenden Bedingungen. Die Bauteile für die ersten Brennereinheiten 1a
erfüllen die Bedingung, daß ein mageres Brennstoffgemisch mit einer größeren
Menge Brennstoffgas als bei den zweiten Brennereinheiten 1b zum Flammenaustritt
3a geführt wird und die vorgenannten Bauteile entsprechend den zweiten
Brennereinheiten 1b gehorchen der Bedingung, daß ein angereichertes
Brennstoffgemisch zum Flammenaustritt 3b geführt wird. Ist beispielsweise das Luftverhältnis
des Luft-/Brennstoffgemisches für die Flammenaustritte 3a der ersten Einheiten 1b
gleich λ = 1,2 bis 1,5 (wobei das theoretische Luftverhältnis gleich λ = 1) ist und
das für die zweiten Brennereinheiten 1b beträgt λ = 0,4. Ferner kann das Verhältnis
der zu den Flammenaustritten 3a und 3b geführten Brennstoffgasmengen
beispielsweise auf ein Verhältnis der ersten Einheiten 1a zu den zweiten Einheiten 1b auf
etwa 8 : 2 bis 6 : 4 eingestellt werden. Die jeweiligen Verhältniswerte für die Luft-
und Brennstoffvolumina können aber auch in anderen Bereichen passend
ausgewählt werden.
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Fig. 9 zeigt den die Düsenhalter betreffenden Teil in seitlicher Betrachtung
gegenüber den Düsen und Fig. 10 zeigt dies von der Seite gesehen. Die Düsenhalter
12a und 12b sind jeweils von Trennwänden 16a und 16b in drei Abschnitte l, r und
m unterteilt und diese Abschnitte sind jeweils mit Verbindungsrohren 17l, 17r und
17m verbunden und jeweils mit Brennstoffgas-Zuführrohren 18l, 18r und 18m.
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Aus der Anordnung der Düsen 15a und 15b in der Zeichnung ist ersichtlich,
daß in der abwechselnden Anordnung der vielen Brennereinheiten 1 und 1b des
erfindungsgemäßen Brenners jeweils eine zweite Brennereinheit 1b an beiden Enden
vorgesehen ist. In diesem Fall liegen die zweiten Brennereinheiten 1b entsprechend
den Düsen 15b an beiden Enden des mittleren Teils m des zweiten Düsenhalters 12b
außerhalb neben den ersten Brennereinheiten 1a entsprechend den Düsen 15a an
beiden Enden des mittleren Teils m des ersten Düsenhalters 12a.
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Bei dem erfindungsgemäßen Brenner tritt als erstes Brennstoffgas in alle
Zuführrohre 18l, 18r und 18m ein und wird den ersten und zweiten Düsenhaltern 12a
und 12b über die Verbindungsrohre 17l, 17r und 17m zugeführt und Luft strömt
vom Gebläse 14 in die Luftkammer 11 zur Verbrennung.
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Das deri ersten und zweiten Düsenhaltern 12a, 12b zugeführte Brennstoffgas
tritt aus den Düsen 15a und 15b in die Einlässe 4a und 4b der Brennereinheiten 1a
und 1b ein und damit wird durch den Strahleffekt die das Gas umgebende Luft
eingesaugt und in die Gehäuse 2a und 2b geführt. Gas und Luft aus den Einlässen 4a
und 4b werden dann miteinander vermischt, wenn sie durch die Mischrohre 5a und
5b strömen und gelangen zu den Flammenaustrittsöffnungen 3a und 3b und von dort
aus erfolgt die Verbrennung des Luft-/Brennstoffgemisches. Wie vorbeschrieben,
wird aus den Öffnungen 3a der ersten Brennereinheiten 1b ein mageres
Brennstoffgemisch ausgeblasen und aus den Öffnungen 3b der zweiten Einheiten 1b ein
reiches Brennstoffgemisch. Ferner ist die Brennstoffgasmenge im aus den Öffnungen
3a austretenden Luft-/Brennstoffgemisch größer als die Brennstoffmenge in dem
aus den Öffnungen 3b der zweiten Brenner 1b austretenden
Brennstoff-Luft-Gemisches.
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Infolge dieser Zuführ der Luft-/Brennstoffgemische bilden sich Flammen
(erste Flammen 19a) bei der Verbrennung des mageren Gemisches oberhalb der
Öffnungen 3a der ersten Einheiten 1a aus und Flammen (zweiten Flammen 19b)
infolge der Verbrennung des reichen Brennstoffgemisches oberhalb der Öffnungen
3b der zweiten Einheiten 1b. Da die zweiten Einheiten 1b an beiden Enden der
Brennereinheit 1a liegen, hat jede erste Flamme 19a zweite Flammen 19b auf jeder
Seite.
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Die ersten Flammen 19a rühren von der Verbrennung des mageren
Gemisches her und sind instabil, wenn sie allein vorhanden sind, da aber die zweiten
Flammen 19b auf beiden Seiten der ersten Flammen 19a von der Verbrennung des
reichen Gemisches herrühren, dienen die stabilen zweiten Flammen 19b als
Hilfsflammen zum Stabilisieren der ersten Flammen 19a. Deshalb kann ein Auff'lammen
der ersten Flammen 19a und eine oszillierende Verbrennung kaum erfolgen und dies
wirkt der Geräuschbildung entgegen.
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Die Stabilität der von dem mageren Gemisch herrührenden ersten Flammen
19a hängt auch vom Mischzustand des Gemisches ab und ist schlechter, wenn das
Gemisch nicht ausreichend gleichmäßig vermischt worden ist.
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Da diesbezüglich bei dem erfindungsgemäßen Brenner - wie bereits erläutert
- der Abstand von den Einlässen 4a zu den Öffnungen 3a der ersten Einheiten 1a
größer ist als der zu den zweiten Einheiten 1b, ist die Mischentfernung lang genug,
um ein gutes Vermischen von Gas und Luft zu erzielen und auch wenn wenig
Brennstoff vorhanden ist, kann eine große Menge gleichmäßig vermischten
Gemisches zu den Öffnungen 3a gelangen. Deshalb ist beim erfindungsgemäßen Brenner
die Stabilität der ersten Flammen 19a ebenfalls diesbezüglich gut.
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Die Verbrennung des mageren Gemisches, das in der beschriebenen Weise
stabilisiert ist, erfolgt zusammen mit der Verbrennung des Gemisches mit viel Luft
und dessen Kühlwirkung hält die Temperatur der Flammen 19a niedrig und damit
sinkt die Erzeugung von NOx. Da ferner die zur Verbrennung des mageren
Gemisches benutzte Brennstoffgasmenge größer ist als die Brennstoffgasmenge im
Gemisch mit viel Brennstoff, ist die Menge an NOx klein im Vergleich zu der Menge,
die vom Brenner insgesamt verbrannt wird.
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Wenn dann beim vorgenannten Verbrennungszustand die Zuführ von
Brennstoffgas aus der Zuführleitung 18r auf der rechten Seite der Fig. 9 angehalten wird,
um die Brennstoffgaszuführ zum rechten Teil r des ersten und zweiten Düsenhalters
12a und 12b zu stoppen, dann erlöschen die Flammen der ersten und zweiten
Einheiten
1a und 1b entsprechend den Düsen 15a und 15b in diesen Abschnitten.
Demzufolge wird die Verbrennung nur von den ersten und zweiten Brennern 1a und 1b
entsprechend den Düsen 15a und 15b in dem mittleren Teil m und linken Teil 1 der
Düsenhalter 12a und 12b fortgesetzt.
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Die Brennereinheiten an beiden äußeren Enden der Einheiten 1a und 1b, die
an der Verbrennung teilnehmen, sind die zweiten Brennereinheiten 1b und wie im
vorgenannten Verbrennungszustand hat jede erste Flamme 19a auf beiden Seiten
zweite Flammen 19b. Deshalb geht die Stabilisierungswirkung der zweiten
Flammen 19b hinsichtlich der ersten Flammen 19a nicht verloren.
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Wenn dann die Brennstoffgaszuführ aus der linken Zuführleitung 181
ebenfalls angehalten wird, so setzen nur die ersten und zweiten Einheiten 1a und 1b
entsprechend dem mittleren Teil m der ersten und zweiten Düsenhalter 12a und 12b die
Verbrennung fort. Auch in diesem Brennzustand hat jede erste Flamme 19a zweite
Flammen 19b an beiden Seiten und damit geht die Wirkung der zweiten Flammen
19b zur Stabilisierung der ersten Flammen 19a nicht verloren.
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Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann der
Flammenaustrittsbereich für die Verbrennung schrittweise geändert werden, ohne die Wirkung der
zweiten Flammen 19b hinsichtlich der Stabilisierung der ersten Flammen 19b zu
stören und deshalb kann die Verbrennungsmenge in einem weiten Bereich
eingestellt werden, indem man bekannte Volumensteuerungen verwendet, wie
beispielsweise eine proportionale Steuerung.
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Fig. 11 zeigt die NOx-Emission des erfindungsgemäßen Brenners. In diesem
Beispiel ist das Verhältnis zwischen dem Luftverhältnis des Brenners insgesamt auf
der Abszisse aufgetragen, indem man das Luftverhältnis des mageren
Brennstoffgemisches für die ersten Brennereinheiten 1b einstellt und die von diesem Brenner
erzeugte NOx-Menge, wenn das Luftverhältnis des angereicherten
Brennstoffgemisches in den zweiten Brennereinheiten 1b = λ = 0,4 bis 0,7 beträgt. Die dargestellten
Luftverhältniswerte beinhalten die Kühlluft, die den Brennereinheiten 1a und 1b
zugeführt wird. Die Luftverhältniswerte in Klammern stellen die Werte ohne
Kühlluft
dar. Das Verhältnis der in den ersten Brennereinheiten 1b verbrannten
Brennstoffgasmenge und der in den zweiten Brennereinheiten 1b beträgt 7,5 : 2,5.
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Das Diagramm zeigt ferner, daß der erfindungsgemäße Brenner wesentlich
weniger NOx erzeugt, als ein konventioneller Bunsenbrenner.
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Fig. 12 zeigt die Flammhöhengrenzwerte der ersten Flammen 19a an den
ersten Brennereinheiten 1b beim erfindungsgemäßen Brenner beispielhaft im
Vergleich mit anderen.
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A zeigt den Höhengrenzwert der ersten Brennereinheiten 1a, wenn das
magere Brennstoffgemisch den ersten Brennereinheiten 1a ohne Flammenschirm von
Seiten der zweiten Flammen der zweiten Brennereinheiten 1b beim
erfindungsgemäßen Brenner und der Grenzwert beträgt λ = etwa 0,7. Andererseits zeigt B den
Höhengrenzwert beim konventionellen Bunsenbrenner mit Flammschirmeinrichtung
und der Grenzwert beträgt λ = 1,3.
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C zeigt den Höhengrenzwert der ersten Brennereinheiten 1a, wenn beide
erste und zweite Brennereinheiten 1a und 1b zur Verbrennung im erfindungsgemäßen
Brenner Verwendung finden, wobei der Grenzwert λ = 3,0 beträgt.
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Es ist so ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Brenner eine stabile
Verbrennung eines hochangereicherten Luftgemisches im Vergleich zum konventionellen
Bunsenbrenner ermöglicht und damit die Stickoxiderzeugung verringert.
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Fig. 13 zeigt Meßwerte von Geräuschpegeln am erfindungsgemäßen Brenner.
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Das Schaubild zeigt Geräuschpegel für verschiedene senkrechte Längen h der
Wände 6a und 6b der Flammaustrittskanäle 3a und 3b, d.h. verschiedene
Kanallängen entsprechend dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel. Das Verhältnis der
Gasstrom-Führungskanallänge zum äquivalenten Durchmesser der
Flammenaustrittsöffnungen ist auf der Abszisse aufgetragen und der Geräuschpegel auf der
Ordinate. In dem Schaubild sind Meßwerte mit Punkten wiedergegeben. Das
Schaubild zeigt ferner Messungen mit Brennern eines anderen noch zu beschreibenden
Ausführungsbeispiels, d.h. Brenner mit Kanälen, die von dicken Platten 22 gebildet
werden, deren Austrittsöffnung als Durchlässe ausgebildet sind. Diese Meßwerte
sind mit einem * bezeichnet.
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Das Schaubild zeigt, daß der bei der Verbrennung auftretende Geräuschpegel
durch Verlängern der Kanäle graduell verringert werden kann und daß der
Geräuschpegel in starkem Maße niedriger wird, wenn die Länge nicht kleiner ist als
der fünffache äquivalente Durchmesser.
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In dieser Ausführungsform sind Gasstrom-Führungskanäle der Wände 6a und
6b für beide Flammöffnungen 3a und 3b beider Brennereinheiten 1a und 1b
vorgesehen. Gasführungskanäle können aber auch nur für die Öffnungen 3a der ersten
Brennereinheiten 1a vorgesehen sein. Bei dem erfindungsgemäßen Brenner ist die
Menge des aus den ersten Einheiten 1a austretenden Brennstoff-Luft-Gemisches
größer als das aus den zweiten Brennereinheiten 1b austretenden Gemisch und
ferner werden die ein mit Luft angereichertes Gemisch brennenden ersten
Brennereinheiten 1a eher Geräusche erzeugen. Damit ist die Wirkung der Geräuschminderung
der Führungskanäle relativ größer in den ersten Brennereinheiten. Wenn also die
Führungskanäle nur für die ersten Flammöffnungen 3a der ersten Brennereinheiten
1a vorgesehen sind, so hat doch der Brenner insgesamt eine sehr gute
Geräuschminderung.
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Die Fig. 14, 15 und 16 zeigen weitere Ausführungsformen von
erfindungsgemäßen Brennern. Es sind perspektivische Teilansichten von Brennern mit
Führungskanälen nur in den ersten Brennereinheiten 1a.
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In Fig. 14 haben die ersten Brennereinheiten 1a Führungskanäle, die durch
Unterteilen der flachen Kanäle in den oberen Teilen des Brennergehäuses 2a mit
Hilfe von Wänden 6a herrühren, die als Führungsplatten dienen, wie in dem
vorgenannten Beispiel, währen bei den zweiten Brennereinheiten 1b die Brennergehäuse
2b an den flachen oberen Teilen u geschlossen sind, aber schlitzförmige
Flammöffnungen an der Oberseite der oberen Teile u ausgebildet sind, um
Flammaustrittsöffnungen 3b zu bilden. Somit haben die Austrittsöffnungen 3b keine speziellen
Gasstrom-Führungskanäle. Die Fig. 15 und 16 zeigen andere Beispiele. Bei diesen
Brennern sind die Flammaustrittsöffnungen 3b der zweiten Brennereinheiten 1b wie
in Fig. 14 ausgebildet, doch die Austrittsöffnungen 3a der ersten Brennereinheiten
1b liegen in metallischen oder keramischen dicken Platten 22b, die an der Oberseite
der Brennergehäuse 2a vorgesehen sind und kreisförmige oder schlitzförmige
Flammöffnungen aufweisen, welche Gasstrom-Führungskanäle bilden. Diese
Führungskanäle in den dicken Platten 22 können auch bei den zweiten Brennereinheiten
1b Verwendung finden, auch wenn dies nicht dargestellt ist. Solche Führungskanäle
führen ebenfalls zur Geräuschminderung während des Verbrennungsvorgangs, wie
die Messungen in Fig. 13 zeigen.
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Es wird noch angemerkt, daß in der Zeichnung eine Zündelektrode 23 und
eine Flammüberwachungselektrode 21 dargestellt ist.
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Die vorbeschriebene Erfindung hat folgende Wirkungen:
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1) Da die ersten Brennereinheiten zum Verbrennen eines mageren
Brennstoffgemisches und die zweiten Brennereinheiten zum Verbrennen eines
reichen Brennstoffgemisches abwechselnd in hoher Baudichte installiert werden
können, erhält man einen Brenner kleiner Größe, aber für hohe
Verbrennungskapazitäten.
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2) Da die Brennstoffgasmenge im Gemisch mit viel Luft relativ größer
ist, wird weniger NOx im Verhältnis zur gesamten Verbrennungskapazität des
Brenners erzeugt.
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3) Da die Verbrennung des an Luft reichen Gemisches in einem stabilen
Betrieb durchführbar ist, ohne Aufflammen und oszillierender Verbrenner wird der
Geräuschbildung entgegengewirkt.
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4) Die Gasstrom-Führungskanäle für die Austrittsöffnungen dienen
ferner der Geräuschminderung.
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5) Der Abstand vom Einlaß zu den Austrittsöffnungen in allen
Brennereinheiten ist größer als der für die zweiten Brennereinheiten und damit ist das
Vermischen von Brennstoffgas mit Luft in den ersten Brennereinheiten verbessert.
Deshalb kann in den ersten Brennereinheiten ein großes Volumen Luft-/Brennstoff-
Gemisch mit wenig Brennstoff in gleichförmiger Vermischung den
Flammöffnungen zugeführt werden.
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6) Das magere Brennstoffgemisch wird durch Mischen von
Brennstoffgas und Luft in jeder Brennereinheit erhalten. Wenn jedoch infolge einer schlechten
Gemischbildung eine Rückzündung erfolgt, so bleibt diese lokal und dies vermeidet
starke Geräusche und Schäden.
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7) Bei Verwendung von Metallstreifen als Führungswände bleiben die
Kosten niedrig, da Metall im Vergleich zu keramischen Werkstoff billig ist.