DE69521707T2

DE69521707T2 - Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff mit sehr niedriger Stickoxidemission

Info

Publication number: DE69521707T2
Application number: DE1995621707
Authority: DE
Inventors: Frederic Bury; Jean-Claude Gauthier; Jean-Claude Pillard
Original assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Current assignee: Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2015-11-15
Also published as: EP0774620B1; ES2160146T3; EP0774620A1; DE69521707D1

Description

Die Erfindung hat einen Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff zum Gegenstand, umfassend eine Zufuhrleitung für Primärluft, Mittel zum Einspritzen des Brennstoffs in einen Feuerraum, die innerhalb der Leitung in der Achse dieser letzteren angeordnet sind und eine Mehrzahl von Öffnungen, die mehrere divergierende und unabhängige Flammen in dem Feuerraum erzeugen, umfassen, einen Flammenstabilisator, der koaxial im Inneren der Leitung angeordnet ist, und mehrere Injektoren für Sekundärluft, ebenso viele wie Flammen, die um die Achse des Brenners herum und vor den Mitteln zum Einspritzen des Brennstoffs in solchen Positionen angeordnet sind, dass jeder Injektor jeder Flamme nach einer ersten Verbrennungsphase einen zusätzlicheh Strom zuführt.
Ein solcher Brenner, der Gegenstand des französischen Patents Nr. 93 07863 im Namen des Anmelders ist, erlaubt es, die Emission von Stickoxid auf ein sehr geringes Niveau zu verringern, ohne die Leistung des Brenners zu verringern und ohne den Gehalt der Abgase an unverbranntem Material zu erhöhen.
In diesem Brenner, Gegenstand des französischen Patents Nr. 93 07863, wird jeder Injektor für Sekundärluft durch eine aus einem Metallrohr gebildete Leitung, die einen Vorsprung in dem Inneren des Feuerraums ausbildet, gespeist. Obwohl sie durch die darin zirkulierende Luft gekühlt werden, können diese Rohre, die der Abstrahlung der Flamme und der Konvektion der heißen Gasen des Feuerraums ausgesetzt sind, auf relativ hohe Temperaturen (800-900ºC) gemäß den Betriebsbedingungen erwärmt werden. Obgleich sie in hitzebeständigem Stahl ausgeführt sind, ist ihre Widerstandsfähigkeit über längere Zeit hinweg problematisch. Das Dokument US-A-4 488 849 bezieht sich auf einen Brenner, der einen Verbrennungsraum aus feuerfestem Material aufweist.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu beseitigen, indem man den Einsatz von metallischen Teilen, um den Teil des Brenners herzustellen, der der Abstrahlung der Flammen ausgesetzt ist, vermeidet.
Der Brenner, der Gegenstand der Erfindung ist, wird durch die Charakteristiken des Anspruchs 1 definiert.
Um der Drehbewegung der Primärluft, die durch den Flammenstabilisator erzeugt wird, Rechnung zu tragen, sind die Öffnungen, durch die die Sekundärluftleitungen in den Feuerraum münden, winkelig in der Drehrichtung der Primärluft bezogen auf die Radialebenen, die die Achsen der entsprechenden Öffnungen der Mittel zum Einspritzen des Brennstoffs enthalten, versetzt und es sind Mittel vorgesehen, um diese Winkelverschiebung zu regulieren. Da die Mittel zum Einspritzen des Brennstoffs im allgemeinen durch ein an seinem vorderen Ende (Seite des Feuerraums) mit einem Einspritzkopf, der von um seine Achse herum verteilten Öffnungen durchbohrt ist, ausgestattetes Rohr, das mit den Achsen des Brenners und der Primärluftleitung zusammenfällt, gebildet werden, könnte man beispielsweise das Rohr auf dem Körper des Brenners dergestalt montieren, dass sich dieses um seine Achse bezogen auf den Ring aus feuerfestem Material drehen kann, und Mittel vorsehen, die über die Rückseite des Brenners zugänglich sind, um dessen Rotation zu bestimmen.
Nebenbei kann der Brenner mit Düsenrohren zum Einspritzen oder Injizieren eines zusätzlichen gasförmigen Brennstoffs ausgestattet sein, die in der Primärluftleitung angeordnet sind und deren Enden sich in der Nähe der Mittel zum Einspritzen des Hauptbrennstoffs befinden, um jene herum. Andere Düsenrohre zum Injizieren eines gasförmigen Brennstoffs, deren Enden sich in der Nähe der Austrittsöffnungen für die Sekundärluft befinden, können in der Primärluftleitung oder in in dem Fing aus feuerfestem Material vorgesehenen Durchgängen angeordnet sein.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die begleitenden Zeichnungen, die beispielhaft zwei Ausführungsformen der Erfindung zeigen und in denen:
die Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgeführten Brenners durch eine diametrale Ebene ist;
die Fig. 2 eine Vorderansicht des Brenners der Fig. 1 ist;
die Fig. 3 eine partielle Schnittansicht durch eine diametrale Ebene ist, die eine Ausführungsvariante des Rings aus feuerfestem Material zeigt;
die Fig. 4a und 4b partielle Schnitt- bzw. Vorderansichten sind, die eine andere Ausführungsvariante des Rings aus feuerfestem Material und der Injektoren für Sekundärluft zeigen;
die Fig. 5a und 5b partielle Schnitt- bzw. Vorderansichten eines anderen erfindungsgemäß ausgeführten Brenners, der die Verwendung eines zusätzlichen gasförmigen Brennstoffs erlaubt, sind; und
die Fig. 6a und 6b partielle Schnitt- bzw. Vorderansichten sind, die eine Ausführungsvariante zeigen, die wie der Brenner der Fig. 5a und 5b die Verwendung eines zusätzlichen gasförmigen Brennstoffs erlaubt.
Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Brenner ist auf einer Wand 10 eines Feuerraums 12 montiert. Der Körper des Brenners wird aus einer metallischen Befestigungsplatte 14, die zu seiner Befestigung auf der Wand 10 dient, aus einer Primärluftleitung 16, die in einer zentralen Öffnung der Befestigungsplatte, durch die sie hindurchgeht, befestigt ist, und durch einen Behälter für die Versorgung mit Sekundärluft 18, der auf der Rückseite der Befestigungsplatte um die Primärluftleitung herum befestigt ist, gebildet. Die Leitung 16 und der Behälter 18 sind mit einer Luftversorgung und Ventilen, die die Regulierung der Fördermengen an Primär- und Sekundärluft erlauben, verbunden.
Ein Einspritzrohr für Brennstoff 20 ist in der Achse der Primärluftleitung 16 angeordnet. Dieses Rohr beinhaltet an seinem Ende einen Einspritzkopf 21, der mehrere Öffnungen oder Düsen, die es erlauben, mehrere unabhängige und divergierende Flammen in dem Feuerraum 12 zu erzeugen, umfasst. Ein Flammenstabilisator 22 ist in der Primärluftleitung angeordnet und auf dem Rohr 20 befestigt. Er umfasst eine Nabe und geneigte Flügel 23, die es erlauben, der Primärluft bei ihrem Austreten aus der Leitung 16 eine Drehbewegung (Pfeil A in Fig. 2) um die Achse X-X des Brenners herum, die auch die Achse der Leitung und des Einspritzkopfes ist, zu vermitteln. Die Flügel 23 werden von einem Ring umgrenzt und ein ringförmiger Raum ist zwischen diesem Letzteren und der Primärluftleitung 16 angeordnet. Der Einspritzkopf 21 befindet sich vor der Ebene der Nabe des Stabilisators, aber hinter dem Ende der Leitung 16.
Der Brenner umfasst außerdem einen Ring aus feuerfestem Material 24, der auf der Vorderfläche der Befestigungsplatte 14 um das Ende der Primärluftleitung 16 herum befestigt ist. Dieser Ring kann aus Segmenten gebildet werden, die individuell auf der Befestigungsplatte befestigt sind, beispielsweise mittels Schrauben 26, was seinen Austausch erleichtert. In die Vorderfläche des Rings ist eine Vertiefung in Form einer Mulde 25 vertieft. Der Boden dieser Vertiefung ist eben und liegt in einer Ebene mit dem vorderen Ende der Leitung 16 und ihre Seitenwand ist kegelstumpfartig.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, in der die Seitenwand der Vertiefung abgerundet ist, anstatt kegelstumpfartig zu sein. Für die Vertiefung 25 können andere Formen herangezogen werden, wobei wesentlich ist, dass deren Durchmesser gleich einem Mehrfachen ihrer Tiefe ist und dass ihr Boden eben oder praktisch eben, d.h. leicht konkav oder kegelstumpfartig mit einem Spitzenwinkel über 120º ist. Der Ring 24 ist in eine Öffnung der Wand des Feuerraums, die zu diesem Zweck vorgesehen ist, eingepasst.
In dem Ring 24 sind Durchgänge 28 vorgesehen; sie münden einerseits in dem Feuerraum 12 auf den Abschnitt 30 des Rings, der die Vertiefung 25 einfasst, und andererseits in den Behälter 18 durch Öffnungen hindurch, die in die Befestigungsplatte 14 gebohrt sind. Die Öffnungen 29, durch die die Durchgänge 28 in den Feuerraum münden, bilden Injektoren für Sekundärluft; sie sind in einer Umfangsrichtung ausgedehnt und haben beispielsweise einen rechteckigen oder ovalen Querschnitt.
Die Durchgänge 28 können in unterschiedlichen Formen ausgeführt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise zeigen die Fig. 4a und 4b eine Ausführungsvariante, in der die Durchgänge 28 für Sekundärluft durch einen ringförmigen Durchgang 28', der zwischen dem Ring aus feuerfestem Material, dessen Durchmesser verringert ist, und einem konzentrischen Mantelblech 31 ausgespart ist, ersetzt sind. Der Ring 24 umfasst eine Randleiste 30, deren Durchmesser gleich jenem des Rings 31 ist und die den Durchgang 28' auf der Seite des Feuerraums verschließt. Rechteckige Aussparungen 29, die auf der Peripherie dieser Randleiste ausgebildet sind, ermöglichen eine Verbindung des Durchgangs 28' mit dem Feuerraum und erlauben das Injizieren von Sekundärluft in diesen Letzteren. Diese Konstruktionsweise erlaubt, den Durchmesser des Rings zu verringern.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 5a und 5b gezeigt: die Durchgänge 28 sind in Form von geradlinigen Rohren mit ovalem Querschnitt, die in den feuerfesten Ring eingelassen sind, ausgebildet.
Es gibt ebensoviele Öffnungen oder rechteckige Aussparungen 29 wie Flammen und jede Öffnung oder rechteckige Aussparung ist bezogen auf eine der Flammen in einer solchen Position angeordnet, dass sie dieser einen Strom zusätzlicher Luft nach der ersten Verbrennungsphase des Brennstoffs mit der Primärluft zuspeist. Die Fig. 2 zeigt insbesondere, dass jede Öffnung 29 winkelig in der Drehrichtung A der Primärluft um einen Winkel α bezogen auf die Ebene P, die die Achse des Brenners und die Achse der entsprechenden Öffnung des Einspritzkopfs 21, durch welche hindurch der Strahl von zerstäubtem Brennstoff, der die Flamme F erzeugt, ausgestoßen wird, enthält, versetzt ist. Dieser Winkel α muss bei der Inbetriebnahme des Brenners eingestellt werden. Um diese Regulierung zu erlauben, ist das Einspritzrohr für Brennstoff 20 auf dem Körper des Brenners dergestalt montiert, dass es sich um die Achse X- X des Brenners herum drehen kann, und ein Mechanismus, der hinter dem Brenner angeordnet ist, erlaubt es, diese Drehung zu bestimmen.
Außerdem muss das Verhältnis des Radius r der Primärluftleitung 16 zu dem Abstand R der Öffnungen 29 von der Achse des Brenners zwischen 0,25 und 0,75 (bevorzugter Wert 0,35) liegen.
Die Fig. 5a und 5b zeigen eine Ausführungsvariante, die mit Düsenrohren 32 ausgestattet ist, die im Inneren der Primärluftleitung 16 angeordnet sind und in den Feuerraum leicht vor dem Einspritzkopf 21 münden. Ein ringförmiger Raum ist zwischen dem Flammenstabilisator 22 und der Leitung 16 vorgesehen für das Hindurchtreten der Düsenrohre, die um die Achse des Brenners herum verteilt sind. Diese Düsenrohre erlauben, den Brenner mit verbrennbarem Gas zu versorgen.
Dieser Brenner ist gleichfalls mit einem zweiten Satz von Düsenrohren für verbrennbares Gas 34 ausgestattet, die in in dem Ring aus feuerfestem Material 24 vorgesehenen Durchgängen untergebracht sind. Die Düsenrohre 34 befinden sich zwischen der Achse des Brenners und den Öffnungen zum Injizieren von Sekundärluft 29 und sind regelmäßig um diese Achse herum verteilt.
Die Fig. 6a und 6b zeigen eine Ausführungsvariante, in denen die Düsenrohre 34' in der Primärluftleitung 16 angeordnet sind und einen Endabschnitt umfassen, der in Richtung der Außenseite abgewinkelt ist und sich in der Vertiefung 25 befindet.
Der Brenner der Erfindung weist den Vorteil auf, dass er keinen metallischen Bestandteil, der der Abstrahlung der Flammen in dem Feuerraum ausgesetzt ist, aufweist, wobei er aber die Leistungseigenschaften der sehr geringen Emission von Stickoxiden des Brenners, der Gegenstand des französischen Patents Nr. 93 07863 im Namen des Anmelders ist, und der Demontierbarkeit von der Außenseite, ohne die Notwendigkeit, den Feuerraum zu betreten, beibehält.

Claims

1. Brenner für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, umfassend eine Zufuhrleitung für Primärluft (16), Mittel zum Einspritzen des Brennstoffs (20) in einen Feuerraum, die innerhalb der Leitung in der Achse dieser letzteren angeordnet sind und eine Mehrzahl von Öffnungen, die mehrere divergierende und unabhängige Flammen in dem Feuerraum erzeugen, umfassen, einen Flammenstabilisator (22), der koaxial im Inneren der Leitung angeordnet ist, und mehrere Zufuhrleitungen für Sekundärluft (28), die um die Mittel zum Einspritzen von Brennstoff (20) und die Primärluftleitung (16) herum in solchen Positionen angeordnet sind, dass jede Sekundärluftleitung jeder Flamme einen Strom zusätzlicher Luft nach einer ersten Verbrennungsphase zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Ring aus feuerfestem Material (24) umfasst, der das vordere Ende der Primärluftleitung (16) umgibt, dass der Ring auf seiner Vorderwand eine Vertiefung in Form einer Mulde (25) umfasst, deren Boden praktisch eben ist und deren Durchmesser gleich einem Mehrfachen der Tiefe ist, dass die Primärluftleitung auf den Boden der Vertiefung mündet und dass die Sekundärluftleitungen durch Durchgänge (28), die in dem Ring ausgebildet sind und auf die Vorderwand des Abschnitts (30) des Rings, der die Vertiefung einfasst, münden, gebildet werden.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenstabilisator (22) geneigte Flügel (23) umfasst, die eine Drehbewegung der Luft am Ausgang der Primärluftleitung (16) hervorrufen, dass die Öffnungen (29), durch die die Durchgänge (28) in den Feuerraum münden, winkelig um einen Winkel α in der Drehrichtung der Primärluft bezogen auf die Radialebenen P, die die Achsen der entsprechenden Öffnungen der Mittel zum Einspritzen von Brennstoff (21) enthalten, versetzt sind und dass Mittel vorgesehen sind, um die Winkelverschiebung α zu regulieren.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einspritzen von Brennstoff durch ein Rohr (20), das in der Achse der Primärluftleitung angeordet ist, das in dem Gehäuse des Brenners dergestalt montiert ist, dass es sich um seine Achse drehen kann, und das an seinem vorderen Ende mit einem Einspritzkopf (21) ausgestattet ist, gebildet werden und dass Mittel vorgesehen sind, um zu bewirken, dass sich das Rohr um seine Achse dreht.

4. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand der Vertiefung kegelstumpfartig ist.

5. Brenner nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand der Vertiefung abgerundet ist.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftleitungen durch einen ringförmigen Durchgang (28'), der sich an der Peripherie des Rings aus feuerfestem Material (25) befindet, ersetzt sind.

7. Brenner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ausserdem Düsenrohre zum Einspritzen eines gasförmigen Brennstoffs (32), die in der Primärluftleitung (16) angeordnet sind und deren Enden sich in der Nähe der Mittel zum Einspritzen des Brennstoffs (21) befinden, umfasst.

8. Brenner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ausserdem Düsenrohre zum Einspritzen eines gasförmigen Brennstoffs (34), die in in dem Ring aus feuerfestem Material vorgesehenen Durchgängen angeordnet sind und deren Ende sich in der Nähe der Sekundärluftöffnungen (29) befindet, umfasst.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er ausserdem Düsenrohre zum Einspritzen eines gasförmigen Brennstoffs (34'), die in der Primärluftleitung (16) angeordnet sind und einen Endabschnitt umfassen, der in Richtung der Aussenseite abgewinkelt ist und sich in der Vertiefung (25) befindet, umfasst.

10. Brenner nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einspritzen des Brennstoffs (21) sich vor dem Flammenstabilisator und bezogen auf den Boden der Vertiefung (25) des Rings aus feuerfestem Material dahinter befinden.