DE9109431U1

DE9109431U1 - Heizkessel

Info

Publication number: DE9109431U1
Application number: DE9109431U
Authority: DE
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1991-09-19
Anticipated expiration: 2001-07-31
Also published as: CH684498A5; AT396017B; ATA161990A

Description

2 5. JuII 1991

Joh. Vaillant GmbH & Co. GM 967

Heizkessel

Die Erfindung betrifft einen Brenner für fossile Brennstoffe mit mindestens einem im oder nahe dem Flammenbereich angeordneten Wärmeableitungsstab, insbesondere Keramikstab.

Heizkessel mit Brennern dieses Grundaufbaus sind allgemein bekannt und finden weite Verbreitung. Die Wärmeableitungsstäbe dienen dabei der Flammenkühlung, wodurch die bei der Verbrennung anfallenden Schadstoffe, insbesondere die Stickoxide, reduziert werden. Nachteilig hierbei ist, daß die Anordnung und die wärmeableitende Wirkung der Stäbe derart getroffen sein muß, daß die Kühlung der Flammen auf eine bestimmte Größenordnung beschränkt bleibt, weil sonst die CO-Emission unzulässig steigen würde. Bisher mußte also ein Kompromiß zwischen

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der Verminderung des Stickoxidausstoßes und der CO-Emission angestrebt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen, um eine weitere Verminderung umweltschädigender Verbrennungsprodukte zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Brenner mit mindestens einem Wärmeableitungsstab ausgestattet ist, der eine katalytische Beschichtung aufweist. Dadurch ist eine positive Einflußnahme zumindest auf die CO- und die C_xHy-Konzentration möglich. Der Katalysator bewirkt bei überstöchiometrischer Verbrennung, das heißt bei Luftüberschuß, eine Oxidation des CO- und der C_xHy-Gase. Als Oxidationsprodukte entstehen im wesentlichen CO2 und H2O. Liegt die Verbrennungsluftzahl Lambda nahe bei eins, findet eine stöchiometrische Verbrennung statt. Dabei sind zusätzlich reduzierende Reaktionen möglich, wobei insbesondere Stickoxide in Stickstoff und sauerstoff halt ige Restprodukte zerlegt werden.

Die katalytische Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem edelmetallhaltigen Oxidationskatalysator. Diese auch als 3-Wege-Katalysatoren bekannten Katalysatoren fördern vor allem den chemischen Umbau der drei Verbin-

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- 3 düngen NO_x, C_xHy und CO.

Gemäß zu bevorzugender Ausführungsformen der Erfindung
enthält der Oxidationskatalysator Elemente der Platingruppe, wie Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder
der Eisengruppe, wie Nickel, Kobalt oder Kupferoxid oder Chromoxid oder aktiviertes Aluminiumoxid. Diese Elemente beziehungsweise Verbindungen können einzeln oder auch als Gemisch Bestandteil des Oxidationskatalysators sein.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist die
katalytische Beschichtung auf einer der Vergrößerung der wirksamen Oberfläche des Wärmeableitungsstabes dienenden Wash-Coat-Zwischenschicht aufgebracht. Durch eine solche Zwischenschicht läßt sich der erreichbare Effekt auf einfache Weise erheblich steigern. Die Wash-Coat-Zwischenschicht besteht dabei bevorzugt aus Siliciumdioxid oder
Aluminiumoxid.

Um maximale CO-Oxidationen und NO_x-Reduktionen zu bewirken, sind die Wärmeableitungsstäbe in einem Raumbereich
mit einer Verbrennungsluftzahl Lambda nahe eins angeordnet. Eine Anordnung unbeschichteter Wärmeableitungsstäbe in diesem Raumbereich ist wegen der verstärkten CO-BiI-dung bei Kühlung gerade dieses Flammenbereiches nicht
möglich, obwohl die NO_x-Reduzierung hier ein Maximum er-

reichen würde. Erst durch die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung läßt sich die maximal mögliche NO_x-Verminderung einstellen, ohne dabei gleichzeitig die CO-Werte zu verschlechtern. Das durch die Verbrennung entstehende NO_x wird infolge der katalytischen Beschichtung der Wärmeableitungsstäbe in N2 und unbedenkliche Restprodukte abgebaut.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Brenner mit Wärmeableitungsstäben.

Ein angedeutetes Brennerrohr 1 ist von mehreren zur Brennerrohrlängsachse parallel gerichteten Wärmeableitungsstäben 2 umgeben. Alle Wärmeableitungsstäbe 2 weisen etwa den gleichen Abstand von der Brennerrohroberfläche 3 beziehungsweise von nicht dargestellten Gasaustrittsdüsen des Brennerrohres 1 auf. Die Wärmeableitungsstäbe 2 bestehen aus einem zylinderförmigen Keramikkern 4, einer Wash-Coat 5 und einer katalytischen Beschichtung 6. Als Material für die Wash-Coat 5 oder Oxidzwischenschicht wird Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid verwendet. Die die äußere Oberfläche des Wärmeableitungsstabes 2 bildende eigentliche katalytische Beschichtung 6 entspricht der

eines 3-Wege-Katalysators beziehungsweise edelmetallhaltigen Oxidationskatalysators. Dafür in Frage kommende Materialien sind vor allem Elemente der Platingruppe, wie zum Beispiel Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder der Eisengruppe, wie Nickel und Kobalt, aber auch Kupferoxid, Chromoxid oder aktiviertes Aluminiumoxid. Die Wärmeableitungsstäbe 2 sind in einem Flammenbereich angeordnet, der durch überstöchiometrische Verbrennung, das heißt Verbrennung mit Luftüberschuß, gekennzeichnet ist. Folgende chemische Reaktionen sind dabei aufgrund der Katalysatorwirkung der Wärmeleitungsstaboberflache möglich:

CO + ^ Oa —m~ CO2 ,

H₂ + \ O2 -=~ HaO,

&Ugr;. Y.

C_xHy + (x + 4) O2 -s-x CO2 + 2 H2O.

Darüber hinaus lassen sich auch die Stickoxide reduzieren; vorausgesetzt, die Wärmeableitungsstäbe 2 sind in einem Raumbereich schwach uberstochiometrischer Verbrennung angeordnet. Bei einer Verbrennungsluftzahl Lambda gegen eins sind auch reduzierende Reaktionen möglich:

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CO + NO - --=- \ N₂ + CO₂,

H₂ + NO -s=> \ N₂ + H₂O,

C_xHy + 2 (X + 4) NO —=-(x + 4) N₂ + 2 HaO + X CO₂.

Bei einer derartig optimierten Anordnung ist also gleichzeitig eine CO- und eine NO_x-Reduzierung möglich.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch von den Merkmalen der Erfindung machen.

Claims

5, JuIl 1991 Joh. Vaillant GmbH & Co. GM 967 ANSPRÜCHE

1. Brenner für fossile Brennstoffe mit mindestens einem im oder nahe dem Flammenbereich angeordneten Wärmeableitungsstab, insbesondere Keramikstab, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeableitungsstab (2) eine katalytische Beschichtung (6) aufweist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Beschichtung (6) aus einem edelmetallhaltigem Oxidationskatalysator besteht.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der edelmetallhaltige Oxidationskatalysator Elemente der Platingruppe, wie Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder der Eisengruppe, wie

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Nickel, Kobalt oder Kupferoxid oder Chromoxid oder aktiviertes Aluminiumoxid enthält.

4. Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Beschichtung (6) auf einer der Vergrößerung der wirksamen Oberfläche des Wärmeableitungsstabes (2) dienenden Wash-Coat-Zwischenschicht (5) aufgebracht ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wash-Coat-Zwischenschicht (5) aus Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid besteht.

6. Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitungsstäbe (2) in einem Raumbereich einer Verbrennungsluftzahl Lambda nahe eins angeordnet sind.