EP0225467A2 - Burner for liquid and/or gaseous fuels - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a burner for liquid and / or gaseous fuels, with a fuel lance and with lines for primary air and secondary air.
- the aim is to create a burner of the type mentioned at the beginning, in which the aforementioned second and third measures can be improved.
- the burner according to the invention is characterized by a coaxial cylinder lying outside the burner lance for guiding the primary air, several pipes lying radially outside the cylinder for guiding the secondary air, which pipes are evenly distributed over the circumference of the cylinder and are arranged at a distance from one another, the orifices of the pipes the Exceed the cylinder mouth in the flow direction of primary and secondary air, the pitch circle diameter of the pipes still being greater than 1.2 times the cylinder diameter, with pipe jackets that surround the pipe ends at a distance.
- the burner shown in Fig. 1 has a fuel lance 1 and lines 2-4 for primary air and secondary air.
- One of these lines is designed as a cylinder 4, which is coaxial to the burner lance 1 and outside of it.
- the cylinder 4 serves to guide the primary air.
- Another part of the lines mentioned is in the form of tubes 3, which are located radially outside the cylinder 4 and are used to guide the secondary air. It is not apparent from the drawings that these tubes 3 lie on an annular path. This ring path is coaxial to cylinder 4 and outside of it.
- the tubes 3 are arranged evenly distributed over the circumference of the ring track and are spaced apart. It can also be seen from FIG.
- the orifices 5 of the tubes 3 protrude beyond the cylinder orifice 6 in the flow direction of the primary and secondary air.
- the primary air flowing in the burner is indicated by arrows 7, 8 and 9.
- the secondary air flowing in the burner is indicated by an arrow 10.
- the pitch circle diameter of the above-mentioned ring path on which the tubes 3 lie is greater than 1.2 times the diameter of the cylinder 4.
- the ends 11 of the tubes 3 lying at the orifices 5 are surrounded by tube jackets 12 which are at a radial distance from one another the pipe ends 11 are.
- the burner shown in Fig. 1 has an air inlet port 13.
- the incoming air gives the primary and secondary air; a subdivision is only made after the inlet connection 13.
- In the inlet connection 13 there is a throttle 14 for regulating all the air forming the primary air and secondary air.
- the cylinder 4 is surrounded by a control tube 15 which is axially displaceable on the cylinder 4 via an actuating rod 16.
- the components 15-17 thus represent an adjusting device for regulating the primary air.
- the primary air flowing in the direction of arrow 7 is conducted differently in cylinder 4.
- Part of the primary air flows in the direction of arrow 8 through swirl vanes 19, through which the primary air passing through is set in rotation.
- Another part of the primary air flows in a straight line through the cylinder 4 in the direction of the arrow 9.
- the swirl vanes 19 are present in an air guide 20 known per se.
- the fuel lance 1 has a mouth 21. It is known to adjust the air guide 20 axially relative to the mouth 21 of the fuel lance 1; the adjustment device available for this is not shown.
- the burner shown in Fig. 1 has no adjustment device for regulating the secondary air.
- liquid fuel is burned, it will fed to the burner only via the burner lance 1.
- gaseous fuel is burned, it is also passed over a fuel lance 1, but additionally over a nozzle assembly 22, of which only one line is shown in FIG. 1. All lines of the nozzle assembly 22 lie on an annular path which is concentric with the fuel lance 1. This arrangement of the nozzle assembly 22 is also known.
- the liquid or gaseous fuel emerges from the fuel lance 1 in the direction of spray jets 24.
- the secondary air emerging from the tubes 3 flows out of the tube mouth 5 in the direction of a jet 25 at a much higher speed than the primary air emerging from the cylinder 4 at the mouth.
- this burner according to FIG. 2 also has tubes 3 ′ lying on an annular path for guiding the secondary air in the direction of arrow 10.
- a separate inlet connection piece 26 is used to supply the secondary air to the burner.
- a throttle 27 for regulating the amount of secondary air.
- For feeding the primary air to the burner is served by an inlet connection 28.
- the burner has a cylinder 4 ', to which a cone 29 is connected upstream.
- the cylinder 4 ' serves to guide the primary air.
- Coaxially and inside the cylinder 4 ' is a channel 30 which is coaxial with the burner lance 1' and outside of it.
- the primary air flowing in via the inlet connection 28 is divided into a first primary air flow 31 in the channel 30 and a second primary air flow 32 in the cylinder 4 '.
- the second primary air flow 32 flows partially through the swirl vane 19 'and is thereby set in rotation. Another part of this second primary air flow, however, flows in the direction of an arrow 33 straight to the mouth 6 'of the cylinder 4'.
- the first primary air flow 31 in the channel 30 likewise flows partially through the swirl vane 19 ', whereas another part of the first primary air flow flows unhindered towards the mouth 6' in the direction of an arrow 34.
- the first primary air flow 31 flowing in the channel 30 can be regulated with the aid of an axially displaceable adjusting device 35 and 36 be lated.
- the burner according to FIG. 2 in turn has a plurality of lines 22 ′ of a nozzle assembly lying on an annular path.
- a flame contour 41 is shown in dash-dot lines in the burner according to FIG.
- the flame root lies in the area of the mouth 21 'of the fuel lance 1'.
- the aim is to make the flame temperature even over the entire flame area (from the flame root to the end of the flame). It would be ideal if the temperature did not rise above 1300 ° over the entire flame area, since the NO x from the atmospheric nitrogen only occurs above this temperature.
- the tube ends 11 ' are each surrounded by a coaxial tube jacket 12'.
- the pipe jackets 12 ' are at a distance from the cylinder mouth 6'. Since, as mentioned, the secondary air emerging from the tube ends 11 'flows at a much higher speed than the primary air emerging at the mouth 6' in the direction of the flame, the secondary air flows lying on an annular path and emerging from the tube ends 11 'act as a jet pump for the Flame contour 41 surrounding flue gas in space 43, which is thereby recirculated in the direction of arrows 44 and which is applied to the flame contour 41 as an inert gas jacket 45. Due to this inert flue gas jacket 45, the secondary air jacket 46 arrives at the flame with a delay, so that the desired delayed combustion takes place.
- each pipe end 11 or 11 ' is surrounded by a pipe jacket 12 or 12' which is provided as a pipe section.
- a pipe jacket 12 or 12' which is provided as a pipe section.
- the embodiment shown, in which each tube end is surrounded by a tube jacket at a distance, is preferred, however, since this embodiment allows a higher heat resistance to be expected.
- the burner according to Fig. 2 can e.g. are operated so that the primary air at a temperature of e.g. 300 ° is entered, whereas 26 secondary air is entered via the nozzle.
- the first primary air flow 31 flowing in the channel 30 can be in the order of magnitude of 10-20% of the total combustion air.
- the second primary air stream flowing in the cylinder 4 ' can be of the order of magnitude of 20-50% of the total combustion air.
- the secondary air entering through the nozzle 26 can be in the range of 30-40% of the total combustion air.
- the burner shown in FIGS. 1 and 2 can be referred to as a step burner in which, due to the staged combustion air supply to the flame, delayed combustion with low combustion temperature occurs.
- This measure of the gradual supply of combustion air to the flame and the possible addition of external flue gas via the connector 38 to the secondary air and the suction of internal flue gas, i.e. the flue gas surrounding the flame, and supply of this flue gas as a protective jacket to the flame ensures that the NO x content is substantially reduced when burning liquid and / or gaseous fuels.
- liquid and gaseous fuel can also be burned at the same time.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, mit einer Brennstofflanze sowie mit Leitungen für Primärluft und Sekundärluft.The invention relates to a burner for liquid and / or gaseous fuels, with a fuel lance and with lines for primary air and secondary air.
Bei solchen Brennern besteht immer mehr die Forderung, das bei der Verbrennung möglichst wenig NOx entsteht. Die hierzu zu treffenden Vorkehrungen sind im wesentlichen bekannt und betreffen zum Beispiel eine Herabsetzung der Verbrennungslufttemperatur, eine Rauchgasrezirkulierung, eine Verzögerung der Verbrennung in der Flammenwurzel und eine NOx-Abscheidung aus den Rauchgasen.With such burners, there is an increasing demand that as little NO x is generated during combustion. The precautions to be taken for this are essentially known and relate, for example, to a reduction in the combustion air temperature, a flue gas recirculation, a delay in combustion in the flame root and NO x separation from the flue gases.
Es wird die Schaffung eines Brenners eingangs erwähnter Art bezweckt, bei dem die vorerwähnte zweitgenannte und drittgenannte Massnahme verbessert werden können.The aim is to create a burner of the type mentioned at the beginning, in which the aforementioned second and third measures can be improved.
Der erfindungsgemässe Brenner ist gekennzeichnet durch einen koaxialen und ausserhalb der Brennerlanze liegenden Zylinder zum Führen der Primärluft, mehrere radial ausserhalb des Zylinders liegende Rohre zum Führen der Sekundärluft, welche Rohre über den Umfang des Zylinders gleichmässig verteilt, im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Mündungen der Rohre die Zylindermündung in Strömungsrichtung von Primär- und Sekundärluft überragen, wobei weiterhin der Teilkreisdurchmesser der Rohre grösser als das 1,2-fache des Zylinderdurchmessers beträgt, mit Rohrmänteln, die die Rohrenden im Abstand umgeben.The burner according to the invention is characterized by a coaxial cylinder lying outside the burner lance for guiding the primary air, several pipes lying radially outside the cylinder for guiding the secondary air, which pipes are evenly distributed over the circumference of the cylinder and are arranged at a distance from one another, the orifices of the pipes the Exceed the cylinder mouth in the flow direction of primary and secondary air, the pitch circle diameter of the pipes still being greater than 1.2 times the cylinder diameter, with pipe jackets that surround the pipe ends at a distance.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brenners im Längsschnitt, und
- Fig. 2 eine schematische Darstellung eines weiter ausgebildeten Brenners im Längsschnitt.
- Fig. 1 is a schematic representation of a burner in longitudinal section, and
- Fig. 2 is a schematic representation of a further trained burner in longitudinal section.
Bei den dargestellten Brennern sind nur solche Bauteile gezeigt, die zum Verständnis des Erfindungsgegenstandes notwendig sind. Der in Fig. 1 gezeigte Brenner hat eine Brennstofflanze 1 sowie Leitungen 2-4 für Primärluft und Sekundärluft. Eine dieser Leitungen ist als Zylinder 4 ausgebildet, der koaxial zur Brennerlanze 1 und ausserhalb dieser liegt. Der Zylinder 4 dient zum Führen der Primärluft. Ein anderer Teil der erwähnten Leitungen liegt als Rohre 3 vor, die radial ausserhalb des Zylinders 4 liegen und zum Führen der Sekundärluft dienen. Aus den Zeichnungen nicht ersichtlich ist, dass diese Rohre 3 auf einer Ringbahn liegen. Diese Ringbahn liegt koaxial zum Zylinder 4 und ausserhalb von diesem. Die Rohre 3 sind über den Umfang der Ringbahn gleichmässig verteilt angeordnet und liegen im Abstand voneinander. Aus Figur 1 ist auch ersichtlich, dass die Rohre 3 gleichgerichtet zum Zylinder 4 verlaufen. Die Mündungen 5 der Rohre 3 überragen die Zylindermündung 6 in Strömungsrichtung der Primär- und Sekundärluft. Die im Brenner strömende Primärluft ist mit Pfeilen 7,8 und 9 bezeichnet. Die im Brenner strömende Sekundärluft ist mit einem Pfeil 10 bezeichnet. Der Teilkreisdurchmesser der vorerwähnten Ringbahn, auf der die Rohre 3 liegen, ist grösser als das 1,2-fache des Durchmessers vom Zylinder 4. Die bei den Mündungen 5 liegenden Enden 11 der Rohre 3 sind von Rohrmänteln 12 umgeben, die im radialen Abstand zu den Rohrenden 11 liegen.In the burners shown, only those components are shown which are necessary for understanding the subject matter of the invention. The burner shown in Fig. 1 has a fuel lance 1 and lines 2-4 for primary air and secondary air. One of these lines is designed as a
Der in Fig. 1 gezeigte Brenner hat einen Luft-Einlassstutzen 13. Die eintretende Luft ergibt die Primärund Sekundärluft; eine Unterteilung wird erst nach dem Einlassstutzen 13 vorgenommen. Im Einlassstutzen 13 befindet sich eine Drossel 14 zum Regulieren der gesamten die Primärluft und Sekundärluft bildenden Luft. Der Zylinder 4 ist von einem Steuerrohr 15 umgeben, das über eine Betätigungsstange 16 auf dem Zylinder 4 axial verschiebbar ist. Hierdurch wird der Zwischenraum zwischen der Stirnfläche 17 des Steuerrohres 15 und der Wandung 18 des Brenners verändert und somit der Eintrittsquerschnitt für den Primärluftstrom in Pfeilrichtung 7. Die Bauteile 15-17 stellen somit eine Verstelleinrichtung zum Regulieren der Primärluft dar.The burner shown in Fig. 1 has an
Die in Richtung des Pfeiles 7 strömenade Primärluft wird im Zylinder 4 verschieden geleitet. Ein Teil der Primärluft strömt in Richtung des Pfeiles 8 durch Drallschaufeln 19, durch die die hindurchtretende Primärluft in Rotation versetzt wird. Ein anderer Teil der Primärluft strömt in Richtung des Pfeiles 9 geradlinig durch den Zylinder 4. Die Drallschaufeln 19 sind bei einem an sich bekannten Luftleitkörper 20 vorhanden. Die Brennstofflanze 1 hat eine Mündung 21. Es ist bekannt, den Luftleitkörper 20 axial gegenüber der Mündung 21 der Brennstofflanze 1 zu verstellen; die hierfür vorhandene Verstelleinrichtung ist nicht dargestellt. Der in Fig. 1 gezeigte Brenner hat keine Verstelleinrichtung zum Regulieren der Sekundärluft. Durch die beiden Verstelleinrichtungen 14 und 15-17 kann aber zusätzlich zum Regulieren der Primärluftmenge auch die Menge der Primärluft zur Menge der Sekundärluft reguliert werden.The primary air flowing in the direction of arrow 7 is conducted differently in
Wird flüssiger Brennstoff verbrannt, so wird dieser lediglich über die Brennerlanze 1 dem Brenner zugeführt. Wird dagegen gasförmiger Brennstoff verbrannt, so wird dieser auch über eine Brennstofflanze 1 geführt, aber zusätzlich noch über einen Düsenstock 22, von dem in Fig. 1 nur eine Leitung gezeigt ist. Alle Leitungen des Düsenstocks 22 liegen auf einer Ringbahn, die konzentrisch zur Brennstofflanze 1 liegt. Diese Anordnung des Düsenstocks 22 ist ebenfalls bekannt. Der flüssige oder gasfömige Brennstoff tritt aus der Brennstofflanze 1 in Richtung von Sprühstrahlen 24 aus. Die aus den Rohren 3 austretende Sekundärluft strömt mit wesentlich höherer Geschwindigkeit als die an der Mündung aus dem Zylinder 4 austretende Primärluft aus der Rohrmündung 5 in Richtung eines Strahls 25 aus.If liquid fuel is burned, it will fed to the burner only via the burner lance 1. If, on the other hand, gaseous fuel is burned, it is also passed over a fuel lance 1, but additionally over a
Beim Brenner nach Fig. 2 sind gleiche Bauteile wie beim Brenner nach Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen und einem Hochstrich versehen. So hat dieser Brenner nach Fig. 2 ebenfalls auf einer Ringbahn liegende Rohre 3' zum Führen der Sekundärluft in Pfeilrichtung 10. Zur Zuführung der Sekundärluft zum Brenner dient ein gesonderter Einlassstutzen 26. In diesem befindet sich eine Drossel 27 zum Regulieren der Menge der Sekundärluft. Zur Zuführung der Primärluft zum Brenner dient ein Einlassstutzen 28. Der Brenner hat einen Zylinder 4', an den sich stromaufwärts ein Konus 29 anschliesst. Der Zylinder 4' dient wiederum zum Führen der Primärluft. Koaxial und innerhalb des Zylinders 4' befindet sich ein Kanal 30, der koaxial zur Brennerlanze 1' und ausserhalb dieser liegt. Am vorderen Ende der Brennerlanze 1' liegt wiederum der Luftleitkörper 20' mit den Drallschaufeln 19'. Die über den Einlassstutzen 28 einströmende Primärluft wird in einen ersten Primärluftstrom 31 im Kanal 30 und einen zweiten Primärluftstrom 32 im Zylinder 4' unterteilt. Der zweite Primärluftstrom 32 strömt teilweise durch die Drallschaufel 19' und wird hierbei in Rotation versetzt. Ein anderer Teil dieses zweiten Primärluftstromes strömt dagegen in Richtung eines Pfeiles 33 geradlinig zur Mündung 6' des Zylinders 4'. Der erste Primärluftstrom 31 im Kanal 30 stömt ebenfalls teilweise durch die Drallschaufel 19', wogegen ein anderer Teil des ersten Primärluftstromes in Richtung eines Pfeiles 34 ungehindert zur Mündung 6' strömt. Man kann also wiederum sagen, dass ein Teil der Primärluft durch die Drallschaufeln 19' strömt. Der im Kanal 30 strömende erste Primärluftstrom 31 kann mit Hilfe einer axial verschiebbaren Verstelleinrichtung 35 und 36 regu liert werden. Im Einlassstutzen 28 befindet sich wiederum eine Drossel 37 zum Regulieren der Menge der Primärluft.In the burner according to FIG. 2, the same components as in the burner according to FIG. 1 are provided with the same reference symbols and a prime. Thus, this burner according to FIG. 2 also has
Der Brenner nach Fig. 2 hat noch einen Einlassstutzen 38 für die Zuführung von externem Rauchgas zum Brenner. Es sind hierfür mehrere auf einer Ringbahn liegende Leitungen 39 vorhanden, die stromaufwärts in einen Zufuhrkanal 40 für das Rauchgas münden und die stromabwärts in den Konus 29 des Zylinders 4' für den zweiten Primärluftstrom 32 münden.2 still has an
Zur Zuführung von gasförmigem Brennstoff hat der Brenner nach Fig. 2 wiederum mehrere auf einer Ringbahn liegende Leitungen 22' eines Düsenstocks.For the supply of gaseous fuel, the burner according to FIG. 2 in turn has a plurality of
Beim Brenner nach Fig. 2 ist strichpunktiert eine Flammenkontur 41 gezeigt. Die Flammenwurzel liegt im Bereich der Mündung 21' der Brennstofflanze 1'. Wie bereits eingangs erwähnt, wird eine Vergleichmässigung der Flammentemperatur über den ganzen Flammenbereich (von der Flammenwurzel bis zum Flammenende) angestrebt. Es wäre ideal, wenn über den ganzen Flammenbereich die Temperatur nicht über 1300° steigen würde, da erst über dieser Temperatur das NOx vom Luftstickstoff auftritt. Die Rohrenden 11' sind wiederum von je einem koaxialen Rohrmantel 12' umgeben.A
Die Rohrmäntel 12' liegen im Abstand zur Zylindermündung 6'. Da, wie erwähnt die aus den Rohrenden 11' austretende Sekundärluft mit wesentlich höherer Geschwindigkeit als die an der Mündung 6' austretende Primärluft in Richtung der Flamme strömt, wirken die auf einer Ringbahn liegenden und aus den Rohrenden 11' austretenden Sekundärluftströme als Strahlenpumpe für das die Flammenkontur 41 umgebende Rauchgas im Raum 43, das hierdurch in Richtung der Pfeile 44 rezirkuliert wird und sich als ein inerter Gasmantel 45 an die Flammenkontur 41 anlegt. Durch diesen inerten Rauchgasmantel 45 gelangt der Sekundärluftmantel 46 verzögert zur Flamme, so dass die angestrebte verzögerte Verbrennung stattfindet.The pipe jackets 12 'are at a distance from the cylinder mouth 6'. Since, as mentioned, the secondary air emerging from the tube ends 11 'flows at a much higher speed than the primary air emerging at the mouth 6' in the direction of the flame, the secondary air flows lying on an annular path and emerging from the tube ends 11 'act as a jet pump for the
Die auf einer Ringbahn liegenden Rohrenden 11', aus denen die Sekundärluft mit hoher Geschwindigkeit austritt, haben also eine Injektorwirkung auf das im Feuerraum befindliche inerte Rauchgas, das zum Erreichen einer verzögerten Verbrennung benutzt wird.The pipe ends 11 'lying on a ring path, from which the secondary air emerges at high speed, therefore have an injector effect on the inert flue gas in the combustion chamber, which is used to achieve delayed combustion.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird jedes Rohrende 11 bzw. 11' von einem als Rohrabschnitt vorliegenden Rohrmantel 12 bzw. 12' umgeben. Bei einer anderen Ausführungsform könnte innerhalb aller Rohrenden 11 bzw. 11' im Abstand zu diesen ein erster Rohrmantel liegen, und ausserhalb aller dieser Rohrenden könnte, ebenfalls im Abstand zu diesen, ein zweiter Rohrmantel liegen, wobei der erste und der zweite Rohrmantel koaxial zueinander liegen. Die dargestellte Ausführungsform, bei der jedes Rohrende von einem Rohrmantel im Abstand umgeben wird, wird aber bevorzugt, da diese Ausführungsform eine höhere Hitzebeständigkeit erwarten lässt.In the exemplary embodiments shown, each pipe end 11 or 11 'is surrounded by a
Der Brenner nach Fig. 2 kann z.B. so betrieben werden, dass über den Stutzen 28 die Primärluft mit einer Temperatur von z.B. 300° eingegeben wird, wogegen über den Stutzen 26 kalte Sekundärluft eingegeben wird. Der im Kanal 30 strömende erste Primärluftstrom 31 kann in der Grössenordnung von 10-20 % der gesamten Verbrennungsluft liegen. Der im Zylinder 4' strömende zweite Primärluftstrom kann in der Grössenordnung von 20-50% der gesamten Verbrennungsluft liegen. Die über den Stutzen 26 eintretende Sekundärluft kann im Bereich von 30-40% der gesamten Verbrennungsluft liegen.The burner according to Fig. 2 can e.g. are operated so that the primary air at a temperature of e.g. 300 ° is entered, whereas 26 secondary air is entered via the nozzle. The first
Den anhand von Fig. 1 und 2 dargestellten Brenner kann man als Stufenbrenner bezeichnen, bei dem, bedingt durch die gestufte Verbrennungsluftzuführung zur Flamme, eine verzögerte Verbrennung mit niedriger Verbrennungs temperatur auftritt. Durch diese Massnahme der stufenweisen Verbrennungsluftzuführung zur Flamme und des möglichen Zusatzes von externem Rauchgas über den Stutzen 38 zur Sekundärluft und die Rücksaugung von internem, also die Flamme umgebenden Rauchgas und Zuführung dieses Rauchgases als Schutzmantel zur Flamme, wird erreicht, dass der NOx-Gehalt bei der Verbrennung von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen wesentlich vermindert wird. Mit dem erläuterten Brenner kann also auch gleichzeitig flüssiger und gasförmiger Brennstoff verbrannt werden.The burner shown in FIGS. 1 and 2 can be referred to as a step burner in which, due to the staged combustion air supply to the flame, delayed combustion with low combustion temperature occurs. This measure of the gradual supply of combustion air to the flame and the possible addition of external flue gas via the
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