EP0303052A1 - Gasbrenner - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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- F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
Definitions
- the invention relates to a gas burner with at least one fuel rod, the wall of which is penetrated on the upper side by outlet openings for a gas / primary air mixture.
- the object of the invention is to achieve combustion that is as pollutant-free as possible.
- the invention is based on the knowledge that this object can be achieved by the targeted supply of an additional gas-secondary air mixture or a gas in the area of the mouths of the mixture outlet openings of the burner rod.
- guides for a gas-secondary air mixture or other gases are provided on the guides above the mixture outlet openings of the burner rod.
- an air-enriched fuel gas which, due to its high air content, is no longer ignitable, i.e. the fuel gas content is less than 4.5% by volume (for H gas).
- a pure fuel gas can also be considered as an admixture, and a fuel gas / air mixture with a fuel gas content of more than 13.4% by volume (for H gas).
- the guides can flank the mixture outlet openings of the fuel rod arranged in droves, either in the longitudinal direction of the fuel rod or by means of distributors which run transversely to the axis of the fuel rod.
- the guides can be formed by the outlet openings of mixture or gas distributors, which run laterally and parallel next to the burner rod.
- the arrangement of such distributors is essentially problem-free and requires comparatively little effort.
- tubular distributors In order to be able to determine and fix the target direction of the distributors well, it may be advantageous if these tubular distributors have a teardrop-shaped cross section and, with an outlet opening forming the drop tip, point exactly against the region located above the mixture outlet openings of the fuel rod.
- flanking distributors can also be connected to one another via connecting lines which run transversely to the axis of the fuel rod and which have outlet openings for the gas / secondary air mixture or other gas which are arranged between the mixture outlet openings of the fuel rod arranged in droves. With this arrangement of connecting lines, the last-mentioned outlet openings are brought closer to the first-mentioned outlet openings of the fuel rod.
- a closer neighborhood of both outlet openings can also be achieved in that a distributor for the gas-secondary air mixture or other gases at least partially encloses the fuel rod fed with the gas-primary air mixture, longitudinal sections in which the mixture outlet openings of the fuel rod with the gas -Primary air mixture are supplied, with longitudinal sections of the distributor, which have outlet openings for the gas-secondary air mixture or another gas, change in a constant sequence.
- a distributor for the gas-secondary air mixture or other gas can comprise a tubular fuel rod fed with the gas-primary air mixture up to the two limits of its apex region having the mixture outlet openings and outlet openings for the gas at the two tips of its crescent-shaped cross section.
- the target direction of the flanking outlet openings can be determined particularly well and reliably in this way, especially when the apex region is flattened.
- a flanking distributor with supply lines for the gas-secondary air mixture or other gases running transversely to the axis of the fuel rod can be provided only on one side of the fuel rod.
- FIG. 1 which illustrates the principle of the solution according to the invention
- a gas burner 1 the mixture outlet opening 2 of which a gas-primary air mixture is supplied via a mixture supply line 3, is arranged within a closed combustion chamber 4.
- the flame of this gas burner 1 is now additionally supplied with a gas-secondary air mixture via merely schematically indicated flanking guides 5, specifically this supply takes place in the area above the mixture outlet opening 2 and the flame root, i.e. in the diffusion area of the flame.
- a gas-secondary air mixture pure fuel gas or another gas, e.g. Flue gas can be injected into the flame area via these guides 5.
- the supply of the gas-secondary air mixture or fuel gas can be carried out in a controlled manner.
- FIGS. 2 and 3 show the type of supply of the burner flames with such a mixture or gas more specifically, namely with a tubular fuel rod 6, the wall of which Has mixture outlet openings 2 arranged on the upper side for the gas-primary air mixture and flanked by guides for the gas-secondary air mixture which are directed into the flame area.
- guides of this type are embodied by mixture distributors 7, which run parallel to the fuel rod 6 and likewise have outlet openings 8, which point obliquely into the region above the mixture outlet openings 2 of the fuel rod 6 and form the guides 5.
- FIG. 4 also shows an embodiment according to which tubular distributors 7 for the gas-secondary air mixture or fuel gas, which run parallel to the side next to the likewise tubular fuel rod 6, flank this fuel rod 6 and affect the flanks of the fuel rod 6 with their round cross sections.
- Such distributors 7 can have a circular cross-section according to FIG. 5 or also a drop-shaped cross-section according to FIG. 6, in the latter case their mouths 8 formed at the droplet tips are aimed at the area located above the mixture outlet openings 2 of the fuel rod 6.
- flanking distributors 7 are connected to one another via connecting lines 9 running transversely to the axis of the fuel rod 6, which are arranged above the empty spaces between the multitude of mixture outlet openings 2 of the fuel rod 6 and even outlet openings 8 for the Have gas-secondary air mixture or the fuel gas.
- This arrangement could also be reversed, whereby a gas-primary air mixture is guided in the distributors and the additional gas-secondary air mixture in fuel rod 6.
- FIG. 9 to 13 illustrate an embodiment according to which a tubular distributor 7 of the gas-secondary air mixture (or fuel gas) encloses the fuel rod 6 supplied with the gas-primary air mixture according to FIG. 10, with longitudinal sections 10 and 11 of these two Guides 6 and 7, in which outlet openings 2 and 8 are provided for one and the other of the different mixtures, alternate with one another according to FIG.
- the sections 11 of the distributor 7 which conduct the gas-secondary air mixture are connected to one another via its bottom region.
- the outlet openings 8 for the gas-secondary air mixture (or fuel gas) can, as shown in FIGS. 12 and 13, be directed radially or obliquely against the region located above the outlet openings 2.
- FIGS. 14 to 16 show embodiments in which a tube forming the distributor 7 for a gas-secondary air mixture has the likewise tubular fuel rod 6, which is fed with the gas-primary air mixture, up to the bilateral limits of its apex region penetrated by mixture outlet openings 2 12 includes and at the two ends of the crescent-shaped cross section, the outlet openings 8 for the gas-secondary air mixture (or fuel gas) forms or limited.
- FIG. 16 shows a modified embodiment with a flattened apex region 12 of the fuel rod 6. This flattening facilitates the inflow of the gas-secondary air mixture to the outlet openings 2 of the burner rod 6.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit zumindest einem Brennstab, dessen Wandung oberseitig von Austrittsöffnungen für ein Gas-Primärluft-Gemisch durchsetzt ist.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst schadstofffreie Verbrennung zu erzielen.
- Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß diese Aufgabe durch die gezielte Zufuhr eines zusätzlichen Gas-Sekundärluft-Gemisches oder eines Gases in den Bereich der Mündungen der Gemischaustrittsöffnungen des Brennerstabes gelöst werden kann.
- Erfindungsgemäß sind deshalb bei einem Gasbrenner der eingangs bezeichneten Gattung auf den oberhalb der Gemischaustrittsöffnungen des Brennerstabes zielende Führungen für ein Gas-Sekundärluft-Gemisch oder andere Gase, zum Beispiel zurückgeführtes Rauchgas, vorgesehen.
- Als ein den Brennerflammen zuzumischendes Gas-Sekundärluft-Gemisch ist empfehlenswerterweise ein luftangereichertes Brenngas zu verwenden, das infolge seines hohen Luftgehaltes nicht mehr zündfähig ist, also daß der Brenngasanteil kleiner 4,5 Vol.-% (für H-Gas) beträgt. Es kann aber auch ein pures Brenngas als Zumischung in Betracht gezogen werden sowie ein Brenngas/Luft-Gemisch mit einem Brenngasanteil von mehr als 13,4 Vol.-% (für H-Gas).
- Zu vermeiden ist jedenfalls, daß unverbrauchtes Sekundärgas in den Abgaszug eintritt, wodurch eine starke CxHx-Emission verursacht werden würde. Durch eine optimierte Art der Zufuhr des Gas-Sekundärluft-Gemisches oder sonstigen Gases kann die Gesamtluftzahl abgesenkt und der Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert werden. Zunächst wird durch diese Zufuhr die Flammentemperatur verringert und die NOx-Emission dadurch herabgesetzt. Ein nicht zündfähiges Gemisch aus Gas und Sekundärluft verringert nämlich den Sauerstoffgehalt dieser Sekundärluft und senkt dadurch die Flammentemperatur. Wird hingegen pures Gas zugeführt,dienen die Abgase dessen Verbrennung der Reduzierung des Sauerstoffgehaltes der Sekundärluft und es erfolgt gewissermaßen eine Stufenverbrennung.
- Für eine im Sinne der Erfindung zielführende Anordnung der Führungen des Gas-Sekundärluft-Gemisches oder puren Gases ist vor allem die Zielrichtung dieser Führungen von wesentlicher Bedeutung und es stehen diesbezüglich im Rahmen der Erfindung verschiedenerlei Möglichkeiten offen, solche Anordnungen erfolgversprechend durchzuführen, ohne Gefahr zu laufen, daß unverbranntes Sekundärgas in den Abgasabzug gelangt.
- Beispielsweise können die Führungen die scharenweise angeordneten Gemischaustrittsöffnungen des Brennstabes flankieren, sei es in Längsrichtung des Brennstabes oder sei es mittels Verteilern, die quer zur Achse des Brennstabes verlaufen.
- Mit einer solchen flankierenden Anordnung der Führungen kann sehr zuverlässig in den Bereich oberhalb der Gemischaustrittsöffnungen des Brennstabes gezielt werden.
- So können die Führungen durch die Austrittsöffnungen von Gemisch- bzw. Gas-Verteilern gebildet sein, die seitlich und parallel neben dem Brennerstab verlaufen. Die Anordnung solcher Verteiler ist im wesentlichen problemfrei und erfordert einen vergleichsweise geringen Aufwand.
- Bei Benutzung rohrförmiger Verteiler können diese mit ihren Querschnitten die Flanken des zugeordneten Brennstabes tangieren,wodurch sich der Raumbedarf der Verteiler verringert. Diese Verteiler können einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, so daß ihre Beschaffung und Bearbeitung auf keinerlei Schwierigkeiten stößt.
- Um die Zielrichtung der Verteiler gut bestimmen und fixieren zu können, ist es unter Umständen vorteilhaft, wenn diese rohrförmigen Verteiler einen tropfenförmigen Querschnitt aufweisen und mit einer die Tropfenspitze bildenden Austrittsöffnung exakt gegen den oberhalb der Gemischaustrittsöffnungen des Brennstabes gelegenen Bereich weisen.
- Man kann die flankierenden Verteiler aber auch über quer zur Achse des Brennstabes verlaufende Verbindungsleitungen miteinander verbinden, die zwischen den scharenweise angeordneten Gemischaustrittsöffnungen des Brennstabes angeordnete Austrittsöffnungen für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder andere Gas aufweisen. Mit dieser Anordnung von Verbindungsleitungen werden die letztgenannten Austrittsöffnungen den erstgenannten Austrittsöffnungen des Brennstabes näher gebracht.
- Eine nähere Nachbarschaft beiderlei Austrittsöffnungen kann auch dadurch erzielt werden, daß ein Verteiler für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder andere Gase den mit dem Gas-Primärluft-Gemisch gespeisten Brennstab zumindest teilweise umschließt, wobei Längsabschnitte, in denen die Gemischaustrittsöffnungen des Brennstabes mit dem Gas-Primärluft-Gemisch versorgt sind, mit Längsabschnitten des Verteilers, die Austrittsöffnungen für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder ein anderes Gas aufweisen, in steter Folge wechseln. Mit dieser Maßnahme erreicht man ein sehr inniges Zusammenwirken der verschiedenen Austrittsöffnungen im Sinne der Erfindung, u.zw. insbesondere dann, wenn die Austrittsöffnungen für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder andere Gase schräg gegen die oberhalb der benachbarten Austritsöffnungen für das Gas-Primärluft-Gemisch gelegenen Bereiche gerichtete Mündungen aufweisen.
- Schließlich kann ein Verteiler für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder anderes Gas einen rohrförmigen, mit dem Gas-Primärluft-Gemisch gespeisten Brennstab bis an die beiden Grenzen seines die Gemischaustrittsöffnungen aufweisenden Scheitelbereiches umfassen und an den beiden Spitzen seines sichelförmigen Querschnittes Austrittsöffnungen für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder andere Gase mit gegen den Scheitelbereich gerichteten Mündungen aufweisen. Die Zielrichtung der flankierenden Austrittsöffnungen kann auf diese Weise besonders gut und zuverlässig bestimmt werden, insbesondere dann, wenn der Scheitelbereich abgeflacht ausgebildet wird.
- Selbstverständlich ist die Erfindung in ihren Einzelheiten mannigfach abwandelbar, so kann etwa zur Vereinfachung nur an einer Seite des Brennstabes ein flankierender Verteiler mit quer zur Achse des Brennstabes verlaufenden Zuführungsleitungen für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder andere Gase vorgesehen sein.
- Verschiedene Ausführungsformen solcher Führungen sind mit weiteren Erfindungsmerkmalen in den Zeichnungen dargestellt und nachstehend an Hand dieser Zeichnungen erläutert.
- Im einzelnen zeigen
- Fig.1 das Schema eines erfindungsgemäß ausgestatteten Gasbrenners,
- Fig.2 eine praktikable Ausführungsform eines Stabbrenners in einem Querschnitt und
- Fig.3 in einer Draufsicht,
- Fig.4 eine abgewandelte Ausführungsvariante in einem schematischen Querschnitt durch die Brennstabachse,
- Fig.5 und 6 fakultative Ausführungsvarianten des Details V aus der Fig.4,
- Fig.7 eine andere Ausführungsform eines Stabbrenners in einem Schnitt nach VII-VII der
- Fig.8, die eine Draufsicht auf diesen Stabbrenner zeigt,
- Fig.9 eine Teil-Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform und
- Fig.10 den zugehörigen Querschnitt nach X-X der Fig.9, sowie
- Fig.11 einen zugehörigen Teil-Längsschnitt nach XI-XI der Fig.10. Die
- Fig. 12 und 13 zeigen Details XII bzw. XIII aus Fig.11 in größerem Maßstab und
- Fig.14 stellt eine weitere Ausführungsform dar, von der ein Detail XV in
- Fig.15 und eine Variante in
- Fig.16 dargestellt sind.
- Gemäß Fig.1, die das Prinzip der erfindungsgemäßen Lösung veranschaulicht, ist ein Gasbrenner 1, dessen Gemischaustrittsöffnung 2 ein Gas-Primärluft-Gemisch über eine Gemischzufuhrleitung 3 zugeführt wird, innerhalb eines geschlossenen Brennraumes 4 angeordnet.
- Der Flamme dieses Gasbrenners 1 wird nun zusätzlich über bloß schematisch angedeutete flankierende Führungen 5 ein Gas-Sekundärluft-Gemisch zugeführt, und zwar erfolgt diese Zufuhr gezielt in den oberhalb der Gemischaustrittsöffnung 2 und der Flammenwurzel gelegenen Bereich, also in den Diffusionsbereich der Flamme. Anstelle eines Gas-Sekundärluft-Gemisches könnte auch pures Brenngas oder ein anderes Gas, z.B. Rauchgas, über diese Führungen 5 in den Flammenbereich injiziert werden.
- Bei einem geschlossenen Brennraum 4 kann die Zufuhr des Gas-Sekundärluft-Gemisches oder Brenngases kontrolliert durchgeführt werden.
- Fig.2 und 3 zeigt die Art der Versorgung der Brennerflammen mit einem solchen Gemisch oder Gas konkreter, nämlich bei einem rohrförmigen Brennstab 6, dessen Wandung oberseitig scharenweise angeordnete Gemischaustrittsöffnugnen 2 für das Gas-Primärluft-Gemisch aufweist und der von in den Flammenbereich zielenden Führungen für das Gas-Sekundärluft-Gemisch flankiert wird. Solche Führungen sind bei diesem Ausführungsbeispiel von Gemischverteilern 7 verkörpert, die parallel zum Brennstab 6 verlaufen und gleichfalls Austrittsöffnungen 8 aufweisen, die schräg in den oberhalb der Gemischaustrittsöffnungen 2 des Brennstabes 6 gelegenen Bereich weisen und die Führungen 5 bilden.
- Fig.4 zeigt gleichfalls eine Ausführungsform, derzufolge rohrförmige, seitlich neben dem gleichfalls rohrförmigen Brennstab 6 parallel verlaufende Verteiler 7 für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder Brenngas diesen Brennstab 6 flankieren und mit ihren runden Querschnitten die Flanken des Brennstabes 6 tangieren. Solche Verteiler 7 können einen kreisförmigen Querschnitt nach Fig.5 oder auch einen tropfenförmigen Querschnitt nach Fig.6 aufweisen, in welch letzterem Fall ihre an den Tropfenspitzen gebildete Mündungen 8 gegen den oberhalb der Gemischaustrittsöffnungen 2 des Brennstabes 6 gelegenen Bereich zielen.
- Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform , bei der die flankierenden Verteiler 7 über quer zur Achse des Brennstabes 6 verlaufende Verbindungsleitungen 9 miteinander verbunden sind, die oberhalb der Leerräume zwischen den scharenweise angeordneten Gemischaustrittsöffnungen 2 des Brennstabes 6 angeordnet sind und selbst Austrittsöffnungen 8 für das Gas-Sekundärluft-Gemisch oder das Brenngas aufweisen. Diese Anordnung könnte auch umgekehrt gestaltet werden, wobei in den Verteilern ein Gas-Primärluft-Gemisch geführt wird und in Brennstab 6 das zusätzliche Gas-Sekundärluft-Gemisch.
- Fig. 9 bis 13 stellen eine Ausführungsform dar, dergemäß ein rohrförmiger Verteiler 7 des Gas-Sekundärluft-Gemisches (oder Brenngases) den mit dem Gas-Primärluft-Gemisch versorgten Brennstab 6 gemäß Fig.10 umschließt, wobei Längsabschnitte 10 bzw. 11 dieser beiden Führungen 6 bzw. 7, in denen Austrittsöffnungen 2 bzw. 8 für das eine und andere der verschiedenen Gemische vorgesehen sind, einander gemäß Fig.11 abwechseln.
- Die das Gas-Sekundärluft-Gemisch führenden Abschnitte 11 des Verteilers 7 sind über dessen Bodenbereich miteinander verbunden.
- Die Austrittsöffnungen 8 für das Gas-Sekundärluft-Gemisch (bzw. Brenngas) können, wie die Fig. 12 bzw. 13 zeigen, radial oder schräg gegen den oberhalb der Austrittsöffnungen 2 gelegenen Bereich gerichtet sein.
- Schließlich zeigen die Fig. 14 bis 16 Ausführungsformen, bei denen ein den Verteiler 7 für ein Gas-Sekundärluft-Gemisch bildendes Rohr den gleichfalls rohrförmigen, mit dem Gas-Primärluft-Gemisch gespeisten Brennstab 6 bis zu den beidseitigen Grenzen dessen von Gemischaustrittsöffnungen 2 durchsetzten Scheitelbereiches 12 umfaßt und an den beiden Enden des dadurch sichelförmigen Querschnittes die Austrittsöffnungen 8 für das Gas-Sekundärluft-Gemisch (bzw. Brenngas) bildet bzw. begrenzt.
- Die Fig. 16 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform mit einem abgeflachten Scheitelbereich 12 des Brennstabes 6. Diese Abflachung erleichtert den Zustrom des Gas-Sekundärluft-Gemisches zu den Austrittsöffnungen 2 des Brennerstabes 6.
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