EP0348646A2 - Brenner - Google Patents
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
- F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
Definitions
- the invention relates to a burner for burning gaseous and / or liquid fuels in a combustion chamber with the features of the preamble of claim 1.
- Such a burner is used for the NO x combustion of fuels.
- a known burner (DE-OS 33 27 597)
- the suppression of the formation of nitrogen oxides is achieved in that the combustion air is given in stages and that the combustion air produces an injector effect, through which largely burnt-out smoke gases are drawn in from the combustion chamber.
- These flue gases are fed to the beginning of the flame between the primary air and the secondary air supply. Since the known burner is used to heat large combustion chambers, the air guide tube and the flue gas return duct are laid in the burner channel located outside the combustion chamber to protect against the heat load from the combustion chamber.
- the invention has for its object to design the generic burner in such a way that an effective suppression of nitrogen oxide formation is achieved when used in confined combustion rooms.
- the guide screen of the burner according to the invention effects a flow guidance of the expanding combustion air / flue gas mixture and a deflection of the flame towards the center of the combustion chamber. This prevents the flame from striking back into the suction area, so that only burned-out flue gas enters the suction area. Because some of the gas lances protrude into the back suction area, the injector effect causing the back suction is increased on the one hand by the escaping gas flow. On the other hand, it is achieved that the fuel gas is diluted and thus quasi reduced in calorific value, which also contributes to a reduction in nitrogen oxide formation.
- the cone shape of the paraglider creates a slim flame. This constriction of the flame is further reinforced by kinking the inner edge of the guide screen.
- the flame tube 1 is surrounded by a water jacket 2 and closed by an end wall 3.
- a burner is flanged to the end wall 3 and comprises an air guide tube 4 and burner lances which protrude through the end wall 3 into the combustion chamber 5 delimited by the flame tube 1.
- the air guide tube 4 serves for the supply of primary air and is surrounded by a secondary air supply, which is formed by connecting pipes 6 (FIG. 1) or nozzle pipes 7 (FIGS. 2, 3).
- the air guide tube 4 and the secondary air supply are connected to a supply pipe 8 which is flanged to the end wall 3 on the side facing away from the combustion chamber 5.
- This feed pipe 8 has a first section 9, which is connected to an air line 10.
- the diameter of this first section 9 is somewhat larger than the diameter of the air guide tube 4.
- the first section 9 is followed by a second section 11 of enlarged cross section, the diameter of which is larger than the pitch circle on which the Supply of secondary air connecting pipes 6 and nozzle pipes 7 are arranged.
- the burner lances consist of an oil lance 12 and gas lances 13, 14.
- the oil lance 12 is preferably designed as a return atomizer with an oil inlet 15 and an oil return 16 and is arranged centrally within the air guide tube 4.
- the oil lance 12 is surrounded by an impeller 17 which, like the outlet opening of the oil lance 12, is arranged inside the air guide tube 4.
- the gas lances 13, 14 are arranged partly inside the air pipe 4 around the oil lance 12 and partly on a pitch circle outside the air pipe 4.
- the gas lances 13, 14 are connected to a collecting channel 18, which is fed via a gas line 19.
- the collecting duct 18 surrounds the first section 9 of the feed pipe 8 and adjoins the second section 11 as an extension. This results in a space-saving design outside the flame tube boiler.
- the number and cross-section of the gas lances 13, 14 is chosen so that the larger proportion, e.g. 80% of the supplied fuel gas is supplied to the outer gas lances 14 surrounding the air guide tube 4.
- the air duct 4 is surrounded by a baffle 20 within the combustion chamber 5.
- the guide screen 20 is arranged at an axial distance from the end wall 3 of the combustion chamber 5 and is supported on the air guide tube 4.
- the baffle 20 tapers conically in the direction of the longitudinal axis of the combustion chamber 5, its smallest diameter being larger than the diameter of the air guide tube 4.
- the front edge 21 of the baffle 20 is bent toward the longitudinal axis of the combustion chamber 5.
- the guide screen 20 projects in the direction of the combustion chamber 5 beyond the outlet opening of the air guide tube 4.
- the oil lance 12 is arranged such that the fuel cone 22 leaving the outlet opening of the oil lance 12 does not just hit the guide screen 20.
- the baffle 20 is made of a heat-resistant metallic or ceramic material. 1, the baffle 20 is double-walled formed and has a cavity 23 open on one side towards the combustion chamber 5. The cavity 23 is enlarged towards the end wall 3 to form a collecting space 24 and closed by a bottom 25. The cavity 23 is connected by the connecting pipes 6 to the enlarged portion 11 of the feed pipe 8, so that secondary air flows through it. The secondary air also serves to cool the guide screen 20 and then enters the combustion chamber 5 in the direction of flow behind the primary air as combustion air.
- the conical shape of the guide screen 20 deflects the flame in the direction of the longitudinal axis of the combustion chamber 5.
- the primary air flowing through the air guide tube 4 and the guide screen 20 generates an injector effect within the guide screen 20, by means of which burned-out flue gas is sucked out of the combustion chamber 5.
- the flue gas through the annular space 27 serving as a flue gas return duct between the air guide tube 4 and the guide screen 20 the beginning of the flame between the primary air task (through the air guide pipe 4) and the secondary air task (through the cavity 23) fed.
- the outer gas lances 14 protrude into the annular space 27.
- the fuel gas emerging from the gas lances 14 mixes with the recirculated flue gas, as a result of which the specific calorific value is reduced, which favors the suppression of nitrogen oxide formation.
- the injector effect is increased, which effect can be influenced by axially adjusting the gas lances 14.
- the burners shown in FIGS. 2 and 3 differ from the burner according to FIG. 1 in that the outer, preferably axially adjustable gas lances 14 protrude into the combustion chamber 5 only by an amount which is less than the axial distance of the guide screen 20 from the end wall 3. Furthermore, the secondary air supply is formed by the nozzle tubes 7, the outlet openings of which are less far in the combustion chamber 5 than the outlet openings of the outer gas lances 14. The diameter of the partial circles on which the nozzle tubes 7 and the outer gas lances 14 are arranged is larger than the diameter of the air guide tube 4 and smaller than the largest diameter of the guide screen 20th
- the guide screen 20 is provided with a cavity 28 which is open on both sides.
- the inlet cross section of this cavity 28 lies in the extension of the axes of the nozzle tubes 7 and the outer gas lances 14.
- the guide screen 20 consists of a simple sheet metal jacket, the interior enclosed by this sheet metal jacket in the extension of the axes of the nozzle tubes 7 and the outer gas lances 14.
- the sheet metal jacket of the guide screen 20 is cooled by being blown with secondary air.
- the operation of the guide screens 20 shown in FIGS. 2 and 3 is the same as that of the guide screen 20 of the burner according to FIG. 1.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen in einem Feuerraum mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
- Ein solcher Brenner dient der NOx-armen Verbrennung von Brennstoffen. Bei einem bekannten Brenner (DE-OS 33 27 597) wird die Unterdrückung der Bildung von Stickoxiden dadurch erreicht, daß die Verbrennungsluft gestuft aufgegeben wird und daß durch die Verbrennungsluft eine Injektorwirkung erzeugt wird, durch die weitgehend ausgebrannte Rauchgase aus dem Feuerraum angesaugt werden. Diese Rauchgase werden dem Flammenanfang zwischen der Primärluft- und der Sekundärluftaufgabe zugeführt. Da der bekannte Brenner der Beheizung von großen Feuerräumen dient, sind zum Schutz gegen die Wärmebelastung aus dem Feuerraum das Luftleitrohr und der Rauchgasrückführkanal in die sich außerhalb des Feuerraumes befindliche Brennerkehle verlegt.
- In engen Feuerräumen, wie sie durch das Flammrohr eines durch einen Brenner beheizten Flammrohrkessels gebildet sind, zeigen die den Brenner verlassenden Medienströme eine Kolbenströmung. Aus einer solchen Strömung lösen sich Teilströmungen ab, die noch nicht vollständig ausgebranntes Rauchgas enthalten. Es würde daher bei einem Einsatz eines gemäß der DE-OS 33 27 597 gestalteten Brenners für Flammrohrkessel dem Flammenanfang nicht vollständig ausgebranntes Rauchgas zugeführt. Auf diese Weise würde die angestrebte Wirkung einer weitgehenden Unterdrückung der Stickoxidbildung nicht vollständig erreicht.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Brenner derart zu gestalten, daß bei einem Einsatz in beengten Feuerräumen eine wirksame Unterdrückung der Stickoxidbildung erreicht wird.
- Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Brenner erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Der Leitschirm des erfindungsgemäßen Brenners bewirkt eine Strömungsführung des expandierenden Verbrennungsluft-Rauchgas-Gemisches und eine Ablenkung der Flamme zur Mitte des Feuerraumes. Dadurch wird verhindert, daß die Flamme in den Rücksaugebereich zurückschlägt, so daß in den Rücksaugebereich nur ausgebranntes Rauchgas hineintritt. Dadurch, daß ein Teil der Gaslanzen in den Rücksaugebereich hineinragt, wird einerseits durch den austretenden Gasstrom die die Rücksaugung bewirkende Injektorwirkung erhöht. Andererseits wird erreicht, daß das Brenngas verdünnt und damit quasi im Heizwert verringert wird, was ebenfalls zu einer Verminderung der Stickoxidbildung beiträgt. Die Kegelform des Leitschirms erzeugt eine schlanke Flamme. Diese Einschnürung der Flamme wird durch ein Abknicken der innenliegenden Kante des Leitschirmes weiter verstärkt.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.
- Die Figuren 1 bis 3 zeigen im Querschnitt einen Brenner in verschiedenen Ausführungsformen.
- Von einem Flammrohrkessel ist nur der brennerseitige Teil des Flammrohres 1 dargestellt. Das Flammrohr 1 ist von einem Wassermantel 2 umgeben und durch eine Stirnwand 3 geschlossen. An die Stirnwand 3 ist ein Brenner angeflanscht, der ein Luftleitrohr 4 und Brennerlanzen umfaßt, die durch die Stirnwand 3 in den von dem Flammrohr 1 umgrenzten Feuerraum 5 hineinragen.
- Das Luftleitrohr 4 dient der Zuführung von Primärluft und ist von einer Sekundärluftzuführung umgeben, die durch Verbindungsrohre 6 (Fig. 1) oder Düsenrohre 7 (Fig. 2, 3) gebildet ist. Das Luftleitrohr 4 und die Sekundärluftzuführung sind an ein Zuführungsrohr 8 angeschlossen, das auf der dem Feuerraum 5 abgewandten Seite an die Stirnwand 3 angeflanscht ist. Dieses Zuführungsrohr 8 weist einen ersten Abschnitt 9 auf, der mit einer Luftleitung 10 verbunden ist. Der Durchmesser dieses ersten Abschnittes 9 ist etwas größer als der Durchmesser des Luftleitrohres 4. Zur Stirnwand 3 hin schließt sich an den ersten Abschnitt 9 ein zweiter Abschnitt 11 von vergrößertem Querschnitt an, dessen Durchmesser größer ist als der Teilkreis, auf dem die der Zuführung von Sekundärluft dienenden Verbindungsrohre 6 und Düsenrohre 7 angeordnet sind.
- Die Brennerlanzen bestehen aus einer öllanze 12 und aus Gaslanzen 13, 14. Die öllanze 12 ist vorzugsweise als Rücklaufzerstäuber mit einem ölzulauf 15 und einem ölrücklauf 16 ausgebildet und zentral innerhalb des Luftleitrohres 4 angeordnet. Die öllanze 12 ist von einem Impeller 17 umgeben, der ebenso wie die Austrittsöffnung der öllanze 12 innerhalb des Luftleitrohres 4 angeordnet ist.
- Die Gaslanzen 13, 14 sind zu einem Teil innerhalb des Luftleitrohres 4 rings um die öllanze 12 und zum anderen Teil auf einem Teilkreis außerhalb des Luftleitrohres 4 angeordnet. Die Gaslanzen 13, 14 sind an einen Sammelkanal 18 angeschlossen, der über eine Gasleitung 19 gespeist wird. Der Sammelkanal 18 umgibt den ersten Abschnitt 9 des Zuführungsrohres 8 und schließt sich als Verlängerung an dessen zweiten Abschnitt 11 an. Auf diese Weise ergibt sich eine raumsparende Gestaltung außerhalb des Flammrohrkessels. Die Anzahl und der Querschnitt der Gaslanzen 13, 14 ist so gewählt, daß der größere Anteil, z.B. 80 %, des zugeführten Brenngases den äußeren, das Luftleitrohr 4 umgebenden Gaslanzen 14 zugeführt wird.
- Das Luftleitrohr 4 ist innerhalb des Feuerraumes 5 von einem Leitschirm 20 umgeben. Der Leitschirm 20 ist in einem axialen Abstand von der Stirnwand 3 des Feuerraumes 5 angeordnet und auf dem Luftleitrohr 4 abgestützt. Der Leitschirm 20 läuft in Richtung auf die Längsachse des Feuerraumes 5 konisch zu, wobei sein geringster Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Luftleitrohres 4. Die vordere Kante 21 des Leitschirmes 20 ist zur Längsachse des Feuerraumes 5 hin abgeknickt. Der Leitschirm 20 ragt in Richtung auf den Feuerraum 5 über die Austrittsöffnung des Luftleitrohres 4 hinaus. Dabei ist die öllanze 12 so angeordnet, daß der die Austrittsöffnung der öllanze 12 verlassende Brennstoffkegel 22 gerade nicht auf den Leitschirm 20 trifft.
- Der Leitschirm 20 ist aus einem warmfesten metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt. Nach Fig. 1 ist der Leitschirm 20 doppelwandig ausgebildet und weist einen einseitig zum Feuerraum 5 hin offenen Hohlraum 23 auf. Der Hohlraum 23 ist zur Stirnwand 3 hin zur Bildung eines Sammelraumes 24 vergrößert und durch einen Boden 25 geschlossen. Der Hohlraum 23 ist durch die Verbindungsrohre 6 mit dem vergrößerten Abschnitt 11 des Zuführungsrohres 8 verbunden, so daß er von Sekundärluft durchströmt ist. Die Sekundärluft dient zusätzlich der Kühlung des Leitschirmes 20 und tritt anschließend in Strömungsrichtung hinter der Primärluft als Verbrennungsluft in den Feuerraum 5 ein.
- Die konische Form des Leitschirmes 20 bewirkt eine Ablenkung der Flamme in Richtung auf die Längsachse des Feuerraumes 5. Die durch das Luftleitrohr 4 und den Leitschirm 20 strömende Primärluft erzeugt innerhalb des Leitschirmes 20 eine Injektorwirkung, durch die ausgebranntes Rauchgas aus dem Feuerraum 5 angesaugt wird. Wie durch die Pfeile 26 in Fig. 1 angedeutet ist, wird das Rauchgas durch den als Rauchgasrückführkanal dienenden Ringraum 27 zwischen dem Luftleitrohr 4 und dem Leitschirm 20 dem Flammenanfang zwischen der Primärluftaufgabe (durch das Luftleitrohr 4) und der Sekundärluftaufgabe (durch den Hohlraum 23) zugeführt. In den Ringraum 27 ragen die äußeren Gaslanzen 14 hinein. Das aus den Gaslanzen 14 austretende Brenngas vermischt sich mit dem rückgeführten Rauchgas, wodurch der spezifische Heizwert vermindert wird, was die Unterdrückung der Stickoxidbildung begünstigt. Gleichzeitig wird die Injektorwirkung verstärkt, wobei diese Wirkung durch ein axiales Verstellen der Gaslanzen 14 beeinflußt werden kann.
- Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Brenner unterscheiden sich von dem Brenner gemäß Fig. 1 dadurch, daß die äußeren, vorzugsweise axial verstellbaren Gaslanzen 14 nur um einen Betrag in den Feuerraum 5 hineinragen, der geringer ist als der axiale Abstand des Leitschirmes 20 von der Stirnwand 3. Weiterhin ist die Sekundärluftzuführung durch die Düsenrohre 7 gebildet, deren Austrittsöffnungen weniger weit im Feuerraum 5 liegen als die Austrittsöffnungen der äußeren Gaslanzen 14. Der Durchmesser der Teilkreise, auf denen die Düsenrohre 7 und die äußeren Gaslanzen 14 angeordnet sind, ist größer als der Durchmesser des Luftleitrohres 4 und kleiner als der größte Durchmesser des Leitschirmes 20.
- Gemäß Fig. 2 ist der Leitschirm 20 mit einem beidseitig offenen Hohlraum 28 versehen. Dabei liegt der Eintrittsquerschnitt dieses Hohlraumes 28 in der Verlängerung der Achsen der Düsenrohre 7 und der äußeren Gaslanzen 14. Gemäß Fig. 3 besteht der Leitschirm 20 aus einem einfachen Blechmantel, wobei der von diesem Blechmantel umschlossene Innenraum in der Verlängerung der Achsen der Düsenrohre 7 und der äußeren Gaslanzen 14 liegt. Bei dieser Ausführungsform wird der Blechmantel des Leitschirmes 20 durch ein Anblasen mit Sekundärluft gekühlt. Die Wirkungsweise der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Leitschirme 20 ist die gleiche wie die des Leitschirmes 20 des Brenners gemäß Fig. 1.
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