EP0386732A2 - Verbrennungseinrichtung für einen Zweistoffbrenner - Google Patents

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EP0386732A2 EP90104351A EP90104351A EP0386732A2 EP 0386732 A2 EP0386732 A2 EP 0386732A2 EP 90104351 A EP90104351 A EP 90104351A EP 90104351 A EP90104351 A EP 90104351A EP 0386732 A2 EP0386732 A2 EP 0386732A2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a combustion device for a dual-fuel burner, which device comprises a supply duct for compressed combustion air, a nozzle plate with nozzles for dividing the combustion air flow into a plurality of partial air flows, a centrally arranged fuel supply device for liquid and / or gaseous fuels, the fuel supply device having an oil supply lance has an atomizer nozzle attached to the end face thereof and a gas feed lance arranged coaxially to the oil feed lance with a gas guide chamber arranged on the front, and having a flame tube arranged at a distance in front of the nozzle plate.
  • Burners for liquid and / or gaseous fuels with a central fuel supply and an annular space for supplying the combustion air are known.
  • the invention is based on the object of developing the known burners in such a way that good flame stability is ensured during their operation and the NO x content in the flue gas is considerably reduced.
  • the advantages of the present invention are essentially to be seen in the fact that the device does not have any fixed installations for holding the flame and the flame root lies clearly within the flame tube and that the pressure loss can be kept low without these fittings and therefore the amount of flue gas recirculation increases. As a result, the O2 partial pressure in the flue gas / air mixture is reduced, which results in a lower flame temperature and little NO X in the flue gas.
  • a pipe is arranged at a distance in front of the nozzle plate, so that a second opening for the flue gas recirculation is formed.
  • the tube encloses the second nozzles of the inner tube ring and the gas routing chamber and protrudes beyond the mouths of the second nozzle and the front of the gas guide chamber and into the flame tube.
  • the main advantages of this are that the flame can be stabilized during the start phase, that contamination caused by oil residues in the vacuum area of the flame tube can be prevented and that separate partial streams formed from recirculated flue gas and combustion air can be generated.
  • FIG. 1 shows only part of a preferred embodiment of a combustion device which is designed as an assembly and is mounted in a boiler 1.
  • the combustion device has a tubular feed channel 2 for pressurized combustion air, a nozzle plate 3, which closes off the feed channel 2, a fuel feed device 4, which is arranged centrally through the feed channel 2 and is led out of the nozzle plate 3 and in Flame tube 5, which is arranged at a distance in front of the nozzle plate 3, so that a first opening 6 is formed for the flue gas recirculation.
  • a pipe 7 is provided downstream of the nozzle plate 3, which is arranged at a distance in front of the nozzle plate 3, so that a second opening 8 is formed for the flue gas recirculation.
  • the nozzle plate 3 is provided with first and second nozzles 9, 10, which are arranged in an outer and inner nozzle ring 11, 12 (FIG. 2).
  • the nozzles 9, 10 are tubular. They have different clear widths and can be of different lengths.
  • first and second nozzles 9, 10 advantageously have a certain length / diameter ratio, e.g. in the range from 3: 1 to 5: 1.
  • the nozzles 9 of the outer nozzle ring 11 are arranged inclined outwards with respect to the axis of the feed channel 2, while the nozzles 10 of the inner nozzle ring 12 are arranged parallel to the axis of the feed channel 2.
  • the centrally arranged fuel supply device 4 contains an oil supply lance 14 known per se with an atomizing nozzle 15 and a gas supply lance 16 which is designed as a double jacket tube and has a gas guide chamber 17 on the front.
  • the oil supply lance 14 is arranged within the gas supply lance 16 such that the mouth of the atomizing nozzle 15 is approximately flush with the end face of the gas guide chamber 17.
  • the gas guide chamber 17 is cylindrical and has a plurality of gas outlet holes 18 which are formed lying on a circular line in the outer jacket.
  • the assignment of the first and second nozzles 9, 10 to one another and the gas outlet holes 18 to the nozzles represents an essential condition for the function of the device.
  • the second nozzles 10 of the inner nozzle ring 11 is arranged in a gap with respect to the first nozzles 9 of the outer nozzle ring 11 and the gas outlet holes 18 are in turn arranged in a gap with respect to the second nozzles 10 of the inner nozzle ring 12.
  • the gas discharge holes 18 are arranged at a distance from the front surface of the nozzle plate 3 so that the mouth thereof is set back with respect to the plane determined by the mouths of the second nozzles 10.
  • the gas outlet holes 18 are set back by the dimension of their diameter. It is pointed out that the total outlet holes 18 can also be arranged offset with respect to the plane mentioned.
  • the tube 7 is designed such that it surrounds the second nozzles 10 and the gas guide chamber 17 and protrudes beyond the mouths of the second nozzles 10 and the end face of the gas guide chamber 17 into the flame tube 5.
  • the recirculating flue gas is divided into two flue gas streams and the combustion air into two air streams through the tube 7, so that two separate streams of a mixture of flue gas and combustion air flow into the flame tube 5.
  • the mixture flowing out of the tube 7 contains the gas.
  • the flame tube 5 and the tube 7 are adjustably mounted with respect to the nozzle plate 3. Holders, not shown, are provided for this purpose. Using this holder, the recirculated flue gas amount for the flame tube 5 and the tube 7 can be set so that different amounts of gas flow into the opening 6 or 8, as shown for example by the arrows I and II in FIG.
  • the openings 6 and 8 can also be adapted to the type of fuel. In the exemplary embodiment described, it is advantageous if opening 6 is reduced to 60-80% of the cross section for oil operation for gas operation.
  • the nozzles can also be designed as in Figures 3 and 4, i.e. have a conical shape with an enlarged or narrowed mouth opening.
  • the first and second nozzles 9, 10 can also have a corrugated outer surface, as shown in FIGS. 5 and 6.
  • FIGS. 5 and 6 show embodiments of the flame tube, the shapes of which, as already mentioned, can also be used with the nozzles 9 and 10.

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Abstract

Die Einrichtung hat einen Luftzuführkanal (2), der von einer Düsenplatte (3) mit ersten und zweiten Düsen (9,10) abgeschlossen ist, eine Brennstoffzuführeinrichtung (4), die durch den Zuführkanal (2) geführt ist, ein Flammrohr (5), das im Abstand vor der Düsenplatte (3) angeordnet ist, so dass eine Rauchgasrezirkulationsöffnung (6) gebildet wird, deren Querschnitt verstellbar ist und ein Rohr (7), das im Abstand vor der Düsenplatte (3) angeordnet ist und die zweiten Düsen (10) des inneren Düsenkranzes (12) und den Mündungsbereich der Brennstoffzuführeinrichtung (4) umschliesst. Durch diese Anordnung strömen separate, aus rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft gebildete Teilströme in das Flammrohr (5), wodurch eine Flammenstabilisierung erreicht wird. Dadurch können Einbauten für eine Flammenhalterung entfallen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ver­brennungseinrichtung für einen Zweistoffbrenner, welche Einrichtung einen Zuführkanal für komprimierte Verbren­nungsluft, eine Düsenplatte mit Düsen zur Aufteilung des Verbrennungsluftstromes in eine Mehrzahl von Teilluft­strömen, eine zentral angeordnete Brennstoffzuführein­richtung für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, wobei die Brennstoffzuführeinrichtung eine Oelzuführungs­lanze mit einer stirnseitig daran befestigten Zerstäuber­düse und eine koaxial zur Oelzuführungslanze angeordnete Gaszuführungslanze mit einer frontseitig angeordneten Gas­führungskammer hat, und eine im Abstand vor der Düsen­platte angeordnetes Flammrohr aufweist.
  • Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brenn­stoffe, mit einer zentralen Brennstoffzufuhr und einen Ringraum zum Zuführen der Verbrennungsluft sind bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die be­kannten Brenner so weiterzubilden, dass bei dessen Be­trieb eine gute Flammenstabilität gewährleistet ist und der NOX-Gehalt im Rauchgas erheblich verringert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kenn­zeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die Einrichtung ohne feste Einbauten zur Flammenhalterung auskommt und die Flammwurzel eindeutig innerhalb des Flammrohres liegt und dass ohne diese Einbauten der Druckverlust niedrig ge­halten werden kann und deshalb die Rauchgasrezirkulations­menge grösser wird. In der Folge wird dadurch der O₂-Par­tialdruck im Rauchgas/Luftgemisch herabgesetzt, was eine niedrigere Flammentemperatur und wenig NOX im Rauchgas zur Folge hat.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Rohr im Abstand vor der Düsenplatte angeordnet, so dass eine zweite Oeffnung für die Rauchgasrezirkulation ge­bildet wird. Das Rohr umschliesst die zweiten Düsen des inneren Rohrkranzes und die Gasführungskammer
    und ragt über die Mündungen der zweiten Düsen und die Stirnseite der Gasführungskammer hinaus und in das Flammrohr hinein.
  • Die sich daraus ergebenden Vorteile sind zur Hauptsache darin zu sehen, dass die Flamme während der Startphase stabilisiert werden kann, dass eine durch Oel­rückstände im Unterdruckbereich des Flammrohres verur­sachte Verschmutzung verhindert werden kann und dass separate aus rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft gebildete Teilströme erzeugt werden können.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der bei­liegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen schematisch dargestellten Schnitt eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer erfindungs­gemässen Verbrennungseinrichtung,
    • Figur 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles "A" in Figur 1,
    • Figur 3 einen Schnitt durch eine andere Ausfüh­rungsform einer Verbrennungsluftdüse,
    • Figur 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausfüh­rungsform einer Verbrennungsluftdüse,
    • Figur 5 einen Querschnitt einer anderen Ausfüh­rungsform des Flammrohres, und
    • Figur 6 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh­ rungsform des Flammrohres.
  • Die Figur 1 zeigt nur einen Teil einer bevorzug­ten Ausführungsform einer Verbrennungseinrichtung, die als Baugruppe ausgebildet ist und in einem Kessel 1 mon­tiert ist.
  • Wie die Figur 1 zeigt, hat die Verbrennungsein­richtung einen rohrförmigen Zuführkanal 2 für unter Druck stehende Verbrennungsluft, eine Düsenplatte 3, die den Zuführkanal 2 abschliesst, eine Brennstoffzuführeinrichtung 4, die zentral angeordnet durch den Zuführkanal 2 geführt und aus der Düsenplatte 3 herausgeführt ist und ein Flamm­rohr 5, das im Abstand vor der Düsenplatte 3 angeordnet ist, so dass eine erste Oeffnung 6 für die Rauchgasrezir­kulation gebildet wird.
  • Ferner ist stromab der Düsenplatte 3 ein Rohr 7 vorgesehen, das im Abstand vor der Düsenplatte 3 angeord­net ist, so dass eine zweite Oeffnung 8 für die Rauchgas­rezirkulation gebildet wird.
  • Die Düsenplatte 3 ist mit ersten und zweiten Dü­sen 9,10 versehen, die in einem äusseren und inneren Dü­senkranz 11,12 angeordnet sind (Figur 2). Die Düsen 9,10 sind rohrförmig ausgebildet. Sie haben unterschiedliche lichte Weite und können unterschiedlich lang sein.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die ersten und zweiten Düsen 9,10 mit Vorteil ein bestimmtes Länge/durch­messerverhältnis haben, z.B. im Bereich von 3:1 bis 5:1. Die Düsen 9 des äusseren Düsenkranzes 11 sind bezüglich der Achse des Zuführkanals 2 nach aussen geneigt angeord­net, während die Düsen 10 des inneren Düsenkranzes 12 pa­rallel zur Achse des Zuführkanals 2 angeordnet sind.
  • Die zentral angeordnete Brennstoffzuführungsein­richtung 4 enthält eine an sich bekannte Oelzuführungs­lanze 14 mit einer Zerstäüberdüse 15 und eine Gaszufüh­rungslanze 16, die als Doppelmantelrohr ausgebildet ist und frontseitig eine Gasführungskammer 17 hat. Die Oel­zuführungslanze 14 ist innerhalb der Gaszuführungslanze 16 so angeordnet, dass die Mündung der Zerstäuberdüse 15 etwa bündig mit der Stirnseite der Gasführungskammer 17 ist.
  • Die Gasführungskammer 17 ist zylinderförmig und weist eine Mehrzahl von Gasaustrittslöchern 18 auf, die auf einer Kreislinie liegend im äusseren Mantel ausgebil­det sind.
  • Bei der hier in Rede stehenden Erfindung stellt die Zuordnung der ersten und zweiten Düsen 9,10 unterein­ander sowie der Gasaustrittslöcher 18 zu den Düsen eine wesentliche Bedingung für die Funktion der Einrichtung dar. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die zweiten Düsen 10 des inneren Düsenkranzes 11 auf Lücke bezüglich den ersten Düsen 9 des äusseren Düsenkranzes 11 angeordnet und die Gasaustrittslöcher 18 sind ihrerseits auf Lücke bezüglich den zweiten Düsen 10 des inneren Düsen­kranzes 12 angeordnet. Andererseits sind die Gasaustritts­löcher 18 in einem Abstand von der Frontfläche der Düsen­platte 3 so angeordnet, dass deren Mündung bezüglich der Ebene zurückversetzt sind, die durch die Mündungen der zweiten Düsen 10 bestimmt wird. Beim erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel sind die Gasaustrittslöcher 18 um das Mass ihres Durchmessers zurückversetzt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Gesamtaustrittslöcher 18 bezüglich der genannten Ebene auch vorversetzt angeordnet sein kön­nen.
  • Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Rohr 7 so ausgebildet, dass es die zweiten Düsen 10 und die Gasführungskammer 17 umschliesst und über die Mün­dungen der zweiten Düsen 10 und die Stirnseite der Gas­führungskammer 17 hinaus in das Flammrohr 5 hineinragt.
  • Wie insbesondere Figur 1 zeigt, werden durch das Rohr 7 das rezirkulierende Rauchgas in zwei Rauchgasströ­me und die Verbrennungsluft in zwei Luftströme unterteilt, so dass zwei voneinander getrennte Ströme eines Gemisches aus Rauchgas und Verbrennungsluft in das Flammrohr 5 ein­strömen. Bei einem Gasbrenner enthält das aus dem Rohr 7 ausströmende Gemisch das Gas. Das Flammrohr 5 und das Rohr 7 sind bezüglich der Düsenplatte 3 verstellbar mon­tiert. Hierzu sind nicht dargestellte Halter vorgesehen. Mittels dieser Halter kann die rezirkulierte Rauchgas­ menge für ds Flammrohr 5 und das Rohr 7 eingestellt wer­den, so dass unterschiedliche Gasmengen in die Oeffnung 6 bzw. 8 einströmen, wie dies beispielsweise durch die Pfeile I und II in Figur 1 dargestellt ist. Ausserdem kann man die Oeffnungen 6 bzw. 8 auch an die Brennstoffart an­passen. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, wenn man für den Gasbetrieb die Oeffnung 6 auf 60-80% des Querschnittes für Oelbetrieb verringert.
  • Neben der vorstehend beschriebenen Form können die Düsen auch wie in den Figuren 3 und 4 ausgebildet sein, d.h. eine konische Form mit einer erweiterten oder verengten Mündungsöffnung haben. Die ersten und zweiten Düsen 9,10 können neben der glatten Mantelfläche auch eine gewellte Mantelfläche aufweisen, wie dies in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen Ausführungsformen des Flammrohres, deren Formen wie bereits erwähnt auch bei den Düsen 9 und 10 anwendbar ist.

Claims (14)

1. Verbrennungseinrichtung für gasförmige und/­oder flüssige Brennstoffe, welche Einrichtung einen Zu­führkanal für komprimierte Verbrennungsluft, eine Düsen­platte zur Aufteilung des Verbrennungsluftstromes in eine Mehrzahl von Teilluftströmen, eine zentral angeordnete Brennstoffzuführeinrichtung eine Oelzuführungslanze mit einer stirnseitig daran befestigten Zerstäuberdüse und/­oder eine koaxial zur Oelzuführungslanze angeordnete Gas­zuführungslanze mit einer frontseitig angeordneten und Gasaustrittsöffnungen aufweisenden Gasführungskammer hat, und ein Flammrohr aufweist, das im Abstand von der Düsen­platte angeordnet ist, so dass eine Oeffnung für die Rauchgasrezirkulation gebildet wird, dadurch gekennzeich­net, dass erste und zweite Düsen 9,10 in einem äusseren und inneren Düsenkranz (11,12) hervorstehend an der Dü­senplatte (3) so angeordnet sind, dass die zweiten Düsen (10) des inneren Düsenkranzes auf Lücke zu den ersten Düsen (9) des äusseren Düsenkranzes liegen, dass die er­sten und zweiten Düsen (9,10) des äusseren und inneren Düsenkranzes (11,12) unterschiedliche Innendurchmesser haben und dass die Brennstoffzuführungseinrichtung (4) zentrisch in der Düsenplatte (3) angeordnet ist, derart, dass das ausgebrachte Brennstoffmedium in den Bereich des Aussströmkegels der ersten und zweiten Düsen (9,10) ein­geführt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass ein Rohr (7) im Abstand vor der Düsenplat­te (3) angeordnet ist, so dass eine zweite Oeffnung (8) für die Rauchgasrezirkulation gebildet wird und dass das Rohr (7) die zweiten Düsen (10) des inneren Düsen­kranzes (12) und die Gasführungskammer (17) umschliesst und die Mündungen der zweiten Düsen (10) und die Stirnseite der Gasführungskammer (17) überragt, so dass zwei aus rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft bestehende Teilströme erzeugt werden.
3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Düsen (9) einen grösseren Innendurchmesser haben als die zweiten Düsen (10).
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Düsen (9) geneigt in der Düsenplatte (3) angeordnet sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der ersten Dü­sen (9) und die Mündungen der zweiten Düsen (10) bezüglich der Düsenplatte (3) den gleichen oder unterschiedlichen Abstand haben.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Düsen (9) und/­oder die zweiten Düsen (10) mit Mitteln versehen sind, um der einströmenden Verbrennungsluft einen Drall zu erteilen.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9,10) konisch mit einer erweiterten oder verengten Mündungsöffnung ausge­bildet sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführeinrich­tung (4) verschiebbar bezüglich der Düsenplatte (3) an­geordnet ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüse (15) einen Kegelschichtwinkel β hat, der grösser ist als 90°.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Gasaus­trittslöcher (18) auf Lücke zu den zweiten Düsen (10) so angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung des Gases und der Luft quer oder parallel zueinander gerichtet sind.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungskammer (17) zylindrisch ist und dass die Gasaustrittslöcher (18) auf Lücke zu den zweiten Düsen des inneren Düsenkranzes (12) in radialer Richtung in der Gasführungskammer (17) ausgebildet sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Mündung des Gasaustrittsloches (18) in einem Bereich einer Ebene liegend angeordnet sind, die durch die Mündung der zweiten Düsen (10) des inneren Düsenkranzes (12) bestimmt ist.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (5) und das Rohr (7) bezüglich der Düsenplatte (3) verstellbar sind, um durch Aenderung der Querschnitte der Oeffnungen (6,8) die Teilströme einzustellen.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Oeffnung (6) zwischen Düsenplatte (3) und Flammrohr (5) für flüssi­ge und gasförmige Brennstoffe gleich oder unterschiedlich gross ist.
EP90104351A 1989-03-10 1990-03-07 Verbrennungseinrichtung für einen Zweistoffbrenner Expired - Lifetime EP0386732B1 (de)

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EP0386732A3 EP0386732A3 (de) 1991-05-15
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