EP0386732B1 - Verbrennungseinrichtung für einen Zweistoffbrenner - Google Patents

Verbrennungseinrichtung für einen Zweistoffbrenner Download PDF

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EP0386732B1
EP0386732B1 EP90104351A EP90104351A EP0386732B1 EP 0386732 B1 EP0386732 B1 EP 0386732B1 EP 90104351 A EP90104351 A EP 90104351A EP 90104351 A EP90104351 A EP 90104351A EP 0386732 B1 EP0386732 B1 EP 0386732B1
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23D—BURNERS
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    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a combustion device according to the preamble of claim 1.
  • a combustion device according to the preamble of claim 1.
  • Such a device thus serves for a two-fuel burner, i.e. it can run on two different fuels, either a gas or a liquid fuel.
  • Such a device according to the preamble of claim 1 is known from EP-A-0 139 085.
  • the entire combustion air flows through a guide tube which connects to an air guide tube.
  • the fuel gas or liquid
  • the combustible mixture then enters a flame tube.
  • the invention is based on the object of developing this known device in such a way that good flame stability is ensured during its operation and the NO x content in the flue gas is considerably reduced.
  • the combustion air is now divided into a plurality of partial air streams on a nozzle plate and, furthermore, the guide tube no longer connects to the air guide tube, but stands at a distance from it.
  • a number of the partial air flows will now be in the Guide tube directed and the rest of the partial air flows into the flame tube, so that two radially lying flue gas flows result in their circulation.
  • the advantages of the present invention can be seen essentially in the fact that the device does not have any fixed installations for holding the flame and that the flame root is clearly within the flame tube and that the pressure loss can be kept low without these installations and therefore the flue gas recirculation quantity increases.
  • 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.
  • the flame can be stabilized during the starting phase and contamination caused by oil residues in the vacuum area of the flame tube can be prevented.
  • a combustion device is known from WO-A-8 607 434 which only works with liquid fuel.
  • a guide tube that connects directly to a nozzle plate for the combustion air without any space. This direct connection of the guide tube to the nozzle plate means that no additional flue gas flow can circulate between the nozzle plate and the guide tube.
  • 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 a known oil supply lance 14 with an atomizing nozzle 15 and a gas supply lance 16, which is designed as a double-walled 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 atomizer 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 12 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 in relation to the plane mentioned.
  • the nozzles 9, 10 can also be designed as in FIGS. 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 5, the shapes of which, as already mentioned, can also be used with the nozzles 9 and 10.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbrennungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Einrichtung dient somit für einen Zweistoffbrenner, d.h. er kann mit zwei verschiedenen Brennstoffen betrieben werden, nämlich entweder mit einem Gas oder mit einem flüssigen Brennstoff. Eine solche Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist durch die EP-A-0 139 085 bekannt.
  • Bei dieser bekannten Einrichtung strömt die gesamte Verbrennungsluft durch ein Führungsrohr, das an ein Luftleitrohr anschliesst. Innerhalb des Führungsrohres wird der Brennstoff (Gas oder Flüssigkeit) eingespritzt. Das brennbare Gemisch tritt dann in ein Flammrohr ein. Es sind dann noch weitere Führungsrohre vorhanden, so dass mit diesen und dem Flammrohr Kanäle für eine Rauchgaszirkulation gebildet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diese bekannte Einrichtung so weiterzubilden, dass bei deren 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.
  • Gemäss der Erfindung wird also nunmehr die Verbrennungsluft an einer Düsenplatte in eine Vielzahl von Teilluftströmen aufgeteilt und weiterhin schliesst das Führungsrohr nicht mehr am Luftleitrohr an, sondern steht im Abstand davor. Eine Anzahl der Teilluftströme wird nunmehr in das Führungsrohr geleitet und der Rest der Teilluftströme strömt in das Flammrohr, so dass sich zwei radial zueinanderliegende Rauchgasströme bei deren Zirkulation ergeben.
  • 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. Weiterhin kann die Flamme während der Startphase stabilisiert werden und es kann eine durch Oelrückstände im Unterdruckbereich des Flammrohres verursachte Verschmutzung verhindert werden.
  • Durch die WO-A-8 607 434 ist eine Verbrennungseinrichtung bekannt, die nur mit flüssigem Brennstoff arbeitet. Auch hier ist ein Führungsrohr vorhanden, das ohne Zwischenraum, also direkt an eine Düsenplatte für die Verbrennungsluft anschliesst. Durch diesen direkten Anschluss des Führungsrohres an die Düsenplatte kann zwischen Düsenplatte und Führungsrohr kein zusätzlicher Rauchgasstrom zirkulieren.
  • 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 Ausführungsform 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 Verhältnis von Länge/Durchmesser 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 Zerstäuberdüse 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 12 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 Rauchgasmenge für das 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 9,10 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 5, deren Formen wie bereits erwähnt, auch bei den Düsen 9 und 10 anwendbar ist.

Claims (12)

  1. Verbrennungseinrichtung für gasförmige und flüssige Brennstoffe, welche Einrichtung einen Zuführkanal (2) für komprimierte Verbrennungsluft, eine zentral angeordnete Oelzuführungslanze (14) mit einer stirnseitigen Zerstäuberdüse (15) und eine koaxial zur Oelzuführungslanze (14) angeordnete Gaszuführungslanze (16) mit Gasaustrittsöffnungen (18) sowie ein Flammrohr (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsenplatte (3) zur Aufteilung des Verbrennungsluftstromes in eine Vielzahl von Teilluftströmen (9, 10) vorhanden ist, dass das Flammrohr (5) im Abstand von der Düsenplatte (3) angeordnet ist, so dass eine Oeffnung (6) für eine Rauchgaszirkulation gebildet wird, 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 (12) auf Lücke zu den ersten Düsen (9) des äusseren Düsenkranzes (11) liegen, dass die ersten und zweiten Düsen (9, 10) des äusseren und inneren Düsenkranzes (11, 12) unterschiedliche Innendurchmesser haben und dass die Oelzuführungslanze (14) sowie die Gaszuführungslanze (16) zentrisch in der Düsenplatte (3) angeordnet sind, derart, dass die das Brennstoffmedium ausbringenden Mündungen (18, 15) vor der Düsenplatte (3) liegen.
  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 Gasführungslanze (16) mit ihren Gasaustrittsöffnungen (18) umschliesst und die Mündungen der zweiten Düsen (10) und die Stirnseite der Gasführungslanze (16) nach vorn überragt, so dass zwei aus rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft bestehende Teilströme (I, II) 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 ersten Düsen (9) und/oder die zweiten Düsen (10) mit Mitteln versehen sind, um der einströmenden Verbrennungsluft einen Drall zu erteilen.
  6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Düsen (9, 10) konisch mit einer erweiterten oder verengten Mündungsöffnung ausgebildet sind (Fig. 3, 4).
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oelzuführungslanze (14) und die Gaszuführungslanze (16) verschiebbar bezüglich der Düsenplatte (3) angeordnet sind.
  8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüse (15) einen Kegelwinkel hat, der grösser ist als 90°.
  9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Gasaustrittslöcher (18) auf Lücke zu den zweiten Düsen (10) angeordnet sind.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittslöcher (18) in radialer Richtung von der Gaszuführungslanze (16) wegführen.
  11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Gasaustrittslöcher (18) und die Mündungen der zweiten Düsen (10) des inneren Düsenkranzes (12) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
  12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 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 (I, II) einzustellen.
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CH904/89A CH678100A5 (de) 1989-03-10 1989-03-10
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EP0386732A2 EP0386732A2 (de) 1990-09-12
EP0386732A3 EP0386732A3 (de) 1991-05-15
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