EP0394911B1 - Feuerungsanlage - Google Patents

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Publication number
EP0394911B1
EP0394911B1 EP90107645A EP90107645A EP0394911B1 EP 0394911 B1 EP0394911 B1 EP 0394911B1 EP 90107645 A EP90107645 A EP 90107645A EP 90107645 A EP90107645 A EP 90107645A EP 0394911 B1 EP0394911 B1 EP 0394911B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
fuel
combustion
combustion installation
installation according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP90107645A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0394911A1 (de
Inventor
Thomas Dr. Sattelmayer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0394911A1 publication Critical patent/EP0394911A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0394911B1 publication Critical patent/EP0394911B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F23C7/06—Disposition of air supply not passing through burner for heating the incoming air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23C9/08—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for reducing temperature in combustion chamber, e.g. for protecting walls of combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

Definitions

  • the invention relates to a furnace according to the preamble of claim 1. It also relates to a method for operating such a furnace.
  • the fuel in combustion plants is injected into a combustion chamber via a nozzle and burned there with the supply of combustion air (see, for example, FR-A-2 370 235).
  • combustion air see, for example, FR-A-2 370 235.
  • the operation of such combustion plants is possible using a gaseous or liquid fuel.
  • a liquid fuel the weak point with regard to clean combustion in terms of NO x , CO, UHC emissions is primarily the necessary extensive atomization (gasification) of the fuel, its degree of mixing with the combustion air and combustion at the lowest possible temperatures .
  • Premix burners are known which are operated with 100% excess air, so that the flame is operated shortly before the point of extinguishing.
  • a maximum of 15% excess air is allowed in combustion plants. Accordingly, the use of such burners in atmospheric combustion plants with the permitted excess air does not result in optimal operation.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention as characterized in the claims, is based on the object of minimizing the pollutant emissions in firing systems of the type mentioned, both when operating with liquid and with gaseous fuels, and in a mixed operation.
  • the main advantage of the invention is that the excess air for the premix burner is replaced by exhaust gas. By adding recirculated exhaust gases to the combustion air, the flame temperature in the combustion chamber is affected in such a way that the combustion takes place at lower temperatures.
  • a heat-treated exhaust gas / fresh air mixture ensures that a completely vaporized fuel / combustion air mixture can be fed to the combustion.
  • This caused by the exhaust gas recirculation improvement causes the fuel vaporizing and lowering the temperature in the combustor chamber that first, the liquid fuel such as a gaseous fuel is burned, and secondly that the x for the NO formation responsible high flame temperatures can not occur more.
  • the firing system is operated with a gaseous fuel, there is already a gasified mixture, but the flame temperature is also positively influenced by the exhaust gas recirculation mentioned. In a mixed operation, all advantages come into play at the same time.
  • Another advantage of the invention lies in a preferred embodiment of the burner. Despite the simplest geometric design, there is no danger of reignition the flame from the combustion chamber into the burner is feared.
  • the furnace N consists of a burner A, which will be discussed in more detail later, which is followed by a flame tube P in the direction of flow, which in turn extends over the entire combustion chamber 11.
  • a concentric pipe Q which is part of a heat exchanger M, is located between the outer casing of the combustion system N and the flame pipe P.
  • the concentric tube Q has an end cover in the flow direction, which has one or more bypass devices. These each consist of an opening L with an associated bypass flap K.
  • a line coming from the outside leads the liquid fuel 12 to a nozzle 3 in the burner A.
  • a burner A is preceded by a regulation for creating an air / flue gas mixture H:
  • the flue gases C from the chimney and the fresh air D from the environment flow through a metering device E and F and are here in the desired ratio to a mixture H of approx 50 - 100 ° C temperature, before it is fed into the combustion system N by a fan G.
  • the blower G initially requests the mixture to a heat exchanger M integrated in the flame tube P, which is designed, for example, as a tube ribbed on both sides or in one side, in which the mixture H is heated to the desired temperature. This temperature can be brought to the desired setpoint by means of the bypass flaps K mentioned above.
  • blowers G, Heat exchanger M and burner A can be installed together in a single housing, which, like conventional burners, is flanged to boiler B.
  • the type of operation described above and the type of burner described below also make it possible to recirculate a large amount of exhaust gas C, which not only has a positive effect on the temperature of the air / exhaust gas mixture, but also has the effect that the flame temperature can be reduced as far as possible , which counteracts the formation of NO x . So there are no problems with the surface temperature of the burner.
  • the circuit described here has a number of other advantages, for example that the degree of recirculation of the exhaust gas C and the preheating temperature of the processed mixture 15 can be set easily and in a defined manner. Because the blower G does not come into contact with heating gases, the lowest possible blower output is required. In addition, normal design solutions with common materials can be provided for this. Furthermore, the present circuit proves to be advantageous in that good dynamics can be determined when the burner is started, which enables the target air temperature to be reached quickly.
  • FIG. 3-5 In order to better understand the structure of the burner A, it is advantageous if the reader simultaneously uses the individual sections according to FIG. 3-5 for FIG. Furthermore, in order not to make FIG. 2 unnecessarily confusing, the baffles 21a, 21b shown schematically in FIGS. 3-5 have only been hinted at. In the following, the rest of Fig. 3-5 is also optionally referred to in the description of Fig. 2 as required.
  • the burner A according to FIG. 2, which is a premix burner that can be used in atmospheric combustion plants, consists of two half-hollow partial cone bodies 1, 2, which are offset from one another.
  • the offset of the respective central axis 1b, 2b of the partial cone bodies 1, 2 to one another creates a tangential one on both sides in a mirror-image arrangement Air inlet slot 19, 20 free (Fig. 3-5), through which the processed mixture 15 (preheated exhaust gas / fresh air mixture) flows into the interior of the burner A, ie into the cone cavity 14.
  • the two partial cone bodies 1, 2 each have a cylindrical initial part 1a, 2a, which likewise run offset to one another analogously to the partial cone bodies 1, 2, so that the tangential air inlet slots 19, 20 are present from the beginning.
  • a nozzle 3 is accommodated in this cylindrical starting part 1a, 2a, the fuel injection 4 of which coincides with the narrowest cross section of the conical cavity 14 formed by the two partial cone bodies 1, 2.
  • the burner A can be made purely conical, that is to say without cylindrical starting parts 1a, 2a.
  • Both partial cone bodies 1, 2 optionally each have a fuel line 8, 9, which are provided with fuel nozzles 17 through which a gaseous fuel 13, to which the processed mixture 15 flowing through the tangential air inlet slots 19, 20 can be mixed.
  • the position of these fuel lines 8, 9 is shown schematically in FIGS.
  • the fuel lines 8, 9 are attached to the end of the tangential air inlet slots 19, 20, so that the admixture 16 of the gaseous fuel 14 with the inflowing prepared mixture 15 is also there takes place. Mixed operation with both types of fuel is of course possible.
  • the burner A On the combustion chamber side 22, the burner A has an end wall 10 which forms the beginning of the combustion chamber 11.
  • the liquid fuel 12 flowing through the nozzle 3 is injected into the cone cavity 14 at an acute angle such that a cone-shaped fuel spray which is as homogeneous as possible is obtained in the burner outlet plane.
  • the fuel injector 4 can be an air-assisted nozzle or a pressure atomizer.
  • the conical liquid fuel profile 5 is surrounded by a tangentially flowing rotating mixture stream 15.
  • the concentration of the liquid fuel 12 is continuously reduced by the mixed-in combustion air 15. If gaseous fuel 13 is injected 16, the mixture formation with the prepared "combustion air” 15 occurs directly at the end of the air inlet slots 19, 20.
  • the optimal, homogeneous fuel concentration over the cross section is achieved in the area of the vortex run-up, that is to say in the area of the return flow zone 6, in that the fuel droplets generated by the oil nozzle are forced onto a rotational speed component by the vortex flow receive. The centrifugal force generated thereby drives the droplets of the liquid fuel 12 radially outwards. At the same time, however, the evaporation acts.
  • the backflow zone 6, which is once geometrically fixed, is inherently position-stable, because the swirl number increases in the direction of flow in the region of the cone shape of the burner A.
  • the design of the burner A is particularly suitable, given the given length of the burner, of changing the size of the tangential air inlet slots 19, 20 by fixing the partial cone bodies 1, 2 to the wall 10, for example using a releasable connection that is not shown in the figure.
  • the distance between the two central axes 1b, 2b (FIG. 3-5) decreases or increases as a result of radial displacement of the two partial cone bodies 1, 2 to and from one another, and the gap size of the tangential air inlets 19, 20 changes accordingly, as shown in FIG Fig.
  • the partial cone bodies 1, 2 can also be displaced relative to one another in another plane, as a result of which even an overlap thereof can be controlled. Yes, it is even possible to move the partial cone bodies 1, 2 spirally into one another by means of a counter-rotating movement. It is therefore in your hand to vary the shape and size of the tangential air inlets 19, 20 as desired, with which the burner A can be individually adapted without changing its overall length.
  • the position of the guide plates 21a, 21b can also be seen from FIGS. 3-5. They have flow introduction functions, with the respective end of the partial cone body 1 depending on their length and 2 extend in the flow direction of the combustion air 15.
  • the channeling of the combustion air into the cone cavity 14 can be optimized by opening or closing the guide plates 21a, 21b about the pivot point 23, in particular this is necessary if the original gap size of the tangential air inlet slots 19, 20 is changed.
  • burner A can also be operated without baffles 21a, 21b.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Feuerungsanlage.
    • Stand der Technik
  • Bei Feuerungsanlagen wird bei üblicher Bauart der Brennstoff über eine Düse in einen Brennraum eingedüst und dort unter Zuführung von Verbrennungsluft verbrannt (siehe, zum Beispiel FR-A-2 370 235). Grundsätzlich ist der Betrieb von solchen Feuerungsanlagen durch einen gasförmigen oder flüssigen Brennstoff möglich. Beim Einsatz eines flüssigen Brennstoffs liegt die Schwachstelle hinsichtlich einer sauberen Verbrennung in Bezug auf die NOx-, CO-, UHC-Emissionen vordergründig bei der notwendigen umfassenden Zerstäubung (Vergasung) des Brennstoffes, dessen Vermischungsgrad mit der Verbrennungsluft und einer Verbrennung bei möglichst niedrigen Temperaturen.
  • Beim Einsatz eines gasförmigen Brennstoffes ist die Verbrennung mit einer wesentlichen Verminderung bezüglich Schadstoffemissionen gekennzeichnet, weil die Vergasung des Brennstoffes, im Gegensatz zum flüssigen Brennstoff, vorgegeben ist. Insbesondere bei Feuerungsanlagen für Heizkessel haben sich aber gasbetriebene Brenner nicht durchgesetzt, trotz der vielen diesbezüglichen Vorteile, welche diese bieten könnten. Der Grund mag darin liegen, dass die Beschaffung resp. Verteilungsinfrastruktur von gasförmigen Brennstoffen eine kostspielige Angelegenheit ist. Wird wie bereits vorne angeführt, ein flüssiger Brennstoff eingesetzt, so ist die Qualität der Verbennung bezüglich tiefer Schadstoffemissionen gewichtig davon abhängig, ob es gelingt, einen optimalen Vermichungsgrad des Brennstoff/Frischluft-Gemisches bereitzustellen, d.h. eine vollständige Vergasung des flüssigen Brennstoffes zu gewährleisten. Der Weg eine Vormischzone für das Brennstoff/Frischluft-Gemisch vor dem eigentlichen Brenner vorzusehen, führt nicht zum Ziel eines betriebssicheren Brenners, denn es besteht hier die immanente Gefahr, dass eine Rückzündung von der Verbrennungszone in die Vormischzone die Brennerelemente beschädigen könnte.
  • Es sind Vormischbrenner bekannt geworden, die mit 100 % Luftüberschuss betrieben werden, so dass die Flamme kurz vor dem Punkt des Löschens betrieben wird. Indessen ist bei Feuerungsanlagen wegen des Kesselwirkungsgrades höchstens eine Überschussluft von 15 % erlaubt. Demnach, der Einsatz solcher Brenner in atmosphärischen Feuerungsanlagen mit dem erlaubten Luftüberschuss ergibt keinen optimalen Betrieb.
  • Selbst wenn der Vergasungsgrad des flüssigen Brennstoffs weitgehend erreicht würde, wäre auf die hohen Flammentemperaturen noch nicht eingewirkt, welche bekanntlich für die NOx-Bildung verantwortlich sind. Die angestrebte Verbrennung bei niedrigen Temperaturen sowie die homogene Vermischung des Öldampfes mit Luft können somit mit den bekannten Vormischbrenner nicht gewährleistet werden.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei Feuerungsanlagen der eingangs genannten Art die Schadstoffemissionen zu minimieren, dies sowohl bei einem Betrieb mit flüssigen als auch mit gasförmigen Brennstoffen, sowie bei einem Mischbetrieb.
    Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Überschussluft für den Vormischbrenner durch Abgas ersetzt wird. Durch Zufügung von rückgeführten Abgasen zur Verbrennungsluft wird auf die Flammentemperatur im Brennraum eingegriffen, dergestalt, dass die Verbrennung bei niedrigeren Temperaturen abläuft. Beim Betrieb mit einem flüssigen Brennstoff sorgt ein wärmemässig aufbereitetes Abgas/Frischluft-Gemisch dafür, dass ein vollständig verdampftes Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch der Verbrennung zugeführt werden kann. Diese durch die Abgasrückführung bedingte Verbesserung der Brennstoffverdampfung und Absenkung der Temperatur im Brenneraum bewirkt, dass erstens der flüssige Brennstoff wie ein gasförmiger Brennstoff verbrannt wird, und zweitens dass die für die NOx-Bildung verantwortlichen hohen Flammentemperaturen nicht mehr auftreten können.
  • Wird demgegenüber die Feuerungsanlage mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben, so liegt zwar bereits ein vergastes Gemisch vor, die Flammentemperatur erfährt aber auch hier, durch die genannte Abgasrückführung eine positive Beeinflussung. Bei einem Mischbetrieb kommen alle Vorteile gleichzeitig zum Tragen.
  • Die Verbesserung bezüglich Sschadstoffemissionen einer, allgemein gesprochen, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Feuerungsanlagen weist also nicht bloss wenige Prozentpunkte auf, sondern allein die NOx-Emissionen werden dergestalt minimiert, dass im Optimalfall vielleicht nur noch 10 % dessen gemessen wird, was die gesetzlichen Grenzwerte tolerieren. Somit ist eine ganz neue Qualitätsstufe auf diesem Weg erreicht worden.
  • Wie gesetzlich verlangt, wird durch eine Rückführung von gekühlten Abgasen einen optimalen betrieb in atmosphärischen Feuerungsanlagen bei nahstöchiometrischer Fahrweise ermöglicht.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in einer bevorzugten Ausgestaltung des Brenners begründet. Trotz einfachster geometrischer Ausgestaltung muss hier keine Gefahr eines Rückzündens der Flamme aus dem Brennraum in den Brenner befürchtet werden. Die wohlbekannten Probleme bei der Einsetzung von Drallerzeugern im Gemischstrom, so jene, die durch Abbrenen von Belägen mit Zerstörung der Drallschaufeln entstehen können, treten hier somit nicht auf. Die Verbesserung bezüglich Schadstoffemissionen bei zulässiger Betreibungsart ist gegeben.
  • Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Im folgenden wird anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständdnis der Erfindung erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strömungsrichtungen der verschiedenen Medien sind mit pfeilen angegeben.In den verschiedenen Figuren sind jeweils gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Es zeigt:
    • Fig.1
    eine Feuerungsanlage mit einem Brenner, einer Schaltung zur Abgasrückführung und Vermischung mit Luft sowie einer Temperaturbehandlung der Verbrennungsluft, alles in schematischer Darstellung,
    Fig. 2
    einen Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, für den Betrieb einer Feuerungsanlage nach Fig. 1, in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten und
    Fig.3,4,5
    entsprechende Schnitte durch die Ebenen III-III (Fig. 3), IV-IV (Fig. 4) und V-V (Fig. 5), wobei diese Schnitte nur eine schematische, vereinfachte Darstellung des Brenners nach Fig.2 sind.
  • Fig.1 zeigt eine Feuerungsanlage in schematischer Darstellung. Die Feuerungsanlage N besteht aus einem Brenner A, auf den später noch näher eingegangen wird, dem sich in Strömungsrichtung ein Flammrohr P anschliesst, das seinerseits sich über den ganzen Brennraum 11 erstreckt. Abströmungsseitig des Flammrohres P befindet sich der Kessel B der Feuerungsanlage. Zwischen der Aussenummantelung der Feuerungsanlage N und dem Flammrohr P befindet sich ein konzentrisches Rohr Q, das Bestandteil eines Wärmeübertragers M ist. Das konzentrische Rohr Q weist in Anströmungsrichtung einen Abschlussdeckel auf, der eine oder mehrere Bypasseinrichtungen aufweist. Diese bestehen aus jeweils einer Öffnung L mit einer dazugehörigen Bypassklappe K. Eine von aussen kommende Leitung führt den flüssigen Brennstoff 12 einer Düse 3 im Brenner A zu. Dem Brenner A ist eine Regelung zur Erstellung eines Luft/Abgas-Gemisches H vorgeschaltet: Die herangeführten Abgase C aus dem Kamin und die Frischluft D aus der Umgebung durchströmen je eine Dosiereinrichtung E und F und werden hier im gewünschten Verhältnis zu einem Gemisch H von ca. 50 - 100°C Temperatur, geformt, bevor dieses über ein Gebläse G in die Feuerungsanlage N gefördert wird. Das Gebläse G fordert das Gemisch vorerst zu einem in das Flammrohr P integrierten Wärmeübertrager M, der beispielsweise als beidseitig oder einseitig verripptes Rohr ausgebildet ist, in welchem die Aufheizung des Gemisches H auf die Solltemperatur stattfindet. Diese Temperatur kann mit Hilfe der bereits erwähnten Bypassklappen K, durch entsprechende Zuschaltung auf den erwünschten Sollwert gebracht werden. Das nun aufbereitete Frischluft/Abgas-Gemisch 15, mit vorzugsweise einer Temperatur von ca. 400°C, durchströmt den Brenner A (siehe hierzu Fig.2) und wird mit dem flüssigen Brennstoff 12 aud Düse 3 gemischt, der auftrund der Temperatur des Gemisches 15 nun leicht und schnell verdampft. Am Austritt des Brenners A setzt dann die Verbrennung ein (vgl. Beschreibung aus Fig.2). Ein Teil der freigesetzten Wärme wird nun über den Wärmeübertrager M auf das Gemisch H übertragen, bevor das Abgas in den Kessel B und dann in den Kamin gelangt. Bei dieser Konzeption können Gebläse G, Wärmeübertrager M und Brenner A zusammen in ein einziges Gehäuse eingebaut werden, das, analog zu den konventionellen Brennern, an den Kessel B angeflanscht wird. Die oben beschriebene Betreibungsart und die unten beschriebene Brennerart ermöglichen des weiteren, eine grosse menge Abgas C rezirkulieren zu lassen, welches sich nicht nur positiv auf die Temperatur des Luft/Abgas-Gemisches auswirkt, sondern auch bewirkt, dass die Flammentemperatur möglichst weit abgesenkt werden kann, was der Bildung von NOx entgegenwirkt. So entstehen keine Probleme mit der Oberflächentemperatur des Brenners. Die hier beschriebene Schaltung weist eine Reihe anderer Vorteile auf, so beispielsweise, dass der Rezirkulationsgrad des Abgases C und die Vorheiztemperatur des aufbereiteten Gemisches 15 einfach und definiert einstellbar sind. Dadurch, dass das Gebläse G nicht mit Heizgasen in Kontakt kommt, ist eine geringstmögliche Gebläseleistung vonnöten, darüber hinaus können hierfür normale konstruktive Lösungen mit gängigen Materialen vorgesehen werden. Des weiteren erweist sich vorliegende Schaltung insofern als vorteilhaft, als eine gute Dynamik beim Brennerstart festzustellen ist, die ein schnelles Erreichen der Sollufttemperatur möglich macht.
  • Um den Aufbau des Brenners A besser zu verstehen, ist es von Vorteil, wenn der Leser gleichzeitig zu Fig.2 die einzelnen Schnitte nach Fig.3-5 heranzieht. Des weiteren, um Fig.2 nicht unnötig unübersichtlich zu gestalten, sind in ihr die nach Fig.3-5 schematisch gezeigten Leitbleche 21a, 21b nur andeutungsweise aufgenommen worden. Im folgenden werden auch bei der Beschreibung von Fig.2 wahlweise, nach Bedarf, auf die restlichen Fig.3-5 hingewiesen.
  • Der Brenner A gemäss Fig.2, der ein Vormischbrenner ist, der bei atmosphärischen Feuerungsanlagen einsetzbar ist, besteht aus zwei halben hohlen Teilkegelkörpern 1, 2, die vesetzt zueinander aufeinander liegen. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse 1b, 2b der Teilkegelkörper 1, 2 zueinander schafft auf beiden Seiten in spiegelbildlicher Anordnung jeweils einen tangentialen Lufteintrittsschlitz 19, 20 frei, (Fig.3-5), durch welche das aufbereitete Gemisch 15 (vorerwärmtes Abgas/Frischluft-Gemisch) in den Innenraum des Brenners A, d.h. in den Kegelhohlraum 14 strömt. Die beiden Teilkegelkörper 1, 2 haben je einen zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a, die ebenfalls analog den Teilkegelkörpern 1, 2 versetzt zueinander verlaufen, so dass die tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 vom Anfang an vorhanden sind. In diesem zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a ist eine Düse 3 untergebracht, deren Brennstoffeindüsung 4 mit dem engsten Querschnitt des durch die zwei Teilkegelkörper 1, 2 gebildeten kegeligen Hohlraumes 14 zusammenfällt. Selbstverständlich kann der Brenner A rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangsteile 1a, 2a, ausgeführt sein. Beide Teilkegelkörper 1, 2 weisen wahlweise je eine Brennstoffleitung 8,9 auf, die mit Brennstoffdüsen 17 versehen sind, durch welche ein gasförmiger Brennstoff 13, dem das durch die tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 strömende aufbereitete Gemisch 15 zugemischt werden kann. Die Lage dieser Brennstoffleitungen 8, 9 geht schematisch aus Fig. 3-5 hervor: Die Brennstoffleitungen 8, 9 sind am Ende der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 angebracht, so dass dort auch die Zumischung 16 des gasförmigen Brennstoffes 14 mit dem einströmenden aufbereiteten Gemisch 15 stattfindet. Selbstverständlich ist ein Mischbetrieb mit beiden Brennstoffarten möglich. Brennraumseitig 22 weist der Brenner A eine stirnförmige Wand 10 auf, die den Anfang des Brennraumes 11 bildet. Der durch die Düse 3 strömende flüssige Brennstoff 12 wird in einem spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 14 eingedüst, dergestalt, dass sich in der Brenneraustrittsebene ein möglichst homogener kegeliger Brennstoffspray einstellt. Bei der Brennstoffeindüsung 4 kann es sich um eine luftunterstütze Düse oder um einen Druckzerstäuber handeln. Das kegelige Flüssigbrennstoffprofil 5 wird von einem tangential einströmenden rotierenden Gemischstromes 15 umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des Flüssigbrennstoffes 12 fortlaufend durch die eingemischte Verbrennungsluft 15 abgebaut. Wird gasförmiger Brennstoff 13 eingedüst 16, geschieht die Gemischbildung mit der aufbereiteten "Verbrennungsluft" 15 direkt am Ende der Lufteintrittsschlitze 19, 20. Bei der Eindüsung von flüssigem Brennstoff 12 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 6, die optimale, homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt dadurch erreicht, dass die durch die Öldüse erzeugten Brennstofftröpfchen von der Wirbelströmung eine Drehgeschwindigkeitskomponente aufgezwungen erhalten. Die dadurch erzeugte Fliehkraft treibt die Tröpfchen des flüssigen Brennstoffes 12 radial nach aussen Gleichzeitig wirkt aber die Verdampfung. Das Zusammenspiel von Fliehkraft und Verdampfung führt im Auslegungsfall dazu, dass die Innenwände der Teilkegelkörper 1,2 nicht benetzt werden, und dass im Bereich der Rückströmzone 6 ein sehr gleichförmiges Brennstoff/Luft-Gemisch zustande kommt. Die Zündung erfolgt an der Spitze der Rückströmzone 6. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront 7 entstehen.Ein Rückschlag der Flamme ins Innere des Brenners A, wie dies bei bekannten Vormischstrecken stets zu befürchten ist, wogegen dort mit komplizierten Flammenhaltern Abhilfe gesucht wird, hätte hier keine fatalen Folgen. Ist das aufbereitete Gemisch 15 vorgeheizt wie dies im vorliegenden Beispiel der Fall ist, so stellt sich, wie unter der Beschreibung von Fig.1 erläutert ist, eine beschleunigte ganzheitliche Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 12 ein, bevor der Punkt am Ausgang des Brenners A erreicht ist, an dem die Zündung des Gemisches stattfinden kann. Der Grad der Verdampfung ist selbstverständlich von der Grösse des Brenners A, der Tropfengrössenverteilung und der Temperatur des aufbereiteten Gemisches 15 abhängig. Unabhängig aber davon, ob neben der homogenen Tropfenvormischung durch ein Gemisch 15 niedrige Temperatur oder zusätzlich nur eine partielle oder die vollständige Tropfenverdampfung durch ein vorgeheiztes aufbereitetes Gemisch 15 erreicht wird, fallen die Stickoxid- und Kohlenmonoxidemissionen niedrig aus, wenn der Luftüberschuss mindestens 60 % beträgt oder der Luftüberschuss durch Abgas ersetzt wird, womit hier eine zusätzliche Vorkehrung zur Minimierung der NOx-Emissionen zur Verfügung steht. Im Falle einer vollständigen Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 12 vor dem Eintritt in die Verbrennungszone (Brennraum 11) sind die Schadstoffemissionswerte am niedrigsten. Gleiches gilt auch für den nahstöchiometrischen Betrieb, wenn die Überschussluft durch rezirkulierendes Abgas C ersetzt wird. Bei der Gestaltung der Teilkörper 1, 2 hinsichtlich Kegelneigung und der breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 sind enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Luft mit ihrer Rückströmzone 6 im Bereich der Brennermündung zur Flammenstabilisierung einstellt. Allgemein ist zu sagen, dass eine Verkleinerung der Lufteintrittsschlitze 19, 20 die Rückströmzone 6 weiter stromaufwärts verschiebt, wodurch dann allerdings das Gemisch früher zur Zündung käme. Immerhin ist hier zu sagen, dass die einmal geometrisch fixierte Rückströmzone 6 an sich positionsstabil ist, denn die Drallzahl nimmt in Strömungsrichtung im Bereich der Kegelform des Brenners A zu. Die Konstruktion des Brenners A eignet sich vorzüglich, bei vorgegebener Baulänge des Brenners, die Grösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 zu verändern, indem die Teilkegelkörper 1, 2 beispielsweise anhand einer in der Figur nicht ersichtlichen lösbaren Verbindung mit der Wand 10 fixiert sind. Durch radiale Verschiebung der beiden Teilkegelkörper 1, 2 zu-oder auseinander verkleinert bzw. vergrössert sich der Abstand der beiden Mittelachsen 1b, 2b (Fig.3-5), und dementsprechend verändert sich die Spaltgrösse der tangentialen Lufteintritte 19, 20, wie dies aus Fig.3-5 besonders gut nachvollziehbar ist. Selbstverständlich sind die Teilkegelkörper 1, 2 auch in einer anderen Ebene zueinander verschiebbar, wodurch sogar eine Überlappung derselben angesteuert werden kann. Ja, es ist sogar möglich, die Teilkegelkörper 1, 2 durch eine gegenläufige drehende Bewegung spiralartig ineinander zu verschieben. Somit hat man es in der Hand, die Form und die Grösse der tangentialen Lufteintritte 19, 20 beliebig zu variieren, womit der Brenner A ohne Veränderung seiner Baulänge individuell angepasst werden kann.
  • Aus Fig.3 - 5 geht auch die Lage der Leitbleche 21a, 21b hervor. Sie haben Strömungseinleitungsfunktionen, wobei sie, entsprechend ihrer Länge, das jeweilige Ende der Teilkegelkörper 1 und 2 in Anströmungsrichtung der Verbrennungsluft 15 verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft in den Kegelhohlraum 14 kann durch Öffnung bzw. Schliessung der Leitbleche 21a, 21b um den Drehpunkt 23 optimiert werden, insbesondere ist dies dann vonnöten, wenn die ursprüngliche Spaltgrösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 verändert wird. Selbstverständlich kann der Brenner A auch ohne Leitbleche 21a, 21b betrieben werden.
    • BEZEICHNUNGSLISTE
    • A
    Brenner
    B
    Kessel
    C
    Abgase vom Kamin
    D
    Frischluftzufuhr
    E
    Dosiereinrichtung
    F
    Dosiereinrichtung
    G
    Gebläse
    H
    Abgas/Luft-Gemisch
    K
    Bypassklappe
    L
    Öffnung
    M
    Wärmeübertrager
    N
    Feuerungsanlage
    P
    Flammrohr
    Q
    Konzentrisches Rohr
    1
    Teilkegelkörper
    1a
    Zylindrischer Anfangsteil
    1b
    Mittelachse des Teilkegelkörpers 1
    2
    Teilkegelkörper
    2a
    Zylindrischer Anfangsteil
    2b
    Mittelachse des Teilkegelkörpers 2
    3
    Düse
    4
    Brennstoffeindüsung
    5
    Brennstoffeindüsungsprofil
    6
    Rückströmzone (Vortex Breakdown)
    7
    Flammenfront
    8
    Leitung für gasförmigen Brennstoff
    9
    Leitung für gasförmigen Brennstoff
    10
    Wand
    11
    Brennraum
    12
    Flüssiger Brennstoff
    13
    Gasförmiger Brennstoff
    14
    Kegelhohlraum
    15
    aufbereitetes Gemisch (= "Verbrennungsluft")
    16
    Eindüsung resp. Zumischung des gasförmigen Brennstoffes
    17
    Öffnungen
    19
    Tangentialer Lufteintrittsschlitz
    20
    Tangentialer Lufteintrittsschlitz
    21a
    Leitbleche
    21b
    Leitbleche
    23
    Drehpunkt

Claims (9)

  1. Feuerungsanlage, im wesentlichen bestehend aus einem Brenner, einer dem Brenner vorgeschalteten Misch/Fördereinrichtung für Frischluft und Abgas, wobei dem Brenner ein in die Feuerungsanlage integrierter Wärmeübertrager für die Aufbereitung des Frischluft/Abgas-Gemisches nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (A) aus mindestens zwei aufeinander positionierten hohlen Teilkegelkörper (1, 2) mit einem in Strömungsrichtung zunehmenden Strömungsquerschnitt besteht, dass die Längsachsen (1b, 2b) der Teilkegelkörper (1, 2) zueinander versetzt verlaufen, dergestalt, dass tangentiale Eintrittsschlitze (19, 20) für das Frischluft/Abgas-Gemisch (15) zum Innenraum (14) des durch die Teilkegelkörper (1, 2) gebildeten Brenners (A) entstehen, dass im kegelhohlförmigen Innenraum (14) am Brennerkopf mindestens eine Brennstoffdüse (3) plaziert ist, deren Brennstoffeindüsung (4) zwischen den zueinander versetzten Längsachsen (1b, 2b) der Teilkegelkörper (1, 2) liegt.
  2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüse (3) mit einem flüssigen Brennstoff betreibbar ist.
  3. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der tangentialen Eintrittsschlitze (19, 20) weitere Brennstoffdüsen (17) vorhanden sind.
  4. Feuerungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Brennstoffdüsen (17) ein gasförmiger Brennstoff zuführbar ist.
  5. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkegelkörper (1, 2) zu- oder voneinander verschiebbar sind.
  6. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüse (3) eine luftunterstützte Düse ist.
  7. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüse (3) ein Druckzerstäuber ist.
  8. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkegelkörper (1, 2) anströmungsseitig mit beweglichen Leitblechen (21a, 21b) versehen sind.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Abgase (C) rückgeführt wird, dass diese Abgase (C) mit Frischluft (D) vermischt werden, dass das Abgas/Frischluft-Gemisch (H) in einem Wärmeübertrager (M) erwärmt wird, dass der Wärmeübertrager (M) seine Wärme aus einem dem Brenner (A) nachgeschalteten Brennraum (11) bezieht.
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