EP0415008A1 - Method of combustion in gasburner - Google Patents
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- F23D2212/00—Burner material specifications
- F23D2212/20—Burner material specifications metallic
- F23D2212/201—Fibres
Definitions
- the invention relates to a gas burner for heating systems, furnaces, gas lances or the like.
- an air / gas mixture can be supplied to a flame holding layer provided with a plurality of small passages and preventing a flashback, on the side opposite the mixture supply side Form the ignition of the combustion flames.
- air / gas mixtures is also understood to mean mixtures of air and gasified or sprayed liquid fuels.
- air / gas mixtures is also understood to mean mixtures of air and gasified or sprayed liquid fuels.
- this object is achieved in that, on the flame side, in addition to the flame holding layer, a post-combustion layer which can be heated by the combustion flames and has a large number of small passages is provided.
- the afterburning layer In the afterburning layer, the high CO contents generated in the flame holding layer are oxidized to CO2 and thereby removed. The anyway low stoichiometric composition NOx levels are not affected.
- the oxidation of CO to CO2 takes place in the heated passages of the afterburning layer, the heating being carried out by the combustion flames on the flame holding layer.
- the temperature of the afterburning layer can be adjusted by setting a distance, the number and the dimension of the passages, the total area and / or the housing design so that the temperature is sufficiently high for the oxidation of the CO components, but not so high that additional NOx Shares could arise.
- the measures to achieve low pollutant levels with high efficiency are simple and can be implemented inexpensively, since only an additional afterburning layer has to be arranged after the flame holding layer.
- the post-combustion layer is arranged at a distance from the flame-holding layer, a particularly simple and reliable setting of the temperature in the post-combustion layer for the oxidation of the CO is possible.
- the combustion flames can at least partially extend into the afterburning layer.
- the afterburning layer can also lie against the flame holding layer, the small passages in the afterburning layer having a configuration which allows combustion flames therein.
- the combustion flames are thus integrated in the afterburning layer, which can also serve to increase safety.
- the flame holding layer and the afterburning layer are expediently designed as a porous layer, as a fine wire mesh, as a wire pressed body, as a sintered body or as a layer provided with fine bores.
- the formation of the porous layer as a foamed ceramic layer is particularly favorable.
- the wire mesh or the wire pressing body can be made of metal wire. consist of ceramic fibers or of glass fibers.
- the afterburning layer has coarser passages with respect to the flame holding layer, which allow combustion flames to be formed therein.
- the flame holding layer and the afterburning layer can be formed as parallel, flat layers, which represents a particularly simple and inexpensive embodiment. However, in order to increase the effective area, it is also possible to form the flame holding layer and the afterburning layer as concentric layers, in particular as circular cylindrical layers.
- the flame holding layer is advantageously preceded by a mixing chamber, which may preferably have mixing elements.
- the gas burner shown as the first exemplary embodiment in FIG. 1 consists of a mixing chamber 10 first line 11 for the supply of air (L) or another oxygen-containing gas and a second line 12 for the supply of a combustion gas (G) such as natural gas, propane, butane, hydrogen or the like. flow into.
- a combustion gas such as natural gas, propane, butane, hydrogen or the like.
- a gasified or sprayed flammable liquid can also replace a gas.
- the two lines 11, 12 open asymmetrically and essentially perpendicular to one another in the mixing chamber 10 in order to achieve thorough mixing.
- the mixing chamber 10 is connected on the output side via a narrower passage 13 to the actual burner area 14, which initially widens conically steeply from the passage 13 and then opens into a circular-cylindrical area 15.
- a circular disk-shaped flame holding layer 16 is arranged on the input side, with a likewise circular disk-shaped afterburning layer 17 being arranged at the exit parallel to the flame holding layer 16 and at a distance therefrom.
- Both layers 16, 17 must have a large number of small passages in order to allow the passage of the mixture on the inlet side and the passage of the exhaust gas on the outlet side.
- the layers are designed as porous layers, for example as foamed ceramic layers, or as fine wire mesh, as wire pressed bodies, as sintered bodies or as layers provided with fine bores.
- porous layers for example as foamed ceramic layers, or as fine wire mesh, as wire pressed bodies, as sintered bodies or as layers provided with fine bores.
- metal wire, ceramic fibers or glass fibers are used, for example.
- the gas mixture mixed in the mixing chamber 10 is preferably fed in a stoichiometric composition via the passage 13 to the burner region 14, where it passes through the flame holding layer 16 and is distributed uniformly there.
- the mixture is then ignited by a known ignition device (not shown in detail), as a result of which a large number of small flames are formed at the outlet of the flame holding layer 16 as a result of the many small passages and are distributed substantially uniformly over the flame holding layer 16.
- a known ignition device not shown in detail
- the afterburning layer 17 is designed such that the flames can also penetrate into this afterburning layer 17. Coarser passageways are generally required for this.
- the temperature of the afterburning layer 17 is chosen by adjusting the distance and other measures so that the oxidation of CO to CO2 takes place in a favorable manner, but that the temperature required for the formation of NOx is not reached.
- the already low NOx in such gas burners remains Preserve content while the CO content is further reduced. With this burner, NOx values and CO values of less than 5 ppm can be achieved with optimum efficiency.
- FIG. 2 The exemplary embodiment shown in FIG. 2 is basically the same, but there is a mixing chamber 18 as a tube narrowing when it flows into a burner area 19, air and gas being introduced from the tube inlet.
- a spiral-shaped mixing element 20 is arranged in the mixing chamber 18 for better mixing.
- this can also have other forms which are suitable for mixing.
- the burner region 19 is of circular cylindrical design, a flame holding layer 21 and a post-combustion layer 17 being arranged one above the other as concentric tubes. In between there is an air gap in which the small flames can form.
- part of the exhaust gas can be returned to the combustion process via exhaust gas guide elements 23. This takes place through openings 24 in the burner area 19, which are arranged concentrically around the junction of the mixing chamber 18.
- the post-combustion layer having to be arranged downstream of the flame-holding layer in each case.
- the flame-holding layer for example, polygonal, spherical, ellipsoidal, hemispherical or similar arrangements are also conceivable.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für Heizanlagen, Feuerungen, Gaslanzen od.dgl., bei dem ein Luft-/Gas-Gemisch einer mit einer Vielzahl kleiner Durchgänge versehenen, einen Flammenrückschlag verhindernden Flammenhalteschicht zuführbar ist, an deren der Gemisch-Zuführungsseite gegenüberliegenden Seite sich nach Zündung des Gemisches Verbrennungsflammen ausbilden.The invention relates to a gas burner for heating systems, furnaces, gas lances or the like. In which an air / gas mixture can be supplied to a flame holding layer provided with a plurality of small passages and preventing a flashback, on the side opposite the mixture supply side Form the ignition of the combustion flames.
Derartige Gasbrenner sind in den verschiedensten Ausführungen für verschiedene Anwendungsfälle bekannt, beispielsweise für die oben angeführten Anwendungsfälle. Dabei werden unter der Bezeichnung "Luft-/Gas-Gemische" auch Gemische aus Luft und vergasten oder versprühten flüssigen Brennstoffen verstanden. Bei derartigen Brennern ist es immer erstrebenswert, bei einem möglichst hohen Wirkungsgrad möglichst niedrige NOx- und CO-Werte zu erreichen. Bei den eingangs angegebenen, bekannten Gasbrennern werden zwar niedrige NOx-Werte erzielt, jedoch ist der CO-Gehalt relativ hoch. Man kann diesen CO-Gehalt zwar dadurch absenken, daß man eine größere Menge Sauerstoff zuführt, jedoch sinkt dann der Wirkungsgrad ab.Such gas burners are known in various designs for different applications, for example for the applications listed above. The term “air / gas mixtures” is also understood to mean mixtures of air and gasified or sprayed liquid fuels. With such burners, it is always desirable to achieve the lowest possible NOx and CO values with the highest possible efficiency. With the known gas burners mentioned at the beginning, low NOx values are achieved, but the CO content is relatively high. You can reduce this CO content reduce that you add a larger amount of oxygen, but then the efficiency drops.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Gasbrenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei hohem Wirkungsgrad gleichzeitig niedrige NOx- und CO-Werte aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a gas burner of the type mentioned at the outset, which at the same time has low NOx and CO values with high efficiency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Flammenseite neben der Flammenhalteschicht eine von den Verbrennungsflammen erhitzbare, eine Vielzahl kleiner Durchgänge aufweisende Nachverbrennungsschicht vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in that, on the flame side, in addition to the flame holding layer, a post-combustion layer which can be heated by the combustion flames and has a large number of small passages is provided.
In der Nachverbrennungsschicht werden die in der Flammenhalteschicht erzeugten hohen CO-Anteile zu CO₂ oxydiert und dadurch entfernt. Die bei stöchiometrischer Zusammensetzung ohnehin niedrigen NOx-Anteile werden dabei nicht beeinträchtigt. Die Oxydation von CO zu CO₂ erfolgt in den erhitzten Durchgängen der Nachverbrennungsschicht, wobei die Erhitzung durch die Verbrennungsflammen an der Flammenhalteschicht erfolgt. Die Temperatur der Nachverbrennungsschicht kann durch Einstellen eines Abstands, der Anzahl und der Abmessung der Durchgänge, der Gesamtfläche und/oder der Gehäusegestaltung so erfolgen, daß die Temperatur ausreichend hoch zur Oxydation der CO-Bestandteile ist, jedoch nicht so hoch, daß zusätzliche NOx-Anteile entstehen könnten. Die Maßnahmen zur Erzielung der niedrigen Schadstoffanteile bei hohem Wirkungsgrad sind einfach und kostengünstig realisierbar, da lediglich eine zusätzliche Nachverbrennungsschicht der Flammenhalteschicht nachgeordnet werden muß.In the afterburning layer, the high CO contents generated in the flame holding layer are oxidized to CO₂ and thereby removed. The anyway low stoichiometric composition NOx levels are not affected. The oxidation of CO to CO₂ takes place in the heated passages of the afterburning layer, the heating being carried out by the combustion flames on the flame holding layer. The temperature of the afterburning layer can be adjusted by setting a distance, the number and the dimension of the passages, the total area and / or the housing design so that the temperature is sufficiently high for the oxidation of the CO components, but not so high that additional NOx Shares could arise. The measures to achieve low pollutant levels with high efficiency are simple and can be implemented inexpensively, since only an additional afterburning layer has to be arranged after the flame holding layer.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Gasbrenners möglich.The measures listed in the subclaims allow advantageous developments and improvements of the gas burner specified in claim 1.
Ordnet man die Nachverbrennungsschicht beabstandet von der Flammenhalteschicht an, so ist eine besonders einfache und sichere Einstellung der Temperatur in der Nachverbrennungsschicht zur Oxydation des CO möglich. Die Verbrennungsflammen können dabei wenigstens teilweise in die Nachverbrennungsschicht hineinreichen. Zur kompakten Anordnung kann die Nachverbrennungsschicht jedoch auch an der Flammenhalteschicht anliegen, wobei die kleinen Durchgänge in der Nachverbrennungsschicht eine Verbrennungsflammen darin gestattende Ausbildung aufweisen. Die Verbrennungsflammen sind dadurch in der Nachverbrennungsschicht integriert, was auch zur Erhöhung der Sicherheit dienen kann.If the post-combustion layer is arranged at a distance from the flame-holding layer, a particularly simple and reliable setting of the temperature in the post-combustion layer for the oxidation of the CO is possible. The combustion flames can at least partially extend into the afterburning layer. For a compact arrangement, however, the afterburning layer can also lie against the flame holding layer, the small passages in the afterburning layer having a configuration which allows combustion flames therein. The combustion flames are thus integrated in the afterburning layer, which can also serve to increase safety.
Die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht sind zweckmäßigerweise als poröse Schicht, als feines Drahtgeflecht, als Drahtpreßkörper, als Sinterkörper oder als mit feinen Bohrungen versehene Schicht ausgebildet. Besonders günstig ist dabei die Ausbildung der porösen Schicht als geschäumte Keramikschicht. Das Drahtgeflecht oder der Drahtpreßkörper kann aus Metalldraht. aus Keramikfasern oder aus Glasfasern bestehen.The flame holding layer and the afterburning layer are expediently designed as a porous layer, as a fine wire mesh, as a wire pressed body, as a sintered body or as a layer provided with fine bores. The formation of the porous layer as a foamed ceramic layer is particularly favorable. The wire mesh or the wire pressing body can be made of metal wire. consist of ceramic fibers or of glass fibers.
Die Nachverbrennungsschicht weist bezüglich der Flammenhalteschicht gröbere Durchgänge auf, die die Ausbildung von Verbrennungsflammen darin gestatten.The afterburning layer has coarser passages with respect to the flame holding layer, which allow combustion flames to be formed therein.
Die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht können als parallele, ebene Schichten ausgebildet sein, was eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung darstellt. Es ist jedoch auch möglich, zur Erhöhung der wirksamen Fläche die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht als konzentrische Schichten auszubilden, insbesondere als kreiszylindrische Schichten.The flame holding layer and the afterburning layer can be formed as parallel, flat layers, which represents a particularly simple and inexpensive embodiment. However, in order to increase the effective area, it is also possible to form the flame holding layer and the afterburning layer as concentric layers, in particular as circular cylindrical layers.
Zur optimalen Vermischung der Gas- und Luftbestandteile ist der Flammenhalteschicht zweckmäßigerweise eine Mischkammer vorgeschaltet, die vorzugsweise Vermischungselemente aufweisen kann.For optimum mixing of the gas and air components, the flame holding layer is advantageously preceded by a mixing chamber, which may preferably have mixing elements.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gasbrenners mit ebenen, parallelen Schichten und
- Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gasbrenners mit konzentrischen, kreiszylindrischen Schichten.
- Fig. 1 shows a first embodiment of a gas burner with flat, parallel layers and
- Fig. 2 shows a second embodiment of a gas burner with concentric, circular cylindrical layers.
Der in Fig. 1 als erstes Ausführungsbeispiel dargestellte Gasbrenner besteht aus einer Mischkammer 10. in die eine erste Leitung 11 zur Zuführung von Luft (L) oder einem sonstigen sauerstoffhaltigen Gas sowie eine zweite Leitung 12 zur Zuführung eines Verbrennungsgases (G) wie Erdgas, Propan, Butan, Wasserstoff od.dgl. einmünden. Anstelle eines Gases kann auch eine vergaste oder versprühte brennbare Flüssigkeit treten. Die beiden Leitungen 11,12 münden asymmetrisch und im wesentlichen senkrecht zueinander in die Mischkammer 10 ein, um eine gute Durchmischung zu erreichen.The gas burner shown as the first exemplary embodiment in FIG. 1 consists of a
Die Mischkammer 10 ist ausgangsseitig über einen schmäleren Durchgang 13 mit dem eigentlichen Brennerbereich 14 verbunden, der sich zunächst vom Durchgang 13 aus steil konisch erweitert und dann in einen kreiszylindrischen Bereich 15 einmündet. In diesem kreiszylindrischen Bereich 15 ist eingangsseitig eine kreisscheibenförmige Flammenhalteschicht 16 angeordnet, wobei am Ausgang parallel zur Flammenhalteschicht 16 und beabstandet von dieser noch eine ebenfalls kreisscheibenförmige Nachverbrennungsschicht 17 angeordnet ist. Beide Schichten 16,17 müssen eine Vielzahl kleiner Durchgänge aufweisen, um eingangsseitig den Durchgang des Gemisches und ausgangsseitig den Durchgang des Abgases zu gestatten. Hierzu sind die Schichten als poröse Schichten, beispielsweise als geschäumte Keramikschichten, oder als feines Drahtgeflecht, als Drahtpreßkörper, als Sinterkörper oder als mit feinen Bohrungen versehene Schichten ausgebildet. Bei einer Ausführung als Drahtgeflecht oder Drahtpreßkörper werden beispielsweise Metalldraht, Keramikfasern oder Glasfasern verwendet.The
Das in der Mischkammer 10 vermischte Gasgemisch wird vorzugsweise in stöchiometrischer Zusammensetzung über den Durchgang 13 dem Brennerbereich 14 zugeleitet, wo es die Flammenhalteschicht 16 passiert und sich dort gleichmäßig verteilt. Durch eine nicht näher dargestellte, bekannte Zündeinrichtung wird das Gemisch dann entzündet, wodurch sich am Ausgang der Flammenhalteschicht 16 infolge der vielen kleinen Durchgänge eine Vielzahl von kleinen Flammen ausbildet, die im wesentlichen gleichmäßig über der Flammenhalteschicht 16 verteilt sind. Das Material und die Ausbildung der kleinen Durchgänge in der Flammenhalteschicht sind dabei so gewählt, daß in bekannter Weise ein Flammenrückschlag nicht möglich ist.The gas mixture mixed in the
Die vielen kleinen Flammen im Zwischenraum zwischen der Flammenhalteschicht 16 und der Nachverbrennungsschicht 17 erhitzen diese Nachverbrennungsschicht 17, wodurch dort eine Aufoxydation von entstehendem CO zu CO₂ stattfindet. Die Nachverbrennungsschicht 17 ist dabei so ausgebildet, daß die Flammen auch in diese Nachverbrennungsschicht 17 eindringen können. Hierzu sind im allgemeinen gröbere Durchgänge erforderlich.The many small flames in the space between the
Die Temperatur der Nachverbrennungsschicht 17 wird durch Einstellung des Abstands und sonstige Maßnahmen so gewählt, daß die Oxydation von CO zu CO₂ in günstiger Weise stattfindet, daß jedoch nicht die zur Bildung von NOx erforderliche Temperatur erreicht wird. Hierdurch bleibt der bei solchen Gasbrennern an sich schon niedrige NOx- Gehalt erhalten, während sich der CO-Gehalt weiter reduziert. Mit diesem Brenner lassen sich bei optimalem Wirkungsgrad NOx-Werte und CO-Werte von jeweils weniger als 5 ppm erreichen.The temperature of the
Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist prinzipiell gleich aufgebaut, jedoch ist dort eine Mischkammer 18 als sich bei der Einmündung in einen Brennerbereich 19 verengendes Rohr ausgebaut, wobei Luft und Gas jeweils vom Rohreingang her eingebracht werden. Zur besseren Vermischung ist ein spiralförmiges Vermischungselement 20 in der Mischkammer 18 angeordnet. Dieses kann jedoch auch andere Formen aufweisen, die zur Vermischung geeignet sind.The exemplary embodiment shown in FIG. 2 is basically the same, but there is a mixing chamber 18 as a tube narrowing when it flows into a
Der Brennerbereich 19 ist kreiszylindrisch ausgebildet, wobei eine Flammenhalteschicht 21 und eine Nachverbrennungsschicht 17 als konzentrische Rohre übereinander angeordnet sind. Dazwischen befindet sich wiederum ein Luftspalt, in dem sich die kleinen Flammen ausbilden können.The
Zur weiteren Verbesserung des Abgases und Reduzierung von Schadstoffen kann ein Teil des Abgases über Abgas-Leitelemente 23 wieder in den Verbrennungsprozeß rückgeführt werden. Dies erfolgt durch Öffnungen 24 im Brennerbereich 19, die konzentrisch um die Einmündungsstelle der Mischkammer 18 angeordnet sind.To further improve the exhaust gas and reduce pollutants, part of the exhaust gas can be returned to the combustion process via exhaust
Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht anein anderstoßend anzuordnen, um einen kompakteren Brennerbereich zu erzielen. Die kleinen Flammen bilden sich dann in der Nachverbrennungsschicht 17 aus, deren kleine Durchgänge entsprechend dimensioniert werden müssen.In both exemplary embodiments, it is possible to combine the flame holding layer and the afterburning layer to be arranged abutting to achieve a more compact burner area. The small flames then form in the
Weitere Anordnungen von Flammenhalteschichten und Nachverbrennungsschichten sind selbstverständlich ebenfalls möglich, wobei jeweils der Flammenhalteschicht ausgangsseitig die Nachverbrennungsschicht nachgeordnet sein muß. So sind beispielsweise auch mehrkantige, kugelförmige, ellipsoidförmige, halbkugelförmige oder ähnliche Anordnungen denkbar.Further arrangements of flame-holding layers and afterburning layers are of course also possible, the post-combustion layer having to be arranged downstream of the flame-holding layer in each case. For example, polygonal, spherical, ellipsoidal, hemispherical or similar arrangements are also conceivable.
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