EP0434599A1 - Vormischgasbrenner - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
- F23D14/04—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner
- F23D14/10—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with elongated tubular burner head
- F23D14/105—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with elongated tubular burner head with injector axis parallel to the burner head axis
Definitions
- the present invention relates to a premix gas burner for a fuel-heated heat source provided with a combustion chamber, having at least one burner tube, a mixing tube and a gas nozzle which injects gas into the mixing tube while drawing primary air, and with a blower in the supply air or exhaust gas duct, wherein the combustion chamber has a secondary air inlet which can be closed by a flap and is connected to a control device which opens the flap when the engine is at a standstill.
- Such a premix gas burner for a fuel-heated heat source is general state of the art; the fan is provided either in the exhaust duct or in the supply air path.
- the object of the present invention is to be able to operate a premix gas burner without problems even if the blower fails.
- the object of the invention is that the gas nozzle is followed by a mixing nozzle which forms the outlet of a mixing chamber leading to the mixing tube, to which the supply air line provided with the blower is connected.
- This configuration makes it possible to compensate for the lack of air that actually arises by increasing the supply of secondary air via the adjustable secondary air flap if the blower fails.
- the burner can be operated as a purely primary air burner with complete air premixing with the fan intact, while the burner can be operated with both primary air and secondary air if the fan fails with only slightly poorer efficiency, but with higher nitrogen oxide formation.
- a premix gas burner 1 is arranged within a combustion chamber 2 of a fuel-heated heat source, such as a boiler.
- the premix gas burner has at least one burner tube 3, which is connected to a mixing tube 4, which begins in an injector 5.
- flames 7 form above mixture outlet openings, which pass through a heat exchanger 8 which is connected to a return line 9 and a flow line 10, which are part of a heating system, not shown, which is provided with a circulation pump.
- the combustion chamber 2 is closed downstream of the heat exchanger on the exhaust gas side by an exhaust gas collecting hood 11, to which an exhaust gas duct 12 connects, which is provided with a flow safety device 13 and is guided via the final outlet 14 to a chimney (not shown).
- the combustion chamber has a secondary air inlet 15 which can be sealed by a plate 16 which can be closed by a motor 18 against the action of a tension spring 17.
- the motor 18 is acted upon via a control line 19 by a control device 20, which can be part of an already existing flow temperature controller.
- One or more gas nozzles 21 are assigned to the injector (s) 5, each injector has a separate gas nozzle.
- the gas nozzle is provided in a housing 22.
- the housing 22 forms a first chamber 23, the outlet of which forms the gas nozzle 21 and into which a gas supply line 25 provided with a valve 24 opens.
- the gas valve is controlled by a magnet 26 with two points or modulating, the control line 27 connects the controller 20 to the magnet.
- the gas nozzle 21 blows into a mixing chamber 28, the outlet of which is formed by a mixing nozzle 29 which blows directly into the injector 5.
- a supply air line 31 provided with a blower 30 opens into the mixing chamber 28.
- a motor 32 of the blower is connected to the controller 20 via a drive line 33.
- each gas nozzle 21 blows into a mixing chamber 28 which blows the outlet from this mixing nozzle 29 into the associated one Injector 5 a.
- the ratio of the diameter of the mixing nozzle 29 to the gas nozzle 21, that is to say d2 / d1 behaves as 2: 1 to 5: 1.
- the length L of the distance between the two nozzles or the longitudinal extent of the mixing chamber 28 is at least 10 mm and ranges up to about 60 mm when using natural gas in a power range such as 50 kW per burner tube.
- the diameter d3 of the injector 4 is between 15 to 40 mm.
- the premix gas burner just described has the following function:
- the flap 16 closes the opening while overcoming the restoring action of the tension spring 17.
- gas is supplied to the chamber 23 since the gas pressure is higher than the air pressure.
- gas is mixed with primary air and blown as a primary air gas mixture into the injector 5 of the mixing tube while entraining further primary air. This air flow is dimensioned so that it is completely for the combustion of the gas is sufficient. No additional air needs to be supplied to the combustion chamber 2.
- control device 20 results in a command to de-energize motor 18, which may be designed as a simple electromagnet.
- the secondary air flap 16 opens under the action of the tension spring 17. This means that the mixing chamber 28 becomes ineffective, the gas nozzle 21 blows gas without mixed primary air from the mixing chamber 28 into the injector 5, from the annular gap between the mixing nozzle 29 and the injector however, primary air is entrained. However, the proportion of primary air is nowhere near as high as with the blower support, which is why (further) secondary air, which is supplied via the opening 15, is necessary for the complete combustion of the gas-air mixture. This allows the burner to continue to operate, albeit with greater nitrogen oxide formation.
- the pressure in the mixing chamber 28 should never be higher than 0.5 mbar. In this way it is ensured that no air can enter the gas lines.
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vormischgasbrenner für eine mit einem Brennraum versehene brennstoffbeheizte Wärmequelle mit wenigstens einem Brennerrohr, einem Mischrohr und einer Gasdüse, die Gas unter Ansaugung von Primärluft in das Mischrohr einbläst, und mit einem Gebläse in der Zuluft- oder Abgasführung, wobei der Brennraum einen durch eine Klappe verschließbaren Sekundärlufteinlaß aufweist, welcher mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die die Klappe bei Motorstillstand öffnet.
- Ein solcher Vormischgasbrenner für eine brennstoffbeheizte Wärmequelle ist allgemeiner Stand der Technik, das Gebläse ist entweder im Abgaskanal oder im Zuluftweg vorgesehen.
- Diese Geräte arbeiten recht befriedigend, solange das Gebläse intakt ist. Fällt das Gebläse aus, so leidet die Hygiene der Verbrennung sehr stark, beziehungsweise das Gerät schaltet wegen Luftmangel bei einer Abgasüberwachung ab.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vormischgasbrenner auch bei Ausfall des Gebläses einwandfrei betreiben zu können.
- Die Lösung der Aufgabe liegt erfindungsgemäß darin, daß der Gasdüse eine Mischdüse nachgeschaltet ist, welche den zum Mischrohr führenden Auslaß einer Mischkammer bildet, an welche die mit dem Gebläse versehene Zuluftleitung angeschlossen ist.
- Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, bei Ausfall des Gebläses den eigentlich entstehenden Luftmangel durch eine verstärkte Zuführung von Sekundärluft über die verstellbare Sekundärluftklappe auszugleichen. Auf diese Weise gelingt das Betreiben des Brenners bei intaktem Gebläse als reiner Primärluftbrenner mit vollständiger Luftvormischung, hingegen das Betreiben des Brenners sowohl mit Primärluft als auch mit Sekundärluft bei Ausfall des Gebläses bei nur wenig schlechterem Wirkungsgrad, allerdings unter Inkaufnahme höherer Stickoxydbildung.
- Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Figur 1 eine schematische Darstellung eines Vormischgasbrenners in einer Feuerstätte und
- Figur 2 schematisch die Durchmesser- und Abstandsanordnungen der Düsen und des Mischrohres.
- Ein Vormischgasbrenner 1 ist innerhalb einer Brennkammer 2 einer brennstoffbeheizten Wärmequelle, wie zum Beispiel eines Kessels, angeordnet. Der Vormischgasbrenner weist wenigstens ein Brennerrohr 3 auf, das mit einem Mischrohr 4 verbunden ist, das seinen Anfang in einem Injektor 5 nimmt. An der Oberseite 6 des Brennerrohres bilden sich oberhalb von Gemischaustrittsöffnungen Flammen 7 aus, die durch einen Wärmetauscher 8 streichen, der an eine Rücklaufleitung 9 und eine Vorlaufleitung 10 angeschlossen ist, die Teil eines nicht weiter dargestellten mit einer Umwälzpumpe versehenen Heizsystems sind. Der Brennraum 2 ist stromab des Wärmetauschers abgasseitig abgeschlossen durch eine Abgassammelhaube 11, an die sich ein Abgaskanal 12 anschließt, der mit einer Strömungssicherung 13 versehen ist und über den endgültigen Auslaß 14 zu einem nicht weiter dargestellten Kamin geführt ist. Unterhalb des oder allgemeiner formuliert sämtlicher Brennerrohre 3 weist der Brennraum einen Sekundärlufteinlaß 15 auf, der von einer Platte 16 abdichtbar ist, die gegen die Wirkung einer Zugfeder 17 von einem Motor 18 schließbar ist. Der Motor 18 wird über eine Stelleitung 19 von einer Steuervorrichtung 20 beaufschlagt, die Teil eines ohnehin vorhandenen Vorlauftemperaturreglers sein kann.
- Dem oder den Injektoren 5 sind eine oder mehrere Gasdüsen 21 zugeordnet, jedem Injektor jeweils eine gesonderte Gasdüse. Die Gasdüse ist in einem Gehäuse 22 vorgesehen. Das Gehäuse 22 bildet eine erste Kammer 23, deren Auslaß die Gasdüse 21 bildet und in die eine mit einem Ventil 24 versehene Gaszufuhrleitung 25 mündet. Das Gasventil ist von einem Magneten 26 zweipunktmäßig oder modulierend beherrscht, die Ansteuerleitung 27 verbindet die Steuerung 20 mit dem Magneten. Die Gasdüse 21 bläst in eine Mischkammer 28, deren Auslaß von einer Mischdüse 29 gebildet ist, die unmittelbar in den Injektor 5 hineinbläst. In die Mischkammer 28 mündet eine mit einem Gebläse 30 versehene Zuluftleitung 31. Ein Motor 32 des Gebläses ist über eine Antriebsleitung 33 mit der Steuerung 20 verbunden.
- Wesentlich ist, daß die Mittelachsen der Gasdüse 21 der Mischdüse 29 und des Injektors 5 miteinander fluchten. Jede Gasdüse 21 bläst in eine Mischkammer 28 ein, die den Auslaß von dieser bildende Mischdüse 29 bläst in den zugehörigen Injektor 5 ein.
- Aus der Figur 2 geht hervor, daß das Verhältnis der Durchmesser der Mischdüse 29 zur Gasdüse 21, also d₂/d₁ verhält wie 2: 1 bis 5: 1. Die Länge L des Abstandes beider Düsen oder auch die Längserstreckung der Mischkammer 28 beträgt mindestens 10 mm und reicht etwa bis 60 mm bei der Verwendung von Erdgas in einem Leistungsbereich wie 50 kW pro Brennerrohr. Der Druchmesser d₃ des Injektors 4 liegt zwischen 15 bis 40 mm.
- Der eben beschriebene Vormischgasbrenner hat folgende Funktion:
- Solange das Gebläse normal in Betrieb ist und Luft fördert, was durch eine Wirkdruckabfühlung oder durch Überwachung des Staudrucks an einer Staustelle abgefühlt werden kann, ist der Motor 18 unter Spannung, die Klappe 16 verschließt die Öffnung unter Überwindung der Rückstellwirkung der Zugfeder 17. Nach Öffnung des Gasventils 26/24 wird Gas der Kammer 23 zugeführt, da der Gasdruck höher ist als der Luftdruck. In der Mischkammer 28 wird Gas mit Primärluft vermischt und als Primärluftgasgemisch in den Injektor 5 des Mischrohres unter Mitreißung weiterer Primärluft eingeblasen. Dieser Luftdurchsatz ist so bemessen, daß er vollständig zur Verbrennung des Gases ausreicht. Dem Brennraum 2 braucht keine zusätzliche Luft zugeführt zu werden. Fällt das Gebläse aus oder wird keine Luft über die Leitung 31 gefördert, so resultiert von der Steuervorrichtung 20 ein Befehl zur Entregung des Motors 18, der als einfacher Elektromagnet ausgebildet sein kann. Die Sekundärluftklappe 16 öffnet unter der Wirkung der Zugfeder 17. Das bedeutet, daß die Mischkammer 28 wirkungslos wird, die Gasdüse 21 bläst unmittelbar Gas ohne beigemischte Primärluft aus der Mischkammer 28 in den Injektor 5 ein, aus dem Ringspalt zwischen der Mischdüse 29 und dem Injektor wird allerdings Primärluft mitgerissen. Der Primärluftanteil ist allerdings bei weitem nicht so hoch wie bei der Gebläseunterstützung, weshalb zum vollständigen Verbrennen des Gasluftgemisches (weitere) Sekundärluft notwendig ist, die über die Öffnung 15 zugeführ wird. Damit gelingt eine Aufrechterhaltung des Betriebes des Brenners, wenn auch unter größerer Stickoxydbildung.
- Wesentlich ist noch, daß in der Mischkammer 28 nie ein höherer Druck als 0,5 mbar vorhanden sein darf. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, daß keine Luft in die Gasleitungen eindringen kann.
Claims (1)
- Vormischgasbrenner für eine mit einem Brennraum versehene brennstoffbeheizte Wärmequelle mit wenigstens einem Brennerrohr, einem Mischrohr und einer Gasdüse, die Gas unter Ansaugung von Primärluft in das Mischrohr einbläst und mit einem Gebläse in der Zuluft- oder Abgasführung, wobei der Brennraum einen durch eine Klappe verschließbaren Sekundärlufteinlaß aufweist, welche mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, die die Klappe bei Motorstillstand öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdüse (21) eine Mischdüse (29) nachgeschaltet ist, welche den zum Mischrohr (4) führenden Auslaß einer Mischkammer (28) bildet, an welche die mit dem Gebläse (30) versehene Zuluftleitung (31) angeschlossen ist.
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