EP0445413A2 - Burner with flue gas recirculation, especially forced-draught burner - Google Patents

Burner with flue gas recirculation, especially forced-draught burner Download PDF

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EP0445413A2
EP0445413A2 EP90124923A EP90124923A EP0445413A2 EP 0445413 A2 EP0445413 A2 EP 0445413A2 EP 90124923 A EP90124923 A EP 90124923A EP 90124923 A EP90124923 A EP 90124923A EP 0445413 A2 EP0445413 A2 EP 0445413A2
Authority
EP
European Patent Office
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burner
exhaust gas
gas recirculation
converter element
burner according
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EP90124923A
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EP0445413A3 (en
EP0445413B1 (en
Inventor
Detlef Dipl.-Ing. Bohmann
Heinz-Peter Dipl.-Ing. Schricks
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Klockner Warmetechnik Zweigniederlassung Hechingen GmbH
Original Assignee
Klockner Warmetechnik Zweigniederlassung Hechingen GmbH
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    • 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
    • F23C9/06—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for completing combustion

Definitions

  • the invention relates to a burner, in particular forced draft burner, for boilers, combustion plants or the like, with an air supply device, a fuel supply device introducing liquid or gaseous fuel, a flame device immersing in a combustion chamber and forming the burner flame, and a part of the exhaust gases formed during the combustion exhaust gas recirculation duct returning to the air supply device.
  • An object of the present invention is to use maintenance-free means to prevent such solid particles from reaching the burner with the recirculated exhaust gases.
  • this object is achieved in that a converter element converting solid particles into gaseous components is provided in the boiler-side connection area of the exhaust gas recirculation duct.
  • the solid particles are converted in the converter element so that no residues remain in the converter element. This leads to a long, maintenance-free service life.
  • Another advantage is that the pore size or the passage openings in the converter element can be larger than the diameter of the solid particles, so that in contrast to filters lower flow resistance and thus a smaller size can be achieved.
  • a particularly simple and inexpensive design is achieved in that the substantially covering the entire cross section of the exhaust gas recirculation passage converter element is filter-like permeable formed and at least up to a temperature of 800 o C heat-resistant.
  • This converter element is arranged at a point in the exhaust gas recirculation duct which has a temperature of substantially 400-600 ° C. during operation of the burner. At this temperature, which is then automatically reached during operation, the soot and dust particles burn into gaseous constituents, especially if they come into contact with the hot walls when passing through the filter-like channel structure of the converter element.
  • the exhaust gas recirculation duct is expediently connected to the combustion chamber or to the downstream exhaust duct system.
  • the converter element can be particularly inexpensive, durable and heat-resistant, preferably made of porous ceramic material Alumina.
  • the converter element can also consist of a porous, metallic pressed or sintered body or of a metal mesh, a low flow resistance being achieved in that the pore size of the converter element is larger than the average diameter of dust and soot particles.
  • the exhaust gas recirculation channel opens into the air supply device of the burner, preferably on the suction side, so that particularly good mixing with the intake air is achieved.
  • the exhaust gas recirculation channel can also open on the pressure side in the manner of an injector in the air supply device of the burner.
  • the flame device has a flame tube which is at least double-walled outside the combustion chamber, the ring-shaped converter element being arranged in the region forming the exhaust gas recirculation channel between the double walls.
  • a region of the exhaust gas recirculation channel having a temperature above the dew point temperature of the exhaust gases during operation of the burner is provided with at least one supply opening for outside air in order to reduce the dew point temperature to a low value which is not fallen below in the burner.
  • a schematically illustrated heating boiler 10 contains one Combustion chamber 11, from which the exhaust gases generated during operation can be fed to a chimney (not shown) via an exhaust gas duct system 12. Both in the combustion chamber 11 and in the exhaust duct system 12, the walls heat up during operation, as a result of which, for example, the water of a heating system is heated in a manner not shown.
  • a boiler it can also be a waste incinerator or the like. act.
  • a fan burner 13 again shown only schematically, has a flame tube 14 on the output side, which projects into the combustion chamber 11 through a corresponding opening.
  • the passage of the flame tube 14 is usually designed as a holding device for the forced draft burner 13. This has not been shown to simplify FIG. 1.
  • a fuel feed line 15 runs from the forced draft burner 13 within the flame tube 14 to the end region of the flame tube 14 on the combustion chamber side.
  • a distributor nozzle 16 is arranged at the end of the fuel feed line 15.
  • a fan 17 arranged inside the fan burner 13 draws in outside air and blows it through the flame tube 14 into the combustion chamber 11.
  • Gaseous or liquid fuel for example natural gas or heating oil
  • Pump pumped through the fuel supply line 15 to the distributor nozzle 16, which generates a conical fuel jet into the combustion chamber 11.
  • This mixes with the outside air supplied through the flame tube 14 and produces a combustible mixture which is ignited electrically via a known ignition device (not shown), as a result of which a flame 18 is formed.
  • a baffle plate 19 in the combustion chamber end region of the flame tube 14 supports the desired formation of the flame 18. Since such boilers and forced draft burners are known in many ways, a more detailed description can be dispensed with.
  • a tubular exhaust gas recirculation duct 20 runs to the suction side of the fan 17. As a result, part of the exhaust gases generated is returned to the fan burner 13 and thus subjected to the combustion process again in order to improve the exhaust gas quality.
  • a converter element 21 for converting sucked-in solid particles, such as soot or dust, into gaseous constituents is arranged in the exhaust duct-side inlet region of the exhaust gas recirculation duct 20.
  • This converter element consists of a porous ceramic material, such as aluminum oxide (Al2O3).
  • Al2O3 aluminum oxide
  • the exhaust gases can pass through with low flow resistance, since the Pore size exceeds the average diameter of dust and soot particles. Since this converter element 21 is disposed directly on the exhaust channel system, ie on the boiler, it is by the exhaust gases at 400-600 o C heated.
  • the solid particles contained in the exhaust gas flow are passed through the channel system of the porous ceramic material and come into multiple contact with the hot wall, so that they are burned into gaseous components. On the one hand, you can no longer get to the fan burner 13 and contaminate it, but they also do not remain in the converter element 21, so that it remains maintenance-free.
  • the high operating temperature of 400-600 ° C. is essential on the converter element 21, so that the converter element 21 should be heat-resistant at least up to a temperature of approximately 800 ° C.
  • the porous or filter-like permeable structure is also essential.
  • the converter element 21 can also consist of a porous, metallic pressed or sintered body or else of a compressed, for example pressed, metal mesh.
  • the exhaust gas recirculation duct 20 has an opening 22 which is connected to the surroundings and through which outside air can flow or is sucked into the exhaust gas recirculation duct 20.
  • the opening 22 is provided with a flow guide element 23.
  • the hot exhaust gases usually have a dew point of 50 - 60 o C.
  • They When they reach the fan burner 13, they are cooled down there so far that their temperature drops below the dew point, so that water condenses out. This water undesirably causes corrosion in the warm forced draft burner 13. Such condensation is prevented through the opening 22.
  • the incoming outside air with a low moisture content is introduced at a point where the exhaust gases are still at a temperature above the dew point, that is, at a point where no condensation can yet occur.
  • the dew point is lowered to approx. 30 - 40 o C, the dew point being adjusted so that the exhaust gases in the fan burner 13 do not fall below the dew point. This danger does not exist with a dew point of 30 to 40 o C.
  • the opening 22 is designed to be adjustable in order to set the dew point, that is to say to set the admixing rate. This can be done, for example, by swiveling the flow guide element 23, by means of a sliding sleeve or another closure element.
  • the dew point can preferably also be regulated, that is to say the opening cross section 22 is set depending on the exhaust gas temperature in the fan burner 13 so that the dew point is slightly below the exhaust gas temperature in the fan burner 13.
  • the second exemplary embodiment shown in FIG. 2 largely corresponds to the first exemplary embodiment, so that the forced draft burner 13 and the flame tube 14 are again shown in simplified form.
  • An exhaust gas recirculation channel 25 now runs from the combustion chamber 11 to the forced draft burner 13.
  • the suction point in the combustion chamber 11 is located next to the through opening for the flame tube 14, so that swirled exhaust gases at the flame attachment can reach the exhaust gas recirculation channel 25 and thus to the converter element 21 at its intake opening.
  • the exhaust gas recirculation channel 25 has an interrupted ring opening 26, which in turn is provided with a flow guiding element 27.
  • This flow guide element 27 can also be omitted in a simple embodiment. It is also possible to provide several openings in a staggered manner, which in turn are optionally provided with setting options, e.g. with a sliding tube that more or less closes these openings depending on their position.
  • this supply can also take place on the pressure side, for example in a manner not shown in the flame tube 14.
  • the outlet-side mouth of the exhaust gas recirculation duct 20 or 23 is designed in this case in the manner of an injector, so that the exhaust gases as a result of the flow of the air blown into the air stream be drawn in.
  • the flame tube 30 has an inner tube wall 31 and an outer tube wall 32.
  • the fuel supply line 15 runs with the distributor nozzle 16 and the air flow of the forced-air burner 13 is guided.
  • the intermediate area between the inner tube wall 31 and the outer tube wall 32 is designed as an exhaust gas recirculation channel 33.
  • An annular converter element 34 is located at the breakthrough point through the boiler wall of the boiler 10 between the inner tube wall 31 and the outer tube wall 32, so that exhaust gases in the annular area around the inner tube wall 31 into the exhaust gas recirculation channel 33 are sucked in.
  • the inner tube wall 31 projects into the combustion chamber 11.
  • annular opening 35 in the outer tube wall 32 serves to draw in outside air in the manner and for the purpose described above.
  • annular flow guide element 36 is again provided at the ring opening 35.
  • the recirculated exhaust gases can be fed to the forced draft burner 13 either on the suction side or on the pressure side. If a pressure-side feed is provided, openings in the inner tube wall 31 with injector-like elements pointing inwards are sufficient.
  • converter element 21 of the first exemplary embodiment also apply mutatis mutandis to the other exemplary embodiments.
  • these openings or ring openings can be provided at any point in the exhaust gas recirculation duct, the only important thing being that the exhaust gas temperature at this point is not below the dew point at that point.

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Abstract

A burner, especially a forced-draught burner, for boilers, incineration plants or the like is proposed which is provided with an air feed device, a fuel feed device (15) for injecting a liquid or gaseous fuel, a flame device (14) extending into a combustion chamber (11) and producing the burner flame (18) and a flue gas recirculation channel (20) which recirculates some of the flue gases produced during the incineration to the air feed device. Provided in the boiler-side connection region of the flue gas recirculation channel (20) is a converter element (21) which converts solid particles into gaseous constituents and is preferably composed of a porous ceramic material. As a result of the position of the converter element (21) it is heated by the hot flue gases to a temperature of 400-600 DEG C, with the result that the soot and dust particles in the flue gas are burnt and are carried off as gaseous constituents. This prevents contamination of the burner (13), accompanied by maintenance-free operation of the converter element (21). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere Gebläsebrenner, für Heizkessel, Verbrennungsanlagen od.dgl., mit einer Luftzuführungseinrichtung, einer flüssigen oder gasförmigen Brennstoff einleitenden Brennstoffzuführungseinrichtung, einer in einen Brennraum eintauchenden, die Brennerflamme bildenden Flammvorrichtung und einem einen Teil der bei der Verbrennung gebildeten Abgase zur Luftzuführungseinrichtung rückführenden Abgasrückführungskanal.The invention relates to a burner, in particular forced draft burner, for boilers, combustion plants or the like, with an air supply device, a fuel supply device introducing liquid or gaseous fuel, a flame device immersing in a combustion chamber and forming the burner flame, and a part of the exhaust gases formed during the combustion exhaust gas recirculation duct returning to the air supply device.

Zur Reduzierung von Schadstoffen im Abgas, also zur Verbesserung der Abgasqualität, ist es nicht nur bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge, sondern auch bei derartigen Brennern bekannt, einen Teil der Abgase wieder in den Verbrennungsprozeß rückzuführen, um eine Nachverbrennung von schädlichen Abgasbestandteilen zu erzielen. Hierzu werden Abgase aus dem Brennraum oder dem nachfolgenden Abgasführungssystem abgesaugt und wieder der Luftzuführungseinrichtung des Brenners zugeführt. Hierbei hat es sich gezeigt, daß mit dem Abgas insbesondere auch Festpartikel, wie Ruß, Staub od. dgl., in den Brenner zurückgelangen und diesen verschmutzen und sogar enge Passagen verstopfen, was zu Beeinträchtigungen des Brennerbetriebs führen kann.To reduce pollutants in the exhaust gas, i.e. to improve the exhaust gas quality, it is known not only in internal combustion engines for motor vehicles, but also in such burners, to recycle part of the exhaust gases back into the combustion process in order to achieve afterburning of harmful exhaust gas components. For this purpose, exhaust gases from the combustion chamber or the subsequent exhaust gas routing system aspirated and fed back to the air supply device of the burner. It has been shown here that, in particular, solid particles, such as soot, dust or the like, get back into the burner with the exhaust gas and contaminate it and even clog narrow passages, which can lead to impairment of burner operation.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mit wartungsfreien Mitteln zu verhindern, daß derartige Festpartikel mit den rückgeführten Abgasen zum Brenner gelangen können.An object of the present invention is to use maintenance-free means to prevent such solid particles from reaching the burner with the recirculated exhaust gases.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im heizkesselseitigen Anschlußbereich des Abgasrückführungskanals ein Festpartikel in gasförmige Bestandteile umwandelndes Konverterelement vorgesehen ist.According to the invention, this object is achieved in that a converter element converting solid particles into gaseous components is provided in the boiler-side connection area of the exhaust gas recirculation duct.

Im Gegensatz zu Filtern, die zwar ebenfalls Festpartikel zurückhalten können, jedoch dabei verstopfen und ausgewechselt bzw. gereinigt werden müssen, werden beim Konverterelement die Festpartikel umgewandelt, so daß keine Rückstände im Konverterelement verbleiben. Dies führt zu einer langen, wartungsfreien Lebensdauer. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Porengröße bzw. die Durchgangsöffnungen im Konverterelement größer als der Durchmesser der Festpartikel sein kann, so daß im Gegensatz zu Filtern ein geringerer Strömungswiderstand und dadurch eine kleinere Baugröße erzielt werden kann.In contrast to filters, which can also retain solid particles, but clog them and have to be replaced or cleaned, the solid particles are converted in the converter element so that no residues remain in the converter element. This leads to a long, maintenance-free service life. Another advantage is that the pore size or the passage openings in the converter element can be larger than the diameter of the solid particles, so that in contrast to filters lower flow resistance and thus a smaller size can be achieved.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brenners möglich.Advantageous further developments and improvements of the burner specified in claim 1 are possible through the measures listed in the subclaims.

Eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung wird dadurch erreicht, daß das im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Abgasrückführungskanals überdeckende Konverterelement filterartig durchlässig und wenigstens bis zu einer Temperatur von 800o C hitzebeständig ausgebildet ist. Dieses Konverterelement ist an einer im Betrieb des Brenners eine Temperatur von im wesentlichen 400 - 600o C aufweisenden Stelle des Abgasrückführungskanals angeordnet. Bei dieser Temperatur, die im Betrieb dann automatisch erreicht wird, verbrennen die Ruß- und Staubpartikel in gasförmige Bestandteile, insbesondere wenn sie beim Passieren der filterartigen Kanalstruktur des Konverterelements mit den heißen Wandungen in Berührung kommen. Zur Erzielung der erforderlichen Arbeitstemperatur ist der Abgasrückführungskanal zweckmäßigerweise am Brennraum oder am nachgeschalteten Abgaskanalsystem angeschlossen.A particularly simple and inexpensive design is achieved in that the substantially covering the entire cross section of the exhaust gas recirculation passage converter element is filter-like permeable formed and at least up to a temperature of 800 o C heat-resistant. This converter element is arranged at a point in the exhaust gas recirculation duct which has a temperature of substantially 400-600 ° C. during operation of the burner. At this temperature, which is then automatically reached during operation, the soot and dust particles burn into gaseous constituents, especially if they come into contact with the hot walls when passing through the filter-like channel structure of the converter element. In order to achieve the required working temperature, the exhaust gas recirculation duct is expediently connected to the combustion chamber or to the downstream exhaust duct system.

Das Konverterelement kann besonders kostengünstig, haltbar und hitzebeständig aus porösem Keramikmaterial, vorzugsweise Aluminiumoxid, hergestellt werden. Das Konverterelement kann jedoch auch aus einem porösen, metallischen Preß- oder Sinterkörper oder aus einem Metallgeflecht bestehen, wobei ein geringer Strömungswiderstand dadurch erreicht wird, daß die Porengröße des Konverterelements größer als der mittlere Durchmesser von Staub- und Rußteilchen ist.The converter element can be particularly inexpensive, durable and heat-resistant, preferably made of porous ceramic material Alumina. However, the converter element can also consist of a porous, metallic pressed or sintered body or of a metal mesh, a low flow resistance being achieved in that the pore size of the converter element is larger than the average diameter of dust and soot particles.

Der Abgasrückführungskanal mündet in der Luftzuführungseinrichtung des Brenners vorzugsweise saugseitig, damit eine besonders gute Vermischung mit der angesaugten Luft erreicht wird. Der Abgasrückführungskanal kann jedoch auch in der Luftzuführungseinrichtung des Brenners druckseitig nach Art eines Injektors münden.The exhaust gas recirculation channel opens into the air supply device of the burner, preferably on the suction side, so that particularly good mixing with the intake air is achieved. However, the exhaust gas recirculation channel can also open on the pressure side in the manner of an injector in the air supply device of the burner.

Eine besonders kompakte und montagefreundliche Anordnung wird dadurch erreicht, daß die Flammvorrichtung ein wenigstens außerhalb des Brennraums doppelwandig ausgebildetes Flammrohr aufweist, wobei das ringförmig ausgebildete Konverterelement im den Abgasrückführungskanal bildenden Bereich zwischen den doppelten Wandungen angeordnet ist. Beim Anbringen des Brenners an den Heizkessel oder an eine andere Verbrennungsanlage wird dann gleichzeitig der Abgasrückführungskanal automatisch mitangeschlossen.A particularly compact and easy-to-assemble arrangement is achieved in that the flame device has a flame tube which is at least double-walled outside the combustion chamber, the ring-shaped converter element being arranged in the region forming the exhaust gas recirculation channel between the double walls. When the burner is attached to the boiler or to another combustion system, the flue gas recirculation duct is automatically connected at the same time.

Um zu verhindern, daß Wasser aus den gereinigten und rückgeführten Abgasen im Brenner auskondensiert und zu Korrosion führt, ist ein im Betrieb des Brenners eine Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur der Abgase aufweisender Bereich des Abgasrückführungskanals mit wenigstens einer Zuführöffnung für Außenluft versehen, um die Taupunkttemperatur auf einen niedrigen Wert herabzusetzen, der im Brenner nicht unterschritten wird.To prevent water from the cleaned and recirculated exhaust gases from condensing in the burner and causing corrosion leads, a region of the exhaust gas recirculation channel having a temperature above the dew point temperature of the exhaust gases during operation of the burner is provided with at least one supply opening for outside air in order to reduce the dew point temperature to a low value which is not fallen below in the burner.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
einen an einem Heizkessel angeschlossenen Gebläsebrenner mit einem am Abgaskanalsystem des Heizkessels angeschlossenen Abgasrückführungskanal als zum Teil im Schnitt dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2
eine entsprechende Teildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels mit einem am Brennraum des Heizkessels angeschlossenen Abgasrückführungskanal und
Fig. 3
einen als Ringkanal am doppelwandigen Flammrohr des Brenners ausgebildeten Abgasrückführungskanal als drittes Ausführungsbeispiel.
Three embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1
a forced draft burner connected to a heating boiler with an exhaust gas recirculation channel connected to the exhaust gas duct system of the heating boiler as a first exemplary embodiment shown partly in section,
Fig. 2
a corresponding partial representation of a second embodiment with an exhaust gas recirculation duct connected to the combustion chamber of the boiler and
Fig. 3
an exhaust gas recirculation duct designed as an annular duct on the double-walled flame tube of the burner as a third exemplary embodiment.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel enthält ein schematisch dargestellter Heizkessel 10 einen Brennraum 11, aus dem die im Betrieb erzeugten Abgase über ein Abgaskanalsystem 12 einem nicht dargestellten Schornstein zugeführt werden können. Sowohl im Brennraum 11 als auch im Abgaskanalsystem 12 erhitzen sich im Betrieb die Wandungen, wodurch in nicht dargestellter Weise z.B. das Wasser einer Heizungsanlage erhitzt wird. Anstelle eines Heizkessels kann es sich hier auch um eine Verbrennungsanlage für Müll od.dgl. handeln.In the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, a schematically illustrated heating boiler 10 contains one Combustion chamber 11, from which the exhaust gases generated during operation can be fed to a chimney (not shown) via an exhaust gas duct system 12. Both in the combustion chamber 11 and in the exhaust duct system 12, the walls heat up during operation, as a result of which, for example, the water of a heating system is heated in a manner not shown. Instead of a boiler, it can also be a waste incinerator or the like. act.

Ein wiederum nur schematisch dargestellter Gebläsebrenner 13 weist ausgangsseitig ein Flammrohr 14 auf, das in den Brennraum 11 durch eine entsprechende Öffnung hindurch hineinragt. Die Durchführung des Flammrohrs 14 ist gewöhnlich als Haltevorrichtung für den Gebläsebrenner 13 ausgebildet. Dies wurde zur Vereinfachung von Fig. 1 nicht dargestellt.A fan burner 13, again shown only schematically, has a flame tube 14 on the output side, which projects into the combustion chamber 11 through a corresponding opening. The passage of the flame tube 14 is usually designed as a holding device for the forced draft burner 13. This has not been shown to simplify FIG. 1.

Innerhalb des Flammrohrs 14 verläuft vom Gebläsebrenner 13 aus eine Brennstoffzuführungsleitung 15 bis in den brennraumseitigen Endbereich des Flammrohrs 14. Am Ende der Brennstoffzuführungsleitung 15 ist eine Verteilerdüse 16 angeordnet. Ein im Innern des Gebläsebrenners 13 angeordnetes Gebläse 17 saugt Außenluft an und bläst sie durch das Flammrohr 14 in den Brennraum 11.A fuel feed line 15 runs from the forced draft burner 13 within the flame tube 14 to the end region of the flame tube 14 on the combustion chamber side. A distributor nozzle 16 is arranged at the end of the fuel feed line 15. A fan 17 arranged inside the fan burner 13 draws in outside air and blows it through the flame tube 14 into the combustion chamber 11.

Gasförmiger oder flüssiger Brennstoff, z.B. Erdgas oder Heizöl, wird üblicherweise über eine nicht dargestellte Pumpe durch die Brennstoffzuführungsleitung 15 zur Verteilerdüse 16 gepumpt, die einen kegeligen Brennstoffstrahl in den Brennraum 11 hinein erzeugt. Dieser vermischt sich mit der durch das Flammrohr 14 zugeführten Außenluft und erzeugt ein brennfähiges Gemisch, das über eine bekannte, nicht dargestellte Zündeinrichtung elektrisch gezündet wird, wodurch sich eine Flamme 18 ausbildet. Ein Leitblech 19 im brennraumseitigen Endbereich des Flammrohrs 14 unterstützt die gewünschte Ausbildung der Flamme 18. Da derartige Heizkessel und Gebläsebrenner in vielfältiger Weise bekannt sind, kann auf eine detailliertere Beschreibung verzichtet werden.Gaseous or liquid fuel, for example natural gas or heating oil, is usually produced using one not shown Pump pumped through the fuel supply line 15 to the distributor nozzle 16, which generates a conical fuel jet into the combustion chamber 11. This mixes with the outside air supplied through the flame tube 14 and produces a combustible mixture which is ignited electrically via a known ignition device (not shown), as a result of which a flame 18 is formed. A baffle plate 19 in the combustion chamber end region of the flame tube 14 supports the desired formation of the flame 18. Since such boilers and forced draft burners are known in many ways, a more detailed description can be dispensed with.

Vom Abgaskanalsystem 12 aus verläuft ein rohrförmig ausgebildeter Abgasrückführungskanal 20 zur Saugseite des Gebläses 17. Hierdurch wird ein Teil der erzeugten Abgase wieder in den Gebläsebrenner 13 rückgeführt und damit erneut dem Verbrennungsprozeß unterzogen, um die Abgasqualität zu verbessern.From the exhaust gas duct system 12, a tubular exhaust gas recirculation duct 20 runs to the suction side of the fan 17. As a result, part of the exhaust gases generated is returned to the fan burner 13 and thus subjected to the combustion process again in order to improve the exhaust gas quality.

Im abgaskanalseitigen Einlaßbereich des Abgasrückführungskanals 20 ist ein Konverterelement 21 zur Umwandlung von angesaugten Festpartikeln, wie Ruß oder Staub, in gasförmige Bestandteile angeordnet. Dieses Konverterelement besteht aus einem porösen Keramikmaterial, z.B. aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Durch das Konverterelement 21 können die Abgase mit geringem Strömungswiderstand hindurchgelangen, da die Porengröße den mittleren Durchmesser von Staub- und Rußteilchen übersteigt. Da dieses Konverterelement 21 direkt am Abgaskanalsystem, also am Heizkessel, angeordnet ist, wird es durch die Abgase auf 400 - 600o C aufgeheizt. Die im Abgasstrom enthaltenen Festpartikel werden durch das Kanalsystem des porösen Keramikmaterials hindurchgeführt und gelangen in vielfachen Kontakt mit der heißen Wandung, so daß sie in gasförmige Bestandteile verbrannt werden. Sie können somit einerseits nicht mehr zum Gebläsebrenner 13 gelangen und diesen verunreinigen, bleiben jedoch auch nicht im Konverterelement 21 zurück, so daß dieses wartungsfrei sauber bleibt.A converter element 21 for converting sucked-in solid particles, such as soot or dust, into gaseous constituents is arranged in the exhaust duct-side inlet region of the exhaust gas recirculation duct 20. This converter element consists of a porous ceramic material, such as aluminum oxide (Al₂O₃). Through the converter element 21, the exhaust gases can pass through with low flow resistance, since the Pore size exceeds the average diameter of dust and soot particles. Since this converter element 21 is disposed directly on the exhaust channel system, ie on the boiler, it is by the exhaust gases at 400-600 o C heated. The solid particles contained in the exhaust gas flow are passed through the channel system of the porous ceramic material and come into multiple contact with the hot wall, so that they are burned into gaseous components. On the one hand, you can no longer get to the fan burner 13 and contaminate it, but they also do not remain in the converter element 21, so that it remains maintenance-free.

Wesentlich am Konverterelement 21 ist die hohe Betriebstemperatur von 400 - 600o C, so daß das Konverterelement 21 wenigstens bis zu einer Temperatur von ca. 800o C hitzebeständig ausgebildet sein sollte. Weiterhin wesentlich ist die poröse bzw. filterartig durchlässige Struktur. Hierzu kann das Konverterelement 21 auch aus einem porösen, metallischen Preß- oder Sinterkörper bestehen oder aber aus einem verdichteten, z.B. gepreßten Metallgeflecht.The high operating temperature of 400-600 ° C. is essential on the converter element 21, so that the converter element 21 should be heat-resistant at least up to a temperature of approximately 800 ° C. The porous or filter-like permeable structure is also essential. For this purpose, the converter element 21 can also consist of a porous, metallic pressed or sintered body or else of a compressed, for example pressed, metal mesh.

Weiterhin weist der Abgasrückführungskanal 20 eine mit der Umgebung verbundene Öffnung 22 auf, durch die Außenluft in den Abgasrückführungskanal 20 hineinströmen kann bzw. hineingesaugt wird. Zur strömungsgünstigen Einführung der Außenluft ist die Öffnung 22 mit einem Strömungsleitelement 23 versehen.Furthermore, the exhaust gas recirculation duct 20 has an opening 22 which is connected to the surroundings and through which outside air can flow or is sucked into the exhaust gas recirculation duct 20. For the streamlined introduction of the Outside air, the opening 22 is provided with a flow guide element 23.

Die heißen Abgase weisen üblicherweise einen Taupunkt von 50 - 60o C auf. Wenn sie den Gebläsebrenner 13 erreichen, werden sie dort so weit abgekühlt, daß ihre Temperatur unter den Taupunkt absinkt, so daß Wasser auskondensiert. Dieses Wasser verursacht in unerwünschter Weise Korrosion im warmen Gebläsebrenner 13. Durch die Öffnung 22 wird eine derartige Kondensation verhindert. Die zuströmende Außenluft mit geringem Feuchtigkeitsgehalt wird an einer Stelle eingeleitet, an der die Abgase noch eine Temperatur über dem Taupunkt aufweisen, also an einer Stelle, an der noch keine Kondensation auftreten kann. Durch das Zumischen von trockener Außenluft wird der Taupunkt auf ca. 30 - 40o C abgesenkt, wobei die Taupunkteinstellung so vorgenommen wird, daß die Abgase auch im Gebläsebrenner 13 den Taupunkt nicht unterschreiten. Diese Gefahr besteht bei einem Taupunkt von 30-40oC nicht.The hot exhaust gases usually have a dew point of 50 - 60 o C. When they reach the fan burner 13, they are cooled down there so far that their temperature drops below the dew point, so that water condenses out. This water undesirably causes corrosion in the warm forced draft burner 13. Such condensation is prevented through the opening 22. The incoming outside air with a low moisture content is introduced at a point where the exhaust gases are still at a temperature above the dew point, that is, at a point where no condensation can yet occur. By adding dry outside air, the dew point is lowered to approx. 30 - 40 o C, the dew point being adjusted so that the exhaust gases in the fan burner 13 do not fall below the dew point. This danger does not exist with a dew point of 30 to 40 o C.

Zum Einstellen des Taupunkts, also zur Einstellung der Zumischquote, ist die Öffnung 22 einstellbar ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch Schwenken des Strömungsleitelements 23 erfolgen, durch eine Schiebehülse oder ein anderes Verschlußelement. Die Taupunkteinstellung kann dabei vorzugsweise auch geregelt erfolgen, das heißt, der Öffnungsquerschnitt 22 wird in Abhängigkeit der Abgastemperatur im Gebläsebrenner 13 so eingestellt, daß der Taupunkt geringfügig unter der Abgastemperatur im Gebläsebrenner 13 liegt.The opening 22 is designed to be adjustable in order to set the dew point, that is to say to set the admixing rate. This can be done, for example, by swiveling the flow guide element 23, by means of a sliding sleeve or another closure element. The dew point can preferably also be regulated, that is to say the opening cross section 22 is set depending on the exhaust gas temperature in the fan burner 13 so that the dew point is slightly below the exhaust gas temperature in the fan burner 13.

Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel, so daß der Gebläsebrenner 13 und das Flammrohr 14 nochmals vereinfacht dargestellt sind. Ein Abgasrückführungskanal 25 verläuft nunmehr vom Brennraum 11 zum Gebläsebrenner 13. Die Ansaugstelle im Brennraum 11 liegt neben der Durchführungsöffnung für das Flammrohr 14, so daß verwirbelte Abgase am Flammenansatz zum Abgasrückführungskanal 25 und damit zum Konverterelement 21 an dessen Ansaugöffnung gelangen können.The second exemplary embodiment shown in FIG. 2 largely corresponds to the first exemplary embodiment, so that the forced draft burner 13 and the flame tube 14 are again shown in simplified form. An exhaust gas recirculation channel 25 now runs from the combustion chamber 11 to the forced draft burner 13. The suction point in the combustion chamber 11 is located next to the through opening for the flame tube 14, so that swirled exhaust gases at the flame attachment can reach the exhaust gas recirculation channel 25 and thus to the converter element 21 at its intake opening.

Zur Zuführung von Außenluft weist der Abgasrückführungskanal 25 eine unterbrochene Ringöffnung 26 auf, die wiederum mit einem Strömungsleitelement 27 versehen ist. Dieses Strömungsleitelement 27 kann in einer einfachen Ausführung auch entfallen. Weiterhin ist es möglich, auch mehrere Öffnungen gestaffelt vorzusehen, die wiederum wahlweise mit Einstellmöglichkeiten versehen sind, z.B. mit einem Schieberohr, das diese Öffnungen in Abhängigkeit seiner Stellung mehr oder weniger verschließt.To supply outside air, the exhaust gas recirculation channel 25 has an interrupted ring opening 26, which in turn is provided with a flow guiding element 27. This flow guide element 27 can also be omitted in a simple embodiment. It is also possible to provide several openings in a staggered manner, which in turn are optionally provided with setting options, e.g. with a sliding tube that more or less closes these openings depending on their position.

Anstelle der Zuführung der Abgase zur Saugseite des Gebläsebrenners 13 kann diese Zuführung auch druckseitig erfolgen, z.B. in nicht dargestellter Weise in das Flammrohr 14. Die auslaßseitige Mündung des Abgasrückführungskanals 20 bzw. 23 ist in diesem Falle nach Art eines Injektors ausgebildet, damit die Abgase infolge der Strömung der eingeblasenen Luft mit in den Luftstrom hineingezogen werden.Instead of supplying the exhaust gases to the suction side of the forced draft burner 13 this supply can also take place on the pressure side, for example in a manner not shown in the flame tube 14. The outlet-side mouth of the exhaust gas recirculation duct 20 or 23 is designed in this case in the manner of an injector, so that the exhaust gases as a result of the flow of the air blown into the air stream be drawn in.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Vereinfachung lediglich ein doppelwandig ausgebildetes Flammrohr 30 dargestellt, das in den Brennraum 11 hineinragt. Die übrigen, zum Teil nicht dargestellten Bestandteile entsprechen denjenigen der bisherigen Ausführungsbeispiele und sind nicht nochmals beschrieben.In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, for simplification only a double-walled flame tube 30 is shown, which protrudes into the combustion chamber 11. The remaining components, some of which are not shown, correspond to those of the previous exemplary embodiments and are not described again.

Das Flammrohr 30 weist eine innere Rohrwandung 31 und eine äußere Rohrwandung 32 auf. Im Inneren der inneren Rohrwandung 31, die das eigentliche Flammrohr darstellt, verläuft die Brennstoffzuführungsleitung 15 mit Verteilerdüse 16 und wird der Luftstrom des Gebläsebrenners 13 geführt. Der Zwischenbereich zwischen der inneren Rohrwandung 31 und der äußeren Rohrwandung 32 ist als Abgasrückführungskanal 33 ausgebildet. Ein ringförmiges Konverterelement 34 befindet sich an der Durchbruchstelle durch die Kesselwandung des Heizkessels 10 zwischen der inneren Rohrwandung 31 und der äußeren Rohrwandung 32, so daß Abgase im ringförmigen Bereich um die innere Rohrwandung 31 in den Abgasrückführungskanal 33 hineingesaugt werden. Die innere Rohrwandung 31 steht dabei in den Brennraum 11 hinein vor.The flame tube 30 has an inner tube wall 31 and an outer tube wall 32. In the interior of the inner tube wall 31, which is the actual flame tube, the fuel supply line 15 runs with the distributor nozzle 16 and the air flow of the forced-air burner 13 is guided. The intermediate area between the inner tube wall 31 and the outer tube wall 32 is designed as an exhaust gas recirculation channel 33. An annular converter element 34 is located at the breakthrough point through the boiler wall of the boiler 10 between the inner tube wall 31 and the outer tube wall 32, so that exhaust gases in the annular area around the inner tube wall 31 into the exhaust gas recirculation channel 33 are sucked in. The inner tube wall 31 projects into the combustion chamber 11.

Eine Ringöffnung 35 in der äußeren Rohrwandung 32 dient zum Ansaugen von Außenluft auf die vorstehend beschriebene Weise und zu vorstehend beschriebenem Zweck. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist wiederum ein ringförmiges Strömungsleitelement 36 an der Ringöffnung 35 vorgesehen.An annular opening 35 in the outer tube wall 32 serves to draw in outside air in the manner and for the purpose described above. In this embodiment too, an annular flow guide element 36 is again provided at the ring opening 35.

Die rückgeführten Abgase können wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen entweder saugseitig oder druckseitig dem Gebläsebrenner 13 zugeführt werden. Ist eine druckseitige Zuführung vorgesehen, so genügen Öffnungen in der inneren Rohrwandung 31 mit injektorartigen, nach innen weisenden Elementen.As in the previous exemplary embodiments, the recirculated exhaust gases can be fed to the forced draft burner 13 either on the suction side or on the pressure side. If a pressure-side feed is provided, openings in the inner tube wall 31 with injector-like elements pointing inwards are sufficient.

Selbstverständlich gelten die Ausführungen zum Konverterelement 21 des ersten Ausführungsbeispiels sinngemäß auch für die übrigen Ausführungsbeispiele. Dasselbe gilt für die Verstellbarkeit der Öffnungen für die Außenluft und gegebenenfalls für deren Regelbarkeit. Diese Öffnungen bzw. Ringöffnungen können prinzipiell an jeder Stelle des Abgasrückführungskanals vorgesehen sein, wesentlich dabei ist lediglich, daß der Taupunkt der Abgase an dieser Stelle noch nicht durch die dort vorliegende Abgastemperatur unterschritten wird.Of course, the explanations for converter element 21 of the first exemplary embodiment also apply mutatis mutandis to the other exemplary embodiments. The same applies to the adjustability of the openings for the outside air and, if necessary, to their controllability. In principle, these openings or ring openings can be provided at any point in the exhaust gas recirculation duct, the only important thing being that the exhaust gas temperature at this point is not below the dew point at that point.

Claims (13)

Brenner, insbesondere Gebläsebrenner, für Heizkessel, Verbrennungsanlagen od.dgl., mit einer Luftzuführungseinrichtung, einer flüssigen oder gasförmigen Brennstoff einleitenden Brennstoffzuführungseinrichtung, einer in einen Brennraum eintauchenden, die Brennerflamme bildenden Flammvorrichtung und einem einen Teil der bei der Verbrennung gebildeten Abgase zur Luftzuführungseinrichtung rückführenden Abgasrückführungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß im heizkesselseitigen Anschlußbereich des Abgasrückführungskanals (20;25; 33) ein Festpartikel in gasförmige Bestandteile umwandelndes Konverterelement (21;34) vorgesehen ist.Burners, in particular forced draft burners, for boilers, combustion plants or the like, with an air supply device, a fuel supply device introducing liquid or gaseous fuel, a flame device immersing in a combustion chamber and forming the burner flame, and a part of the exhaust gases formed during the combustion and returning the exhaust gas return duct to the air supply device , characterized in that a converter element (21; 34) converting solid particles into gaseous components is provided in the boiler-side connection area of the exhaust gas recirculation duct (20; 25; 33). Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasrückführungskanal (20;25;33) am Brennraum (11) oder am nachgeschalteten Abgaskanalsystem (12) angeschlossen ist.Burner according to claim 1, characterized in that the exhaust gas recirculation duct (20; 25; 33) on the combustion chamber (11) or is connected to the downstream exhaust duct system (12). Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen den gesamten Querschnitt des Abgasrückführungskanals (20;25;33) überdeckende Konverterelement (21;34) filterartig durchlässig und wenigstens bis zu einer Temperatur von 800o C hitzebeständig ausgebildet ist.Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the substantially the entire cross section of the exhaust gas return duct is designed filter-like permeable and at least up to a temperature of 800 o C heat-resistant (20; 25;; 33) covering converter element (34 21). Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Konverterelement (21;34) an einer im Betrieb des Brenners (13) eine Temperatur von im wesentlichen 400 - 600o C aufweisenden Stelle des Abgasrückführungskanals (20;25;33) angeordnet ist.Burner according to Claim 3, characterized in that the converter element (21; 34) is arranged at a point on the exhaust gas recirculation duct (20; 25; 33) which is essentially 400-600 o C during operation of the burner (13). Brenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konverterelement (21;34) aus einem porösen Keramikmaterial besteht.Burner according to claim 3 or 4, characterized in that the converter element (21; 34) consists of a porous ceramic material. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikmaterial Aluminiumoxid ist.Burner according to claim 5, characterized in that the ceramic material is aluminum oxide. Brenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konverterelement (21;34) aus einem porösen, metallischen Preß- oder Sinterkörper besteht.Burner according to claim 3 or 4, characterized in that the converter element (21; 34) consists of a porous, metallic pressed or sintered body. Brenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Konverterelement (21;34) aus einem Metallgeflecht besteht.Burner according to claim 3 or 4, characterized in that the converter element (21; 34) consists of a metal mesh. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Konverterelement (21;34) eine einen geringen Strömungswiderstand erzeugende, den mittleren Durchmesser von Staub- und Rußteilchen übersteigende Porengröße aufweist.Burner according to one of Claims 3 to 8, characterized in that the converter element (21; 34) has a pore size which produces a low flow resistance and exceeds the average diameter of dust and soot particles. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasrückführungskanal (20;25;33) in der Luftzuführungseinrichtung des Brenners (13) saugseitig mündet.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas recirculation channel (20; 25; 33) opens into the air supply device of the burner (13) on the suction side. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasrückführungskanal in der Luftzuführungseinrichtung des Brenners (13) druckseitig nach Art eines Injektors mündet.Burner according to one of claims 1 to 9, characterized in that the exhaust gas recirculation duct opens into the air supply device of the burner (13) on the pressure side in the manner of an injector. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammvorrichtung ein wenigstens außerhalb des Brennraums (11) doppelwandig ausgebildetes Flammrohr (30) aufweist, wobei das ringförmig ausgebildete Konverterelement (34) im den Abgasrückführungskanal (33) bildenden Bereich zwischen den doppelten Wandungen (31,32) angeordnet ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the flame device has a flame tube (30) which is double-walled at least outside the combustion chamber (11), the ring-shaped converter element (34) in the region forming the exhaust gas recirculation channel (33) between the double walls ( 31,32) is arranged. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Betrieb des Brenners (13) eine Temperatur oberhalb des Taupunkts der Abgase aufweisender Bereich des Abgasrückführungskanals (20;25;33) mit wenigstens einer Zuführöffnung (22;26;35) für Außenluft versehen ist.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that an area of the exhaust gas recirculation duct (20; 25; 33) having a temperature above the dew point of the exhaust gases during operation of the burner (13) with at least one supply opening (22; 26; 35) for outside air is provided.
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