EP0468155B1 - Verfahren zum Verbrennen von Brenngas mit Sauerstoffgas sowie zugehöriger Brenner - Google Patents

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EP0468155B1
EP0468155B1 EP91107864A EP91107864A EP0468155B1 EP 0468155 B1 EP0468155 B1 EP 0468155B1 EP 91107864 A EP91107864 A EP 91107864A EP 91107864 A EP91107864 A EP 91107864A EP 0468155 B1 EP0468155 B1 EP 0468155B1
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EP
European Patent Office
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pressure
gas
suction
tube
combustion
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EP91107864A
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EP0468155A1 (de
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Werner Dr. Stutzenberger
Wilfried Dipl.-Ing. Lissack
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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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
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • 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
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for burning fuel gas with oxygen gas, in particular with a low-pressure fuel gas supply ( ⁇ 100 mbar) using the Coanda effect, i.e. that low-pressure fuel gas is supplied to a suction-mixing tube over the entire cross-section except for an annular gap adjacent to the wall of the suction-mixing tube, while at the same time oxygen gas is fed in via the annular gap at a higher pressure, thereby causing fuel gas to be sucked in.
  • the oxygen gas required for combustion is supplied in several steps.
  • Fuels relevant according to the invention are in principle all gaseous fuels, but in particular the invention relates to fuel gases which, for technical reasons, are often only available at low pressure, such as natural gas.
  • oxygen gas includes air, oxygen-enriched air and, above all, pure oxygen.
  • Propulsion nozzle burners are primarily known from oxyfuel technology.
  • the injection burners used there have the main objective of achieving a good mixing of fuel and oxygen gas and are also used there for safety reasons.
  • An essential point in the case of propellant jet burners is, however, that one of the two media necessary for combustion, namely the fuel gas and the oxygen gas, can be introduced to an increased extent by the other by means of the known suction effect.
  • the suction effect of a compact, centrally flowing jet on its surroundings and the Coanda effect are known (see textbook '' Industrial furnace and burner construction '' JHBrunklaus, Vulkan Verlag Essen, 4th edition, Jan. 1975, pages 101 to 103, especially pictures 100 and 101).
  • a method according to the preamble of the main claim is known from DD-A-212 305, where, however, solid fuels, which are conveyed by a gas with the lowest flow pressure, are to be burned with a reduction in the generation of NO x .
  • This is achieved there by gradual combustion with swirling, the first step being to take advantage of the known Coanda effect by the primary air sucking in the gas containing the solid fuel in the first combustion stage.
  • the swirling is carried out by means of swirl internals through which the secondary and tertiary air of the further combustion stages flow.
  • the object of the present invention is now to provide an efficient, safe and easily controllable combustion process for a low-pressure fuel gas supply.
  • This object is achieved according to the present invention on the basis of the Coanda effect and the high pressure availability of the oxygen gas, in that a primary part of the oxygen gas required for combustion is supplied via the Coanda annular gap within the suction-mixing tube, the primary part of the Oxygen gas is dimensioned such that the ignition limit of the gas mixture which forms remains below, while a secondary part is first fed to the gas mixture leaving the suction-mixing tube, the values for the pressure and amount of the primary and secondary oxygen gas depending on the available fuel gas pressure desired setting of the combustion and the combustion performance as well as the application and basic safety data.
  • the gas mixture in the suction-mixing tube contains at most as much oxygen that the ignition limit remains below.
  • a further possibility of developing the method according to the invention is that the size of the annular gap required for producing the Coanda effect is also varied. In addition to the parameters mentioned in the main claim, this results in a further influencing variable for optimizing a corresponding combustion process.
  • v ⁇ v G * Z * (1/100-Z) must obey, where v g is the total gas volume flow and Z are the ignition limit in% if the above-mentioned protective function should still be present.
  • the equation must be reinterpreted accordingly for oxygen-enriched air.
  • the pressure of the primary oxygen gas is advantageously set between 0.3 and 15 bar, preferably between 0.5 and 4 bar.
  • a device for carrying out the method according to the invention consists of an outer tube forming the outer shell, in which a second tube, the so-called suction-mixing tube, is arranged, leaving an annular channel, which is provided for the supply of the secondary oxygen gas, and has Within this second tube, also with the release of a further ring channel, an inner tube, this inner tube already ending well in front of the outlet-side ends of the outer tube and the approximately equally extending second tube, thus resulting in a mixing chamber in the front, outlet-side region of the burner head formed in this way which the primary oxygen gas from the inner ring channel and the fuel gas from the central channel enter with the formation of the Coanda effect and wherein facilities are provided, whereby the pressure and quantity adjustment of the primary and the secondary oxygen gas is possible.
  • two separate supply lines are provided for the supply of primary and secondary oxygen gas to the corresponding ring channels, and suitable pressure adjustment valves are arranged in each of these supply lines.
  • only one supply line for the oxygen gas is provided with an adjusting valve arranged therein, the oxygen gas being divided into two suitable fractions by means of flow-determining internals in the ring channels.
  • the method according to the invention can in each case be operated successfully with the two device variants just mentioned, the first variant providing the possibility of changing the two essential process parameters even during operation, while in the latter variant after suitable installations, e.g. Congestion rings in the ring channels, there is a fixed basic setting with an oxygen gas supply at a certain pressure level.
  • the suction-mixing tube is constructed in several parts, namely from a front-side diffuser, a connecting piece with a threaded area and a base tube.
  • the inner tube is also advantageously composed in two parts from a base tube with an attached, externally beveled nozzle lip.
  • This multi-part design of the suction-mixing tube makes it possible to vary the width of the annular gap which allows the propellant oxygen gas to escape.
  • Advantageous gap widths are between 0.05 and 5 mm, preferably between 0.1 and 1 mm.
  • the diffuser has an opening angle of between 4 and 15 °, preferably 6 and 9 °, on the output side and a length L which is preferred with the equation L ⁇ 0.75d / 2 * sin (10-x) obeys, where d is the diffuser diameter at the narrowest point and x is the opening angle to the axis.
  • FIG. 1 shows a combustion or firing device according to the invention with a burner B and a gas supply G.
  • the burner B consists of an outer tube 1, a suction-mixing tube 2 arranged concentrically therein and another one, likewise arranged concentrically Inner tube 4, these tubes being built on a base part 8 and annular channels 3, 5 being formed between the tubes.
  • Supply lines 11, 12 can be supplied with oxygen gas, while the central channel 7 is connected to a fuel gas supply via a supply line 13 (in FIG. 2, corresponding parts are designated with the same reference numbers).
  • Adjusting valves 15, 16 are arranged in the feed lines 11, 12 and can be adjusted via an adjusting unit 17.
  • the tubes forming the burner B can be stabilized in their mutual orientation by spacers 9.
  • the fact that the inner tube 4 is shorter than the two outer tubes 1, 2 results on the gas outlet side of the burner B in an inner chamber 6 into which the primary oxygen gas flowing in via the annular channel 5 and the inflowing or flowing out of the central channel 7 Intake fuel gas first.
  • the natural gas intake can be easily adjusted to the needs in the respective application, while on the other hand the oxygen still missing for combustion can be metered in without problems .
  • Typical distribution ratios between primary and secondary oxygen are between ratios of 1: 1 to 1: 5. Because of the quantity ratios that occur, the quantities to be supplied and the pressures and firing capacities to be provided, the method according to the invention can be carried out particularly advantageously with pure oxygen as the oxygen gas.
  • FIG. 2 shows a particularly advantageous embodiment of a burner head according to the invention in detail.
  • the suction-mixing tube 2 and the inner tube 4 are made in several parts.
  • the suction-mixing tube 2 is composed of a diffuser 2a on the gas outlet side, a connecting piece 2b with a threaded region 10 and a base tube 2c, while the inner tube 4 is formed of a base tube 4a with a nozzle lip 4b which is tapered on the outside.
  • the present invention thus provides expanded possibilities for designing combustion and firing methods, the method according to the invention and the associated device particularly targeting application situations in which only a fuel gas supply at a low pressure level is available.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen von Brenngas mit Sauerstoffgas insbesondere bei Niedrigdruck-Brenngasversorgung (< 100 mbar) unter Anwendung des Coanda-Effekts, d.h. daß einem Saug-Misch-Rohr über den gesamten Querschnitt bis auf einen Ringspalt benachbart zur Wand des Saug-Misch-Rohres Niederdruck-Brenngas zugeführt wird, während gleichzeitig über den Ringspalt Sauerstoffgas mit höherem Druck eingespeist wird, wodurch eine Ansaugung von Brenngas verursacht wird. Die Zufuhr des zur Verbrennung notwendigen Sauerstoffgases erfolgt hierbei in mehreren Schritten.
  • Erfindungsgemäß relevante Brennstoffe sind dabei prinzipiell alle gasförmigen Brennstoffe, insbesondere betrifft die Erfindung jedoch Brenngase, die aus technischen Gründen häufiger nur mit Niederdruck verfügbar sind, wie z.B. Erdgas. Der Begriff Sauerstoffgas umfaßt erfindungsgemäß Luft, sauerstoffangereicherte Luft sowie vor allem reinen Sauerstoff.
  • In der Verbrennungs- und Feuerungstechnik ist im Gegensatz zur Autogentechnik vor allem die Erzeugung einer bestimmten Feuerungsleistung ( MJ/sec = MW
    Figure imgb0001
     ) das Ziel. Dabei kann die Problemstellung auftreten, daß mit einem nur niedrig vorgespannten Brenngas, d.h. mit Brenngasdrücken wesentlich niedriger als 100 mbar, gearbeitet werden muß. Infolgedessen entsteht unter Umständen das Problem, daß die für eine bestimmte Feuerungsleistung notwendige Menge an Brenngas nicht ohne weiteres aus der Brenngasversorgung verfügbar ist.
  • Für diesen Fall ist es denkbar, Treibdüsenbrenner einzusetzen. Treibdüsenbrenner sind vor allem aus der Autogentechnik bekannt. Die dort verwendeten Injektionsbrenner haben jedoch wesentlich die Zielsetzung, eine gute Vermischung von Brenn- und Sauerstoffgas zu bewirken und werden auch aus sicherheitstechnischen Gründen dort bevorzugt angewendet. Ein wesentlicher Punkt bei Treibdüsenbrennern besteht eben jedoch auch darin, daß von den zweien, für eine Verbrennung notwendigen Medien, nämlich dem Brenngas und dem Sauerstoffgas, eines vom anderen mittels des bekannten Saugeffekts in erhöhtem Maße herangeführt werden kann. Prinzipiell sind dazu der ansaugende Effekt eines kompakten, zentral strömenden Strahls auf seine Umgebung sowie der Coanda-Effekt bekannt (siehe Lehrbuch ''Industrieofen- und Brennerbau'' J.H.Brunklaus, Vulkan Verlag Essen, 4.Auflage, Jan.1975, Seiten 101 bis 103, insbesondere Bilder 100 und 101).
  • Ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der DD-A-212 305 bekannt, wo jedoch feste Brennstoffe, die von einem Gas mit Niedrigstfließdruck gefördert werden, unter Verringerung der NOx-Entstehung verbrannt werden sollen. Dies wird dort durch stufenweise Verbrennung mit Verwirbelung erreicht, wobei man sich zunächst den bekannten Coanda-Effekt zunutze macht, indem in der ersten Verbrennungsstufe das den festen Brennstoff enthaltende Gas von der Primärluft angesaugt wird. Die Verwirbelung wird mittels Dralleinbauten realisiert, über die die Sekundär- und Tertiärluft der weiteren Verbrennungsstufen strömen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein leistungsfähiges, sicheres und gut regelbares Verbrennungsverfahren für eine Niedrigdruck-Brenngasversorgung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Basis des Coanda-Effekts und der Hochdruckverfügbarkeit des Sauerstoffgases gelöst, indem ein primärer Teil des zur Verbrennung notwendigen Sauerstoffgases über den Coanda-Ringspalt innerhalb des Saug-Misch-Rohres zugeführt wird, wobei der primäre Teil des Sauerstoffgases derart bemessen ist, daß die Zündgrenze des sich bildenden Gasgemisches unterschritten bleibt, während ein sekundärer Teil erst dem das Saug-Misch-Rohr verlassenden Gasgemisch zugeführt wird, wobei die Werte für Druck und Menge des primären sowie sekundären Sauerstoffgases abhängig vom verfügbaren Brenngasdruck, der gewünschten Einstellung der Verbrennung und der Verbrennungsleistung sowie dem Anwendungszweck und sicherheitstechnischen Eckdaten eingestellt werden.
  • Mit dieser zweigeteilten Sauerstoffgaszufuhr unter Anwendung des Coanda-Effekts erhält man weitreichende Möglichkeiten zur Erzeugung einer leistungsstarken Verbrennung auch bei Niedrigdruck-Brenngasversorgung. Der Ablauf im einzelnen ist dabei wie folgt: Der über den Ringspalt entstehende Ringstrom des primären Sauerstoffgases fließt an der Wand des Saug-Misch-Rohres entlang und haftet an dieser. Im Innern dieses Stromes entsteht dabei eine Drucksenke, die eine Ansaugung des zentral zugeführten Brenngases zur Folge hat. Je nach Druck bzw. Menge des Primär-Sauerstoffgases wird in dieser Situation mehr oder weniger Brenngas angesaugt. Der zu einer in der Regel stöchiometrisch auszulegenden Verbrennung fehlende Sauerstoff wird dann noch in Gestalt des sekundären Sauerstoffgases außerhalb des Saug-Misch-Rohres zugeführt. Durch diese Vorgehensweise ergeben sich folgende Effekte:
    • Bereitstellung einer erhöhten Menge an Brenngas im Vergleich zur Menge ohne Coanda-Ringstrom
    • weitreichende Möglichkeiten zur Regelung der Ansaugung und Verbrennung durch die Aufteilung in primäres, ansaugendes Sauerstoffgas und sekundäres Sauerstoffgas
    • gute Vermischung von Sauerstoffgas und Brenngas bereits in der Ansaugphase.
  • Erfindungsgemäß wird höchstens soviel primäres Sauerstoffgas zugeführt, daß im Gasgemisch im Saug-Misch-Rohr maximal soviel Sauerstoff enthalten ist, daß die Zündgrenze unterschritten bleibt. Bei Erdgas bedeutet dies beispielsweise einen Sauerstoffanteil von maximal 40 %. Diese Maßnahme ist insbesondere sicherheitstechnisch bedeutend.
  • Eine weitere Möglichkeiten schaffende Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß auch der für die Erzeugung des Coanda-Effekts notwendige Ringspalt in seiner Größe variiert wird. Dadurch ergibt sich neben den im Hauptanspruch genannten Parametern eine weitere Einflußgröße ein entsprechendes Verbrennungsverfahren zu optimieren.
  • Für den Volumengasstrom v des primären Sauerstoffgasstromes, wenn dieser aus reinem Sauerstoff besteht, gilt, daß dieser der Gleichung v ≦ v g *Z*(1/100-Z)
    Figure imgb0002
     gehorchen muß, wobei vg der gesamte Gasvolumenstrom und Z die Zündgrenze in % sind, wenn die obengenannte Schutzfunktion noch vorhanden sein soll. Für sauerstoffangereicherte Luft ist die Gleichung entsprechend umzuinterpretieren.
  • Mit Vorteil wird in diesem Zusammenhang der Druck des primären Sauerstoffgases zwischen 0,3 und 15 bar, vorzugsweise zwischen 0,5 und 4 bar, eingestellt.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem, die äußere Hülle bildenden Außenrohr, in dem ein zweites Rohr, das sogenannte Saug-Misch-Rohr, unter Freilassung eines Ringkanals angeordnet ist, welcher für die Zufuhr des sekundären Sauerstoffgases vorgesehen ist, und besitzt innerhalb dieses zweiten Rohres ebenfalls unter Freilassung eines weiteren Ringkanals ein Innenrohr, wobei dieses Innenrohr bereits weit vor den austrittsseitigen Enden von Außenrohr und dem etwa gleichlang sich erstreckenden zweiten Rohr endet und sich so eine Mischkammer im vorderen, austrittsseitigen Bereich des so gebildeten Brennerkopfes ergibt, in die das primäre Sauerstoffgas aus dem inneren Ringkanal und das Brenngas aus dem Zentralkanal unter Ausbildung des Coanda-Effekts eintreten und wobei Einrichtungen vorhanden sind, wodurch die druck- und mengenmäßige Einstellung des primären und des sekundären Sauerstoffgases möglich ist.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwei getrennte Zufuhrleitungen für die Zuleitung von primärem und sekundärem Sauerstoffgas zu den entsprechenden Ringkanälen vorgesehen und in diesen Zufuhrleitungen jeweils geeignete Druck-Einstellventile angeordnet.
  • In einer dazu alternativen Gestaltungsvariante ist nur eine Zufuhrleitung für das Sauerstoffgas mit darin angeordnetem Einstellventil vorgesehen ist, wobei mittels durchflußbestimmenden Einbauten in den Ringkanälen das Sauerstoffgas in zwei geeignete Fraktionen aufgeteilt wird.
  • Mit den beiden ebengenannten Vorrichtungsvarianten kann das erfindungsgemäße Verfahren jeweils erfolgreich betrieben werden, wobei die erste Variante die Möglichkeit liefert, die beiden wesentlichen Verfahrensparameter auch im laufenden Betrieb zu ändern, während bei der letzteren Variante nach einmaliger Installation geeigneter Einbauten, z.B. Stauringe in den Ringkanälen, sich eine feste Grundeinstellung bei einer Sauerstoffgaszufuhr auf einem bestimmten Druckniveau ergibt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Saug-Misch-Rohr mehrteilig ausgebildet, nämlich aus einem vorderseitigen Diffusor, einem Verbindungsstück mit Gewindebereich und einem Basisrohr. Auch das Innenrohr ist vorteilhaft zweiteilig aus einem Basisrohr mit aufgesetzter, außenseitig angeschrägter Düsenlippe zusammengesetzt.
  • Diese mehrteilige Ausgestaltung des Saug-Misch-Rohres, insbesondere mit Gewindestück ermöglicht es, den Ringspalt, der das Treibsauerstoffgas austreten läßt, in seiner Weite zu variieren. Vorteilhafte Spaltbreiten liegen dabei zwischen 0.05 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0.1 und 1 mm.
  • Besonders günstig ist es darüber hinaus, wenn der Diffusor ausgangsseitig einen Öffnungswinkel zwischen 4 und 15°, vozugsweise 6 und 9°, besitzt und eine Länge L, die mit Vorzug der Gleichung L ≧ 0.75d / 2*sin(10-x)
    Figure imgb0003
     gehorcht, wobei d der Diffusordurchmesser an der engsten Stelle und x der Öffnungswinkel zur Achse hin ist. Mit diesen Spalt- und Diffusormaßgaben sind optimale Ergebnisse für eine Feuerung auf Niederdruck-Brenngas-Basis erreichbar.
  • Anhand der Figuren wird im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren und eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erfindungsgemäße Sauerstoff-Brenngasverbrennungseinrichtung mit Brenner und Gaseversorgung (schematisch) und
    Figur 2
    einen erfindungsgemäßen Brennerkopf im Detail in einer Schnitt-Seitenansicht.
  • Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Verbrennungs- oder Feuerungseinrichtung mit einem Brenner B und eine Gaseversorgung G. In seiner prinzipiellen Ausgestaltung besteht der Brenner B aus einem Außenrohr 1, einem innerhalb diesem konzentrisch angeordneten, Saug-Misch-Rohr 2 und einem weiteren, ebenfalls konzentrisch angeordneten Innenrohr 4, wobei diese Rohre auf einem Fußteil 8 aufgebaut sind und zwischen den Rohren Ringkanäle 3, 5 gebildet sind. Diese Ringkanäle sind über Zuleitungen 11, 12 mit Sauerstoffgas versorgbar, während der Zentralkanal 7 über eine Zuleitung 13 mit einer Brenngasversorgung verbunden ist (in Figur 2 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet). In den Zuleitungen 11, 12 sind Einstellventile 15, 16 angeordnet, die über eine Einstelleinheit 17 justierbar sind. Gegebenenfalls können die den Brenner B bildenden Rohre in ihrer gegenseitigen Orientierung durch Abstandshalter 9 stabilisiert sein. Dadurch, daß das Innenrohr 4 kürzer ausgebildet ist als die beiden äußeren Rohre 1,2 ergibt sich auf der gasaustrittsseitigen Seite des Brenners B eine Innenkammer 6, in die das über den Ringkanal 5 einströmende, primäre Sauerstoffgas und das aus dem Zentralkanal 7 zufließende bzw. angesaugte Brenngas zunächst eintreten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft nun wie folgt ab:
    Aus der Brenngaszuleitung 13 steht beispielsweise Erdgas mit einem Druck weit unterhalb 100 mbar, beispielsweise etwa 20 mbar, zur Verfügung. Als Sauerstoffgas ist z.B. reiner Sauerstoff mit Drucken bis zu 30 bar verfügbar. Größere Feuerungsleistungen, etwa über 0.5 MJ/sec, sind bei diesem Brenngasdruck und bei bei konventioneller Feuerungsgestaltung nicht ohne weiteres möglich. Führt man jedoch die Feuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch, d.h. führt man über den inneren Ringkanal 5 mit einer Kanalweite von etwa 0.5 mm Sauerstoff in einem Druckbereich von 0.5 bis 4 bar zu, so ergibt sich aufgrund des besagten Coanda-Effektes ein erhöhter Zustrom von Erdgas aus dem Zentralkanal 7, so daß höhere Feuerungsleistungen möglich sind. Dabei kann ein Mehrfaches, prinzipiell bis 40-faches, an Erdgas aus der Niederdruckversorgung entnommen werden, als vergleichsweise bei einer Erdgaszufuhr ohne zusätzlich angewandten Coanda-Effekt möglich wäre. Nach der Verbrennungsgleichung von Erdgas



            CH₄ + 2O₂ ---> CO₂ + 2H₂O



    ist hierbei insgesamt ein CH₄ : O₂-Verhältnis von etwa 1:2 einzuhalten. In diesem Gesamtrahmen, also dem Verbrennungsverhältnis, der notwendig anzusaugenden Menge von Erdgas für eine bestimmte Feuerungsleistung sowie sicherheitstechnisch bedingten Eckdaten - z.B. das Gemisch im Saug-Misch-Rohr sollte unterhalb seiner Zündgrenze bleiben - sind nun die erfindungsgemäß variablen Parameter, nämlich der Druck und die Menge des primären und sekundären Sauerstoffs einzustellen. Eine Verbrennung im Mischraum wird bei Erdgas als Brenngas dabei dadurch verhindert, daß im Mischraum maximal ein Sauerstoffgehalt von 40 % zugelassen wird.
  • Mit der erfindugsgemäßen Aufteilung des Sauerstoffs in zwei Fraktionen sowie den zugehörigen Einstellmöglichkeiten über die Einstellventile 15, 16 und über eine Ringspaltvariation läßt sich also einerseits die Erdgasansaugung leicht auf das Bedürfnis im jeweiligen Anwendungsfall einstellen, während andererseits der zur Verbrennung noch fehlende Sauerstoff problemlos zudosiert werden kann. Typische Aufteilungsverhältnisse zwischen primärem und sekundärem Sauerstoff liegen dabei zwischen Verhältnissen von 1:1 bis 1:5. Wegen den auftretenden Mengenverhältnissen, den zuzuführenden Mengen und bereitzustellenden Drucken und Feuerungsleistungen ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft mit reinem Sauerstoff als Sauerstoffgas durchzuführen.
  • In Figur 2 ist schließlich eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Brennerkopfes detailliert dargestellt.
  • Bei dem gezeigten Brennerkopf ist das Saug-Misch-Rohr 2 und das Innenrohr 4 mehrteilig ausgebildet. Das Saug-Misch-Rohr 2 setzt sich aus einem gasaustrittsseitigen Diffusor 2a, einem Verbindungsstück 2b mit Gewindebereich 10 und einem Basisrohr 2c zusammen, während das Innenrohr 4 aus einem Basisrohr 4a mit aufgesetzter, außenseitig abgeschrägten Düsenlippe 4b gebildet ist. Die angeschrägte Außenseite der Düsenlippe 4b und das brennerinnenseitige Ende des Diffusors 2a, der sich zunächst im Querschnitt verjüngt und sich zur Austrittsseite hin wieder erweitert, bilden in dieser Ausgestaltung den erfindungswesentlichen Coanda-Ringspalt 5', der in dieser Brennerkonstruktion aufgrund des Gewindestücks 10 auf dem Verbindungsstück 2b und dem darin verschieden weit einschraubbaren Diffusor verstellbar ist. Mit dem auf diese Weise erhaltenen Variationsparameter kann ein zu gestaltendes Niederdruck-Verbrennungs-verfahrens zusätzlich optimiert werden.
  • Insgesamt ergeben sich mit der vorliegenden Erfindung also erweiterte Möglichkeiten zur Gestaltung von Verbrennungs- und Feuerungsverfahren, wobei das erfindungsgemäße Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung insbesondere auf Anwendungssituationen abzielt, in denen nur eine Brenngasversorgung auf niedrigem Druckniveau zur Verfügung steht.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Verbrennen von Brenngas mit Sauerstoffgas insbesondere bei Niedrigdruck-Brenngasversorgung (< 100 mbar) unter Anwendung des Coanda-Effektes, d.h. daß einem Saug-Misch-Rohr (2) über den gesamten Querschnitt bis auf einen Ringspalt benachbart zur Wand des Rohres Niederdruck-Brenngas zugeführt wird, während gleichzeitig über den Ringspalt Sauerstoffgas mit höherem Druck mit dem Effekt einer Erhöhung der Brenngaszufuhr eingespeist wird, wobei die Zufuhr des zur Verbrennung notwendigen Sauerstoffgases in mehreren Schritten erfolgt,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein primärer Teil des zur Verbrennung notwendigen Sauerstoffgases über den Coanda-Ringspalt (5') innerhalb des Saug-Misch-Rohres (2) zugeführt wird, wobei der primäre Teil des Sauerstoffgases derart bemessen ist, daß die Zündgrenze des sich bildenden Gasgemisches unterschritten bleibt,
    während ein sekundärer Teil erst dem das Saug-Misch-Rohr (2) verlassenden Gasgemisch zugeführt wird,
    wobei die Werte für Druck und Menge des primären sowie sekundären Sauerstoffgases abhängig vom verfügbaren Brenngasdruck, der gewünschten Einstellung der Verbrennung und der Verbrennungsleistung sowie dem Anwendungszweck und sicherheitstechnischen Eckdaten eingestellt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Coanda-Ringspalt (5') in seiner Größe variiert wird.
  3. Verfahren nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des primären Sauerstoffgases zwischen 0,3 und 15 bar, vorzugsweise zwischen 0,5 und 4 bar, eingestellt wird.
  4. Sauerstoff-Brenngas-Verbrennungsvorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der obigen Ansprüche mit mehreren ineinander angeordneten rohrartigen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem die äußere Hülle bildenden Außenrohr (1) ein zweites Rohr, nämlich ein Saug-Misch-Rohr (2), unter Freilassung eines Ringkanals (3) angeordnet ist, welcher für die Zufuhr des sekundären Sauerstoffgases vorgesehen ist, und innerhalb des Saug-Misch-Rohres (2) ein Innenrohr (4) ebenfalls unter Bildung eines Ringkanals (5) und eines diesen Kanal abschließenden Coanda-Ringspalts (5') installiert ist,
    wobei dieses Innenrohr bereits erheblich vor den austrittsseitigen Enden des Außenrohres (1) und des etwa gleich langen Saug-Misch-Rohres (2) endet und so eine Innenkammer (6) im vorderen Bereich des so gebildeten Brennerkopfes gebildet ist, in die das über den inneren Ringkanals (5) zugeführte primäre Sauerstoffgas und das Brenngas aus dem Zentralkanal (7) unter Ausbildung des Coanda-Effektes eintreten und
    wobei Einrichtungen vorhanden sind, die die getrennte druck- und mengenmäßige Einstellung des primären und des sekundären Sauerstoffgases bewirken oder ermöglichen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Zufuhrleitungen (11, 12) für die Zuleitung von primärem und sekundärem Sauerstoffgas zu den entsprechenden Ringkanälen (5, 3) vorgesehen sind und in diesen Zufuhrleitungen Einstellventile (15, 16) angeordnet sind
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Zufuhrleitung für Sauerstoffgas mit darin angeordnetem Einstellventil vorgesehen ist und mittels durchflußbestimmender Einbauten in den Ringkanälen (5, 3) das Sauerstoffgas in zwei geeignete Fraktionen aufgeteilt wird.
  7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Saug-Misch-Rohr (2) aus einen vorderseitigen Diffusor (2a), einem Verbindungsstück (2b) mit Gewindebereich (10) und einem Basisrohr (2c) sowie daß das Innenrohr (4) aus einem Basisrohr (4a) mit aufgesetzter, außenseitig angeschrägter Düsenlippe (4b) zusammengesetzt ist.
  8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Coanda-Ringspaltes (5') 0.05 bis 5 mm, vorzugsweise 0.1 bis 1 mm, beträgt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor ausgangsseitig einen Öffnungswinkel x zwischen 4 und 15°, vorzugsweise 6 und 9°, aufweist und eine Länge L, die der Gleichung
       L ≧ 0.75d / 2*sin (10-x)
    Figure imgb0004
     gehorcht, wobei d der Diffusordurchmesser an der engsten Stelle und x der Öffnungswinkel zur Achse hin ist.
EP91107864A 1990-05-19 1991-05-15 Verfahren zum Verbrennen von Brenngas mit Sauerstoffgas sowie zugehöriger Brenner Expired - Lifetime EP0468155B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4016180 1990-05-19
DE4016180A DE4016180A1 (de) 1990-05-19 1990-05-19 Verfahren zum verbrennen von brenngas mit sauerstoffgas sowie zugehoeriger brenner

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Publication Number Publication Date
EP0468155A1 EP0468155A1 (de) 1992-01-29
EP0468155B1 true EP0468155B1 (de) 1995-07-19

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AT402963B (de) * 1995-09-07 1997-10-27 Voest Alpine Ind Anlagen Verfahren zum verbrennen von brennstoff
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE3219105A1 (de) * 1982-05-18 1983-11-24 Horst Dr.-Ing. 1000 Berlin Gatzke Verwendung einer coanda-duese als brenner fuer industrieoefen
DD212305A1 (de) * 1982-12-17 1984-08-08 Inst Energetik Zre Wirbelbrenner zur no tief x-armen verbrennung
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