EP0483520A2 - Method and apparatus for the combustion of gaseous and liquid fuels generating a low emission of noxious products - Google Patents

Method and apparatus for the combustion of gaseous and liquid fuels generating a low emission of noxious products Download PDF

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EP0483520A2
EP0483520A2 EP91116528A EP91116528A EP0483520A2 EP 0483520 A2 EP0483520 A2 EP 0483520A2 EP 91116528 A EP91116528 A EP 91116528A EP 91116528 A EP91116528 A EP 91116528A EP 0483520 A2 EP0483520 A2 EP 0483520A2
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EP
European Patent Office
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ventilation openings
tube
nozzle
combustion
pipe
Prior art date
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Withdrawn
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EP91116528A
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German (de)
French (fr)
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EP0483520A3 (en
Inventor
Stefan Dr. Schindler
Werner Dr. Schultze
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Vaw Aluminium AG
Original Assignee
Vereinigte Aluminium Werke AG
Vaw Aluminium AG
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Publication date
Application filed by Vereinigte Aluminium Werke AG, Vaw Aluminium AG filed Critical Vereinigte Aluminium Werke AG
Publication of EP0483520A2 publication Critical patent/EP0483520A2/en
Publication of EP0483520A3 publication Critical patent/EP0483520A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/404—Flame tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Definitions

  • Circulating venting devices in the pipes can be arranged in various ways to impart a swirl and accelerate the recirculation air.
  • the flame is sharply focused and the air in the burner chamber is quickly returned.
  • the end faces of the tubes facing the flame outlet should be rounded, e.g. B. the end face 32 to maintain a tear-free exit of the flame from the burner tube. A tear leads to the spread of the flame.
  • FIG. 4 shows the cross section of a tube, the tube consisting of an outer tube 40 and an inner tube 42.
  • Inner tube 42 is ribbed at locations 46, thereby forming an air gap 44 between tube 40 and tube 42.
  • the use of this arrangement has the advantage that the surface of the inner tube is enlarged as described below.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Method and apparatus for the combustion of gaseous and liquid fuels generating a low emission of noxious products together with minimum discharge of particulate combustion materials. The apparatus comprises a number of pipes of decreasing diameter and surrounding vent devices for concentrating the flame, with feeding of the recirculation air together with the combustion products. The pipes are arranged telescopically around the flame outlet or fuel nozzle, the pipe diameters decreasing in the direction of the flame outlet. Rotating vent devices in the pipes can be arranged in various ways to provide the recirculation air with a spin and acceleration. The flame is thus sharply concentrated and the air is rapidly recycled in the combustion chamber. The invention increases the burner output, reduces the combustion temperature and reduces the NOx emissions by up to 50% and the carbons by up to 100%.

Description

Die Erfindung besteht aus einem Verfahren und einer Vorrichtung zur verbesserten Verbrennung von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen bei einem minimalen Ausstoß von partikelförmigen Verbrennungsstoffen. Die Erfindung wird vorteilhafterweise bei Haus- und Industrieheizsystemen angewandt.The invention consists of a method and a device for the improved combustion of gaseous and liquid fuels with a minimum emission of particulate fuels. The invention is advantageously applied to home and industrial heating systems.

Gas- und Ölheizungen sowie Öfen sind mit einer Brennstoffdüse ausgestattet, aus der Brennstoff ausgestoßen und in einem Verbrennungsraum verbrannt wird. Für die Verbrennung wird Luft in den Verbrennungsraum eingelassen und die Verbrennungsprodukte werden durch ein Flammrohr beseitigt.Gas and oil heaters and stoves are equipped with a fuel nozzle, from which fuel is ejected and burned in a combustion chamber. For combustion, air is let into the combustion chamber and the combustion products are removed by a flame tube.

Es ist ein Nachteil dieser Verbrennungsprozesse, daß nicht der ganze Brennstoff verbraucht wird, wodurch die Leistungsfähigkeit des Prozesses herabgesetzt wird. Während der Verbrennung entstehen unverbrannte Kohlenstoffe und NOx-Schadstoffe im Flammrohr.A disadvantage of these combustion processes is that not all of the fuel is consumed, thereby reducing the efficiency of the process. During combustion, unburned carbons and NO x pollutants are generated in the flame tube.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zurverbesserung der Brennleistung in Brennern für gasförmige und flüssige Brennstoffe zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide a method for improving the combustion performance in burners for gaseous and liquid fuels.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verringerung der NOx- und CxHy-Emissionen in Brennern für gasförmige und flüssige Brennstoffe anzubieten.It is another object of the invention to provide a method for reducing NO x and C x Hy emissions in burners for gaseous and liquid fuels.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzubieten, wobei die Vorrichtung auch bei bestehenden Brennern nachträglich eingebaut werden kann.It is a further object of the invention to offer a device for carrying out the method, the device also being able to be retrofitted to existing burners.

Diese Aufgaben und andere werden mit Hilfe der Erfindung gelöst, wobei die Erfindung eine einfache Vorrichtung zur Rückführung von Rauchgasen in den Verbrennungsraum bietet und sich den reduzierten Druck in der Nähe der Flamme zunutze macht. Auf diese Weise werden Verbrennungsprodukte mit der Rezirkulationsluft wieder zur Flamme geführt und erneut verbrannt.These objects and others are achieved with the aid of the invention, the invention offering a simple device for returning flue gases into the combustion chamber and taking advantage of the reduced pressure in the vicinity of the flame. In this way, combustion products are returned to the flame with the recirculation air and burned again.

Die vereinfachte Vorrichtung der Erfindung umfaßt eine Reihe von Rohren mit abnehmendem Durchmesser und umlaufenden Entlüftungsvorrichtungen zur Bündelung der Flamme unter Zuführung der Rezirkulationsluft mit den Verbrennungsprodukten. Die Rohre sind teleskopartig um den Flammenaustritt oder die Brennerdüse herum angeordnet, wobei die Rohrdurchmesser in Richtung Flammenaustritt abnehmen.The simplified device of the invention comprises a series of tubes with a decreasing diameter and circumferential ventilation devices for concentrating the flame while supplying the recirculation air with the combustion products. The tubes are arranged telescopically around the flame outlet or the burner nozzle, the tube diameter decreasing in the direction of the flame outlet.

Umlaufende Entlüftungsvorrichtugen in den Rohren können zur Vermittlung eines Dralls sowie Beschleunigung der Rezirkulationsluft verschiedenartig angeordnet werden. Die Flamme wird dabei scharf gebündelt und die Luft im Brennerraum schnell rückgeführt.Circulating venting devices in the pipes can be arranged in various ways to impart a swirl and accelerate the recirculation air. The flame is sharply focused and the air in the burner chamber is quickly returned.

Durch die Erfindung wird die Brennerleistung erhöht, die Verbrennungstemperatur reduziert und die NOx-Emissionen bis zu 50 % und die Kohlenstoffe bis zu 100 % reduziert.The invention increases the burner output, reduces the combustion temperature and reduces the NO x emissions by up to 50% and the carbons by up to 100%.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zusammen mit den Figuren erkennbar.These and other objects of the invention will become apparent in the following detailed description of the invention, together with the figures.

  • Fig. 1: Querschnitt einerAusführung der Erfindung, derteleskopartige Rohre mit umlaufenden Entlüftungsvorrichtungen in Form von Bohrlöchern zeigt.Fig. 1: Cross-section of an embodiment of the invention showing telescopic tubes with circumferential venting devices in the form of boreholes.
  • Fig. 2: Ähnliche Ansicht wie Fig. 1 einer anderen Ausführung der Erfindung, wobei die Rohre mit umlaufenden Entlüftungsvorrichtungen zusammengesteckt sind und mit einem diametrischen Zwischenraum ausgestattet sind.Fig. 2: Similar view as Fig. 1 of another embodiment of the invention, wherein the tubes are plugged together with circumferential ventilation devices and are equipped with a diametric space.
  • Fig. 3: Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.3: cross section along the line 3-3 of FIG. 2nd
  • Fig. 4: Querschnitt einer Ausführung der inneren Rohroberfläche.Fig. 4: cross section of an embodiment of the inner tube surface.
  • Fig. 5: Querschnitt einer anderen Ausführung der inneren Rohroberfläche.Fig. 5: cross section of another embodiment of the inner tube surface.
  • Fig. 6: Andere Ausführung einer umlaufenden Entlüftungsvorrichtung.Fig. 6: Another version of a circumferential ventilation device.
  • Fig. 7, 8, 9: Ansichten ähnlich wie Fig. 5 anderer Ausführungen von umlaufenden Entlüftungsvorrichtungen.7, 8, 9: views similar to FIG. 5 of other versions of circumferential ventilation devices.
  • Fig. 10: Perspektivische Ansicht der Erfindung einer Ausführung für eine relative Anordnung von umlaufenden Entlüftungsvorrichtungen.Fig. 10: Perspective view of the invention of an embodiment for a relative arrangement of circumferential ventilation devices.

Die Rohrkonstruktion der Fig. 1 soll für einen Brenner einer herkömmlichen Heizung oder eines herkömmlichen Ofens verwendet werden, wobei in diesem Fall die Rohrkonstruktion in einem geschlossenen Raum angebracht wird. Die Vorrichtungen dienen zur Rückführung einiger oder aller Verbrennungsprodukte und Abgase aus dem Flammrohr (nicht abgebildet) der Heizung oder des Ofens. Die einströmende Luft wird in herkömmlicher Weise zur Brennerdüse 10 geführt, so daß die Brennstoffverbrennung innerhalb des Verbrennungsraumes stattfindet. Der Brennstofffluß (Gas oder Öl) kann mit einem Standardregelungsgerät, wie bei 12 schematisch gezeigt, geregelt werden. Das Verbrennungsprodukt des Brennstoffs und die einströmende Luft enthalten Schadstoffe und unverbrannten Brennstoff und werden erfindungsgemäß in verschiedenen Mengen zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Verbrennungsprozesses und Reduzierung der Schadstoffe rückgeführt.1 is intended to be used for a burner of a conventional heater or furnace, in which case the tube structure is installed in an enclosed space. The devices are used to recycle some or all of the combustion products and exhaust gases from the flame tube (not shown) of the heater or furnace. The inflowing air is guided in a conventional manner to the burner nozzle 10 so that the fuel combustion takes place within the combustion chamber. The fuel flow (gas or oil) can be controlled with a standard control device, as shown schematically at 12. The combustion product of the fuel and the inflowing air contain pollutants and unburned fuel and, according to the invention, are recycled in various amounts to increase the efficiency of the combustion process and reduce the pollutants.

Bezugnehmend auf Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus mehreren zylindrischen Rohren 14, 16 und 18, vorzugsweise mit kreisförmigem Querschnitt, obwohl auch Rohre mit polygonalem Querschnitt verwendet werden können. Die Rohre sind jeweils mit einer Reihe von umlaufenden Entlüftungsöffnungen 20, 22 bzw. 24 ausgestattet, in dieser Ausführung als ringförmige Anordnung von Bohrlöchern, wobei sich ihre Achsen vorzugsweise nach oben hin neigen, wie im Querschnitt gezeigt.1, the device according to the invention consists of a plurality of cylindrical tubes 14, 16 and 18, preferably with a circular cross section, although tubes with a polygonal cross section can also be used. The tubes are each equipped with a series of circumferential ventilation openings 20, 22 and 24, in this embodiment as an annular arrangement of boreholes, their axes preferably sloping upwards, as shown in cross section.

In der Ausführung der Fig. 1 sind die Rohre so angeordnet, daß der Innendurchmesser des einen Rohrs, z. B. des Rohrs 14, dem Außendurchmesser des anderen, z. B. des Rohrs 16, entspricht, so daß die Rohre bündig in einer teleskopartigen Form ineinandergesteckt werden können. Das Rohr 14 mit dem größten Durchmesser wird so über die Brennerdüse 10 gesteckt, daß sich die umlaufenden Entlüftungslöcher 20 hinter dem Flammenkegel 26, so nah wie möglich an der Flamme, befinden. Die übrigen Rohre 16 und 18 sind in die Richtung, in der die Flamme 26 aus der Brennerdüse 10 austritt, nach abnehmendem Durchmesser angeordnet, so daß der Flammenkegel immer weiter eingeengt und zu einer gebündelten Flammenspitze eingeschnürt wird (mit oder ohne Drall, wie unten beschrieben). Die Pfeile in Fig. 1 zeigen den Luftstrom durch die Entlüftungsvorrichtungen und die Rohre.1, the tubes are arranged so that the inside diameter of one tube, e.g. B. the tube 14, the outer diameter of the other, for. B. the tube 16 corresponds, so that the tubes can be inserted flush in a telescopic shape. The tube 14 with the largest diameter is placed over the burner nozzle 10 in such a way that the circumferential ventilation holes 20 are located behind the flame cone 26, as close as possible to the flame. The remaining tubes 16 and 18 are arranged in the direction in which the flame 26 emerges from the burner nozzle 10 according to decreasing diameter, so that the flame cone is narrowed further and further and constricted to a bundled flame tip (with or without swirl, as described below ). The arrows in Fig. 1 show the air flow through the venting devices and the pipes.

Die Rohre bestehen vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff, wie z. b. A1203, A1203X Si02 (Mullit), A1203 x MgO (Spinell), reinem Zr02 oder MgO oder CaO oder teilweise oder vollständig stabilisiertem Y203.The tubes are preferably made of a ceramic material, such as A1 2 0 3 , A1 2 0 3X Si0 2 (mullite), A1 2 0 3 x MgO (spinel), pure Zr0 2 or MgO or CaO or partially or completely stabilized Y 2 0 3 .

Wie Fig. 1 zeigt, ist jedes Rohr 14, 16 und 18 mit einer Vielzahl von umlaufenden Entlüftungslöchern 20, 22 bzw. 24 zur Ansaugung von Rezirkulationsluft aus dem Flammrohr der Heizung oder des Ofens (nicht abgebildet) versehen. In dieser Ausführung können die Entlüftungslöcher in der Größe durch Anordnen der Rohre gegeneinander angepaßt werden, z. B. durch Verschieben der Rohre in einer teleskopartigen Art und Weise oder Drehen der Rohre zur Anpassung der Rezirkulationsluft bis zur doppelten Menge der einströmenden Luft.As shown in Fig. 1, each tube 14, 16 and 18 is provided with a plurality of circumferential vent holes 20, 22 and 24, respectively, for drawing in recirculation air from the flame tube of the heater or the furnace (not shown). In this embodiment, the vent holes can be adjusted in size by arranging the tubes against each other, e.g. B. by moving the tubes in a telescopic manner or rotating the tubes to adjust the recirculation air up to twice the amount of incoming air.

Der Strom der heißen Verbrennungsgase innerhalb der Rohre 14, 16 und 18 führt zu einem reduzierten Druck innerhalb des Rohrs, wodurch die Rezirkulationsluft innerhalb des Brenners (außerhalb der Rohranordnung) durch die Entlüftungsöffnungen 20, 22 und 24 angesaugt wird.The flow of hot combustion gases within tubes 14, 16, and 18 results in reduced pressure within the tube, thereby drawing the recirculation air within the burner (outside the tube assembly) through vents 20, 22, and 24.

Das obere Rohr 18 ist wahlweise mit einer Ausbrennstrecke 30 zur Anpassung der Größe der Öffnungen 24 im Rohr 18 versehen.The upper tube 18 is optionally provided with a burnout section 30 to adjust the size of the openings 24 in the tube 18.

Die Zahl und Größe der umlaufenden Öffnungen (Entlüftungslöcher 20, 22, 24) sind variabel, aber die gesamte Querschnittsfläche der Löcher eines Rohrs sollte 15 % - 35 % der Querschnittsfläche des Rohrs, in dem sie angebracht sind, betragen.The number and size of the circumferential openings (vent holes 20, 22, 24) are variable, but the total cross-sectional area of the holes of a pipe should be 15% - 35% of the cross-sectional area of the pipe in which they are installed.

Die Rohre 14, 16 und 18 sind gegeneinander bewegbar, um eine teleskopartige Anordnung zu erzielen. Jede geeignete mechanische oder elektrische Vorrichtung kann zur Bewegung der Rohre 14, 16 und 18 verwendet werden und geeignete Mittel können eingesetzt werden, um die teleskopartigen Rohre in einer gewünschten Stellung zu halten.The tubes 14, 16 and 18 can be moved relative to one another in order to achieve a telescopic arrangement. Any suitable mechanical or electrical device can be used to move tubes 14, 16 and 18, and suitable means can be used to hold the telescopic tubes in a desired position.

Es gibt zwei Gründe, die Rohre axial gegeneinander zu bewegen. Auf der einen Seite kann die Länge des Rohrs, das den Brenner 10 einschnürt, geregeltwerden, um den von den jeweiligen Anforderungen abhängigen Brennstoffverbrauch anzupassen. Auf der anderen Seite kann die Größe und Zahl der offenen Entlüftungslöcher variiert werden, um die Menge an Rezirkulationsluft, die in den Innenteil der Rohrkonstruktion eingeführt wird, zu regeln. Wenn das Rohr 18 bespielsweise in das Rohr 16 gesteckt wird, werden die Entlüftungslöcher 22 vom unteren Teil des Rohrs 18 abgedeckt und nur die Löcher 24 und 20 bleiben als Quelle für die Rezirkulationsluft geöffnet. Wenn das Rohr 18 weiter hineingesteckt wird, werden die Entlüftungslöcher 24 im Rohr 14 durch den oberen Teil des Rohrs 16 abgedeckt, und nur die Löcher 20 im Rohr 14 bleiben als Quelle für die Rezirkulationsluft geöffnet. Die Löcher 20 können geschlossen werden, indem das Rohr 16 vollständig in das Rohr 14 gesteckt wird, so daß, wenn die gesamte Konstruktion teleskopartig ineinandergesteckt wird, kein Entlüfungsloch geöffnet ist. Es wird die Verwendung einer Entlüftungsanordnung in Erwägung gezogen, wobei durch das Ineinanderstecken und/oder Drehen der Rohre die Entlüftungsöffnungen 20, 22 oder24 nur teilweise geschlossen werden.There are two reasons to move the pipes axially against each other. On the one hand, the length of the tube constricting the burner 10 can be adjusted to match the fuel consumption depending on the particular requirements. On the other hand, the size and number of open vent holes can be varied to regulate the amount of recirculation air that is introduced into the interior of the pipe structure. For example, when tube 18 is inserted into tube 16, vent holes 22 are covered by the lower portion of tube 18 and only holes 24 and 20 remain open as a source of recirculation air. When the tube 18 is inserted further, the vent holes 24 in the tube 14 are covered by the upper part of the tube 16, and only the holes 20 in the tube 14 remain open as a source of the recirculation air. The holes 20 can be closed by inserting the tube 16 fully into the tube 14 so that when the entire construction is telescoped, no vent hole is opened. The use of a venting arrangement is contemplated, with the venting openings 20, 22 or 24 being only partially closed by inserting and / or rotating the tubes.

Die Position der Rohre sollte solange angepaßt werden, bis der Schadstoffgehalt in den Rauchgasen auf eine Minimum reduziert wurde. Wie oben erwähnt, kann es sich bei der Vorrichtung zur Regelung der Position der Rohre um eine herkömmliche Vorrichtung handeln. Ebenso kann der Regelungsmechanismus zur Feststellung der Schadstoffe in den Rauchgasen und Veranlassen der Regelungsvorrichtung auf empirischer Basis, die Position der Rohre 14, 16 und 18 durch Ineinanderschieben oder Drehen der Rohre entsprechend anzupassen, aus einem standardmäßigen Gerät bestehen. Die Position der Rohre wird solange verändert, bis die durch einen Fühler gemessenen Schadstoffe auf ein Minimum reduziert wurden. Das Gerät zur Wahrnehmung von Schadstoffen und Regelung der teleskopartigen Bewegung der Rohre kann herkömmlich sein und ist demgemäß in dieser Beschreibung nicht dargelegt.The position of the pipes should be adjusted until the pollutant content in the flue gases has been reduced to a minimum. As mentioned above, the device for regulating the position of the pipes can be a conventional device. Likewise, the control mechanism for determining the pollutants in the flue gases and causing the control device on an empirical basis to adjust the position of the pipes 14, 16 and 18 accordingly by pushing or rotating the pipes can consist of a standard device. The position of the pipes is changed until the pollutants measured by a sensor have been reduced to a minimum. The device for perceiving pollutants and regulating the telescopic movement of the pipes can be conventional and is therefore not set out in this description.

Die dem Flammenaustritt zugewandten Stirnflächen der Rohre sollten kantenverrundet sein, wie z. B. die Stirnfläche 32, um einen abrißfreien Austritt der Flamme aus dem Brennerrohr aufrechtzuerhalten. Ein Abriß führt zur Ausbreitung der Flamme.The end faces of the tubes facing the flame outlet should be rounded, e.g. B. the end face 32 to maintain a tear-free exit of the flame from the burner tube. A tear leads to the spread of the flame.

Für die Verwendung der Erfindung in gasbeheizten Brennern können keramische Werkstoffe in der Nähe der Zündüberwachung (nicht abgebildet) so metallisiertwerden, daß sie elektrisch leiten und zum Funktionieren der Zündüberwachung führen. Alternativ kann eine besondere Elektrode mit einem Massepol verwendet werden. Der mit dem Stand der Technik vertraute Fachmann wird schnell erkennen, wie und warum dies getan werden muß, wenn die Erfindung mit einer Zündüberwachung verwendet wird.For use with the invention in gas-fired burners, ceramic materials near the ignition monitor (not shown) can be metallized to conduct electricity and cause the ignition monitor to function. Alternatively, a special electrode with a ground pole can be used. Those skilled in the art will quickly recognize how and why this must be done when the invention is used with ignition monitoring.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung der Erfindung, wobei die Entlüftungsvorrichtung mit Ringen 34 und 36 ausgestattet ist, und jeder Ring eine Vielzahl von Bohrungen 38 bzw. 40 aufweist, durch die die Rezirkulationsluft in das Rohr gelangt. In diesem Fall werden die Rohre 14, 16 und 18 nicht ineinandergeschoben, aber die Ausbrennstrecke 30 ist anpaßbar, so daß der Spalt zwischen den Rohren 18 und 16 geschlossen werden kann und die Rezirkulationsluft nicht in die Entlüftungslöcher 38 im Ring 34 eindringen kann. Vorzugsweise bestehen die Ringe 34 und 36 aus einem keramischen Werkstoff.Fig. 2 shows an alternative embodiment of the invention, wherein the venting device with rings 34 and 36 is equipped, and each ring has a plurality of bores 38 and 40 through which the recirculation air enters the tube. In this case, the tubes 14, 16 and 18 are not pushed into each other, but the burnout section 30 is adjustable, so that the gap between the tubes 18 and 16 can be closed and the recirculation air cannot penetrate into the vent holes 38 in the ring 34. The rings 34 and 36 are preferably made of a ceramic material.

Es ist auch möglich, Ansaugluft einzuführen, indem die Innenfläche der Rohre mit Längsnuten versehen werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines Rohrs, wobei das Rohr aus einem äußeren Rohr 40 und einem inneren Rohr 42 besteht. Das innere Rohr 42 ist an den Stellen 46 gerippt, wodurch ein Luftspalt 44 zwischen dem Rohr 40 und dem Rohr 42 gebildet wird. Die Verwendung dieser Anordnung hat den Vorteil, daß die Oberfläche des Innenrohrs wie unten beschrieben, vergrößert wird.It is also possible to introduce intake air by providing longitudinal grooves on the inner surface of the tubes, as shown in FIG. FIG. 4 shows the cross section of a tube, the tube consisting of an outer tube 40 and an inner tube 42. Inner tube 42 is ribbed at locations 46, thereby forming an air gap 44 between tube 40 and tube 42. The use of this arrangement has the advantage that the surface of the inner tube is enlarged as described below.

Es hat sich gezeigt, daß es für den belauf der Verbrennung von Vorteil ist, eine möglichst große innere Rohroberfläche anzubieten. Die innere Rohroberfläche kann dadurch vergrößert werden, daß das Konturrohr 47, wie in Fig. 5 gezeigt, entweder verrippt oder wellenförmig ausgebildet wird. Diese Kontur wird vorteilhafterweise bei dem Rohr mit dem engsten Querschnitt, z. B. Rohr 18 der Fig. 1, oder bei der Ausbrennstrecke 30 angewandt (s. Fig. 2).It has been shown that it is advantageous for the combustion process to offer the largest possible inner pipe surface. The inner tube surface can be enlarged in that the contour tube 47, as shown in FIG. 5, is either ribbed or corrugated. This contour is advantageously in the tube with the narrowest cross section, for. B. tube 18 of FIG. 1, or applied to the burnout section 30 (see FIG. 2).

Die Vergrößerung der Rohroberfläche führt zu einer niedrigeren Verbrennungstemperatur und einer Verringerung der NOx-Emissionen. Um den Schwefeldioxidgehalt im Rauchgas zu reduzieren, wird die vergrößerte Oberfläche mit schwefelaufzehrendem Kupferoxid beschichtet.Increasing the pipe surface leads to a lower combustion temperature and a reduction in NOx emissions. In order to reduce the sulfur dioxide content in the flue gas, the enlarged surface is coated with sulfur-consuming copper oxide.

Die Kupferoxidschicht 48 kann durch Aufspritzen einer Suspension auf die Innenfläche des Rohrs aufgetragen werden. Die Suspension sollte CuO-Pulver enthalten mit einer mittleren Korngröße von etwa 20 µm, in einer Wasser/Alkohol-Mischung unter Verwendung eines Dispergierungsmittels als Bindemittel und etwa 5 % Wasserglas als bindemittel. Die Schichtdicke sollte optimalerweise 0,2 mm betragen.The copper oxide layer 48 can be applied by spraying a suspension onto the inner surface of the tube. The suspension should contain CuO powder with an average grain size of about 20 microns, in a water / alcohol mixture using a dispersant as a binder and about 5% water glass as a binder. The layer thickness should ideally be 0.2 mm.

Stickoxide können zu Stickstoff und Wasser reduziert werden, wenn dem Rauchgas vor dem Kontakt mit der Kupferoxidbeschichtung Ammoniak zugesetzt wird. In diesem Fall kommt der Kupferoxidbeschichtung für die Reaktion ein katalytischer Effekt zu:

Figure imgb0001
Nitrogen oxides can be reduced to nitrogen and water if ammonia is added to the flue gas before it comes into contact with the copper oxide coating. In this case, the copper oxide coating has a catalytic effect for the reaction:
Figure imgb0001

Die umlaufenden Entlüftungsöffnungen können auch als eine Reihe von Schlitzen ausgebildet sein, wie in den Fig. 6 - 10 gezeigt. Die Schlitze können radial oder in einem Winkel radial zur Brennerachse 49 angebracht sein, so daß die Rezirkulationsluft im Rohr mit einem Drall versehen wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, können sich die Entlüftungsöffnungen (gezeigt als rechteckiger Schlitz) nach oben hin gegen eine Radius 52 neigen, so daß ein Anstellwinkel 54 von 30° bis 60°, vorzugsweise 45°, entsteht.The circumferential ventilation openings can also be designed as a series of slots, as shown in FIGS. 6-10. The slots can be made radially or at an angle radially to the burner axis 49 so that the recirculation air in the tube is swirled. As shown in FIG. 6, the ventilation openings (shown as a rectangular slot) can incline upwards against a radius 52, so that an angle of attack 54 of 30 ° to 60 °, preferably 45 °, arises.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen verschieden Arten von Entlüftungsschlitzen, die für die Verwendung der Erfindung geeignet sind. In Fig. 7 ist der Schlitz 50 rechteckig geformt und erstreckt sich radial durch das Rohr 14. In Fig. 8 ist der Schlitz 50b in eine Richtung zur Bildung eines Trapez im Querschnitt eingeengt. In Fig. 9 ist der Schlitz 50c in beide Richtungen eingezogen, so daß der Schlitz in beiden Querschnitten wie ein Trapez geformt ist. Die Schlitzvarianten der Fig. 8 und 9 verleihen der Rezirkulationsluft eine Beschleunigung, die sich als vorteilhaft erwiesen hat.Figures 7, 8 and 9 show different types of vent slots suitable for use in the invention. In Fig. 7, the slit 50 is rectangular in shape and extends radially through the tube 14. In Fig. 8, the slit 50b is narrowed in a direction to form a trapezoid in cross section. In Fig. 9, the slot 50c is drawn in both directions, so that the slot is shaped like a trapezoid in both cross sections. The slot variants of FIGS. 8 and 9 give the recirculation air an acceleration which has proven to be advantageous.

Die Anordnung der Schlitze ist kein kritischer Teil der Erfindung. bei der Konstruktionsart der Fig. 10 können die Schlitze regelmäßig verteilt oder stufen- oder spiralförmig angeordnet sein.The arrangement of the slots is not a critical part of the invention. 10, the slots can be regularly distributed or arranged in a step or spiral.

Fig. 10 zeigt ein Rohr 60, bei dem die Entlüftungsvorrichtungen aus einer Vielzahl von Schlitzen 62 bestehen, die spiralförmig um ein verlängertes Rohr angeordnet sind. In diesem Fall können die Entlüftungsschlitze 62 durch Ineinanderschieben geschlossen werden, wie in Fig. 1 gezeigt, oder falls gewünscht, durch Drehung eines äußeren Rohrs (nicht abgebildet), so daß es sich axial zum Rohr 60 bewegt und nacheinander die Schlitze 62 schließt, je nach NOx-Gehalt im Flammrohr.FIG. 10 shows a tube 60 in which the venting devices consist of a plurality of slots 62 which are arranged in a spiral around an elongated tube. In this case, the vent slots 62 can be closed by sliding one into the other, as shown in Fig. 1, or if desired, by rotating an outer tube (not shown) so that it moves axially to the tube 60 and closes the slots 62 one after the other, each after NO x content in the flame tube.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur verbesserten Verbrennung von in einer Brennerdüse verbrannten Brennstoffen, bestehend aus - einer Rohrkonstruktion mit mehreren konzentrischen Rohren, wobei jedes Rohr einen anderen Durchmesser aufweist, das Rohr mit dem größten Durchmesser die Düse einschnürt und die Rohrdurchmesser entlang der Länge der Rohrkonstruktion stetig abnehmen; - umlaufend angeordnete Entlüftungsöffnungen, durch die die Abgase des in der Düse verbrannten Brennstoffes in die Düse zurückgeführt werden können
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Entlüftungsöffnungen zur Reduzierung des Schadstoffgehaltes in den Abgasen selektiv abgedeckt wird.1. Device for improved combustion of fuels burned in a burner nozzle, consisting of a pipe construction with several concentric pipes, each pipe having a different diameter, the pipe with the largest diameter constricting the nozzle and the pipe diameter continuously decreasing along the length of the pipe construction; - Circumferential ventilation openings through which the exhaust gases of the fuel burned in the nozzle can be returned to the nozzle
characterized in that at least some of the ventilation openings are selectively covered to reduce the pollutant content in the exhaust gases. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnungen durch Bewegung mindestens eines Rohres abgedeckt werden.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the ventilation openings are covered by moving at least one tube. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr mit umlaufend angeordneten Entlüftungsöffnungen ausgestattet ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the first tube is equipped with circumferentially arranged ventilation openings. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens zwei der Rohre umlaufend angeordnete Entlüftungsöffnungen angebracht sind und daß mindestens drei Rohre so ausgestattet sind, daß durch Bewegung der drei Rohre alle umlaufend angeordneten Entlüftungsöffnungen geschlossen werden können.4. The device according to claim 3, characterized in that in at least two of the tubes circumferentially arranged ventilation openings are provided and that at least three pipes are equipped so that all circumferentially arranged ventilation openings can be closed by movement of the three tubes. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die umlaufend angeordneten Entlüftungsöffnungen nach oben hin neigen.5. The device according to claim 3, characterized in that the circumferentially arranged ventilation openings tend upwards. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufend angeordneten Entlüftungsöffnungen aus Öffnungen bestehen, deren Größe von der äußeren zur inneren Rohroberfläche abnimmt.6. The device according to claim 3, characterized in that the circumferentially arranged ventilation openings consist of openings, the size of which decreases from the outer to the inner pipe surface. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel zwischen 30° und 60° beträgt.7. The device according to claim 5, characterized in that the angle of attack is between 30 ° and 60 °. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel etwa 45° beträgt.8. The device according to claim 7, characterized in that the angle of attack is approximately 45 °. 9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Querschnittsfläche der Entlüftungsöffnungen in den Rohren zwischen 15 % und 35 % der Querschnittsfläche des Inneren des Rohrabschnittes beträgt.9. The device according to claim 3, characterized in that the total cross-sectional area of the ventilation openings in the tubes is between 15% and 35% of the cross-sectional area of the interior of the tube section. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre aus einem keramischen Werkstoff bestehen.10. The device according to claim 1, characterized in that the tubes consist of a ceramic material. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche mindestens eines Rohres gewellt ist.11. The device according to claim 1, characterized in that the inner surface of at least one tube is corrugated. 12. Verfahren zur Verbesserung der Verbrennung von in einer Brennerdüse verbrannten Brennstoffen, wobei die Düse von einem Rohr mit mehreren teleskopartigen Rohrabschnitten umgeben ist, mindestens der die Düse umgebende Rohrabschnitt mehrere Entlüftungsöffnungen zur Rückführung von Rauchgasen aus dem Brenner in die Düse aufweist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: - Messen des Schadstoffgehalts in den von der Düse ausgestoßenen Rauchgasen - Bewegen der Rohrabschnitte gegeneinander, so daß die Entlüftungsöffnungen zumindest teilweise zur Reduzierung des Schadstoffgehalts in den vom Brenner ausgestoßenen Gasen geschlossen werden. 12. A method for improving the combustion of fuels burned in a burner nozzle, the nozzle being surrounded by a pipe with a plurality of telescopic pipe sections, at least the pipe section surrounding the nozzle having a plurality of ventilation openings for returning flue gases from the burner into the nozzle, and the method includes the following steps: - Measuring the level of pollutants in the flue gases emitted by the nozzle - Moving the pipe sections against each other, so that the ventilation openings are at least partially closed to reduce the pollutant content in the gases expelled by the burner.
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