EP0562323B1 - Brenner mit Flammen-Brennrohr - Google Patents
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- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
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- F24H9/148—Arrangements of boiler components on a frame or within a casing to build the fluid heater, e.g. boiler
Definitions
- the invention relates to a burner with a flame burner tube for connection to a boiler for the purpose of heating it.
- the prior art provides so-called pre-ovens in a pre-arrangement of boilers which are operated with a burner.
- the supplied solid material is burned in the forehearth, the flame of which is directed through a flame combustion tube at the combustion chamber of a downstream boiler.
- the flame combustion tube is in turn designed as a so-called "hot" combustion chamber and reaches firing temperatures of up to 1080 o C.
- the tube is able to ignite the fuel fed into the combustion chamber again when a consumer requests heat Burning operation has been interrupted (intermittent operation of a burner).
- the burnout of the particles in general and also the CO are considerably reduced, but not the reduction of NO x . Rather, the formation of NO x is increasingly the case with a hot combustion chamber or flame combustion tubes.
- the NO x formation begins at 800 to 850 o C.
- the object of the invention is to provide a burner with a flame burner tube, which is simple in construction and, with the aid of simple means, not only has a good heating efficiency with low-pollutant flue gas combustion, but also in which the burnout not only has a reduced CO but also a reduced NO has x values.
- the essence of the invention is the formation of a ("hot") water-cooled flame combustion tube, especially in the last third of the tube, which faces the boiler and is normally located outside the burner housing.
- water cooling is provided in the form of a water jacket with flow and return, the water jacket being arranged in or on the outer circumference of the flame combustion tube, which preferably consists of ceramic or has a ceramic insert.
- a burner arrangement in the form of a solid-fuel fan burner is known from EP 0 445 437 A2, in which the fan not only feeds primary air via a first air duct to the underside of the filling shaft below the grate and secondary air via a second air duct above the grate, but also via another air duct cools the flame or burnout tube in order to reduce the flame temperature during operation of the burner.
- last air channel is comparatively complicated and involves increased production costs. If the burner is not equipped with a further hot (swirl) combustion chamber in front of it, reduced NO x values occur in the burnout, but the CO values remain comparatively high, since the burnout tube is effective for an effective reduction of CO as a result of air cooling " cold "is operated.
- the hot, water-cooled flame combustion tube first lowers the CO in the hot zone on the inlet side and then the NO x in the subsequent water-cooled zone, since there is a locally lower flame temperature. It has been shown that the NO x values from 400 to 470 mg to about 70 to 80 mg could be reduced by the invention.
- a water-cooled flame combustion tube is known in principle from US-A-4 444 153. However, this does not have a hot burning zone on the input side.
- the water-cooled flame combustion tube is preferably connected to the water-cooled burner or to the burner's water jacket in the region of the burner housing.
- the water-cooled flame combustion tube has not only a forward and a return, but preferably also a (separate) circulation pump in order to keep the water circuit between the flame tube and the boiler body constant.
- the burner is preferably a solid-fuel fan burner with a ceramic burner tube, which can be connected to a wide variety of heating boiler brands.
- the burner 1 in the form of a solid-fuel fan burner with a fan 20 comprises, above the grate 21, a tubular swirl chamber 22 which is open on the jacket side and, in the coaxial connection thereto, a burnout tube in the form of a flame combustion tube 2.
- Both the burner 1 and the boiler 3 have a water jacket 24 or 25, the water-cooled burner 1 being connected to the water jacket 25 of the boiler.
- the flame combustion tube 2 which is formed as a so-called "hot" combustion chamber from a ceramic material, is also water-cooled and as such has a water cooling system 4 with a water jacket 5 in the last pipe third protruding from the burner with supply and return to the water jacket 25 of the Boiler, as can be seen in particular in Figs. 1 and 2.
- the top of the water jacket 4 of the flame burner tube 2 is connected via a third upper line branch 12 to a second branch 18, a temperature controller 16 and a further gate valve 17 to the top of the water jacket 25 of the boiler, as is shown particularly schematically in FIG. 1 can be seen.
- the second branch 18 is communicatively connected to the top of the water-cooled burner 1 via a fourth line branch 13, a safety valve 19 being arranged in this line branch 13.
- the first line branch 10 and the third line branch 12 are connected between the branch 9 and the second branch 18 in parallel to the second line branch 11 and the fourth line branch 13.
- the separate circulation pump 6, the water-cooled flame combustion tube 2 is supplied according to the set temperature of the temperature controller 16 with cooling water in connection with the throttle valve 14, so that the last tube thirds is cooled in operation at below 800 o C, while the rest of the flame Fuel tube 2, and the upstream hot swirl chamber 22 remains hot in the temperature range of up to 1080 o C.
- the CO is primarily reduced and then in the water-cooled zone, the NO x .
- the hot zone can, for example, be formed exclusively by an upstream swirl chamber 22.
- the swirl chamber 22 is then primarily a ceramic insert. If no swirl chamber 22 is provided, only the last part of the flame combustion tube 2 is water-cooled. The non-water-cooled rest of the flame combustion tube 2 is then the hot combustion chamber, which treats the carbon monoxide.
- the flame burner tube 2 can be longer than that shown in FIG. 3. It is primarily a single pipe. A tube package with several individual tubes of smaller diameter is also possible. If all of the parallel individual tubes are then washed around their circumference, for example in the last third of the tube, there is obviously a higher cooling or heat exchanger area than in the case of a one-piece flame combustion tube 2.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Flammen-Brennrohr für einen Anschluß an einen Heizkessel zwecks dessen Beheizung.
- Bekannte Öl- und Gasbrenner, sog. "Blaubrenner", weisen eine Brennerdüse und eine Brennkammer auf, die verrußen können und unter Umständen nicht eine optimale schadstoffarme Verbrennung bei gutem Wirkungsgrad besorgen. Für eine Feststoffverbrennung, insbesondere Industriehackgut und Späne, sind Öl- und Gasbrenner naturgemäß nicht geeignet.
- Um Feststoffe zu verbrennen, sieht der Stand der Technik sog. Voröfen in einer Vor-Anordnung von Heizkesseln vor, welche mit einem Brenner betrieben sind. Im Betrieb wird das zugeführte Feststoffmaterial im Vorofen verbrannt, dessen Flamme durch einen Flammen-Brennrohr auf die Brennkammer eines nachgeordneten Heizkessels gerichtet ist. Das Flammen-Brennrohr ist seinerseits als sog. "heiße" Brennkammer ausgebildet und erreicht Brenntemperaturen bis zu 1080 oC.Als sog. heiße Brennkammer ist das Rohr in der Lage, bei Wärmeanforderung eines Verbrauchers den in die Brennkammer geförderten Brennstoff wieder zu entzünden, nachdem der Brennbetrieb unterbrochen worden ist (Intervallbetrieb eines Brenners). Zwar wird bei einer heißen Brennkammer bei einem glühenden Flammen-/Brennrohr der Ausbrand der Partikel generell und auch das CO erheblich gesenkt, nicht jedoch die Reduzierung von NOx. Vielmehr ist bei einer heißen Brennkammer oder Flammen-Brennrohren die NOx-Bildung in erhöhtem Maße der Fall. Die NOx-Bildung beginnt bei 800 bis 850oC.
- Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Brenners mit einem Flammen-Brennrohr, welcher einfach aufgebaut ist und mit Hilfe einfacher Mittel nicht nur einen guten Heizwirkungsgrad mit einer schadstoffarmen Rauchgasverbrennung generell besitzt, sondern bei dem der Ausbrand nicht nur ein reduziertes CO, sondern auch reduzierte NOx-Werte besitzt.
- Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.
- Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 13.
- Wesen der Erfindung ist die Ausbildung eines ("heißen") wassergekühlten Flammen-Brennrohrs, insbesondere im letzten Rohrdrittel, welches dem Heizkessel zugewandt ist und sich normalerweise außerhalb des Brennergehäuses befindet. In diesem Bereich ist eine Wasserkühlung in Form eines Wassermantels mit Vor- und Rücklauf vorgesehen, wobei der Wassermantel im oder am Außenumfang des Flammen-Brennrohrs angeordnet ist, welches vorzugsweise aus Keramik besteht oder einen Keramikeinsatz besitzt.
- Zwar ist aus EP 0 445 437 A2 eine Brenneranordnung in Form eines Feststoff-Gebläsebrenners bekannt, bei dem das Gebläse nicht nur Primärluft über einen ersten Luftkanal zur Unterseite des Füllschachtes unterhalb des Rostes und Sekundärluft über einen zweiten Luftkanal oberhalb des Rostes zuleitet, sondern auch über einen weiteren Luftkanal das Flamm- oder Ausbrennrohr kühlt, um die Flammentemperatur im Betrieb des Brenners herabzusetzen. Jedoch letzter Luftkanal ist vergleichsweise kompliziert und mit erhöhtemfertigungsaufwand verbunden. Ist der Brenner nicht mit einer vorgelagerten weiteren heißen (Wirbel-)Brennkammer ausgestattet, treten im Ausbrand zwar reduzierte NOx-Werte auf, die CO-Werte bleiben jedoch vergleichsweise hoch, da das Ausbrennrohr für eine effektive Reduzierung des CO infolge der Luftkühlung zu "kalt" betrieben wird.
- Durch das heiße, wassergekühlte Flammen-Brennrohr wird eingangsseitig zuerst in der heißen Zone das CO gesenkt und in der sich anschließenden wassergekühlten Zone dann das NOx, da dort lokal Flammentemperatur in niedrigerer Größenordnung gegeben sind. Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung die NOx-Werte von 400 bis 470 mg auf ca. 70 bis 80 mg gesenkt werden konnten. Ein wassergekühltes Flammen-Brennrohr ist zwar grundsätzlich aus US-A-4 444 153 bekannt. Dieses besitzt jedoch eingangseitig keine heiße Brennzone.
- Vorzugsweise ist das wassergekühlte Flammen-Brennrohr mit dem wassergekühlten Brenner bzw. mit dem Wassermantel des Brenners im Bereich des Brennergehäuses verbunden.
- Das wassergekühlte Flammen-Brennrohr hat nicht nur einen Vor- und einen Rücklauf, sondern vorzugsweise auch eine (separate) Umwälzpumpe, um den Wasserkreislauf zwischen Flammenrohr und Kesselkörper konstant zu halten.
- Der Brenner ist vorzugsweise ein Feststoffgebläsebrenner mit einem Keramik-Brennrohr, welcher an unterschiedlichste Heizkesselfabrikate angeschlossen werden kann.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben; es zeigen:
- Fig. 1
- in schematischer perspektivischer Zeichnung ein Anschlußschema eines wassergekühlten Flammen-Brennrohrs eines Feststoffgebläsebrenners in Verbindung mit einem Heizkessel,
- Fig. 2
- eine aufgebrochene perspektivische Darstellung eines Feststoffgebläsebrenners mit Heizkessel ähnlich Fig. 1, und
- Fig. 3
- einen Vertikalschnitt durch den Feststoffgebläsebrenner im wesentlichen nach Fig. 2.
- Der in Form eines Feststoffgebläsebrenners ausgebildete Brenner 1 mit Gebläse 20 umfaßt oberhalb des Rostes 21 eine röhrenförmige, mantelseitig geöffnete Verwirbelungskammer 22 und im koaxialen Anschluß hieran ein Ausbrennrohr in Form eines Flammen-Brennrohres 2. Gemäß Fig.3 ragt in etwa das letzte Rohrdrittel des Flammen-Brennrohrs 2 aus dem Brennergehäuse 23 heraus, welches seitlich an einen Wärmetauscher oder Heizkessel 3 gemäß den Fig. 1 und 2 angeflanscht ist. Sowohl Brenner 1 als auch Heizkessel 3 besitzen einen Wassermantel 24 bzw. 25, wobei der wassergekühlte Brenner 1 an den Wassermantel 25 des Heizkessels angeschlossen ist.
- Das Flammen-Brennrohr 2, welches als sog. "heiße" Brennkammer aus einem Keramikmaterial gebildet ist, ist ebenfalls wassergekühlt und besitzt als solches eine Wasserkühlung 4 mit einem Wassermantel 5 im letzten aus dem Brenner herausstehenden Rohrdrittel mit Vor- und Rücklauf zum Wassermantel 25 des Heizkessels, wie dies insbesondere den Fig.1 und 2 zu entnehmen ist.
- Im besonderen verläuft an der Unterseite des Wassermantels 25 des Heizkessels eine Leitung mit Absperrschieber 7, Umwälzpumpe 6, Schwerkraftbremse 8 zu einer Verzweigung 9, wobei nach der Verzweigung ein erster Leitungszweig 10 mit einem Drosselventil 14 zur Unterseite des Wassermantels 5 des Flammen-Brennrohrs 2 und ein zweiter Leitungszweig 11 mit einem Heizkessel-Füll- und -Entleerungshahn 15 zur Unterseite des Wassermantels 24 des Brenners 1 geführt ist.
- Die Oberseite des Wassermantels 4 des Flammen-Brennrohres 2 ist über einen dritten oberen Leitungszweig 12 mit einer zweiten Abzweigung 18, einem Temperaturregler 16 und einem weiteren Absperrschieber 17 mit der Oberseite des Wassermantels 25 des Heizkessels verbunden, wie dies insbesondere der Fig. 1 schematisch zu entnehmen ist.
- Die zweite Abzweigung 18 ist über einen vierten Leitungszweig 13 mit der Oberseite des wassergekühlten Brenners 1 kommunizierend verbunden, wobei in diesem Leitungszweig 13 ein Sicherheitsventil 19 angeordnet ist.
- Erster Leitungszweig 10 und dritter Leitungszweig 12 sind zwischen der Verzweigung 9 und der zweiten Verzweigung 18 parallel zum zweiten Leitungszweig 11 und vierten Leitungszweig 13 geschaltet. Durch die separate Umwälzpumpe 6 wird in Verbindung mit dem Drosselventil 14 das wassergekühlte Flammen-Brennrohr 2 entsprechend der eingestellten Temperatur des Temperaturreglers 16 mit Kühlwasser versorgt, so daß das letzte Rohrdrittel im Betrieb auf unter 800oC abgekühlt wird, während der Rest des Flammen-Brennrohrs 2, sowie die vorgelagerte heiße Verwirbelkammer 22 heiß im Temperaturbereich von bis zu 1080oC verbleibt. In der heißen Zone wird vornehmlich das CO gesenkt und in der wassergekühlten Zone dann das NOx. Durch die Erfindung der Kombination einer heißen und einer sich anschließenden wassergekühlten Zone werden somit vornehmlich beide vorgenannten Schadstoffe zufriedenstellend behandelt. Die heiße Zone kann beispielsweise bei einer vorgelagerten Verwirbelkammer 22 ausschließlich durch diese gebildet sein. Die Verwirbelkammer 22 ist dann vornehmlich ein Keramikeinsatz. Ist keine Verwirbelkammer 22 vorgesehen, ist nur der letzte Teil des Flammen-Brennrohrs 2 wassergekühlt. Der nichtwassergekühlte Rest des Flammen-Brennrohres 2 ist dann die heiße Brennkammer, welche das Kohlenmonoxid behandelt. Das Flammen-Brennrohr 2 kann länger ausgebildet sein, als es in Fig. 3 dargestellt ist. Es ist vornehmlich ein Einzelrohr. Auch ist ein Rohrpaket mit mehreren Einzelrohren kleineren Durchmessers möglich. Sind dann sämtliche parallelen Einzelrohre auf ihren Umfängen beispielsweise im letzten Rohrdrittel wasserumspült, ergibt sich ersichtlich eine höhere Kühl- oder Wärmetauscherfläche als bei einem einstückigen Flammen-Brennrohr 2.
Claims (13)
- Brenner (1) mit Flammen-Brennrohr (2) für einen Anschluß an einen Heizkessel (3) zwecks dessen Beheizung,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Flammen-Brennrohr (2) eingangsseitig eine heiße Zone und eine sich auschließende wassergekühlte Zone aufweist. - Brenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Wassermantel (5) mit Vor- und Rücklauf am oder im Außenumfang des Flammen-Brennrohrs (2) insbesondere längs in etwa des letzten Rohrdrittels vorgesehen ist, welches mit dem Heizkessel (3) verbunden ist. - Brenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasserkühlung (4) des Flammen-Brennrohrs (2) mit dem Wassermantel des wassergekühlten Brennergehäuses verbunden ist. - Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das wassergekühlte Flammen-Brennrohr (2) eine Umwälzpumpe (6) aufweist, welche im Bereich der Unterseite mit dem Wassermantel des Heizkessels (3) verbunden ist. - Brenner nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Umwälzpumpe (6) ein Absperrschieber (7) vorgeordnet ist. - Brenner nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Umwälzpumpe (6) eine Schwerkraftbremse (8) nachgeordnet ist. - Brenner nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Umwälzpumpe (6) eine Verzweigung (9) nachgeordnet ist, wobei ein erster Leitungszweig (10) zur Unterseite des Wassermantels (5) des Flammen-Brennrohrs (2) führt und ein zweiter Leitungszweig (11) mit der Unterseite des Wassermantels des Brennergehäuses verbunden ist. - Brenner nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß im ersten Leitungszweig (10) ein Drosselventil (14) angeordnet ist. - Brenner nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß im zweiten Leitungszweig (11) ein Heizkessel-Füll- und Entleerungshahn (15) angeordnet ist. - Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem oberen dritten Leitungszweig (12) nach dem Wassermantel (5) des Flammen-Brennrohrs (2) ein Temperaturregler (16) und/oder ein weiterer Absperrschieber (17) angeordnet sind, wobei der dritte Leitungszweig (12) im Bereich der Oberseite mit dem Wassermantel des Heizkessels (3) verbunden ist. - Brenner nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß im dritten Leitungszweig (12) eine zweite Abzweigung (18) vorgesehen ist, welche über einen vierten Leitungszweig (13) mit einem Sicherheitsventil (19) und mit der Oberseite des Wassermantels des Brennergehäuses verbunden ist. - Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Flammen-Brennrohr (2) ein Keramikeinsatz ist. - Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brenner ein Festbrennstoff-Gebläsebrenner ist.
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