EP0602396B1

EP0602396B1 - Method of operating a heat generator

Info

Publication number: EP0602396B1
Application number: EP93118406A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Dr. Haumann
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1992-12-12
Filing date: 1993-11-13
Publication date: 1998-08-19
Anticipated expiration: 2013-11-13
Also published as: DE59308888D1; DE4242003A1; EP0602396A1

Description

Technical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a method according to the preamble of claim 1.

State of the art

Als Primärmassnahme zur Senkung der NOx-Emissionen bei atmosphärischen Feuerungen, beispielsweise bei Kesselfeuerungen sowie Prozesswärmeerzeugung, wird beim Einsatz stickstoffhaltiger Brennstoffe, wie Schweröl, Kohle etc., eine gestufte Verbrennung zugrunde gelegt. Eine solche wird in DE A1 37 07 773 und EP-A-0 545 114 (Stand der Technik nach Avtikel 54(3) EPÜ) beschrieben. Bei dieser Verbrennung handelt es sich um ein Verfahren, bei welchem ein Prozessmedium in zwei Stufen aufgeheizt wird. Das in einer Brenneinrichtung mit Luft vorgemischte Brennöl und Gas wird in einer Vorbrennkammer, die die Funktion einer ersten Stufe hat, unterstöchiometrisch mit einer Luftzahl von 0,5-0,98 teilverbrannt. Das teilverbrannte, stickoxidarme Gemenge erreicht dabei eine Temperatur von 1800-1900°C und erwärmt in einem am Uebergang in eine Nachbrennzone plazierten Wärmetauscher im Gegenstrom das bereits auf eine Zwischentemperatur vorgeheizte Prozessmedium auf seine Endtemperatur. In einem Lufteinblasebereich des Prozesswärmeerzeugers wird dem teilverbrannten Gemenge Luft in einem stöchiometrischen Verhältnis bezüglich der unverbrannten Anteile zugemischt und dadurch in der Nachbrennzone vollständig verbrannt, wobei dabei die entstandenen StickstoffVerbindungen reduziert werden.
Es hat sich mit dieser Schaltung indessen gezeigt, dass die an sich kräftige Reduzierung der Stickstoffoxide nicht jene Minimierung zu erreichen vermag, die zukünftig für die schärfsten Emissionsgrenzen von solchen Anlagen notwendig ist.
Eine weitere gestufte Verbrennung geht aus DE-A1-37 07 773 hervor. Auch hier sind zwei Brennzonen mit entsprechenden Wärmetauschern auszumachen. Auch hier lassen sich aber die angestrebten Minimierung der Stickstoffoxide aus gleichen Gründen wie oben dargelegt nicht erreichen.
Zwar ist es bekanntgeworden, die angestrebte NOx-Reduzierung über den Einsatz von Additiven zu bewerkstelligen. Einer solchen Schaltung fehlt aber die Akzeptanz beim Betreiber.As a primary measure to reduce NOx emissions in atmospheric furnaces, for example in boiler furnaces and process heat generation, a staged combustion is used when using nitrogenous fuels such as heavy oil, coal etc. Such is described in DE A1 37 07 773 and EP-A-0 545 114 (prior art according to Article 54 (3) EPC). This combustion is a process in which a process medium is heated in two stages. The fuel oil and gas premixed with air in a combustion device is partially burned sub-stoichiometrically with an air ratio of 0.5-0.98 in a pre-combustion chamber which functions as a first stage. The partially burned, low-nitrogen oxide mixture reaches a temperature of 1800-1900 ° C and heats the process medium, which has already been preheated to an intermediate temperature, to its final temperature in a heat exchanger placed at the transition to an afterburning zone. In an air injection area of the process heat generator, air is added to the partially combusted mixture in a stoichiometric ratio with respect to the unburned components and thereby completely burned in the afterburning zone, thereby reducing the nitrogen compounds formed.
However, this circuit has shown that the substantial reduction in nitrogen oxides cannot achieve the minimization that will be necessary in the future for the strictest emission limits of such systems.
Another staged combustion emerges from DE-A1-37 07 773. Here, too, two combustion zones with corresponding heat exchangers can be identified. Here, too, the desired minimization of nitrogen oxides cannot be achieved for the same reasons as set out above.
It has become known that the desired NOx reduction can be achieved by using additives. However, such a circuit lacks acceptance by the operator.

Presentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Schaltung vorzuschlagen, welche eine weitere Senkung der NOx-Emissionswerte ermöglicht.The invention seeks to remedy this. The invention how it is characterized in the claims, the task is based in a method of the type mentioned at the beginning Propose circuit that further reduce NOx emissions enables.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass das Verfahren bei diesem Prozesswärmeerzeuger auch über die eine zwei- oder mehrstufige Verbrennung mit oder ohne Vormischzonen in der zweiten Stufe der bekannten Art betrieben werden kann. Von Bedeutung sind dabei jene Massnahmen anzusehen, bei welchen die Gastemperatur aus der ersten Flammenfront gezielt abgesenkt wird. Dadurch werden in einem begrenzten optimalen Temperaturbereich reaktionskinetische Prozesse aktiviert, bei denen die noch vorhandenen Stickstoffverbindungen in der an den Wärmetauscher anschliessenden Reduktioszone nochmals drastisch reduziert werden. The main advantage of the invention is that the process for this process heat generator also via the a two- or multi-stage combustion with or without Premixed zones operated in the second stage of the known type can be. It is important to consider those measures at which the gas temperature from the first flame front is specifically lowered. This will result in a limited optimal Temperature range activated reaction kinetic processes, where the nitrogen compounds still present in the reduction zone connected to the heat exchanger again be drastically reduced.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist'darin zu sehen, dass der Prozess durch Reaktionen der natürlich vorhandenen NHx-Radikale untereinander und mit den Stickoxiden geschieht, ohne dass hierzu Additive eingesetzt zu werden brauchen.Another essential advantage of the invention is that to see that the process through reactions of course existing NHx radicals with each other and with the nitrogen oxides happens without the use of additives will need.

Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the inventive Task solutions are dependent in the others Labeled claims.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.In the following, an embodiment will be made with reference to the drawings the invention explained in more detail. All for the immediate Understanding of the invention is not required Elements are omitted. In the different figures the same elements are provided with the same reference numerals. The direction of flow of the media is with arrows specified.

Brief description of the drawings

Es zeigt:

Fig. 1: einen 2-stufigen Prozesswärmeerzeuger,
Fig. 2: einen Vormischbrenner von der Form eines Doppelkegelbrenners, in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten und
Fig. 3, 4, 5: entsprechende Schnitte durch die angelegten Ebenen III-III (Fig. 3), IV-IV (Fig. 4) und V-V (Fig. 5), wobei diese Schnitte nur eine schematische Darstellung des Brenners wiedergeben.

It shows:

Fig. 1: a 2-stage process heat generator,
Fig. 2: a premix burner in the form of a double-cone burner, in perspective, cut open accordingly and
3, 4, 5: corresponding sections through the created planes III-III (Fig. 3), IV-IV (Fig. 4) and VV (Fig. 5), these sections representing only a schematic representation of the burner.

Ways of carrying out the Invention, Commercial Usability

Fig. 1 zeigt einen Prozesswärmeerzeuger, der im wesentlichen aus einer Brennervorrichtung und aus zwei Verbrennungsstufen oder Brennzonen besteht. Selbstverständlich kann stromab der zweiten Verbrennungsstufe eine weitere Verbrennungsstufe vorgesehen werden, in welcher bespielsweise eine Verbrennung mit einem tertiäten Luftmassenstrom durchgeführt werden kann. Die dritte und allenfalls die folgenden Verbrennungsstufen können Merkmale der ersten und/oder der zweiten Stufe aufweisen. An höchster Stelle des Prozesswärmeerzeugers befindet sich die bereits erwähnte Brennervorrichtung für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe als Heizmittel. Insbesondere gut für das hier zugrundegelegete Verfahren eignet sich als Brennervorrichtung ein Vormischbrenner 101, dessen körperliche Ausgestaltung unter den Fig. 2-5 noch näher beschrieben wird. Grundsätzlich wird bei einem solchen Brenner 101 über mindestens eine mittig plazierte Düse vorzugsweise ein flüssiger Brennstoff 12 und über weitere Brennstoffdüsen, welche sich im Bereich der Lufteintrittsschlitze in den Innenraum des Brenners 101 befinden, vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff zugeführt. Im Brenner 101 entsteht ein zündfähiges Gemisch, wobei sich die Reaktionszone 103 aus dieser Verbrennung bis zur Flammenfront dieses Brenners erstreckt. Etwa am Ende der ersten Brennzone, d.h. der Vorbrennzone 107, befindet sich die Einströmung eines gegenüber dieser Zone konzentrischen Luftkanals 105, über welchen eine Primärluft 106 dem Brenner 101 zugeführt wird. Der Luftkanal 105 dient als Lufterwärmer für die Primärluft 106, wodurch der Brenner 101 mit einem kalorisch aufbereiteten Verbrennungsluftstrom 15 beliefert wird. Zugleich kann der Primärluftstrom 106 zur Kühlung der der Reaktionsstufe 103 nachgeschalteten Reduktionsstufe 104 dienen. Diese kalorische Aufbereitung der Primärluft 106 vor dem unterstöchiometrischen Verbrennungsprozess ergibt eine optimale Prozessführung, denn die Forderung der NOx-Bildung sowohl durch HCN als auch NH3 wird damit möglichst vermieden. Allgemein erfolgt diese Verbrennung unterstöchiometrisch, und zwar innerhalb eines optimalen Wertes bei einer Luftzahl Lambda von 0,5-0,98. Aufgrund der hohen Temperaturen wird der brennstoffgebundene Stickstoff in der Reaktionszone 103 zum Teil reduziert und zum Teil in NO und NHx-Radikale in einem optimalen stöchiometrischen Verhältnis umgewandelt. Die Gastemperatur aus der Flammenfront der Reaktionszone 103 wird mittels eines unmittelbar anschliessenden Wärmetauschers 108 beliebiger Bauart gezielt abgesenkt. Dadurch werden in einem begrenzten optimalen Temperaturbereich reaktionskinetische Prozesse aktiviert, bei denen die noch vorhandenen Stickstoffverbindungen innerhalb der sich dem Wärmetauscher 108 anschliessenden Reduktionszone 104 nochmals drastisch reduziert. Dies geschieht durch Reaktionen der natürlich vorhandenen NHx-Radikale untereinander und mit den Stickoxiden, ohne dass beispielsweise Additive eingesetzt zu werden brauchen. Damit nun das erzielte optimale Temperaturfenster ab Ende der Vorbrennzone 107 für eine Nachbrennzone 110 ebenfalls bereitgestellt werden kann, wird optimal den Brenngasen stromauf dieser Nachbrennzone 110, individuell oder zusammen mit einem Restluftzufuhr 109, ein gekühltes Abgas 112 zugeführt, das durch einen zweiten stromab der Nachbrennzone 110 wirkenden Wärmetauscher 11 bereitgestellt wird. Wird für eine Restluft/Abgas-Zuführung optiert, so werden die unterstöchiometrischen Gase vor oder innerhalb der Nachbrennzone 110 mit einem Gemisch 114 aus Luft und Abgas gespiesen. Dadurch wird nach Zumischung dieses Gemisches für die Nachbrennzone 110 und deren vollständigen Ausbrand die gewünschte Endtemperatur erreicht, die nun so niedrig liegt, dass keine nennenswerten thermischen Stickstoffoxide mehr entstehen. Das System der Wärmetauscher 108, 111 ist, wie die Leitungsführung aus der Figur aufzeigt, als Serieschaltung ausgelegt, wobei selbstverständlich auch eine Parallelschaltung in Frage kommt. Zusätzlich kann der Wärmetauscher 108 auch zur kalorischen Aufbereitung der Primärluft 106 dienen, statt das Prozessmedium weiter aufzuheizen. Die Förderung der notwendigen Abgase stromab des Wärmetauschers 111 wird durch verschiedene Gebläse oder Strahlpumpen 113 aufrechterhalten. Die restlichen nicht benötigten Abgase 115 werden zum Kamin oder zu einem weiteren Verbraucher geleitet. Der vorzuwärmende Prozessmedium wird in den hier nacheinander geschalteten Wärmetauschern 108 und 111 kalorisch aufbereitet, wobei das Prozessmedium im Wärmetauscher 108 auf seine Endtemperatur aufgeheizt und über eine Prozessmediumableitung 116 der Verwendungsstelle zugeführt wird.Fig. 1 shows a process heat generator, which is essentially one burner device and two combustion stages or burning zones. Of course can be another downstream of the second combustion stage Combustion stage are provided, in which example combustion with a tertiary air mass flow can be carried out. The third and possibly the Subsequent combustion stages can have characteristics of the first and / or the second stage. In the highest place of the process heat generator is the one already mentioned Burner device for liquid and / or gaseous Fuels as heating medium. Especially good for this the underlying method is suitable as a burner device a premix burner 101, the physical shape 2-5 will be described in more detail. Basically, in such a burner 101, at least a nozzle placed in the middle, preferably a liquid one Fuel 12 and other fuel nozzles, which in the area of the air inlet slots in the interior of burner 101, preferably a gaseous one Fuel supplied. A is formed in burner 101 ignitable mixture, wherein the reaction zone 103 from this combustion to the flame front of this burner extends. Around the end of the first firing zone, i.e. of the Preburning zone 107, the inflow is opposite this zone concentric air duct 105, about which a primary air 106 supplied to the burner 101 becomes. The air duct 105 serves as an air heater for the Primary air 106, creating the burner 101 with a caloric processed combustion air stream 15 supplied becomes. At the same time, the primary air flow 106 can be used for cooling the reduction stage downstream of reaction stage 103 104 serve. This caloric treatment of the primary air 106 before the substoichiometric combustion process results in optimal process control, because the requirement of NOx formation by both HCN and NH3 thus avoided as far as possible. Generally this combustion takes place sub-stoichiometric, within one optimal value with an air ratio lambda of 0.5-0.98. Due to the high temperatures, the fuel-bound Nitrogen in the reaction zone 103 partially reduced and partly in NO and NHx radicals in an optimal converted stoichiometric ratio. The gas temperature the flame front of the reaction zone 103 becomes by means of an immediately following heat exchanger 108 of any design selectively lowered. This will result in a limited optimal temperature range reaction kinetic Processes activated in which the still existing Nitrogen compounds within the heat exchanger 108 subsequent reduction zone 104 again drastically reduced. This happens through reactions of the naturally existing NHx radicals with each other and with the nitrogen oxides, without using additives, for example need to be. So now the optimal achieved Temperature window from the end of the pre-combustion zone 107 for one Afterburning zone 110 can also be provided becomes optimal the fuel gases upstream of this afterburning zone 110, individually or together with a residual air supply 109, a cooled exhaust gas 112 supplied by a second heat exchanger acting downstream of the afterburning zone 110 11 is provided. Used for a residual air / exhaust gas supply opted, so the substoichiometric Gases in front of or within the afterburn zone 110 fed with a mixture 114 of air and exhaust gas. Thereby is added to the afterburning zone after admixing this mixture 110 and their complete burnout the desired Reached final temperature, which is now so low that no more significant thermal nitrogen oxides arise. The system of heat exchangers 108, 111 is how shows the wiring from the figure, as a series circuit designed, of course also one Parallel connection comes into question. In addition, the heat exchanger 108 also for caloric treatment of the primary air 106 serve instead of further heating the process medium. The promotion of the necessary exhaust gases downstream of the Heat exchanger 111 is powered by various blowers or Jet pumps 113 maintained. The rest of them don't required exhaust gases 115 become the chimney or another Consumers. The process medium to be preheated is in the heat exchangers connected in series here 108 and 111 prepared calorically, the process medium in the heat exchanger 108 to its final temperature heated and via a process medium discharge line 116 Usage point is fed.

Um den Aufbau des Brenners 101 auf Anhieb verstehen zu können, ist es vorteilhaft, wenn gleichzeitig zu Fig. 2 die einzelnen darin ersichtlichen Schnitte, welche die Fig. 3-5 bilden, herangezogen werden. Des weiteren, um die körperliche Gestaltung des Brenners grösstmöglich übersichtlich zu gestalten, sind in Fig. 2 die nach Fig. 3-5 schematisch gezeigten Leitbleche 21a, 21b nur andeutungsweise aufgenommen worden. Im folgenden wird bei Bedarf bei der Beschreibung von Fig. 2 auf die nachfolgenden Figuren hingewiesen.To understand the structure of the burner 101 straight away , it is advantageous if at the same time as FIG. 2 the individual cuts shown therein, which the Fig. 3-5 form, are used. Furthermore, to the physical design of the burner as clear as possible to be designed in FIG. 2 are those according to FIGS. 3-5 schematically shown baffles 21a, 21b only hinted been recorded. The following is used if necessary the description of Fig. 2 on the following figures pointed out.

Der Brenner 101 gemäss Fig. 2 besteht aus zwei halben hohlen kegeligen Teilkörper 1, 2, die bezüglich ihrer Mittelachsen versetzt zueinander aufeinander stehen. Vorzugsweise ist die Versetzung radial in einer Ebene vorgesehen, womit die beiden Mittelachsen parallel in der gleichen Ebene zueinander verlaufen. Es ist indessen ohne weiteres möglich, die Mittelachsen parallel verschoben oder beliebig windschief zueinander verlaufen zu lassen, was auf die Querschnittsgrösse und den Querschnittsverlauf der Lufteintrittsschlitze einen unmittelbaren Einfluss ergibt. Wird die Versetzung der jeweiligen Mittelachsen 1b, 2b parallel in einer Ebene festgelegt, wie dies im Ausführungsbeispiel der Fall ist, so entstehen auf beiden Seiten der kegeligen Teilkörper 1, 2 in entgegengesetzter Einströmungsanordnung jeweils einen tangentialen Lufteintrittsschlitz 19, 20 frei (Vgl. hierzu Fig. 3-5), durch welche die unter Fig. 1 bereits beschriebene Verbrennungsluft 15 in den von den kegeligen Teilkörpern 1, 2 gebildeten kegelförmigen Innenraum 14 strömt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 1, 2 weist in Strömungsrichtung einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Betriebseinsatz, können die Teilkörper 1, 2 in Strömungsrichtung eine progressive (trompetenförige) oder degressive (tulpenförmige) Kegelneigung aufweisen. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie ohne weiteres nachempfunden werden können. Die beiden kegeligen Teilkörper 1, 2 weisen je einen zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a auf, welche, analog zu den Teilkörpern 1, 2, versetzt zueinander verlaufen, so dass die tangentialen Lufteintrittsschlitze 19,20 durchgehend über die ganze Länge des Brenners 101 vorhanden sind. Diese Anfangsteile können auch eine andere geometrische Form einnehmen, sie können bisweilen auch ganz weggelassen werden. Innerhalb dieses zylindrischen Anfangsteils 1a, 2a ist eine Düse 3 untergebracht, über welche ein Brennstoff 12, vorzugsweise Oel, oder ein Brennstoffgemisch in den Innenraum 14 des Brenners 101 eingedüst wird. Diese Brennstoffeindüsung 4 fällt in etwa mit dem engsten Querschnitt des Innenraumes 14 zusammen. Eine weitere Brennstoffzuführung 13, die vorzugsweise mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben wird, wird über je eine in die Teilkörper 1, 2 integrierte Leitung 8, 9 herangeführt, und über eine Anzahl Düsen 17 der Verbrennungsluft 15 zugemischt. Diese Zumischung findet im Bereich des Eintrittes in den Innenraum 14 statt, dies um eine optimale geschwindigkeitsbedingte Zumischung 16 zu erreichen. Selbstverständlich ist ein Mischbetrieb mit beiden Brennstoffen 12, 13 über die jeweilige Eindüsung möglich. Vorbrennzonenseitig 107 geht die Ausgangsöffnung des Brenners 101 in eine Frontwand 10 über, in welcher eine Anzahl Bohrungen 10a vorgesehen sind, dies um bei Bedarf eine bestimmte Menge Verdünnungsluft oder Kühlluft in die Vorbrennzone 107 einzudüsen. Der durch die Düse 3 bereitgestellte flüssige Brennstoff 12 wird in einem spitzen Winkel in den Innenraum 14 des Brenners 101 eingedüst, dergestalt, dass sich auf der ganzen Länge des Brenners 101 bis hin zur Brenneraustrittsebene ein möglichst homogenes kegeliges Sprühbild einstellt, was nur möglich ist, wenn die Innenwände der Teilkörper 1, 2 durch die Brennstoffeindüsung 4, bei welcher es sich beispielsweise um eine luftunterstützte Düse oder um eine Druck-Zerstäubung handelt, nicht benetzt werden. Zu diesem Zweck wird das kegelige flüssige Brennstoffprofil 5 von der tangential einströmenden Verbrennungsluft 15 und, nach Bedarf, von einem weiteren axial herangeführten Verbrennungsluftstrom 15a umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des eingedüsten flüssigen Brennstoffes 12, wobei es sich hier ohne weiteres um Brennstoff- oder Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch handeln kann, fortlaufend durch die durch die tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 in den Innenraum 14 des Brenners 101 einströmende Verbrennungsluft 15, bei welcher es sich um ein Brennstoff/Luft- oder Brennstoff/Luft/Abgas-Gemisch handeln kann, und allenfalls unter Mithilfe des anderen Verbrennungsluftstromes 15a, fortlaufend abgebaut. Im Zusammenhang mit der Eindüsung des flüssigen Brennstoffes 12 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 6, die optimale homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt erreicht. Die Zündung erfolgt an der Spitze der Rückströmzone. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront 7 entstehen. Ein Rückschlag der Flamme ins Innere des Brenners 101, wie dies bei bekannten Vormischstrecken potentiell immer der Fall ist, wogegen dort über komplizierte Flammenhalter Abhilfe gesucht wird, ist hier nicht zu befürchten. Ist die Verbrennungsluft 15, 15a vorerwähmt, wie vorliegend über einen Wärmetauscher der Fall ist, so stellt sich eine beschleunigte ganzheitliche Verdampfung des Brennstoffes innerhalb der Vormischstrecke des Brenners 101 ein, also bevor der Punkt am Ausgang des Brenners 101 erreicht ist, an welchem die Zündung des Gemisches stattfindet. Die Aufbereitung der Verbrennungsluftströme 15, 15a kann durch eine in Fig. 1 nicht gezeigte Zumischung von rezirkuliertem Abgas, analog der Nachbrennzone (Fig. 1, Pos. 110) erweitert werden. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 1, 2 hinsichtlich des Kegelwinkels und der Querschnittsbreite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 sind enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluftströme mit ihrer Rückströmzone 6 im Bereich der Brennermündung zu einer Flammenstabilisierung einstellt. Allgemein ist zu sagen, dass eine Veränderung der Breite der Lufteintrittsschlitze 19, 20 zu einer Verschiebung der Rückströmzone 6 führt: Die Verschiebung ist stromabwärts bei einer Verkleinerung der Querschnittsbreite der Lufteintrittsschlitze 19, 20. Es ist indessen festzuhalten, dass die einmal fixierte Rückströmzone 6 an sich positionsstabil ist, denn die Drallzahl nimmt in Strömungsrichtung im Bereich des Brenners 101 zu. Wie bereits angedeutet, lässt sich die Axialgeschwindigkeit der Strömung innerhalb des Brenners 101 durch eine entsprechende Zuführung des axialen Verbrennungsluftstromes 15a verändern. Die Konstruktion des Brenners 101 eignet sich vorzüglich, die Querschnitte der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20, den Bedürfnissen entsprechend, zu verändern, womit ohne Veränderung der Baulänge des Brenners 101 eine relativ grosse betriebliche Bandbreite erfasst werden kann. The burner 101 shown in FIG. 2 consists of two half hollow tapered body part 1, 2 with respect to their central axes stand offset from each other. Preferably the radial offset is provided in one plane, with which the two central axes are parallel in the same Level to each other. However, it is straightforward possible to shift the central axes in parallel or arbitrarily to skew each other, what on the Cross-sectional size and the cross-sectional profile of the air inlet slots has an immediate impact. If the displacement of the respective central axes 1b, 2b parallel in one plane, as in the embodiment the case arises on both sides the tapered partial body 1, 2 in the opposite inflow arrangement one tangential air inlet slot each 19, 20 free (see Fig. 3-5), through which is the combustion air already described in FIG. 1 15 in those formed by the tapered partial bodies 1, 2 conical interior 14 flows. The cone shape of the Part body 1, 2 shown has a in the flow direction certain fixed angle. Of course, depending on Operational use, the partial body 1, 2 in the direction of flow a progressive (trumpet-like) or degressive have a (tulip-shaped) taper. The two the latter forms are not included in the drawing because they can be easily modeled. The two tapered partial body 1, 2 each have a cylindrical Initial part 1a, 2a, which, analogous to the partial bodies 1, 2, offset to each other, so that the tangential Air inlet slots 19.20 continuously through the entire length of the burner 101 are present. These early parts can also have a different geometric shape, sometimes they can be left out entirely. Within this cylindrical initial part 1a, 2a accommodated a nozzle 3, through which a fuel 12, preferably oil, or a fuel mixture in the interior 14 of the burner 101 is injected. This fuel injection 4 falls approximately with the narrowest cross section of the Interior 14 together. Another fuel supply 13, which is preferably operated with a gaseous fuel is integrated into each of the partial bodies 1, 2 Line 8, 9 brought up, and over a number Nozzles 17 of the combustion air 15 mixed. This admixture takes place in the area of entry into the interior 14 instead, this is an optimal speed-related To achieve admixture 16. Of course there is one Mixed operation with both fuels 12, 13 over the respective Injection possible. Pre-firing zone 107 goes the exit opening of the burner 101 into a front wall 10 above, in which a number of holes 10a are provided are a certain amount of dilution air if necessary or inject cooling air into the pre-combustion zone 107. Of the liquid fuel 12 provided by nozzle 3 is at an acute angle into the interior 14 of the burner 101 injected, so that all over Length of the burner 101 up to the burner outlet level sets a conical spray pattern as homogeneous as possible, what is only possible if the inner walls of the partial bodies 1, 2 through the fuel injection 4, which is, for example an air-assisted nozzle or one Pressure atomization is not to be wetted. To this Purpose is the conical liquid fuel profile 5 of the tangentially flowing combustion air 15 and, after Demand, from a further axially brought combustion air flow 15a enclosed. In the axial direction the concentration of the injected liquid fuel 12, where it is easily fuel or Fuel / combustion air mixture can act continuously through the through the tangential air inlet slots 19, 20 flowing into the interior 14 of the burner 101 Combustion air 15, which is a Act fuel / air or fuel / air / exhaust gas mixture can, and possibly with the help of the other combustion air flow 15a, continuously dismantled. In connection with the injection of the liquid fuel 12 is in the area of vertebrae bursting, i.e. in the area of Backflow zone 6, the optimal homogeneous fuel concentration reached across the cross section. The ignition takes place at the top of the backflow zone. Only at this point a stable flame front 7 can arise. A setback the flame inside the burner 101, as in known ones Premix sections potentially always the case whereas there is a remedy for complicated flame holders is not to be feared here. Is the combustion air 15, 15a mentioned above, as in the present case via a Heat exchanger is the case, so it accelerates holistic evaporation of the fuel within the premixing section of the burner 101, that is, before the Point at the exit of the burner 101 is reached, at which the mixture ignites. The preparation of the combustion air streams 15, 15a can be shown in FIG. 1, not shown admixture of recirculated exhaust gas, analog the afterburning zone (Fig. 1, Item 110) can be expanded. In the design of the tapered body 1, 2 with respect of the cone angle and the cross-sectional width of the tangential Air inlet slots 19, 20 are narrow limits to adhere to the desired flow field of the Combustion air flows with their backflow zone 6 in the area the burner mouth to stabilize the flame sets. Generally speaking, that is a change the width of the air inlet slots 19, 20 to a shift the backflow zone 6 leads: The shift is downstream with a reduction in the cross-sectional width of the air inlet slots 19, 20. It is however to note that the backflow zone 6 once fixed on is stable in position, because the number of twists increases Flow direction in the area of the burner 101. As before indicated, the axial speed of the Flow within the burner 101 through a corresponding one Supply of the axial combustion air flow 15a change. The construction of the burner 101 is suitable excellent, the cross sections of the tangential air inlet slots 19, 20, according to needs change, without changing the length of the burner 101 covers a relatively wide range of operations can be.

Aus Fig. 3-5 geht die geometrische Konfiguration der Leitbleche 21a, 21b hervor. Sie haben betreffend den Verbrennungsluftstrom 15 in den Innenraum 14 des Brenners 101 Strömungseinleitungsfunktionen zu erfüllen. Eine kanalisierende Wirkung oder Geschwindigsveränderung des Verbrennungsluftstromes 15 kann durch Oeffnen bzw. Schliessen der Leitbleche 21a, 21b um einen im Bereich der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 plazierten Drehpunkt 23 optimiert werden, insbesondere ist dies vonöten, wenn die ursprüngliche Spaltgrösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 19, 20 verändert wird. Selbstverständlich kann der Brenner 101 auch ohne Leitbleche 21a, 21b betrieben werden, oder es können andere Hilfsmittel hierfür vorgesehen werden. 3-5 shows the geometric configuration of the guide plates 21a, 21b. You have regarding the combustion air flow 15 into the interior 14 of the burner 101 To perform flow introduction functions. A channeling Effect or change in speed of the combustion air flow 15 can by opening or closing the Baffles 21a, 21b around one in the area of the tangential Air inlet slots 19, 20 placed pivot point 23 optimized , especially if the original Gap size of the tangential air inlet slots 19, 20 is changed. Of course you can the burner 101 is also operated without baffles 21a, 21b or other aids can be provided for this will.

Label list

1, 21, 2: TeilkörperPartial body
1a, 2a1a, 2a: Zylindrische AnfangsteileCylindrical starting parts
1b, 2b1b, 2b: MittelachsenCentral axes
33rd: BrennstoffdüseFuel nozzle
44th: BrennstoffeindüsungFuel injection
55: BrennstoffkegelsäuleFuel cone column
66: Rückströmzone (Vortex Breakdown)Reverse flow zone (vortex breakdown)
77: FlammenfrontFlame front
8, 98, 9: BrennstoffleitungenFuel lines
1010th: FrontwandFront wall
10a10a: LuftöffnungenAir vents
1212th: Flüssiger BrennstoffLiquid fuel
1313: Gasförmiger BrennstoffGaseous fuel
1414: Innenraum des BrennersInterior of the burner
15, 15a15, 15a: VerbrennungsluftströmeCombustion air flows
1616: Eindüsung gasförmigen BrennstoffesInjection of gaseous fuel
1717th: DüsenNozzles
19, 2019, 20: Tangentiale LufteintrittsschlitzeTangential air inlet slots
21a, 21b21a, 21b: LeitblecheBaffles
2323: Drehpunktpivot point
100100: ProzesswärmeerzeugerProcess heat generator
101101: Brennerburner
103103: ReaktionszoneReaction zone
104104: ReduktionszoneReduction zone
105105: LuftkanalAir duct
106106: PrimärluftPrimary air
107107: VorbrennzonePre-burning zone
108, 111108, 111: WärmetauscherHeat exchanger
109109: RestluftzufuhrResidual air supply
110110: Nachbrennzone Afterburn zone
112112: AbgasrückführungExhaust gas recirculation
113113: Gebläsefan
114114: Gemisch aus Luft und AbgasMixture of air and exhaust gas
115115: AbgasExhaust gas
116116: ProzessmediumableitungProcess medium derivation

Claims

Method for operating a heat generator consisting essentially of at least two combustion zones (107, 110), in which a hot gas is generated in stages, provided with heat exchangers (108, 111) which are operatively connected to the combustion zones, the second combustion zone (110) having at least one downstream heat exchanger (111) lowering the exhaust-gas temperature, characterized in that a first combustion zone (107) is operated with a reaction zone (103) acting as far as the flame front and with a downstream reduction zone (104), in that a first heat exchanger (108) acts in the heat-gas flow of the reaction zone (103), and in that, in the reduction zone (104), the nitrogen compounds are reduced, in operative connection with the upstream heat exchanger (108), solely as a result of the reaction of the natural NHx radicals with one another.
Method according to Claim 1, characterized in that the reaction zone (103) is operated by means of a premixing burner (101).
Method according to Claim 1, characterized in that the heat exchangers (108, 111) belonging to the combustion zones (107, 110) are operated in series.
Method according to Claim 1, characterized in that at least the second combustion zone (110) is operated by means of a recirculated exhaust gas (114).