EP0629817B1 - Feuerungsanlage - Google Patents

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EP0629817B1
EP0629817B1 EP94108586A EP94108586A EP0629817B1 EP 0629817 B1 EP0629817 B1 EP 0629817B1 EP 94108586 A EP94108586 A EP 94108586A EP 94108586 A EP94108586 A EP 94108586A EP 0629817 B1 EP0629817 B1 EP 0629817B1
Authority
EP
European Patent Office
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combustion
fuel
firing installation
installation according
section
Prior art date
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EP94108586A
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English (en)
French (fr)
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EP0629817A3 (de
EP0629817A2 (de
Inventor
Hans Peter Knöpfel
Hans Peter
Claude Pelet
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ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Publication date
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Publication of EP0629817A2 publication Critical patent/EP0629817A2/de
Publication of EP0629817A3 publication Critical patent/EP0629817A3/de
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Publication of EP0629817B1 publication Critical patent/EP0629817B1/de
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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 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • 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
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/30—Premixing fluegas with combustion air
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/06041—Staged supply of oxidant
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/09002—Specific devices inducing or forcing flue gas recirculation

Definitions

  • the present invention relates to a furnace according to the preamble of claim 1. It also concerns a Process for operating such a system.
  • this mixture flows through a heat exchanger placed there. Before this mixture is fed to a burner as combustion air, it is subjected to a further admixture of smoke gases via a main jet injector.
  • This flue gas admixing technique requires a relatively long mixture-forming section upstream of the entry into the interior of the burner, whereby a central suction of flue gases can always lead to shape instability.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the Task based on a furnace of the beginning type referred to the flue gas recirculation rate minimizing pollutant emissions throughout To operate the furnace in such a way that maximizing the homogeneity of the Fresh air / flue gas mixture with simultaneous minimization the length of the mixture-forming route can be.
  • the main advantage of the invention is that that despite maximizing the flue gas recirculation rate in every phase of the operation of the furnace, which is for minimizing pollutant emissions below that is responsible, no negative Influences on the flame arise.
  • the Firing system is designed so that the flue gases automatically directly into the area of influence of the suction effect of the incoming fresh air and come with it to combine this into a combustion air mixture.
  • the Means are that the introduction of fresh air happens via the largest possible number of jet injectors.
  • the individual injectors are initially outside the actual burner, they each suck a certain amount of smoke gas, that the formation of fresh air and flue gases Combustion air by dividing it into as possible many partial flows have an optimal degree of mixing.
  • Another important advantage of the invention is that to see that the division described above into one immediate and better mixture formation with minimized Mixing section leads, which has a positive effect on the dimensioning of the burner.
  • Another important advantage of the invention is that to see the injectors by size and location can be targeted, for example around the to meet the final purpose, relatively more at part load to recirculate, or at full load the aerodynamics of the Do not negatively influence Brenners.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a furnace 100, which essentially consists of one in itself closed combustion chamber 11, which in turn with is equipped with at least one burner 200.
  • Burner 200 is a premix burner, the Operation with flue gas recirculation is supplemented.
  • This backflow the flue gas 20 is a passive flue gas recirculation, which is triggered by two crucial precautions becomes.
  • the premix burner 200 is basically surrounded by smoke gases 20.
  • the premix burner 200 is as large as possible Number of individual fresh air feeds 19, which regularly and integrally all intended openings cover to interior 14 of premix burner 200.
  • the openings to the interior 14 are both schematic symbolized radially and axially by the arrows 19,
  • the radial combustion air supply at the visible premix burner 200 is a tangential flow, where more about this is said under Figs. 2 and 3.
  • the single ones Fresh air supplies 19 are consistently through Jet injectors 300 added, which develop that suction power, which trigger passive flue gas recirculation capable, i.e. the required flue gas recirculation rate due to the suction effect of the incoming fresh air 19, set without further outside help.
  • Jet injectors 300 which develop that suction power, which trigger passive flue gas recirculation capable, i.e. the required flue gas recirculation rate due to the suction effect of the incoming fresh air 19, set without further outside help.
  • the premix burner 200 according to FIG. 2 consists of two halves hollow conical partial bodies 1, 2, which are offset from one another lie on one another. It goes without saying that Forming the premix burner 200 required number of tapered Partial bodies are not limited to two.
  • the partial body 1, 2 in the flow direction another Have opening configuration, for example regularly or irregularly increasing taper, which figuratively leads to a trumpet shape, or a regularly or irregularly decreasing taper, which figuratively leads to a tulip shape.
  • the latter two forms are not drawn recorded because they are easy to understand. Which The final form chosen depends on the different Parameters of the respective combustion.
  • the dislocation the respective central axis 1b, 2b of the conical Partial body 1, 2 creates each other on both sides in Axially symmetrical arrangement each a tangential Air inlet slot 21, 22 (Fig.
  • the two conical partial bodies 1, 2 each have a cylindrical starting part 1a, 2a, which is also analog to the partial bodies 1, 2 run offset to one another, so that the tangential air inlet slots 21, 22 over the entire length of the premix burner 200 is present.
  • the premix burner 200 can be purely conical, thus formed without cylindrical starting parts 1a, 2a be.
  • the is particularly good as a seat for anchoring of the whole premix burner 200 is at least a fuel nozzle 3 housed.
  • jet injectors which the axially brought up and also from fresh air and Provide flue gas composed of combustion air 16.
  • jet injectors 300 referred to Fig. 3.
  • Both partial bodies 1, 2 have if necessary, one extending in the axial direction
  • Fuel line 8, 9, which with a number of nozzles 17 are provided. Through these lines is preferred a gaseous fuel 13 passed through the above Nozzles 17 in the area of the tangential air inlet slots 21, 22 (see FIG. 3) of those flowing through there Combustion air 15 is added.
  • the premix burner 200 alone with the fuel supply over the Nozzle 3, or operated via the nozzles 17.
  • the premix burner 200 has a collar-shaped plate 10, which has a number of bores 10a what dilution or cooling air the front part of the Premix burner 200 is supplied. Is via the nozzle 3 A liquid fuel 12 is supplied, so this is in an acute angle into the interior 14 of the premix burner 200 injected, such that it extends to the burner outlet level the most homogeneous conical spray pattern possible 5 sets.
  • the fuel injection 4 can be an air-assisted nozzle or a nozzle which works on a pressure atomization principle.
  • the conical Spray pattern 5 is, according to the number of air inlet slots 21, 22, of combustion air flows flowing in tangentially 15 and from the axially brought up further combustion air 16 enclosed.
  • the mixture formation begins with the combustion air 15 already in the area the air inlet slots 21, 22.
  • the optimal, homogeneous fuel concentration reached across the cross section.
  • the ignition of the fuel / combustion air mixture begins at Tip of the backflow zone 6.
  • the axial speed of the mixture can be further by the aforementioned axial feeding of Influence combustion air 16.
  • the construction of the Premix burner 200 is not suitable for a given one length of the premix burner 200 to be exceeded, excellent, the gap width of the tangential air inlet slots 21, 22 to change by the partial cone body 1, 2 can be moved to or from each other, whereby the distance between the two central axes 1b, 2b, as a result, reduced or magnified like this can be easily derived from FIG. 3. It is straightforward too possible, the tapered body 1, 2 by a rotating Shift movement into each other. So it is possible with appropriate precautions, the shape and size of the tangential air inlet slots 21, 22 during operation to vary with what, without changing the overall length, the same premix burner 200 a wide functionality can cover.
  • Fig. 3 is a section approximately in the middle of the premix burner 200, according to section plane III-III from Fig. 2.
  • Die Inlet channels 25 arranged in mirror image in tangential fashion, 26 perform the function of a mixing section, in which the final mixture formation between fresh air 19 and recirculated flue gas 20 is perfected.
  • the combustion air 15 is processed in a jet injector system 300; the axially brought in air is also in processed in a jet system.
  • this channel is to the tangential entry slots 21, 22 27, 28 closed by a perforated plate 23, 24.
  • the perforations perform the function of individual injector nozzles 29a, 29b, which have a suction effect the surrounding flue gas 20 so that each Injector nozzle 29a, 29b each only a certain proportion sucked in flue gas 20, whereupon over the entire axial length the perforated plate 27, 28 a uniform flue gas admixture takes place.
  • This configuration causes that already at the point of contact of the two media, i.e. the Fresh air 19 and the flue gas 20, an intimate mixture takes place, so the flow length of the inlet channels 25, 26 can be minimized for the mixture formation can.
  • the local jet injector configuration also stands out 300 characterized in that the geometry of the premix burner 200, especially what the shape and size of the tangential air inlet slots 21, 22, remains dimensionally stable, i.e. through the evenly dosed Distribution of the hot smoke gases 20 along the Entire axial length of the premix burner 200 arise no thermal distortions.
  • the same jet injector configuration like the one just described here applies also for axial fresh air / flue gas mixture formation.
  • the inflow cross section 18 is here also with a Number of injector nozzles 29c covered, which after the same Principle of how the injector nozzles 29a, 29b work, which also symbolizes from Fig. 1.

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Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feuerungsanlage gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.
Stand der Technik
Gemäss Luftreinhalte-Verordnung muss beim Betrieb einer Feuerungsanlage nicht nur im ordentlich Lastbetrieb, sondern auch während der ganzen Startphase sicher gestellt werden, dass die maximal vorgeschriebenen Emissionswerte der aus der Verbrennung entstehenden Schadstoffe nicht überschritten werden. Es ist zu diesem Zweck bekannt geworden, der Frischluft einen Anteil Rauchgase beizumischen, d.h. eine Rauchgasrezirkulation zu betreiben. Insbesondere bei der Startphase muss, um überhaupt eine Zündung des Gemisches zu gewährleisten, danach getrachtet werden, die Rezirkulationsrate möglichst klein zu halten. Später darf die Rezirkulationsrate angemessen erhöht werden. Die notwendige Rezirkulationsrate lässt sich durch entsprechende Massnahmen einstellen. Aus der Erkenntnis heraus, dass eine kleine Rauchgasrezirkulation niemals die minimal mögliche Schadstoff-Emissionswerte mit sich bringt, wobei eine mangelhafte Zumischung diesen Effekt noch verstärkt. Umgekehrt lässt sich das Problem auch nicht umgehen, indem bewusst mit einer höheren Rezikulationsrate operiert wird, denn während des transienten Betriebes würde dies unweigerlich die Gefahr mit sich bringen, dass Zündung und Flammenstabilität in Mitleidenschaft gezogen werden könnten.
Aus EP-A1-0 436 113 ist eine Feuerungsanlage bekanntgeworden, welche über ein Gebläse verfügt, das ausserhalb der Umhüllung der Feuerungsanlage wirkt und welches Frischluft ansaugt und mit einem bestimmten Anteil aus dem Brennraum angesaugter Rauchgase vermischt. Das daraus entstandene Frischluft/Rauchgas-Gemisch durchströmt auf seinem Weg zum Brennraum einen ersten Wärmetauscher, dessen kalorische Aufbereitung durch die zugeführten Rauchgase zustandekommt. Im Brennraum selbst durchströmt dieses Gemisch einen dort plazierten Wärmetauscher. Bevor dieses Gemisch einem Brenner als Verbrennungsluft zugeführt wird, erfährt es über einen Haupt-Jet-Injektor eine weitere Beimischung von Rauchgasen. Diese Rauchgas-Zumischungstechnik setzt eine verhältnismässig lange weitere gemischbildende Strecke stromauf des Eintritts in den Innenraum des Brenners voraus, wobei eine zentrale Ansaugung von Rauchgasen immer zu einer Forminstabilität führen kann.
Aus GB-A-2 043 869 ist eine Feuerungsanlage bekanntgeworden, bei welcher radial wirkende Injektordüsen zur Bildung einer Verbrennungsluft vorhanden sind. Bei diesem Stand der Technik ist ersichtlich, dass die Injektordüsen nur radial gerichtet sind, d.h. eine integrale Abdeckung der ganzen der Frischluf zugeordneten Einströmungsfläche im Zusammenhang mit einem Brenner wird hier nicht vorgeschlagen. Für eine Verbrennung, bei welcher das Ziel vorherrscht, minimierte Schadstoff-Emissionen während des ganzen Betriebs der Anlage zu erreichen, ist es aber unabdingbar, dass die Bereitstellung des Frischluft/Rauchgas-Gemisches umfassend und optimal gehandhabt wird, d.h. der Grad des Frischluft/Rauchgas-Gemisches muss.besser und gezielter erfolgen.
Darstellung der Erfindung
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Feuerungsanlage der eingangs genannten Art die Rauchgasrezirkulationsrate in Bezug auf die Minimierung der Schadstoff-Emissionen während des ganzen Betriebs der Feuerungsanlage so zu gestalten, dass eine Maximierung betreffend Homogenität des Frischluft/Rauchgas-Gemisches unter gleichzeitiger Minimierung der Länge der gemischbildenden Strecke erzielt werden kann.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass trotz Maximierung der Rauchgasrezirkulationsrate in jeder Phase des Betriebes der Feuerungsanlage, welche für eine Minimierung der Schadstoff-Emissionen unterhalb der gesetzlichen Vorschriften verantwortlich ist, keine negativen Einflüsse auf die Flamme entstehen.
Dies lässt sich erreichen, indem die Feuerungsanlage so ausgebildet und mit Mitteln versehen wird, welche eine passive Rauchgasrezirkulation auszulösen vermögen. Die Feuerungsanlage ist so ausgebildet, dass die Rauchgase selbsttätig direkt in den Einflussbereich der Saugwirkung der einströmenden Frischluft kommen, und sich dort mit dieser zu einem Verbrennungsluftgemisch zu vereinigen. Die Mittel bestehen darin, dass die Einführung der Frischluft über eine möglichst grosse Anzahl von Jet-Injektoren geschieht. Die einzelnen Injektoren sind zunächst aussserhalb des eigentlichen Brenners plaziert, sie saugen jeweils eine ganz bestimmte Rauchgasmenge an, dergestalt, dass die Bildung der aus Frischluft und Rauchgase bestehenden Verbrennungsluft durch die Aufteilung in möglichst viele Teilströme einen optimalen Mischungsgrad aufweist. Dies führt unweigerlich dazu, dass die Mischungsfläche zwischen Injektor- und Ansaugsfläche maximiert werden kann, mit der Wirkung, dass je grösser diese Flächen sind, um so grösser die Rauchgasrezirkulationsrate ausfällt, was einerseits zu einer besseren Verdampfung des Brennstoffes und andererseits zur Kühlung der Flamme führt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die obenbeschriebene Aufteilung zu einer unmittelbaren und besseren Gemischbildung bei minimierter Mischstrecke führt, was sich positiv auf die Dimensionierung des Brenners auswirkt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Injektoren von ihrer Grösse und Ort her gezielt disponiert werden können, beispielsweise um den finalen Zweck gerecht zu werden, bei Teillast relativ mehr zu rezirkulieren, oder bei Vollast die Aerodynamik des Brenners nicht negativ zu beeinflussen.
Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente resp. Abläufe mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der verschiedenen Medien ist mit Pfeilen angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Feuerungsanlage,
Fig. 2
einen Brenner für den Betrieb der Feuerungsanlage in perspektivischer Darstellung entsprechend aufgeschnitten und
Fig. 3
einen Schnitt durch die Ebene III-III von Fig. 2, in schematischer vereinfachter Darstellung.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwertbarkeit
Fig. 1 zeigt in eine schematische Darstellung eine Feuerungsanlage 100, welche im wesentlichen aus einem in sich abgeschlossenen Brennraum 11 besteht, der seinerseits mit mindestens einem Brenner 200 bestückt ist. Beim gezeigten Brenner 200 handelt es sich um einen Vormischbrenner, dessen Betrieb mit einer Rauchgasrezirkulation ergänzt ist. Die Verbrennungsluftströme 15, 16, welche in den Innenraum 14 des Vormischbrenners 200 strömen und sich dort mit dem eingedüsten Brennstoff 12 vermischen, wobei auf diese Vermischung weiter unten noch näher eingegangen wird, besteht aus Frischluft 19 und aus einem Anteil Rauchgase 20, welche aus dem Brennraum 11 rückströmen. Diese Rückströmung der Rauchgase 20 ist eine passive Rauchgasrezirkulation, welche durch zwei entscheidende Vorkehrungen ausgelöst wird. Im Betrieb ist es so, dass der Vormischbrenner 200 grundsätzlich mit Rauchgasen 20 umgeben ist. Zum zweiten wird der Vormischbrenner 200 mit einer möglichst grossen Anzahl einzelner Zuführungen von Frischluft 19 bestückt, welche regelmässig und integral alle vorgesehenen Oeffnungen zum Innenraum 14 des Vormischbrenners 200 abdecken. Schematisch sind die Oeffnungen zum Innenraum 14 sowohl radial als auch axial durch die Pfeile 19 versinnbildlicht, wobei noch zu vermerken ist, dass es sich bei der radialen Verbrennungsluftzuführung beim ersichtlichen Vormischbrenner 200 um eine tangentiale Strömung handelt, wobei mehr darüber unter Fig. 2 und 3 gesagt wird. Die einzelnen Zuführungen mit Frischluft 19 sind durchwegs durch Jet-Injektoren 300 ergänzt, welche jene Saugkraft entfalten, die eine passive Rauchgasrezirkulation auszulösen vermag, d.h. die benötigte Rauchgasrezirkulationsrate wird durch die Saugwirkung der einströmenden Frischluft 19, ohne weitere fremde Hilfe eingestellt. Auf die Vorteile einer solchen Konfiguration wird weiter unten näher eingegangen. Was die Konfiguration der Jet- Injektoren betrifft wird auf Fig. 3 verwiesen.
Um den Aufbau des Vormischbrenners 200 besser zu verstehen, sollten die Fig. 2 und 3 gleichzeitig konsultiert werden. Des weiteren, um Fig. 2 nicht unnötig unübersichtlich zu gestalten, sind darin die nach Fig. 3 gezeigten Jet-Injektoren sowie die Mischstrecken bis zum Innenraum des Vormischbrenners nicht zeichnerisch erfasst worden. Der Vormischbrenner 200 nach Fig. 2 besteht aus zwei halben hohlen kegeligen Teilkörpern 1, 2, die versetzt zueinander aufeinander liegen. Selbstverständlich ist die zur Bildung des Vormischbrenners 200 benötigte Anzahl an kegeligen Teilkörpern nicht auf zwei beschränkt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 1, 2 weist in Strömungsrichtung einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich können die Teilkörper 1, 2 in Strömungsrichtung eine andere Oeffnungkonfiguration aufweisen, beispielsweise eine regelmässig oder unregelmässig zunehmende Kegelneigung, welche bildlich etwa zu einer Trompetenform führt, oder eine regelmässig oder unregelmässig abnehmende Kegelneigung, welche bildlich in etwa zu einer Tulpenform führt. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie ohne weiteres nachzuempfinden sind. Welche Form schlussendlich gewählt wird, hängt von den verschiedenen Parametern der jeweiligen Verbrennung ab. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse 1b, 2b der kegeligen Teilkörper 1, 2 zueinander schafft auf beiden Seiten in achsensymmetrischer Anordnung jeweils einen tangentialen Lufteintrittsschlitz 21, 22 (Fig. 3) und einen axialen Einströmungsquerschnitt 18 frei, durch welche die aus einem Frischluft/Rauchgas-Gemisch bestehende Verbrennungsluft 15, 16 in den Innenraum 14 des Vormischbrenners 200 strömt. Die beiden kegeligen Teilkörper 1, 2 haben je einen zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a, die ebenfalls analog zu den Teilkörpern 1, 2 versetzt zueinander verlaufen, so dass die tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 über die ganze Länge des Vormischbrenners 200 vorhanden sind. Selbstverständlich kann der Vormischbrenner 200 rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangsteile 1a, 2a ausgebildet sein. In diesem zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a, der sich beispielsweise besonders gut als Sitz für die Verankerung des ganzen Vormischbrenners 200 eignet, ist mindestens eine Brennstoffdüse 3 untergebracht. Danebst sind dort auch eine Anzahl Jet-Injektoren untergebracht, welche die axial herangeführte und ebenfalls aus Frischluft und Rauchgas zusammengesetzte Verbrennungsluft 16 bereitstellen. Für die Ausgestaltung dieser Jet-Injektoren 300 wird auf die Fig. 3 verwiesen. Beide Teilkörper 1, 2 weisen nach Bedarf je eine in axialer Richtung sich erstreckende Brennstoffleitung 8, 9 auf, welche mit einer Anzahl Düsen 17 versehen sind. Durch diese Leitungen wird vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 13 geleitet, der durch die genannten Düsen 17 im Bereich der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 (Vgl. Fig. 3) der dort durchströmenden Verbrennungsluft 15 beigegeben wird. Der Vormischbrenner 200 kann allein mit der Brennstoffzuführung über die Düse 3, oder über die Düsen 17 betrieben werden. Selbstverständlich ist ein Mischbetrieb über beiden Düse 3, 17 möglich, insbesondere dann, wenn über die einzelnen Düsen verschiedene Brennstoffe zugeführt werden. Brennraumseitig 11 weist der Vormischbrenner 200 eine kragenförmige Platte 10 auf, welche eine Anzahl Bohrungen 10a aufweist, durch welche Verdünnungs- oder Kühlluft dem vorderen Teil des Vormischbrenners 200 zugeführt wird. Wird über die Düse 3 ein flüssiger Brennstoff 12 zugeführt, so wird dieser in einem spitzen Winkel in den Innenraum 14 des Vormischbrenners 200 eingedüst, dergestalt, dass sich bis zur Brenneraustrittsebene ein möglichst homogenes kegeliges Spraybild 5 einstellt. Bei der Brennstoffeindüsung 4 kann es sich um eine luftunterstützte Düse oder um eine Düse handelt, welche nach einem Druckzerstäubungsprinzip arbeitet. Das kegelige Spraybild 5 wird, entsprechend der Anzahl der Lufteintrittschlitze 21, 22, von tangential einströmenden Verbrennungsluftströmen 15 und von der axial herangeführten weiteren Verbrennungsluft 16 umschlossen. In Strömungsrichtung des Vormischbrenners 200 wird die Konzentration des eingedüsten Brennstoffes 12 fortlaufend durch die genannten Verbrennungsluftströme 15, 16 abgebaut. Wird ein gasförmiger Brennstoff 13 eingebracht, beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft 15 bereits im Bereich der Lufteintrittsschlitze 21, 22. Beim Einsatz eines flüssigen Brennstoffes 12 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 6 am Ende des Vormischbrenners 200, die optimale, homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt erreicht. Die Zündung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches beginnt an der Spitze der Rückströmzone 6. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront 7 entstehen. Ein Rückschlag der Flamme ins Innere der Vormischbrenners 200, wie dies bei bekannten Vormischstrecken stets zu befürchten ist, wogegen dort mit komplizierten Flammenhaltern Abhilfe versucht wird, ist hier nicht zu befürchten. Ist die Verbrennungsluft 15, 16 allenfalls vorgewärmt, so stellt sich eine beschleunigte ganzheitliche Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 12 ein, bevor der Punkt am Ausgang des Vormischbrenners 200 erreicht ist, an welchem die Zündung des Gemisches stattfinden kann. Auf die Möglichkeit der Rauchgasrezirkulation, welche nicht nur eine kalorische Komponente beinhaltet, wurde bereits unter Fig. 1 näher eingegangen. Der Grad der Verdampfung ist von der Grösse des Vormischbrenners 200, der Tropfengrösse des Brennstoffes 12 und der Temperatur der Verbrennungsluftströme 15, 16 abhängig. Die Minimierung der Schadstoff-Emissionen hängt ursächlich von der Rauchgasrezirkulation ab, welche bewirkt, dass eine vollständige Verdampfung des Brennstoffes vor Eintritt in die Verbrennungszone stattfinden kann. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 1, 2 hinsichtlich Kegelneigung und Breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 sind enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluft mit ihrer Rückströmzone 6 im Bereich der Mündung des Vormischbrenners 200 zur Flammenstabilisierung einstellt. Allgemein ist zu sagen, dass eine Verkleinerung der Lufteintrittsschlitze 21, 22 die Rückströmzone 6 weiter stromaufwärts verschiebt, wodurch dann allerdings das Gemisch früher zur Zündung kommt. Immerhin ist hier zu sagen, dass die einmal örtlich fixierte Rückströmzone 6 an sich positionsstabil ist, denn die Drallzahl nimmt in Strömungsrichtung im Bereich der Kegelform des Vormischbrenners 200 zu. Die Axialgeschwindigkeit des Gemisches lässt sich des weiteren durch die bereits genannte axiale Zuführung von Verbrennungsluft 16 beeinflussen. Die Konstruktion des Vormischbrenners 200 eignet sich, bei vorgegebener, nicht zu überschreitender Baulänge des Vormischbrenners 200, vorzüglich, die Spaltbreite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 zu verändern, indem die Teilkegelkörper 1, 2 zu- oder auseinander verschoben werden können, wodurch sich der Abstand der beiden Mittelachsen 1b, 2b, als Folge davon, verkleinert resp. vergrössert, wie dies aus Fig. 3 gut ableitbar ist. Es ist ohne weiteres auch möglich, die kegeligen Teilkörper 1, 2 durch eine drehende Bewegung ineinander zu verschieben. Somit ist es möglich, bei entsprechender Vorkehrung, die Form und die Grösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 während des Betriebes zu variieren, womit, ohne Veränderung der Baulänge, der gleiche Vormischbrenner 200 eine breite Funktionalität abdecken kann.
Fig. 3 ist ein Schnitt etwa in der Mitte des Vormischbrenners 200, gemäss Schnittebene III-III aus Fig. 2. Die spiegelbildlich tangential angeordneten Einlaufkanäle 25, 26 erfüllen die Funktion einer Mischstrecke, in welchen die endgültige Gemischbildung zwischen Frischluft 19 und rückgeführtem Rauchgas 20 perfektioniert wird. Die Verbrennungsluft 15 wird in einem Jet-Injektorsystem 300 aufbereitet; die axial herangeführte Luft wird ebenfalls in einem Jet-System aufbereitet. Stromauf jedes Einlaufkanals 25, 26, der als tangentiale Einströmung in den Innenraum des Vormischbrenners 200 dient, wird die Frischluft 19 auf der ganzen Länge dieses Vormischbrenners gleichmässig über eine axiale Rinne 27, 28 verteilt, was in Fig. 1 durch die Anzahl Pfeile versinnbildlich ist. In Strömungsrichtung zur tangentialen Eintrittsschlitze 21, 22 ist diese Rinne 27, 28 durch eine perforierte Platte 23, 24 abgeschlossen. Die Perforierungen erfüllen die Funktion einzelner Injektordüsen 29a, 29b, welche eine Saugwirkung gegenüber dem umliegenden Rauchgas 20 ausüben, dergestalt, dass jede Injektordüse 29a, 29b jeweils nur einen bestimmten Anteil an Rauchgas 20 ansaugt, worauf über die ganze axiale Länge der perforierten Platte 27, 28 eine gleichmässige Rauchgas-Zumischung stattfindet. Diese Konfiguration bewirkt, dass bereits am Berührungsort der beiden Medien, also der Frischluft 19 und des Rauchgases 20, eine innige Vermischung stattfindet, so dass die Strömungslänge der Einlaufkanäle 25, 26 für die Gemischbildung minimiert werden kann. Danebst zeichnet sich die hiesige Jet-Injektor-Konfiguration 300 dadurch aus, dass die Geometrie des Vormischbrenners 200, insbesondere was die Form und Grösse der tangentialen Lufteintrittssschlitze 21, 22 betrifft, formstabil bleibt, d.h. durch die gleichmässig dosierte Verteilung der an sich heissen Rauchgase 20 entlang der ganzen axialen Länge des Vormischbrenners 200 entstehen keine wärmebedingten Verwerfungen. Die gleiche Jet-Injektor-Konfiguration, wie die soeben hier beschriebene, gilt auch für die axiale Frischluft/Rauchgas-Gemischbildung. Der Eintrömungsquerschitt 18 ist hier ebenfalls mit einer Anzahl Injektordüsen 29c abgedeckt, welche nach dem gleichen Prinzip wie die Injektordüsen 29a, 29b funktionieren, was versinnbildlicht auch aus Fig. 1 hervorgeht. Demnach sind sämtliche Einströmungsöffnungen der Frischluft 19 vor deren Gemischbildung mit Rauchgas 20 in Strömungsrichtung zum Innenraum des Vormischbrenners 200 mit einen dichten Netz von Injektordüsen 29a, 29b, 29c versehen, welche den Grad des Frischluft/Rauchgas-Gemisches bestimmen.
Bezeichnungsliste
1, 2
Kegeliger Teilkörper
1a, 2a
Anfangsteil des kegeligen Teilkörpers
1b, 2b
Mittelachse des kegeligen Teilkörpers
3
Brennstoffdüse
4
Brennstoffeindüsung
5
Kegeliges Spraybild
6
Rückströmzone
7
Flammenfront
8, 9
Brennstoffleitungen
10
Platte
10a
Bohrungen
11
Brennraum
12
Brennstoff
13
Brennstoff
14
Innenraum des Brenners
15, 16
Verbrennungsluft
17
Brennstoffdüse
18
Axiale Einströmung, Querschnitt des Brenners
19
Frischluft
20
Rauchgas
21, 22
Tangentiale Lufteintrittsschlitze
23, 24
Lochplatte
25, 26
Einlauf
27, 28
Rinne
29a-c
Injektordüsen
100
Feuerungsanlage
200
Vormischbrenner
300
Jet-Injektor

Claims (7)

  1. Feuerungsanlage, bestehend aus einem Brennraum (11), einem Vormischbrenner (200) und Mittel zur Bildung einer aus Frischluft (19) und Rauchgas (20) bestehenden Verbrennungsluft (15, 16), wobei der Vormischbrenner in Strömungsrichtung aus mindestens zwei aufeinander positionierten hohlen Teilkörper (1, 2) besteht, deren Mittelachsen (1b, 2b) in Längsrichtung der Teilkörper zueinander versetzt verlaufen, dass dadurch ein axialer Einströmungsquerschnitt und tangentiale Eintrittsschlitze (21, 22) für die Zuführung der Verbrennungsluft in den Innenraum (14) des Vormischbrenners entstehen, und wobei der Vormischbrenner mit mindestens einer Brennstoffdüse (3, 17) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bildung der Verbrennungsluft aus einzelnen Injektordüsen (29a, 29b, 29c) bestehen, dass die Injektordüsen (29a, 29b, 29c) im axialen Einströmungsquerschnitt (18) und in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft (15) stromauf der tangentialen Eintrittsschlitze derart plaziert sind, dass sämtliche Eintrittsöffnungen der Frischluft (19) vor deren Gemischbildung mit Rauchgas (20) in Strömungsrichtung zum Innenraum des Vormischbrenners mit einem dichten Netz von Injektoren (29a, 29b, 29c) versehen sind.
  2. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner (200) mit mindestens einer kopfseitig plazierten Brennstoffdüse (3) und/oder mit einer Anzahl von im Bereich der tangentialen Eintrittsschlitze (21, 22) angeordneten Brennstoffdüsen (17) versehen ist.
  3. Feuerungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Brennstoffdüse (3) ein flüssiger Brennstoff (12) und durch die Brennstoffdüsen (17) ein gasförmiger Brennstoff (13) zuführbar ist.
  4. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (1, 2) in Strömungsrichtung einen gleichmässig zunehmenden Strömungsquerschnitt aufweisen.
  5. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (1, 2) in Strömungsrichtung einen ungleichmässig zunehmenden Strömungsquerschnitt aufweisen.
  6. Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (1, 2) in Strömungsrichtung einen abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweisen.
  7. Verfahren zum Betrieb einer Feuerungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauchgase (20) zur Bildung der Verbrennungsluft (15, 16) von der Saugwirkung der frischluftdurchströmten Injektordüsen (29a, 29b, 29c) direkt aus dem Brennraum (11) der Feuerungsanlage angesaugt werden.
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