EP0834040A1 - BRENNEREINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER BRENNEREINRICHTUNG FÜR EINE NO x?- UND CO-ARME VERBRENNUNG - Google Patents

BRENNEREINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER BRENNEREINRICHTUNG FÜR EINE NO x?- UND CO-ARME VERBRENNUNG

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EP0834040A1
EP0834040A1 EP97924865A EP97924865A EP0834040A1 EP 0834040 A1 EP0834040 A1 EP 0834040A1 EP 97924865 A EP97924865 A EP 97924865A EP 97924865 A EP97924865 A EP 97924865A EP 0834040 A1 EP0834040 A1 EP 0834040A1
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EP
European Patent Office
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combustion
fuel
combustion air
nozzles
distribution body
Prior art date
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EP97924865A
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EP0834040B1 (de
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Ahmad Al-Halbouni
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WALTER BRINKMANN GMBH
Original Assignee
Joh Vaillant GmbH and Co
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Publication of EP0834040B1 publication Critical patent/EP0834040B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • 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
    • 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 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/20—Burner staging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2205/00—Assemblies of two or more burners, irrespective of fuel type

Definitions

  • the invention relates to a burner device and a corresponding method for an NO x - and CO-combustion with predominantly separate supply of fuel and combustion air to the combustion chamber, wherein all or most of the combustion air at a plurality of points in space continuously promoted and the combustion chamber is supplied.
  • Fuel is to be understood here to mean substances which react exothermically with oxygen and which are in gaseous or vapor form at ambient temperature and / or when fed into the combustion chamber. Fuel should also be understood to mean liquid or dusty substances with air, steam and / or exhaust gas as carrier gas. Combustion air here is to be understood as meaning gases and / or vapors with an oxygen content which ensures stable combustion with respect to the selected fuel that the combustion air can also contain exhaust gas.
  • the combustion zone is to be understood here as the area in which the combustion takes place
  • the combustion air is usually introduced coaxially with the introduction of the fuel.
  • a fuel jet is generated in the area of the burner mouth.
  • the combustion air is supplied on the outside of the fuel jet and outside the flame area via a mostly ring-shaped distributor, which is positioned near the fuel nozzle, usually coaxially to the fuel nozzle. Because of the considerable spatial distance of the combustion air distributor from the flame area, especially from the flame core, it becomes practical Operation with such burners a uniform mixing of fuel and combustion air or a staged mixture taking place according to predetermined proportions is not achieved.
  • the combustion air is divided into primary and secondary air, so that locally limited Peak values of the oxygen concentration can be reduced and the stochiometric conditions during combustion can be regulated somewhat better.
  • the fundamental disadvantage of this type of burner namely the unsatisfactory controllability of the stochiometric ratios of fuel and combustion air, which are decisive for the formation of pollutants such as nitrogen oxides and carbon monoxide
  • pollutants such as nitrogen oxides and carbon monoxide
  • it can only be reduced with a relatively high outlay.
  • a burner operated by such a method is described, for example, in DE OS 4 142 401.
  • the burner which in this case works with premixing, is operated in a strongly sub-stoichiometric manner.
  • the oxygen that is missing for combustion is only supplied at a significant distance from the burner mouth at one or more points, whereby the direction of the oxygen injection must not be parallel to the main flow direction of the combustion gases.
  • This process provides for the operation of large-format industrial ovens such as rotary kilns and.
  • this method has the general disadvantage that the Combustion air is introduced essentially selectively into areas of the combustion zone with a relatively high flame temperature
  • the length of the diffuser cannot be increased arbitrarily, because otherwise the diffuser would shield the flame too much, which would result in heat emission to the furnace or boiler wall impaired Since the flame length at higher heating outputs can significantly exceed the diffuser length, this means that, especially at higher heating outputs, the area of the flame tip is insufficiently supplied with secondary combustion air has an adverse effect on the pollutant emissions of the burner
  • the multi-stage spatial air grading provides a sub-stoichiometric mixing in the foot area, which gradually changes to superstoichiometry with increasing air ratio, no control of the mixing ratios can be guaranteed with the double-walled burner structure of this state of the art, since the double-walled enclosed space of the cylinder ring quickly becomes complete Mixing of fuel and combustion air sets before ignition occurs at the openings in the outer wall. Combustion also has the disadvantages of premixed flames. The reduction effect important for reducing nitrogen oxide emissions is therefore not given
  • Another way to improve the mixing state is to connect an additional mixing chamber upstream of the combustion chamber, which creates a burner with larger dimensions, which now also has the disadvantages of this type of burner as a burner with premixing.
  • a burner with a very intensive premixing is for example in DE OS 3 915 704, which, however, has an extremely complex construction.
  • the multi-part mixing channels used there require a high amount of energy in order to compensate for the pressure loss caused by them.
  • the mixing channels are also difficult to access and therefore difficult to clean
  • the invention is therefore based on the object x with the aim of NO - and CO-lean combustion, and an intensification of heat transfer between the flame / gas and the wall of the heat sink, a structurally simple and suitable for a compact structure in burner means with predominantly separate supply of fuel and combustion air to create the combustion chamber in which the combustion air is fed in as many stages as possible into larger flame areas.
  • This task results in the following subtasks in particular
  • this object is achieved by a burner device according to the characterizing part of claims 1 and 13 and by an associated method for operating this burner device according to independent method claim 1 1
  • the basic concept of the invention which also relates to the claimed method for operating the burner device, consists in the following Ca 70 to 100 vol% of the total amount of combustion air supplied is by means of one or more combustion air distribution body in a mainly radial direction in the space filled by the flame between the outer wall of the combustion chamber and the contour of the combustion air distribution body fed along the entire or large part of the flame length.
  • the fuel is fed into the combustion zone exclusively in the area of the combustion air Distributor located flame base by means of one or more rows of nozzles arranged around the combustion air distributor
  • the advantages of this concept are that the combustion is initially sub-stoichiometric and, with a gradually increasing air supply, it changes to stoichiometry or over-stoichiometry shortly before the flame tip, where complete burnout is achieved x and CO) drastically reduced
  • This type of feeding the combustion air also has the advantageous effect that the flame is blown away from the combustion air distributor body, so that no direct combustion takes place on the surface of this combustion air distributor body. This lowers the thermal load on the combustion air distributor body , especially since they are additionally cooled by the combustion air flowing through them
  • combustion air supply according to the invention in particular in the case of large-area combustion air distribution bodies, is that they simultaneously lead to cooling the flame, thereby reducing the formation of NO x .
  • the geometry of the combustion zone is largely determined by the geometry of this combustion air distribution body.
  • a function of the combustion air distribution body that is essential to the invention is therefore seen in that the size of the combustion chamber is decisively influenced by the choice of its dimensions.
  • combustion air distribution body There is a large variety of variants for the design of the contour of the combustion air distribution body. Depending on the furnace or boiler room geometry, the choice of a suitable form of combustion air distribution body can optimize the NO x and CO emissions and heat transfer
  • FIG. 1 Further advantageous embodiments of the invention relate to the configuration of the nozzle rows for the fuel supply. It has proven to be particularly effective for optimally maintaining predetermined value ranges of the air ratio ⁇ if the jet direction of the fuel nozzles within the same nozzle row and / or the jet direction of the fuel nozzles of adjacent nozzle rows over different length ranges aim the combustion air distribution body In order to give the fuel flow an additional twist, the jet directions mentioned are at least partially skewed. Furthermore, the combustion air distribution body and / or the fuel nozzles can be designed to be interchangeable in order to optimally adapt their parameters to a predetermined burner output
  • 1 a is a schematic representation of a first variant of a low-CO and NO x burner device with a conical combustion air distribution body for heating purposes
  • 1 b is a schematic representation of a second variant of a low-CO and NO x burner device with a conical combustion air distribution body for industrial purposes
  • 2 a is a schematic representation of a selection of different geometrical
  • Variants of the combustion air distribution body in side view and top view, 2 b is a schematic representation of the interchangeability of the combustion air distribution body
  • 3 a is a schematic representation of variants of the jet directions of the fuel nozzles
  • 3 b is a schematic representation of the interchangeability of the fuel nozzles
  • 3 c is a schematic representation of the oblique fuel holes
  • 3 d is a schematic representation of the fuel annular gap with an internal swirl generator
  • 4 a is a graphical representation of the dependence of the NO x emission values in the exhaust gas on the burner output for a selected variant of a combustion air distribution body, with no premixing of combustion air to the fuel,
  • 4 b is a graphical representation of the dependence of the NO x emission values in the exhaust gas on the burner output for a selected variant of a combustion air distribution body, with premixing of combustion air to the fuel being used (increased fuel nozzle pulse),
  • 5 a is a graphical representation of the dependency of the CO emission values in the exhaust gas on the burner output for a selected variant of a combustion air distribution body, work being carried out without premixing combustion air to the fuel,
  • FIG. 5 b shows a graphical representation of the dependence of the CO emission values in the exhaust gas on the burner output for a selected variant of a combustion air distribution body, with premixing of combustion air to the fuel being used (increased fuel nozzle pulse).
  • a cylindrical fire or combustion chamber (2) with a longitudinal central axis (34) of a burner device is delimited by a conical combustion air distribution body (7) and an outer wall (3) enclosing steel.
  • the outer wall (3) consists of a cylindrical one Shell wall (3a), a top wall (3b) and a bottom wall (3c)
  • combustion chamber details such as viewing openings for visual observation of the flame development in the combustion chamber, openings for the ignition of the gas-air mixture and for temperature measurement in the Lower part of the combustion chamber
  • a UV probe for monitoring the flame
  • a suction probe for exhaust gas extraction to carry out the concentration analysis of the exhaust gas emerging at the exhaust gas outlet (6).
  • the exhaust gas outlet (6) is arranged in the cover wall (3b) of the combustion chamber Fire or combustion chamber (2) can also be polygonal as a prism, has he always has a horizontal or vertical longitudinal central axis (34)
  • This empty space (1) is the part of the combustion chamber (2) that lies below an imaginary level (10) , which sits on the end of the head part (9) of the frustoconical combustion air distribution body (7), the base (15) of which lies on the lower bottom wall (3c) of the combustion chamber (2)
  • the heat is removed from the outer wall (3) via cooling water, which flows around the outer wall (3) either in coils (16) and / or in water chambers (17)
  • the combustion air distribution body (7) consists of simple sheet steel with a large number of openings (1 1) for the exit of the combustion air into the combustion zone. While the almost horizontal head part (9) of the combustion air distribution body is closed, its foot part (8) remains open and is screwed into the air supply pipe (18) The entire combustion air or most of it (> 70 vol% of the total combustion air throughput required for the combustion of 100%) is via the inner pipe (18) of a coaxial pipe into the interior of the combustion air distribution body (7) by means of a blower (19) provided with a motor (20) The lower end of the inner tube (18) of the coaxial tube flows into the combustion air supply (5)
  • the entire fuel is separated or with the remaining part of the combustion air ( ⁇ 30 vol% of the total combustion air throughput of 100%) via a cylinder ring (21) arranged perpendicular to the longitudinal central axis (34) between the inner tube (18) and outer tube (22) of the coaxial tube Combustion zone fed The lower end of the outer tube (22) of the coaxial tube flows into the fuel feed (4).
  • This admixture of the combustion air throughput to the fuel takes place in particular to increase the fuel's momentum
  • the cylinder ring (21) is provided directly at the foot of the combustion air distribution body (7) with a row of nozzles (12).
  • This row of nozzles (12) has a large number of fuel nozzles (13) arranged around the combustion air distribution body (7) for distribution of the fuel into the combustion zone in jet directions (14) which can be set as desired in two mutually perpendicular planes crossing the longitudinal center axis (34) (see FIGS. 3a-3d)
  • the burner output was at relatively small combustion air distribution bodies (length 25-30 cm, width at the foot part 2-3 cm and at the head part 0-10 cm, with a length of the fire or combustion chamber of 80 cm) to values between 10 and 22 kW set and the air ratio varies between 1, 1 and 1, 5 This does not represent a fundamental limitation.
  • the contour of the combustion air distribution body did not glow and remained relatively cold (below 300 ° C.) in all designs according to FIG. 2 a.
  • the exhaust gas analysis showed, in particular, as the measurement data in FIGS. 4 a, 4 b, 5 a and 5 b show with an increased fuel nozzle pulse, extremely low NO x and CO emission values, which are far below the legal limit values for industrial burners and even fall short of the proposed revision of the limit values for boiler furnaces
  • a major advantage of the invention is therefore the possibility of building an energy-saving and environmentally friendly incinerator with a compact burner and combustion chamber shape, which is used for generating heat at smaller outputs up to 100 kW (such as in household appliances, wall-mounted heaters and boilers) medium outputs,> 100 kW to 1 MW (such as in heating centers, thermal power stations and biomass combustion) and also with larger outputs> 1 MW (such as in power plant furnaces and rotary kilns) is suitable.
  • the combustion chamber of such systems will be compared to the previously usual Significantly reduce the combustion space due to the better heat transfer conditions to the hot material and the short burn-out distance.
  • the new burner device is more ecological and economical than conventional firing technology
  • FIG 1b shows a schematic arrangement of several burner devices for industrial purposes in power plant technology.
  • the combustion chamber (2) has a square cross section, the burner devices shown have the same features as in FIG 1 a and are installed on the lower wall (3c), as explained above.
  • the heat is dissipated via the water pipes (23) installed in the outer wall and via the evaporator and superheater heating surfaces (24) and (25) Air preheater, which preheats the combustion air of the burner, reached in the exhaust duct, which is not shown in the schematic drawing
  • Fig. 2 a shows a schematic representation of different geometric variants of the combustion air distribution body. These can have a square, cylindrical, cone, polygon prism or pyramid shape or their contour can be ellipsoidal or hyperbolic. Further geometric designs are possible.
  • all combustion air has - Distribution body an internal cavity for the supply of the combustion air, a thin perforated or porous wall surrounding the cavity, a closed head part and an open foot part on The dimensions of the combustion air distribution body and the number and geometry of the openings on their circumference should be chosen so that they ensure a controlled combustion process around the combustion air distribution body.
  • the air delivery to the combustion area depending on the burner output according to the specific requirements of an Fe The control process is to be controlled in such a way that substochiometric combustion takes place over a larger combustion area and full burnout is only completed near the top of the combustion air distribution body. Measurements showed that different dimensions of the combustion air distribution body are required for different burner outputs. Therefore, the combustion air distribution body is for To make certain load ranges separately and to design them interchangeably, this can be done as follows, as schematically illustrated in FIG. 2b.
  • the foot part (8) of the combustion air distribution body (7) is connected to an external thread (26) and the air supply pipe (18) at the pipe outlet provided with an internal thread
  • the combustion air distribution body (7) is screwed into the air supply pipe (18)
  • the measurements have confirmed that, in order to achieve a stable, low-pollution and perfect combustion, the following data on the combustion air distribution body should be adjusted (see Fig. 1 a)
  • the length (A) of the combustion air distribution body (7) is> 40 - 85% of the combustion chamber length (B), the diameter (C) of the combustion air distribution body (7) at the foot part (8) is> 10% of the combustion chamber diameter (D), and the porosity of the combustion air distribution body is ⁇ 20%
  • FIG. 3 a shows a schematic representation of variants of the jet directions of the fuel nozzles (13), which are positioned in a row of nozzles (12) or several rows of nozzles at the foot part of the combustion air distribution body (7) and are arranged around them.
  • a row of nozzles (12) contains a large number of nozzles, the jet direction (14) of which can be changed both in the longitudinal central axis and at an angle to it.On the one hand, this allows the fuel to be distributed over different contour areas of the combustion air distribution body, which contributes to the targeted control of the mixing ratios and favors the ignition a fuel swirl is generated in the jet direction, which leads to more intensive mixing of fuel and combustion air and to the longer residence time of the fuel particles in the flame area.
  • the rows of nozzles are to be manufactured for different load ranges and should be interchangeable, this can be done, for example, as shown in FIG. 3 b.
  • the coaxial ring 21 is closed directly before the fuel enters the combustion chamber and is connected to the fuel supply by connecting channels (32) provide the combustion chamber, the channels (32) have internal threads (33) and the fuel nozzles (13) have external threads (28).
  • the fuel nozzles (13) are screwed into the connecting channels (32)
  • oblique bores (29) or an annular gap (30) with an inner swirl generator (31) can be used, as shown in FIGS. 3 c and 3 d
  • the graphs in FIGS. 4 a and 5 a show the NO x and CO emission values measured in the exhaust gas as a function of the burner output at different air ratios for the variant shown in FIG. 1 a with the conical combustion air distribution body.
  • Natural gas H was fed in as fuel by means of a single row of nozzles, the nozzles being set in such a way that every second nozzle was provided with a weak swirl. While the burner output for the relatively small pilot plant was varied between 10 and 22 kW, the air figures for that in combustion plants are The usual and interesting range from 1.2 to 1.5 has been set.
  • the NO x and CO emission values shown have been converted to 3 vol% O 2 in the exhaust gas so that a comparison with the limit values of the TA-Luft is possible
  • the decisive factor for the further reduction of the NO x emission values is the influence of the increase in momentum through the fuel nozzles, so a slight addition of air with the fuel leads to strong turbulence and a better mixture between fuel and combustion air.
  • the ignition limit is rather reached.
  • the flame becomes thinner, larger and burns in the present example with an admixture of approx. 20% Combustion air to the fuel hardly or not visible
  • Fig. 4 b shows an admixture of approx. 20% combustion air to the fuel and otherwise the same settings as in Fig. 4 a extremely low NO x emission values for all air ratios and for all examined load ranges
  • the axial and tangential setting of the fuel nozzles has a special influence on the NO x and CO formation, but depending on the combustion air distribution body used there are different optimal angular positions

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Description

Beschreibung
Brennereinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennereinrichtung für eine NOx- und CO-arme Verbrennung
Die Erfindung betrifft eine Brennereinrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren für eine NOx- und CO-arme Verbrennung mit vorwiegend separater Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zum Verbrennungsraum, wobei die gesamte oder der größte Teil der Verbrennungsluft an mehreren Raumpunkten kontinuierlich gestuft und dem Verbrennungsraum zugeführt wird.
Unter Brennstoff sollen hier Stoffe verstanden werden, die mit Sauerstoff exotherm reagieren und bei Umgebungstemperatur und/oder bei der Einspeisung in den Verbrennungsraum gas- oder dampfförmig vorliegen. Unter Brennstoff sollen weiterhin auch flüssige oder staubformige Stoffe mit Luft, Dampf und/oder Abgas als Tragergas verstanden werden Unter Verbrennungsluft sollen hier Gase und/oder Dampfe mit einem Sauerstoffgehalt verstanden werden, der mit Bezug auf den ausgewählten Brennstoff eine stabile Verbrennung gewahrleistet Dabei ist zugelassen, daß die Verbrennungsluft auch Abgas enthalten kann Unter Verbrennungszone soll hier der Raumbereich verstanden werden, in dem die Verbrennung stattfindet
Bei aus den (DE OS 4 419 345, DE OS 4 231 788) bekannten Brennern mit vorwiegend separater Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zum Verbrennungsraum erfolgt die Einleitung der Verbrennungsluft üblicherweise koaxial zur Einleitung des Brennstoffes. Zu diesem Zweck wird im Bereich der Brennermundung ein Brennstoffstrahl erzeugt. Die Verbrennungsluft wird auf der Außenseite des Brennstoffstrahles und außerhalb des Flammenbereiches über einen zumeist ringförmigen Verteiler zugeführt, der in der Nahe der Brennstoffduse, meist koaxial zur Brennstoffduse, positioniert ist Wegen der betrachtlichen raumlichen Entfernung des Verbrennungsluftverteilers vom Flammenbereich, insbesondere vom Flammenkern, wird im praktischen Betrieb bei derartigen Brennern eine gleichmaßige Vermischung von Brennstoff und Verbrenungsluft bzw eine nach vorgegebenen Anteilen erfolgende gestufte Mischung nicht erreicht Um diesen Nachteil abzuschwächen, wird die Verbrennungsluft in Pπmar- und Sekundarluft aufgeteilt, wodurch lokal begrenzte Spitzenwerte der Sauerstoff- konzentration abgesenkt werden und die stochiometrischen Verhältnisse bei der Verbrennung etwas besser regelbar sind Der prinzipielle Nachteil dieses Brennertyps, namlich die unbefriedigende Regelbarkeit der stochiometrischen Verhaltnisse von Brennstoff und Verbrennungsluft, die entscheidend für die Bildung der Schadstoffe wie Stickoxide und Kohlenmonoxid sind, laßt sich jedoch nur mit relativ hohem Aufwand reduzieren Als Ursache für diesen Nachteil kann gelten, daß sich die Zufuhrung der Verbrennungsluft nur auf einen relativ kleinen Raumbereich der Verbrennungszone erstreckt, so daß die stochiometrischen Verhaltnisse bei der Verbrennung im wesentlichen nur von den relativ schwer kontrollierbaren Konvektionsverhaltnissen in der Verbrennungszone bestimmt werden Mittels spezieller Einbauten, die für eine intensivere Verwirbelung von Brennstoff und Verbrennungsluft sorgen, wird versucht, diesen Nachteil zu reduzieren, was jedoch wegen erhöhter Druckverluste mit großem Energieaufwand verbunden ist
Ein anderer Weg, um bei Brennern ohne Teilvormischung die NOx-Bildung im Feuerraum zu senken, besteht darin, die Verbrennungsluft und den Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit in die auf ca 950 °C vorgewärmte Verbrennungszone zu injizieren Dies ist jedoch eine energetisch und konstruktiv sehr aufwendige Losung und feuerungstechnisch wenig interessant, da sie zu langen Flammen fuhrt und keine optimale Mischung zur Folge hat
Bei den Brennern ohne Vormischung wird zur Verbesserung des Ausbrandes und zur Senkung der Schadstoff-Emission oftmals auch eine mehrstufige Zufuhrung der Verbrennungsluft realisiert. Eine derartige Losung wird z B. bei dem Brenner gemäß der DE OS 4 041 360 eingesetzt Dieser Brenner mit einem horizontalen Brennerrohr, das an seiner Oberseite eine Vielzahl von Gasaustrittsoffnungen aufweist, enthalt oberhalb der Primarluftzufuhrung zusatzliche Offnungen für die Zufuhr von Sekundarluft innerhalb von sogenannten Strahlungsstäben, die der Flammenkühlung dienen Die thermische Beanspruchung derartiger Strahlungsstabe ist jedoch sehr hoch, so daß hierfür nur hochtemperaturbestandiges Material verwendbar ist Außerdem ist eine hinsichtlich der Schadstoffemission optimale Regelung des Brenners bei unterschiedlichen Laststufen wesentlich erschwert, weil das Verhältnis von Pπmar- und Sekundarluftmengen nur in engen Grenzen anderbar ist Insbesondere im Bereich der Vollast ist dann die Sekundarluftzufuhr in die obere Flammenzone unzureichend Diese Nachteile versucht man mittels separat steuerbarer Sekundäriuftzufuhrung bzw mittels Teilvormischung zu vermindern, wobei die zweistufige Luftzufuhrung gegebenenfalls zu einer drei- oder vierstufigen Luftzufuhrung erweitert wird. Ein nach einem derartigen Verfahren betriebener Brenner wird z B. in der DE OS 4 142 401 beschrieben. Der in diesem Fall mit Vormischung arbeitende Brenner wird stark unterstochiometrisch betrieben Der zur Verbrennung fehlende Sauerstoff wird erst in deutlichem Abstand vom Brennermund an einer oder mehreren Stellen zugeführt, wobei die Einblasrichtung des Sauerstoffs nicht gleichsinnig parallel zur Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsgase sein darf. Dieses Verfahren stellt für den Betrieb großformatiger Industrieόfen wie Drehrohrofen u. dgl. zweifellos eine Verbesserung dar, obwohl es wegen der komplizierten und auf die Geometrie der Ofenwandungen abzustimmenden Stromungsführung der Verbrennungsluft relativ schwierig zu steuern ist Für den Betrieb kompakter Brenner mit kleineren Heizleistungen ist es jedoch zu aufwendig Außerdem besitzt dieses Verfahren den generellen Nachteil, daß die Verbrennungsluft im wesentlichen punktuell in Bereiche der Verbrennungszone mit relativ hoher Flammentemperatur eingeleitet wird
Die Vorteile der mehrstufigen Luftzufuhrung werden auch bei einer speziellen Variante von Brennern ohne Vormischung genutzt, die einen sich in Flammrichtung kegelförmig erweiternden Brennraum aufweisen, der einen Diffusor bildet und für intensivere Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft sorgt Bei Brennern dieses Typs (Vrgl DE OS 3 600 784) wird Brennstoff und primäre Verbrennungsluft mittig in den Diffusor eingeleitet und dort verbrannt Zusatzlich wird über Wandόffnungen im Diffusor sekundäre Verbrennungsluft in radialer Richtung der Flamme zugeführt Die Diffusorlange ist jedoch nicht beliebig vergrößerbar, weil sonst der Diffusor die Flamme zu stark abschirmt, was die Wärmeabgabe an die Ofen- bzw Heizkesselwand beeinträchtigt Da die Flammenlange bei höheren Heizleistungen die Diffusorlange deutlich übersteigen kann, bedeutet dies, daß gerade bei höheren Heizleistungen dem Bereich der Flammenspitze unzureichend sekundäre Verbrennungsluft zugeführt wird Dies wirkt sich ungunstig auf die Schadstoffemission des Brenners aus
Bei Verbrennungsprozessen nach diesem Verfahren liegen die heißesten Flammenzonen stets im Diffusorinneren und fuhren zur Gluhung seiner Wandung Dies ist aus zweierlei Gründen nachteilig, zum einen fuhrt die Gluhung wegen der erhöhten Temperatur zur verstärkten Bildung der umweltbelastenden Stickoxide und zum anderen sind für die Diffusorwandung spezielle temperaturbeständige Materialien erforderlich. Insgesamt ist auch bei diesem Brennertyp die Einleitung der Verbrennungsluft auf relativ kleine Raumbereiche der Verbrennungszone beschränkt, die zudem eine sehr hohe Flammentemperatur aufweisen.
Zwecks der Verbesserung der Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff wird eine andere Art der Luftaufteilung gemäß der US PS 1 247 740 genutzt. Über eine innerhalb des Ofenraumes positionierte langgestreckte runde Wand wird die Verbrennungsluft mittels einer Vielzahl von Offnungen an dieser Wand in den Vermischungsraum geführt. Dieser Raum wird durch eine zweite, die erste Wand umgebende langgestreckte runde Wand eingegrenzt und durch dichte Verbindung beider Wände im Kopfteil geschlossen. Im Fußteilbereich bleibt der so entstandene hohle doppelwandige zylinderringformige Raum offen und wird in diesem Bereich an einer ringförmigen Öffnung für die Brennstoffzufuhr angeschlossen. Die zweite (äußere) Wand dieses doppelwandigen Zylinderringes weist ebenfalls Offnungen auf, an denen das Luft-Gas-Gemisch gezündet wird. Die Verbrennung lauft direkt in diesen Offnungen sowie an der Oberflache der äußeren Wand ab, und es entstehen viele Einzelflammen. Ein wesentlicher Nachteil solcher Verbrennungen sind die hierfür speziell erforderlichen kostspieligen Materialien, die hohen Temperaturen und thermischen Spannungen Stand halten müssen und trotzdem in ihrer Lebensdauer begrenzt sind
Obwohl die vielstufige räumliche Luftstufung eine unterstochiometrische Vermischung im Fußbereich liefert, die allmählich in die Uberstöchiometrie mit steigendem Luftverhaltnis übergeht, kann bei der doppelwandigen Brennerstruktur dieses Standes der Technik keine Kontrolle der Mischungsverhältnisse gewährleistet werden, da sich im doppelwandigen eingeschlossenen begrenzten Raum des Zylinderringes schnell eine vollständig Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft einstellt, bevor die Zündung an den Offnungen der äußeren Wand erfolgt Die Verbrennung weist ebenfalls die Nachteile von Vormischflammen auf. Der für die Herabsetzung der Stickoxidemission wichtige Minderungseffekt ist somit nicht gegeben
Dazu kommt, daß die Art und Weise der Abgasfuhrung aus dem Ofenraum keine Anwendung derartiger Verbrennungstechnologien bei Heizkesseln und Industrieofen zulaßt, da keine effektive Wärmeabgabe an das Warmegut gewahrleistet ist Weitere Nachteile dieser doppelwandigen Brennerstruktur bringt neben ihrem komplizierten Aufbau auch ihre Positionierung innerhalb des Ofenraumes
Ein anderer Weg zur Verbesserung des Mischzustandes besteht im Vorschalten eines zusatzlichen Mischraumes vor den Verbrennungsraum, wodurch ein Brenner mit vergrößerten Abmessungen entsteht, der nun als Brenner mit Vormischung auch die Nachteile dieses Brennertyps aufweist Ein derartiger Brenner mit einer sehr intensiven Vormischung ist z.B in der DE OS 3 915 704 beschrieben, der jedoch eine äußerst aufwendige Konstruktion besitzt Die dort eingesetzten vielgliedrigen Mischkanale bedingen einen hohen Energiebedarf, um den von ihnen verursachten Druckverlust zu kompensieren Die Mischkanale sind zudem schlecht zugänglich und damit schwer zu reinigen
Zusammenfassend ist zum Stand der Technik folgendes festzustellen
Im Brennerbau besteht eine Tendenz zum Einsatz einer mehrstufigen Zufuhrung der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum, um die stochiometrischen Verhaltnisse bei der Verbrennung besser beeinflussen zu können und somit den gegenwärtigen hohen Anforderungen des Gesetzgebers nach ökonomischer und ökologischer Verbrennung gerecht zu werden Die konsequente Fortführung derartiger Losungsansätze wurde jedoch zu relativ komplizierten Brennerkonstruktionen mit einer Vielzahl von in der Verbrennungszone geführten oder Ofen- bzw - Kesselwandungen durchdringenden Verbrennungsluft- Verteilungsleitungen sowie zusätzlichen Strahlungsstaben für die Flammenkuhlung fuhren Derartige Lösungen sind weder betriebssicher noch für einen Kompaktbau geeignet
Eine andere Entwicklungstendenz nutzt das Prinzip der Oberflachenverbrennung, um eine gute Vermischung, einen vollen Ausbrand und niedrige Schadstoffemissionen zu erreichen Bei diesem Prinzip wird das Luft-Gas-Gemisch auf die gesamte Oberflache des in den Ofenraum hineinragenden oder innerhalb des Ofenraumes positionierten Brennerkorpers mittels einer Vielzahl von Offnungen aufgeteilt und dort entzündet Die Verbrennung lauft direkt an der Oberflache ab und fuhrt zu derer Gluhung Die Verbrennungsluft wird entweder vor dem Eintritt in den Brennerkorper mit dem Brennstoff vollständig vermischt, oder sie wird mittels einer Vielzahl von Offnungen auf der Innenwand einer doppelwandigen zylinderformigen Brennerstruktur in den zwischen der Innen- und Außenwand eingeschlossenen zylinderringformigen Raum gefuhrt und dort mit dem Brennstoff vermischt. Anschließend wird das Gemisch an der Oberflache der äußeren Brennerwand entzündet. Alle nach diesem Prinzip arbeitenden Oberflächenbrenner verlangen den Einsatz von teuren Materialien und weisen besondere Schwierigkeiten beim Aufstellung des Brenners im Ofenraum auf. Dazu kommt, daß ihre Lebensdauer und ihr Anwendungsgebiet auf kleine Leistungsbereiche und gasformige Brennstoffe begrenzt sind
Eine weitere Entwicklungslinie im Brennerbau nutzt den durch die Strömungsgeschwindig¬ keit der Flammengase erzeugten Unterdruck, um sekundäre, tertiäre usw Verbrennungsluft anzusaugen. Dieses Prinzip bedingt jedoch, daß die Flammengase mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit an einer mit Ansaugöffnungen für die Verbrennungsluft versehenen Diffusor-Wandung vorbeistromen. Deshalb ist das je Zeiteinheit angesaugte Verbrennungsluft- Volumen nicht unabhängig von den Flammenparametern veränderbar Obwohl es im Interesse einer kompakten Bauart vorteilhaft ist, den für die Flammenaus¬ bildung zur Verfugung stehenden Raum zu begrenzen, wie dies durch die Diffusor-Wandung erfolgt, so weist diese Bauart doch folgenden wesentlichen Nachteil auf Die Ansaugöffnungen für die Verbrennungsluft liegen in einer Zone mit sehr hoher Flammentemperatur, was zur verstärkten Bildung der umweltbelastenden Stickoxide führt
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit dem Ziel einer NOx- und CO-armen Verbrennung sowie einer Intensivierung des Wärmeüberganges zwischen Flamme/ Abgas und Wandung der Warmesenke eine konstruktiv einfache und für einen Kompaktbau geeignete Brennereinrichtung mit vorwiegend separater Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zum Verbrennungsraum zu schaffen, bei der die Einspeisung der Verbrennungsluft möglichst vielstufig in größere Flammenbereiche Aus dieser Aufgabe ergeben sich insbesondere folgende Teilaufgaben
• Dosierung der je Zeiteinheit zugefύhrten Verbrennungsluftmenge in der Weise, daß im Verbrennungsraum vorgebbare λ-Zahl-Bereiche des Brennstoff- Verbrennungsluft- Gemisches annähernd realisiert werden • Verringerung der thermischen Belastung der Baugruppen zur Verbrennungsluftzufuhrung und Flammenkuhlung sowie Gewährleistung des Einsatzes preiswerter Werkstoffe für diese Baugruppen
• Wegfall von Beeinträchtigungen des Wärmeüberganges zwischen Flamme und Wandung der Warmesenke infolge von Diffusoren oder anderen Mitteln zur Vermischung der Brennstoff- Verbrennungsluft-Ströme
• Gestaltung der Verbrennungs- und Abgaszone mit einer den Wandungen der Warmesenke angepaßten Geometrie
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe durch eine Brennereinrichtung gemäß dem Kennzeichen des 1. Und 13. Anspruchs sowie durch ein zugehöriges Verfahren zum Betreiben dieser Brennereinrichtung nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch 1 1 gelost
Die grundsatzliche Konzeption der Erfindung, die auch das beanspruchte Verfahren zum Betreiben der Brennereinrichtung betrifft, besteht in folgendem Ca 70 bis 100 Vol % der insgesamt zugefuhrten Verbrennungsluftmenge wird mittels eines oder mehrerer Verbrennungsluft- Verteilkorper in vorwiegend radialer Richtung in den von der Flamme ausgefüllten Raum zwischen der Außenwand des Feuerraumes und der Kontur der Verbrennungsluft- Verteilkorper entlang der gesamten oder großer Teile der Flammenlange eingespeist. Damit erfolgt eine großflächige Verteilung der Verbrennungsluft auf den gesamten Flammenbereich oder auf große Teile des Flammenbereiches Für diesen Zweck sind auf der Kontur der Verbrennungsluft- Verteilkorper eine Vielzahl von Öffnungen für den Verbrennungsluft-Austritt verteilt Die Anzahl je Flächeneinheit und der Querschnitt dieser auf der Kontur der Verbrennungsluft-Verteilkorper verteilten Öffnungen sind so gewählt, daß in die Verbrennungszone ein vorbestimmter Volumenstrom von Verbrennungsluft eintritt. Dadurch lassen sich die stochiometrischen Verhaltnisse im Brennstoff- Verbrennungsluftgemisch besser steuern Weiterhin laßt sich auf diese Weise am Dosierort ein vorbestimmter Verlauf des λ-Zahl-Bereiches zwischen Flammenbasis und Flammenspitze realisieren
Im Gegensatz zur Verbrennungsluftzufuhrung erfolgt die Zufuhrung des Brennstoffs in die Verbrennungszone ausschließlich im Bereich der am Fußteil der Verbrennungsluft- Verteilkorper gelegenen Flammenbasis mittels einer oder mehrerer um die Verbrennungsluft- Verteil korper herum angeordneter Dusenreihen
Dabei wird bei einem Luftdurchsatz von kleiner 100% dem Brennstoff vor dem Eintritt in die Verbrennungszone der restliche Teil der für die Verbrennung benotigten Verbrennungsluft, d. h 0 bis ca. 30 Vol %, zugemischt Die Beimischung dieses Teils der Verbrennungsluft erhöht den Impuls des Brennstoffs, verbessert die Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft und fuhrt zum schnelleren Erreichen der Zundgrenze. Die NOx- Werte sinken dabei drastisch
Die Vorteile dieses Konzeptes bestehen darin, daß die Verbrennung zuerst unterstochiometrisch verlauft und mit allmählich steigender Luftzufuhr erst kurz vor der Flammenspitze in die Stöchiometrie bzw in die Uberstochiometrie übergeht, wo der vollkommene Ausbrand erreicht wird Somit werden Temperaturspitzen im gesamten Flammenbereich unterdrückt und die Schadstoffbildung (NOx und CO) drastisch vermindert Diese Art der Einspeisung der Verbrennungsluft hat auch die vorteilhafte Auswirkung, daß die Flamme vom Verbrennungsluft- Verteilkorper weggeblasen wird, so daß keine direkte Verbrennung an der Oberflache dieser Verbrennungsluft- Verteilkoφer stattfindet Dies senkt die thermische Belastung der Verbrennungsluft- Verteilkorper, zumal sie zusatzlich durch die hindurchstromende Verbrennungsluft gekühlt werden
Eine weitere vorteilhafte Auswirkung der erfindungsgemäßen Verbrennungsluft-Zufuhrung besteht insbesondere bei großflächigen Verbrennungsluft- Verteilkoφern darin, daß diese zugleich zur Kühlung der Flamme fuhren, wodurch die NOx-Bildung reduziert wird Zudem kann bei Verwendung großflächiger Verbrennungsluft- Verteilkoφer mit geeigneter Formgebung erreicht werden, daß die Geometrie der Verbrennungszone maßgeblich durch die Geometrie dieser Verbrennungsluft- Verteilkoφer bestimmt wird Eine erfindungs¬ wesentliche Funktion der Verbrennungsluft- Verteilkoφer wird daher darin gesehen, daß durch Wahl ihrer Abmaße die Große des Feuerraumes entscheidend beeinflußt wird Insgesamt ergibt sich auch bei unterschiedlichen Brennerleistungen eine geringe thermische Belastung der Verbrennungsluft-Verteilkorper, da die Kuhlwirkung bei steigender Brennerleistung wegen des dann steigenden Verbrennungsluft-Durchsatzes steigt Verschiedene vorteilhafte Ausfuhrungsformen der erfindungsgemaßen Brennereinrichtung ergeben sich aus den zugehörigen Unteranspruchen
Für die Gestaltung der Kontur der Verbrennungsluft- Verteilkoφer besteht eine große Variantenvielfalt. Je nach Ofen- bzw Kesselraumgeometrie kann durch Wahl einer geeigneten Form der Verbrennungsluft- Verteilkoφer eine Optimierung hinsichtlich der NOx- und CO-Emissionen und der Wärmeübertragung erfolgen
Weitere vorteilhafte Ausfuhrungsformen der Erfindung betreffen die Ausgestaltung der Dusenreihen für die Brennstoffzuführung Als besonders effektiv für eine optimale Einhaltung vorgegebener Wertebereiche der Luftzahl λ hat es sich erwiesen, wenn die Strahlrichtung der Brennstoffdusen innerhalb derselben Dusenreihe und/oder die Strahlrichtung der Brennstoffdusen benachbarter Dusenreihen auf unterschiedliche Längenbereiche der Verbrennungsluft- Verteilkoφer zielen Um der Brennstoff-Strömung zusatzlich noch einen Drall zu verleihen, werden die genannten Strahlrichtungen mindestens teilweise windschief eingestellt Weiterhin können die Verbrennungsluft- Verteilkoφer und/oder die Brennstoffdusen auswechselbar ausgebildet sein, um deren Parameter optimal an eine vorgegebene Brennerleistung anzupassen
Die erfindungsgemaße Losung wird einschließlich ihrer Funktionsweise nachstehend anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert In der zugehörigen Zeichnung zeigen
Fig 1 a eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer CO- und NOx-armen Brennereinrichtung mit kegelförmigem Verbrennungsluft- Verteilkoφer für Heizungszwecke,
Fig 1 b eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer CO- und NOx-armen Brennereinrichtung mit kegelförmigem Verbrennungsluft- Verteilkoφer für industrielle Zwecke,
Fig 2 a eine schematische Darstellung einer Auswahl verschiedener geometrischer
Varianten der Verbrennungsluft- Verteilkorper in Seitenansicht und Draufsicht, Fig. 2 b eine schematische Darstellung der Auswechselbarkeit der Verbrennungsluft- Verteilköφer,
Fig. 3 a eine schematische Darstellung von Varianten der Strahlrichtungen der Brennstoff-Düsen,
Fig. 3 b eine schematische Darstellung der Auswechselbarkeit der Brennstoffdusen,
Fig. 3 c eine schematische Darstellung der schrägen Brennstoff-Bohrungen,
Fig. 3 d eine schematische Darstellung des Brennstoff-Ringspaltes mit einem inneren Drall erzeuger,
Fig 4 a eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der NOx-Emissionswerte im Abgas von der Brennerleistung für eine ausgewählte Variante eines Verbrennungsluft- Verteilköφers, wobei ohne Vormischung von Verbrennungsluft zum Brennstoff gearbeitet wurde,
Fig. 4 b eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der NOx-Emissionswerte im Abgas von der Brennerleistung für eine ausgewählte Variante eines Verbrennungsluft-Verteilköφers, wobei mit Vormischung von Verbrennungsluft zum Brennstoff gearbeitet wurde (erhöhter Brennstoff- Dusenimpuls),
Fig 5 a eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der CO-Emissionswerte im Abgas von der Brennerleistung für eine ausgewählte Variante eines Verbrennungsluft- Verteilköφers, wobei ohne Vormischung von Verbrennungsluft zum Brennstoff gearbeitet wurde,
Fig 5 b eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der CO-Emissionswerte im Abgas von der Brennerleistung für eine ausgewählte Variante eines Verbrennungsluft- Verteilkörpers, wobei mit Vormischung von Verbrennungsluft zum Brennstoff gearbeitet wurde (erhöhter Brennstoff-Dusenimpuls). Gemäß Fig 1 a wird ein zylinderformiger Feuer- bzw Brennraum (2) mit einer Langsmittelachse (34) einer Brennereinrichtung von einem kegelförmigen Verbrennungsluft- Verteilkoφer (7) und einer aus Stahl umschließenden Außenwand (3) begrenzt Die Außenwand (3) besteht aus einer zylindrischen Mantelwandung (3a), einer Deckelwandung (3b) und einer Bodenwandung (3c) In der schematischen Zeichnung nicht dargestellt sind Feuerraum-Details wie Schauöffnungen zur visuellen Beobachtung der Flammenentwicklung im Feuerraum, Offnungen für die Zündung des Gas-Luft-Gemisches und zur Temperaturmessung im unteren Teil des Feuerraumes Nicht dargestellt sind auch eine UV- Sonde zur Überwachung der Flamme und eine Absaugsonde für die Abgasentnahme zur Durchfuhrung der Konzentrationsanalyse des am Abgasaustritt (6) austretenden Abgases Der Abgasaustritt (6) ist in der Deckelwandung (3b) des Feuerraumes angeordnet Der Feuer¬ oder Brennraum (2) kann auch polygon als Prisma geformt sein, besitzt aber immer eine waagerecht oder senkrecht angeordnete Langsmittelachse (34)
Für die Flammenausbildung steht im wesentlichen ein Leerraum (1) zwischen der Außenwand (3) und einem Verbrennungsluft- Verteilkoφer (7) zur Verfugung Dieser Leerraum (1) ist derjenige Teil des Feuerraumes (2), der unterhalb einer gedachten Ebene (10) liegt, die auf dem Ende des Kopfteils (9) des kegelstumpfformigen Verbrennungsluft- Verteilkoφers (7) aufsitzt, dessen Basis (15) an der unteren Bodenwandung (3c) des Feuerraumes (2) liegt
Für Heizungszwecke wird die Wärme von der Außenwand (3) über Kuhlwasser abgeführt, das entweder in Rohrschlangen (16) und/ oder in Wasserkammern (17) um die Außenwand (3) strömt
Der Verbrennungsluft- Verteilköφer (7) besteht aus einfachem Stahlblech mit einer Vielzahl von Offnungen (1 1) für den Austritt der Verbrennungsluft in die Verbrennungszone Wahrend das nahezu waagerechte Kopfteil (9) des Verbrennungsluft- Verteilkoφers geschlossen ist, bleibt dessen Fußteil (8) offen und wird in das Luftzufuhrungsrohr (18) eingeschraubt Die gesamte Verbrennungsluft bzw der größte Teil von ihr (> 70 Vol % des insgesamt für die Verbrennung benotigten Verbrennungsluftdurchsatzes von 100%) wird über das Innenrohr (18) eines Koaxialrohrs in das Innere des Verbrennungsluft-Verteilkoφers (7) mittels eines mit einem Motor (20) versehenen Geblases (19) eingespeist Das untere Ende des Innenrohres (18) des Koaxialrohres mundet in die Verbrennungsluftzufuhr (5)
Der gesamte Brennstoff wird separat bzw mit dem Restteil der Verbrennungsluft (< 30 Vol % des gesamten Verbrennungsluftdurchsatzes von 100%) über einen senkrecht zur Langsmittelachse (34) angeordneten Zylinderring (21) zwischen dem Innenrohr (18) und Außenrohr (22) des Koaxialrohres der Verbrennungszone zugeführt Das untere Ende des Außenrohres (22) des Koaxialrohres mundet in die Brennstoffzufuhr (4) Diese Zumischung des Verbrennungsluftdurchsatzes zum Brennstoff erfolgt insbesondere zur Impulserhohung des Brennstoffs
Der Zylinderring (21) ist direkt am Fußteil des Verbrennungsluft-Verteilkoφers (7) mit einer Dusenreihe (12) versehen Diese Dusenreihe (12) besitzt eine Vielzahl von um den Verbrennungsluft- Verteilkoφer (7) herum angeordneten Brennstoffdusen (13), die zur Verteilung des Brennstoffs in die Verbrennungszone in in zwei zueindander senkrechten, die Langsmittelachse (34) kreuzenden Ebenen beliebig einstellbaren Strahlrichtungen (14) dienen (s Fig 3a-3d)
Untersuchungen wurden mit Erdgas H als Brennstoff durchgeführt Dabei wurden alle in Fig 2 a jeweils in Seitenansicht und Draufsicht dargestellten Formen der Verbrennungsluft- Verteilkoφer eingesetzt, wobei die Anzahl der Offnungen (1 1) für den Verbrennungsluft¬ austritt in die Verbrennungszone bzw deren Durchmesser entlang der Kontur der Verbrennungsluft- Verteilköφer variiert wurden, so daß die Mischverhaltnisse verändert werden können, um den Verbrennungsablauf zu steuern
Die Brennerleistung wurde bei relativ kleinen Verbrennungsluft- Verteilkoφern (Lange 25-30 cm, Breite am Fußteil 2-3 cm und am Kopfteil 0-10 cm, bei einer Lange des Feuer- oder Brennraumes von 80 cm) auf Werte zwischen 10 und 22 kW eingestellt und die Luftzahl zwischen 1 ,1 und 1 ,5 variiert Dies stellt jedoch keine prinzipielle Begrenzung dar Der in Fig la dargestellte Verteilkoφer, auf den sich die Meßwerte in Fig 4 und 5 beziehen, war bei einer Gesamtlange von ca 30 cm am Fußteil ca 2,5 cm breit Bei allen Versuchsreihen stellte sich eine dünne, schwachleuchtende Oe nach Betriebsvariante auch kaum bzw. nicht sichtbare) stabile turbulente Flamme um den Verbrennungsluft- Verteilkoφer (7) herum ein, und ein kompletter Ausbrand war kurz über der Kopfteilebene (10) des Verbrennungsluft- Verteilkoφers (7) zu verzeichnen Die Flamme berührte die Oberflache des Verbrennungsluft- Verteilkoφers nicht, sie füllte großflächig den Leerraum (1) aus Eine intensive Wärmeabgabe an die Außenwand (3) des Feuerraumes war die Folge Dies fuhrt zwangsläufig zu einem verbesserten und intensiveren Wärmeaustausch mit dem in den bzw um die Feuerraumwandungen (3a, 3b, 3c) angeordneten armeubertragungsmedium in den Rohrschlangen (16) bzw In den Wasserkammern (17)
Die Kontur des Verbrennungsluft-Verteilköφers glühte nicht und blieb bei allen Bauformen nach Fig. 2 a relativ kalt (unter 300°C) Die Abgasanalyse ergab, wie die Meßdaten in den Figuren 4 a, 4 b, 5 a und 5 b zeigen, insbesondere bei erhöhtem Brennstoff-Dusenimpuls extrem niedrige NOx- und CO-Emissionswerte, die weit unter den gesetzlichen Grenzwerten für Industriebrenner liegen und sogar die vorgesehene Novelherung der Grenzwerte für Heizkesselfeuerungen unterschreiten
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht demnach in der Möglichkeit, eine energiesparende und umweltfreundliche Verbrennungsanlage mit kompakter Brenner- und Brennkammer-Form zu bauen, die für die Warmeerzeugung bei kleineren Leistungen bis 100 kW (wie z B in Haushaltsgeraten, Wandthermen und Heizkesseln), bei mittleren Leistungen, > 100 kW bis 1 MW (wie z.B. in Heizzentralen, Heizkraftwerken und Biomassenverbrennung) und auch bei größeren Leistungen > 1 MW (wie z B in Kraftwerksfeuerungen und Drehrohröfen) geeignet ist Der Brennraum solcher Anlagen wird sich im Vergleich zu den bisher üblichen Brennraumen aufgrund der besseren Warmeubertragungsverhältnisse an das Warmegut und des kurzen Ausbrandwegs wesentlich reduzieren Als Fazit ist die neue Brennereinrichtung aus ökologischen und ökonomischen Aspekten vorteilhafter als bisherige Feuerungstechnik
Fig 1 b zeigt eine schematische Anordnung von mehreren Brennereinrichtungen für industrielle Zwecke in der Kraftwerkstechnik Der Feuerraum (2) hat einen quadratischen Querschnitt, die dargestellten Brennereinrichtungen haben die gleichen Merkmale wie im Fig 1 a und werden an der unteren Wandung (3c), wie oben erläutert, installiert Die Warmeabfuhr erfolgt über die m der Außenwand eingebauten Wasserrohre (23) sowie über die Verdampfer- und Uberhitzerheizflachen (24) und (25) Eine weitere Warmeauskopplung wird über einen Luftvorwärmer, der die Verbrennungsluft des Brenners vorwärmt, im Abgaskanal erreicht, der in der schematischen Zeichnung nicht dargestellt ist
Fig 2 a zeigt eine schematische Darstellung verschiedener geometrischer Varianten der Verbrennungsluft- Verteilkoφer Diese können eine vierkantquader-, zylinder-, kegel-, polygonprismen- oder pyramidenförmige Gestalt haben oder ihre Kontur kann ellipsoidal oder hyperbolisch ausgebildet sein Weitere geometrische Bauformen sind möglich Prinzipiell weisen alle Verbrennungsluft- Verteilkoφer einen inneren Hohlraum für die Zufuhrung der Verbrennungsluft, eine den Hohlraum umschließende dünne gelochte bzw poröse Wand, einen geschlossenen Kopfteil und einen offenen Fußteil auf Die Abmessungen der Verbrennungsluft-Verteilkoφer und die Anzahl und Geometrie der Offnungen auf deren Umfang sollen so gewählt werden, daß sie einen gesteuerten Verbrennungsablauf um den Verbrennungsluft-Verteilkoφer gewahrleisten Das heißt, daß mit der Wahl dieser Parameter die Luftabgabe an den Verbrennungsbereich in Abhängigkeit von der Brennerleistung gemäß den spezifischen Anforderungen eines Feuerungsprozesses so gesteuert werden soll, daß auf größerem Verbrennungsbereich eine unterstochiometrische Verbrennung stattfindet und der vollige Ausbrand erst nahe dem Kopfteil des Verbrennungsluft- Verteilkoφers abgeschlossen wird Messungen zeigten, daß für unterschiedliche Brennerleistungen verschiedene Abmessungen der Verbrennungsluft-Verteilkoφer erforderlich sind Deshalb sind die Verbrennungsluft-Verteilkoφer für bestimmte Lastbereiche gesondert anzufertigen und auswechselbar zu gestalten, dies kann, wie dies Fig 2 b schematisch verdeutlicht, folgendermaßen geschehen Der Fußteil (8) des Verbrennungsluft- Verteilkoφers (7) wird mit einer Außengewinde (26) und das Luftzufuhrungsrohr (18) am Rohraustritt mit einer Innengewinde versehen Der Verbrennungsluft-Verteilkoφer (7) wird in das Luftzufuhrungsrohr (18) einschraubt Prinzipiell haben die Messungen bestätigt, daß, um eine stabile schadstoffarme und vollkommene Verbrennung zu erreichen, folgende Daten am Verbrennungsluft-Verteilkorper eingestellt werden sollen (s Fig 1 a) Die Lange (A) der Verbrennungsluft-Verteilkoφer (7) betragt > 40 - 85 % der Feuerraum- Lange (B), der Durchmesser (C) des Verbrennungsluft-Verteilkorpers (7) am Fußteil (8) beträgt > 10% des Feuerraum-Durchmessers (D), und die Porosität des Verbrennungsluft- Verteilkoφers betragt < 20%
Fig 3 a zeigt eine schematische Darstellung von Varianten der Strahlrichtungen der Brennstoffdusen (13), die in einer Dusenreihe (12) oder mehreren Düsenreihen am Fußteil des Verbrennungsluft- Verteilkoφers (7) positioniert und um diesen angeordnet sind Eine Dusenreihe (12) enthalt eine Vielzahl von Düsen, deren Strahlrichtung (14) sowohl in Langsmittelachse wie auch schräg zu ihr veränderbar ist Dies erlaubt einerseits die Verteilung des Brennstoffes auf unterschiedliche Konturbereiche des Verbrennungsluft- Verteilköφers, was zur gezielten Kontrolle der Mischverhältnisse beitragt und die Zündung begünstigt Andererseits kann mittels einer geeigneten Neigung der Strahlrichtung eine Brennstoffverdrallung erzeugt werden, die zur intensiveren Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft und zur längeren Aufenthaltszeit der Brennstoffteilchen im Flammenbereich fuhrt Beide Brennstoff-Duseneinstellungen (axiale und tangentiale Neigung) gewahrleisten gemeinsam in Verbindung mit der stufenlos fließenden Luft aus den Offnungen der Verbrennungsluft-Verteilkoφer eine NOx- und CO-arme Verbrennung Bei den durchgeführten Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß der optimale Bereich der axialen und tangentialen Neigungswinkel der Brennstoffdusen von ca - 45° bis + 45°, bezogen auf die Längsrichtung der Verbrennungszone betragt Die Winkeleinstellung hangt von der Form des Verbrennungsluft- Verteilkörpers ab und hat einen großen Einfluß auf die Qualität der Verbrennung Die Beimischung geringer Luftmengen (< 30% des Verbrennungsluft- Volumenstroms) mit dem Brennstoff fuhrt infolge des erhöhten Impulses zu verbesserter Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft und zum schnelleren Erreichen der Zundgrenze Die NOx-Werte sinken dabei drastisch
Die Dusenreihen sind für verschiedene Lastbereiche zu fertigen und sollen auswechselbar sein, das kann z B folgendermaßen geschehen, wie Fig 3 b zeigt' Der Koaxialring 21 wird direkt vor dem Eintitt des Brennstoffes in den Feueraum geschlossen und mit Verbindungskanalen (32) für den Brennstoffzufuhr in den Feuerraum versehen, die Kanäle (32) weisen Innengewinde (33) und die Brennstoffdusen (13) Außengewinde (28) auf Die Brennstoffdusen (13) werden in die Verbindungskanale (32) eingeschraubt Anstelle der Brennstoffdusen (13) innerhalb einer Dusenreihe (12) können schräge Bohrungen (29) bzw ein Ringspalt (30) mit einem inneren Drallerzeuger (31 ) verwendet werden, wie dies Fig 3 c und 3 d verdeutlichen
Durch die Vielfalt der Konstruktionsmoglichkeiten der Brennstoffdusen ist die Anwendung flussiger, gas- oder staubförmiger Brennstoffe ist möglich
Die graphischen Darstellungen in Fig 4 a und 5 a zeigen die im Abgas gemessenen NOx- und CO-Emissionswerte in Abhängigkeit von der Brennerleistung bei unterschiedlichen Luftzahlen für die in Fig 1 a dargestellte Variante mit dem kegelförmigen Verbrennungsluft- Verteilkoφer. Als Brennstoff wurde Erdgas H mittels einer einzigen Dusenreihe eingespeist, wobei die Düsen so eingestellt wurden, daß jede zweite Düse mit einem schwachen Drall versehen war Wahrend die Brennerleistung für die relativ kleine Versuchsanlage zwischen 10 und 22 kW variiert wurde, sind Luftzahlen für den bei Feuerungsanlagen üblichen und interessanten Bereich von 1,2 bis 1,5 eingestellt worden Die dargestellten NOx- und CO- Emissionswerte sind auf 3 Vol % O2 im Abgas umgerechnet worden, damit ein Vergleich mit den Grenzwerten der TA-Luft möglich wird
Aus Fig 4 a ist deutlich erkennbar, daß die NOx-Emissionswerte bei dieser Variante des Verbrennungsluft- Verteilkoφers geringfügig mit der Brennerlast aufgrund steigender Verbrennungstemperaturen ansteigen. Da die Flammentemperatur jedoch unter 1200 °C bei allen untersuchten Lastbereichen bleibt, tendieren die NOx-Emissionswerte bei höheren Leistungen zu einem konstanten Verlauf. Eine Erhöhung der Luftzahl führt zu einer drastischen Verringerung der NOx-Emissionswerte, so fallt z B. ihr Maximum bei der Luftzahl 1,2 und der Leistung 22 kW von 31 ppm auf 19,5 ppm bei der Luftzahl 1,5 und derselben Last
Entscheidend für die weitere Herabsetzung der NOx-Emissionswerte ist der Einfluß der Impulserhohung durch die Brennstoffdusen, so fuhrt eine geringfügige Luftzugabe mit dem Brennstoff zu starker Verwirbelung und besserer Mischung zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft Die Zundgrenze wird eher erreicht Weiterhin wird die Flamme dunner, großflächiger und brennt im vorliegenden Beispiel bereits bei einer Zumischung von ca 20 % Verbrennungsluft zum Brennstoff kaum bzw nicht sichtbar Fig 4 b zeigt bei einer Zumischung von ca 20 % Verbrennungsluft zum Brennstoff und ansonsten gleichen Einstellungen wie in Fig 4 a extrem niedrige NOx-Emissionswerte für alle Luftzahlen und bei allen untersuchten Lastbereichen
Betrachtet man die entsprechenden CO-Emissionswerte in Fig 5 a, so stellt man fest, daß diese allgemein sehr gering sind und zum volligen Verschwinden (Nullwerte) mit steigender Brennerlast und Luftzahl tendieren. Die Impulserhohung der Brennstoffdusen durch die Zumischung von ca 20 % Verbrennungsluft zum Brennstoff führt, wie Fig. 5b zeigt, zu einer vollkommenen Verbrennung Die Abgase sind bei Luftzahlen größer als 1,05 und bei allen untersuchten Leistungen CO-frei. Dieses Verhalten hinsichtlich der CO-Emission ist auch für alle anderen Formen der Verbrennungsluft-Verteilkoφer typisch Die experimentellen Untersuchungen zeigen, daß durch geeignete Einstellung der Brennstoffdusen die Nullwerte der CO-Emission sehr schnell eintreten können
Einen besonderen Einfluß auf die NOx- und CO-Bildung besitzt die axiale und tangentiale Einstellung der Brennstoffdusen, wobei sich jedoch je nach dem eingesetzten Verbrennungsluft-Verteilkoφer unterschiedliche optimale Winkelpositionen ergeben
Insgesamt kann festgestellt werden, daß die NOx- und CO-Emissionswerte der neuen Brennereinrichtung wesentlich unter den Grenzwerten der TA-Luft (NO 1 14 ppm, CO. 93 ppm) und der neuen BIm Seh V (NO 45 ppm, CO 55 ppm) liegen und daß sogar die Erzeugung von CO-freiem Abgas aus Verbrennungsprozessen möglich ist
Die einzelnen Elemente der einzelnen Figuren der verschiedenen Ausfuhrungsvarianten können beliebig miteinander kombiniert werden, ohne das Wesen der Erfindung und den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen

Claims

Patentansprüche
l. Brennereinrichtung für eine NOx- und CO-arme Verbrennung mit vorwiegend separater Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu einem Verbrennungsraum, wobei die gesamte oder der größte Teil der Verbrennungsluft an mehreren Raumpunkten kontinuierlich gestuft und dem Verbrennungsraum zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• die Brennereinrichtung aus einem Koaxialrohr besteht, an dessen einem Ende das Innenrohr (18) in eine oder mehrere Speiseleitungen (5) für die Verbrennungsluft¬ zufuhr und das Außenrohr (22) an eine oder mehrere Speiseleitungen (4) für die Zufuhr von Brennstoff bzw.Brennstoff- Verbrennungsluft-Gemisch münden; und an dessen anderem Ende ein Verbrennungsluft- Verteilköφer (7) mit dem Innenrohr (18) dicht verbunden wird und mindestens eine aus mehreren Brennstoffdusen (13) bestehende Dusenreihe (12) den Zylinderring zwischen den Innen- und Außenrohr dicht verschließt,
• der Verbrennungsluft- Verteilköφer (7) aus einem langgestreckten inneren Hohlraum besteht, der von einer dünnen gelochten bzw. porösen Wand umschlossen wird und einen geschlossenen Kopfteil (9), einen offenen Fußteil (8) und eine Vielzahl von verteilt angeordneten Öffnungen (11) für den Austritt von Verbrennungsluft in die Verbrennungszone aufweist,
• der Verbrennungsluft- Verteilköφer (7) mit seinem offenen Fußteil (8) mit dem Innenrohr (18) des Koaxialrohrs dicht verbunden wird,
• das Längenverhaltnis (A/B) der Längsausdehnung des Verbrennungsluft- Verteilkoφers (7) zur Längsausdehnung des Feuerraums (2) und das Durchmesserverhältnis (C/D) vom Querschnitt des Verbrennungsluft-Verteilköφers (7) am Fußteil (8) zum äquivalenten Querschnitt des Feuerraumes (2) so bemessen sind, daß ein zundfähiges Gemisch entsteht und sich eine stabile Verbrennung einstellt, • die Brennstoffdusen (13) beiderseits offen sind und die Zufuhr von Brennstoff oder Brennstoff-Luft-Gemisch aus dem zwischen dem Innenrohr (18) und Außenrohr (22) des Koaxialrohrs eingeschlossenen Zylinderπng (21) in die Verbrennungszone gewahrleisten,
• die Brennstoffdusen ( 13) im Bereich der Fußteile (8) der Verbrennungsluft- Verteilkoφer (7) um diese Verbrennungsluft-Verteilkoφer herum angeordnet sind,
• die Strahlrichtung (14) der Brennstoffdusen innerhalb derselben Dusenreihe (12) und/oder die Strahlrichtung (14) der Brennstoffdusen benachbarter Dusenreihen (12) getrennt einstellbar ist,
• die Brennereinrichtung in den Feuerraum (2) so eingebaut wird, daß das Ende des Koaxialrohrs mit den Speiseleitungen für Verbrennungsluft - und Brennstoffzufuhr (5) und (4) außerhalb des Feuerraumes (2) bleibt, die gesamte Lange des Verbrennungsluft-Verteilkoφers (7) sich im Feuerraum (2) befindet und die Brennstoffdusen (13) in den Feuerraum (2) hineinragen, jedoch den Abstand vom Fußteil (8) des Verbrennungsluft-Verteilkoφers (7) bis zum Beginn der Offnungen (1 1) nicht überschreiten,
• eine oder mehrere Brennereinrichtungen in den Feuerraum (2) so eingebaut werden, daß sie die ihn umschließende Außenwand (3) durchdringen und mit ihr eine dichte Verbindung aufweisen,
• die Verbrennungszone im Feuerraum (2) zur gleichen Zeit die Zone für die komplette Vermischung der Verbrennungsluft aus den Offnungen (11) mit dem Brennstoff bzw Brennstoff-Luft-Gemisch aus den Brennstoffdusen (13) ist,
• das Volumen und die Geometrie der Verbrennungszone im wesentlichen dem Volumen und der Geometrie desjenigen Leerraumes (1) entspricht, welcher von einer einen Feuerraum (2) umschließenden Außenwand (3), die Offnungen insbesondere den Einbau der Brennereinrichtung und den Abgasaustπrt (6) aufweist, und von der Außenkontur eines oder mehrerer Verbrennungsluft- Verteilköφer (7), von denen jeder vollständig innerhalb des Feuerraums (2) angeordnet ist sowie von einer innerhalb des Feuerraums (2) angeordneten und auf dem Ende des Kopfteils (9) des Verbrennungsluft-Verteilköφers (7) aufsitzenden, gedachten Ebene (10) begrenzt ist.
2. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
• ausschließlich die Verbrennungsluft aus dem langgestreckten Verbrennungsluft- Verteilkörper (7) räumlich mittels der vielen Offnungen (1 1) in die Verbrennungszone (1) verteilt wird, sich dort mit dem Brennstoff bzw. Brennstoff-Luft-Gemisch aus den Brennstoffdusen (13) vermischt,
• das in der Verbrennungszone ( 1 ) entstandene Gemisch in der Nähe der Brennstoffdusen (13) entzündet wird und es in derselben Zone ohne weitere Aufteilung ausbrennt,
• die Flamme sich im gesamten Raum der Verbrennungszone (1) ausbildet und die Verbrennungsabgase durch die gedachte Ebene (10) hindurch ohne Behinderung ausströmen und den Feuerraum durch die Abgasöffnung (6) verlassen,
die Porosität des Verbrennungsluft- Verteilköφer (7) so bemessen wird, daß sich in der Verbrennungszone vorgegebene Wertebereiche der Luftzahl λ vom unterstöchiometri-schen Bereich in der Umgebung der Fußteile (8) bis zum überstöchiometrischen Bereich in der Umgebung der Kopfteile (9) näherungsweise einstellen,
die Anordnung und die Anzahl der Öffnungen (1 1) auf der Kontur der Verbrennungsluft-Verteilkorper (7) so gewählt werden, daß der Impuls der Verbrennungsluftstrome aus den Offnungen (1 1) die Flamme vom Verbrennungsluft- Verteilkorper (7) wegblast, so daß keine Verbrennung an der Wand des Verbrennungsluft-Verteilkorper (7) stattfindet und diese Wand keine Gluhung aufweist
Brennereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hohlraum des Verbrennungsluft-Verteilkoφers (7) von einer einzigen Wand umschlossen wird, die vierkantquader-, zylinder-, kegel-, poligonprismen- oder pyramidenförmige Gestalt aufweist oder ihre Kontur ellipsoidal oder hyperbolisch ausgebildet ist
Brennereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Verbrennungsluft-Verteilkoφers (7) aus porösen keramischen Werkstoffen oder aus metallischen Werkstoffen bestehen, die als Sieb, Lochblech, Drahtgeflecht, Gitter oder Metallgeflecht ausgebildet sind, oder daß der Verbrennungsluft- Verteilköφer (7) als Drahtpreßkorper oder Sinterkoφer ausgebildet ist
Brennereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft-Verteilkoφer (7) Leiteinrichtungen zur Erzeugung einer Drallstromung der Verbrennungsluft aufweisen
Brennereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft-Verteilkorper (7) auswechselbar ausgebildet sind
Brennereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (13) bzw Dusenreihen (12) auswechselbar ausgebildet sind
Brennereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichtung (14) der Brennstoffdusen (13) innerhalb derselben Dusenreihe (12) und/oder die Strahlrichtung (14) der Brennstoffdusen benachbarter Dusen-reihen (12) auf unterschiedliche Langenbereiche der Verbrennungsluft- Verteilkoφer (7) zielt
Brennereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdusen (13) innerhalb derselben Dusenreihe (12) und/oder die Brennstoffdusen (13) benachbarter Dusenreihen (12) so geneigt angeordnet sind, daß der Brennstoff-Strömung ein Drall verliehen wird,
10. Brennereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdusen (13) innerhalb einer Düsenreihe (12) als schräge Bohrungen (29) bzw als Ringspalt (30) mit einem inneren Drallerzeuger (31) ausführbar sind
11 Verfahren zum Betreiben einer Brennereinrichtung für eine NOx- und CO-arme
Verbrennung mit vorwiegend separater Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zu einem Verbrennungsraum, wobei die gesamte oder der größte Teil der Verbrennungsluft an mehreren Raumpunkten kontinuierlich gestuft und dem Verbrennungsraum zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• ca 70 bis 100 Vol-% des insgesamt zugefuhrten Verbrennungsluftdurchsatzes mittels eines oder mehrerer langgestreckter Verbrennungsluft-Verteilkoφer (7) in hauptsachlich radialer Richtung in die von der Flamme ausgefüllten Verbrennungszone entlang der gesamten oder großer Teile der Flammenlange eingespeist wird,
• der Brennstoff in die Verbrennungszone ausschließlich mittels der Brennstoffdusen (13) einer oder mehrerer Dusenreihen (12), der schrägen Bohrungen (29) oder des Ringspaltes (30) im Bereich der Flammenbasis am Fußteil des Verbrennungsluft- Verteilköφers (7) und um diesen herum eingespeist wird,
• dem Brennstoff vor dem Eintritt in die Verbrennungszone der restliche Volumenanteil der für die Verbrennung benotigten Verbrennungsluft zugemischt wird,
• je nach Betriebsparameter und Brennstoffart eine bestimmte Winkeleinstellung der Brennstoffdusen (13), der Bohrungen (29) oder des Drallerzeugers (3 l)in Kombination mit einem bestimmten Mischungsverhältnis der Verbrennungsluft im Brennstoffstrom zu einer sichtbaren oder einer nicht sichtbaren Flamme fuhrt
• je nach Betriebsparameter und Brennstoffart eine bestimmte Winkeleinstellung der Brennstoffdusen (13), der Bohrungen (29) oder des Drallerzeugers (31) in Kombination mit einem bestimmten Mischungsverhältnis der Verbrennungsluft im Brennstoffstrom zu einem Minimum der NOx- und CO-Emissionswerte im Abgas fuhrt
Verfahren zum Betreiben einer Brennereinrichtung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß
• der Brennstoff bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch aus den Brennstoffdusen (13) im wesentlichen in Richtung eines Winkelbereiches von ca - 45° bis + 45°, bezogen auf die Längsrichtung der Verbrennungszone, eingespeist wird,
• der Anteil der Verbrennungsluft im aus den Brennstoffdusen (13) austretenden Brennstoffstrom in einem Wertebereich von 0 bis ca. 30 Vol.% des insgesamt zugefuhrten Verbrennungsluftdurchsatzes liegt
Brenner mit einer Zuführung von fluidem Brennstoff und von einem Sauerstofftrager, der an einem Brennraum angeordnet ist, der eine Wandung zur Warmeabfuhr aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrungen des Brennstoffes auf einem Ring (35), der Auslasse in den Brennraum aufweist, angeordnet sind, daß innerhalb des Ringes (35) ein Verteilkoφer (7) für den Sauerstofftrager angeordnet ist, der sich mit seiner Längserstreckung im wesentlichen in der Hauptausblasrichtung des Brennstoffes erstreckt und Sauerstofftrager- Ausblasoffnungen (1 1) aufweist, deren Ausblasrichtung sich mit der der Brennstoffauslasse kreuzt
Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum zylinderförmig ausgebildet ist und daß die Brennstoffauslasse an einer Stirnseite des Zylinders angeordnet sind Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lange des Verteilkorpers (7) zwischen 30% und 85% der Lange des Brennraums betragt
Brenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Verteilkoφers (7) im Bereich der Brennstoffauslasse zwischen 10% und 60% des Innendurchmessers der Brennraumwandung beträgt
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Brennraum stromab des Verteilkoφers (7) ein weiterer Wärmetauscher (24) vorgesehen ist
Brenner nach Anspruch 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdusen (13) parallel zueinander und zum Zylinderring (21) geneigt angeordnet sind, so daß sich ein Ringdrall ergibt
Brenner nach Anspruch 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdusen (13) divergierend oder konvergierend zum Dusenkreis (35) am Zylinderring (21) geneigt angeordnet sind, so daß sich eine erweiternde oder kontraktierende Strömung ergibt
Brenner nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdusen (13) in beiden Richtungen geneigt am Zylinderring (21) angeordnet sind
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