EP1789726B1 - Verfahren zum betreiben eines brennstoff-sauerstoff-brenners - Google Patents

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EP1789726B1
EP1789726B1 EP05761664.1A EP05761664A EP1789726B1 EP 1789726 B1 EP1789726 B1 EP 1789726B1 EP 05761664 A EP05761664 A EP 05761664A EP 1789726 B1 EP1789726 B1 EP 1789726B1
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oxygen
fuel
burner block
burner
block
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Martin William Adendorff
Heinz Franke
Horst KÖDER
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Air Liquide Deutschland GmbH
Messer Group GmbH
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide Deutschland GmbH
Messer Group GmbH
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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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
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • 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
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/02—Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used
    • F23M5/025—Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used specially adapted for burner openings

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a fuel-oxygen burner for a low-emission combustion in the high-temperature region according to the preamble of claim 1.
  • the object of the present invention is to provide a method of operating an oxy-fuel burner provided with which an economic and low-pollution (low NOx) combustion at high temperatures is possible.
  • a fuel-oxygen burner is used, which is operated with technical oxygen as the oxidant or with a predominantly oxygen-containing oxidant in the presence of recirculating combustion gases.
  • the burner for low-emission combustion in the high-temperature range advantageously in melting furnaces, particularly advantageous in glass melting, usable burner with a arranged in a main burner brick with additional burner burner burner body with at least one in a mixing chamber of the additional burner brick opening fuel supply channel and with, guided by the additional burner block and into a combustion chamber the main burner brick opening oxygen supply ducts is characterized in that the center axis of the fuel supply duct on the central axis of the main burner block and the oxygen nozzles are arranged around the central fuel supply duct on a pitch circle.
  • the burner contains a plurality, preferably two to twelve, particularly advantageously eight oxygen nozzles.
  • the pitch circle formed by the oxygen nozzles has a minimum distance A from the central fuel supply passage, which is a multiple of the nozzle diameter, preferably 2.5 to 32 times the nozzle diameter.
  • the mixing chamber of the auxiliary burner block opens by an exit into the combustion chamber of the main burner block.
  • Both the mixing chamber of the auxiliary burner block and the combustion chamber are at least over a part of their longitudinal extent substantially cylindrical, preferably circular cylindrical, formed.
  • This burner design according to the invention allows the oxygen at a speed 2.5 to 3.3 times higher than the fuel in the Burner combustion chamber flows in, thereby ensuring a burner power total pulse current of 15 to 25 N / MW and a ratio of pulse current densities of oxygen and fuel of 5 to 15 and thereby at the outlet of the main burner brick a power density 0.05 to 2 KW / mm 2 is reached.
  • the length of the circular cylindrical mixing chamber formed in the auxiliary burner block is 1.2 to 2.5 times the chamber diameter and the length of the circular cylindrical combustion chamber formed in the main burner block is 0.05 to 0.6 times the diameter of the outlet at the main burner block.
  • the fuel supply duct is advantageously equipped with a sensor connected to an evaluation unit, for example with a UV light receiver arranged expediently for flame monitoring.
  • the main and auxiliary burner block expediently each consist of a heat and corrosion resistant material, preferably of ceramic. It is also possible to make main and auxiliary burner stones in one piece.
  • the burner body and the fuel-oxygen supply passages and the oxygen nozzles are made of a heat and corrosion resistant material, preferably of a NiCr or ODS alloy.
  • the burner body is preferably firmly connected to the main burner block so that a seal between the main burner block and the burner body and thus a secure attachment of the burner body is ensured on the main burner block, preferably by means of a screw connection.
  • the for a low-emission (NO x -arme) high-temperature combustion, especially in melting furnaces, particularly advantageous in glass furnaces, usable fuel-oxygen burner is structurally simple and therefore cost-effectively adaptable to the different conditions of use and can with technical oxygen as the oxidant but also be operated with an oxygen-containing oxidant.
  • the in Fig. 1 shown burner shows a arranged in a main burner block 1 with additional burner block 2 metallic burner body 3.
  • the auxiliary burner block 2 is received in a recess or bore of the main burner block 1.
  • the burner body 3 includes a arranged with its central axis on the central axis of the main burner block 1 feed channel 4 for fuel, which opens into a cylindrical in the additional burner block 2 mixing chamber 10, which has a formed in the additional burner block 2 outlet 6 with a likewise cylindrical, in the main burner block. 1 connected to exit 7 trained combustion chamber 11 is connected.
  • the central fuel supply duct 4 around a plurality of guided through the auxiliary burner block 2 and each provided with a substantially axially parallel to the central supply duct 4 into the combustion chamber 11 opening nozzle 8 supply channels 5 are arranged for the oxygen used as the oxidant.
  • the Fig. 1 It can also be seen that the length e of the mixing chamber 10 is 1.2 to 2.5 times the diameter d and the length L of the combustion chamber 11 is 0.05 to 0.6 times the diameter f .
  • a fuel-oxygen burner equipped with eight oxygen nozzles 8 and a central supply duct 4 for fuel is shown.
  • the arranged on a pitch oxygen nozzles 8 have a minimum distance A from the central fuel supply passage 4, which is 2.5 to 32 times the nozzle diameter b .
  • the natural gas fed to the central supply duct 4 flows into the mixing chamber 10 formed in the auxiliary burner brick 2 at a speed of 60 to 90 m / s and into the combustion chamber 11 formed in the main burner brick 1 through the outlet 6.
  • the oxygen supplied to each supply passage 5 of the burner then flows into the combustion chamber 11 through a nozzle 8 constricting the flow of oxygen at a speed of 70 to 100 m / s.
  • the oxygen flows at a speed 2.5 to 3.3 times higher than the natural gas into the combustion chamber 11.
  • the fuel that has flowed into the combustion chamber 11 of the main burner block 1 is partially combusted with the oxygen flowed into the combustion chamber 11.
  • a stable flame is formed which delivers a sufficient signal for a sensor 12 provided in the exemplary embodiment, preferably a UV light receiver, which is arranged to monitor the flame of the burner in the fuel supply duct 4 and is connected to an evaluation unit, not shown here.
  • Due to the burner design according to the invention is based on the burner power total pulse current of 15 to 25 N / MW with a ratio of the pulse current densities of oxygen and fuel from 5 to 15 and thus a power density of 0.05 to 2 KW / mm 2 at the outlet 7 of the main burner block. 1 achieved the fuel-oxygen burner.
  • the main and auxiliary burner block 1 and 2 in the exemplary embodiment each consist of a ceramic material, the burner body 3, the supply channels 4, 5 and the oxygen nozzles 8 made of a NiCr or ODS alloy.
  • the burner body 3 is connected to the main burner block 1 such that a seal between the main burner block 1 and burner body 3 and a secure attachment of the burner body 3 is ensured on the main burner block 1.
  • a fastening a 4-fold screw consisting of a threaded bolt 14, a nut 16, a counter-holder 15 and a seal 13.
  • the NOx values given in the above overview refer to 3% by volume of residual oxygen in the exhaust gas, an N 2 concentration of 1% by volume in natural gas H, a furnace overpressure of 0.3 mbar and a burner output of 700 kW ,
  • the concentration data of the kiln exhaust gas refer to dry analysis gas.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoff-Sauerstoff-Brenners für eine schadstoffarme Verbrennung im Hochtemperaturbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei Verbrennungsprozessen im Hochtemperaturbereich, wie beispielsweise in Schmelzöfen, insbesondere in Glasschmelzöfen, werden bisher konventionelle Brennstoff-Sauerstoff-Brenner eingesetzt. In der US 4 378 205 wird ein derartiger Brenner beschrieben, bei dem eine zentrale Brennstoffzuführung, eine primäre, als eine um die Brennstoffzuführung herum angeordnete Ringleitung ausgeführte Sauerstoffzuleitung sowie mehrere sekundäre Sauerstoffzuleitungen achsparallel zueinander durch einen Brennerstein hindurchgeführt sind und an dessen Stirnseite ausmünden. Die bei diesen, mit technischem Sauerstoff als Oxidationsmittel durchgeführten Verbrennungsprozessen auftretenden hohen Flammentemperaturen führen zu oftmals die TA-Luft-Grenzwerte übersteigenden Stickstoff-Oxid (NOx)-Schadstoffbelastungen. Ein verbesserter Brenner wird in der EP 0 898 687 B1 beschrieben. Bei diesem Brenner münden eine Brennstoffzuführung sowie jeweils vier, gegenüber der Achse der zentralen Brennstoffzuführung angewinkelte primäre und sekundäre Sauerstoffleitungen an der Stirnseite eines Brennersteins mit quadratischem Querschnitt ein. Auch dieser Brenner zeigt im Betrieb jedoch noch unzureichende Schadstoffwerte. Um die auf die Umwelt schädigenden NOx-Schadstoffemissionen bei Verbrennungsprozessen im Hochtemperaturbereich, z. B. bei Glasschmelzprozessen mit Prozesstemperaturen größer 1400°C, zu reduzieren, werden daher kostenintensive De-NOx-Anlagen eingesetzt.
  • In der US 4 475 885 A wird ein einstellbarer Brenner für Industrieöfen beschrieben, der mit einer zentralen Brennstoffzuführung und dazu achsparallelen Luftzuführungen ausgerüstet ist, die konzentrisch um den Brennstoffkanal angeordnet sind. Brennstoffzuführung und Luftzuführungen münden an einer sich konisch erweiternden Öffnung eines Brennersteins in einen Ofenraum ein. Dieser Brenner wird jedoch mit Luft als Oxidationsmittel betreiben.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoff-Sauerstoff-Brenners zur Verfügung zu stellen, mit dem eine wirtschaftliche und zugleich schadstoffarme (NOx-arme) Verbrennung im Hochtemperaturbereich möglich ist.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch Verfahren zum Betreiben eines Brenners mit den Merkmalen von Anspruch 1.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß kommt ein Brennstoff-Sauerstoff-Brenner zum Einsatz, der mit technischem Sauerstoff als Oxidationsmittel oder mit einem überwiegend sauerstoffhaltigem Oxidationsmittel in Gegenwart von rezirkulierenden Verbrennungsgasen betrieben wird. Der zur schadstoffarmen Verbrennung im Hochtemperaturbereich, vorteilhaft in Schmelzöfen, besonders vorteilhaft in Glasschmelzöfen, einsetzbare Brenner mit einem in einem Hauptbrennerstein mit Zusatzbrennerstein angeordneten Brennerkörper mit mindestens einem in eine Mischkammer des Zusatzbrennersteins einmündenden Brennstoff-Zuleitungskanal und mit, durch den Zusatzbrennerstein geführten und in eine Verbrennungskammer des Hauptbrennersteins einmündenden Sauerstoff-Zuleitungskanälen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse des Brennstoff-Zuleitungskanals auf der Mittelachse des Hauptbrennersteins und die Sauerstoffdüsen um den zentralen Brennstoff-Zuleitungskanal auf einem Teilkreis angeordnet sind.
  • Der Brenner enthält eine Vielzahl, bevorzugt zwei bis zwölf, besonders vorteilhaft acht Sauerstoffdüsen. Der durch die Sauerstoffdüsen gebildete Teilkreis hat einen Mindestabstand A von dem zentralen Brennstoff-Zuleitungskanal, der ein Mehrfaches des Düsendurchmessers beträgt, bevorzugt das 2,5- bis 32-fache des Düsendurchmessers.
  • Bevorzugt mündet die Mischkammer des Zusatzbrennersteins durch einen Austritt in die Verbrennungskammer des Hauptbrennersteins ein. Sowohl die Mischkammer des Zusatzbrennersteins als auch die Verbrennungskammer sind dabei mindestens über einen Teil ihrer Längserstreckung im Wesentlichen zylinderförmig, bevorzugt kreiszylinderförmig, ausgebildet. Diese erfindungsgemäße Brennerkonstruktion ermöglicht, dass der Sauerstoff mit einer 2,5- bis 3,3-fach höheren Geschwindigkeit als der Brennstoff in die Verbrennungskammer des Brenners einströmt, wodurch ein auf die Brennerleistung bezogener Gesamtimpulsstrom von 15 bis 25 N/MW sowie ein Verhältnis der Impulsstromdichten von Sauerstoff und Brennstoff von 5 bis 15 gewährleistet und dadurch am Austritt des Hauptbrennersteines eine Leistungsdichte 0,05 bis 2 KW/mm2 erreicht wird.
  • Vorteilhaft beträgt die Länge der im Zusatzbrennerstein ausgebildeten kreiszylinderförmigen Mischkammer das 1,2 bis 2,5-fache des Kammerdurchmessers und die Länge der im Hauptbrennerstein ausgebildeten kreiszylinderförmigen Verbrennungskammer das 0,05 bis 0,6-fache des Durchmessers des Austritts am Hauptbrennerstein.
  • Der Brennstoff-Zuleitungskanal ist vorteilhafterweise mit einem mit einer Auswerteeinheit verbundenen Sensor, beispielsweise mit einem zur Flammenüberwachung zweckmäßig angeordneten UV-Lichtempfänger, ausgerüstet.
  • Der Haupt- und Zusatzbrennerstein bestehen zweckmäßigerweise jeweils aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise aus Keramik. Es ist auch möglich, Haupt- und Zusatzbrennerstein aus einem Stück zu fertigen. Der Brennerkörper und die Brennstoff-Sauerstoff-Zuleitungskanäle sowie die Sauerstoffdüsen bestehen aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise aus einer NiCr- oder ODS-Legierung.
  • Der Brennerkörper ist bevorzugt fest mit dem Hauptbrennerstein so verbunden, das eine Abdichtung zwischen dem Hauptbrennerstein und dem Brennerkörper und somit eine sichere Befestigung des Brennerkörpers am Hauptbrennerstein gewährleistet ist, vorzugsweise mittels einer Schraubverbindung.
  • Der für eine schadstoffarme (NOx-arme) Hochtemperatur-Verbrennung, insbesondere in Schmelzöfen, besondere vorteilhaft in Glasschmelzöfen, einsetzbare Brennstoff-Sauerstoff-Brenner ist konstruktiv einfach und damit kostengünstig an die unterschiedlichen Einsatzbedingungen problemlos anpassbar und kann mit technischem Sauerstoff als Oxidationsmittel aber auch mit einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel betrieben werden.
  • Als Brennstoff können alle herkömmlichen gasförmigen oder flüssigen Brennstoffe, besonders vorteilhaft Erdgas, eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In schematischen Ansichten zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch einen in einem Hauptbrennerstein angeordneten, erfindungsgemäßen Brennstoff-Sauerstoff-Brenner;
    • Fig. 2 die Ansicht X des Brennstoffaustritts des Brennstoff-Sauerstoff-Brenners nach Fig. 1.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Brenner zeigt einen in einem Hauptbrennerstein 1 mit Zusatzbrennerstein 2 angeordneten metallischen Brennerkörper 3. Der Zusatzbrennerstein 2 ist in einer Ausnehmung oder Bohrung des Hauptbrennersteins 1 aufgenommen. Der Brennerkörper 3 enthält ein mit seiner Mittelachse auf der Mittelachse des Hauptbrennersteines 1 angeordneten Zuleitungskanal 4 für Brennstoff, der in eine, im Zusatzbrennerstein 2 zylinderförmig ausgebildeten Mischkammer 10 einmündet, die über einen im Zusatzbrennerstein 2 ausgebildeten Austritt 6 mit einer gleichfalls zylindrischen, im Hauptbrennerstein 1 mit Austritt 7 ausgebildeten Verbrennungskammer 11 verbunden ist. Um den zentralen Brennstoff-Zuleitungskanal 4 herum sind eine Vielzahl von durch den Zusatzbrennerstein 2 geführten und mit jeweils einer im wesentlichen achsparallel zum zentralen Zuleitungskanal 4 in die Verbrennungskammer 11 einmündenden Düse 8 versehenen Zuleitungskanälen 5 für den als Oxidationsmittel eingesetzten Sauerstoff angeordnet. Der Fig. 1 ist weiterhin zu entnehmen, das die Länge e der Mischkammer 10 das 1,2- bis 2,5-fache des Durchmessers d sowie die Länge L der Verbrennungskammer 11 das 0,05- bis 0,6-fache des Durchmessers f beträgt.
  • In Fig. 2 ist ein mit acht Sauerstoffdüsen 8 und einem zentralen Zuleitungskanal 4 für Brennstoff ausgerüsteter Brennstoff-Sauerstoff-Brenner dargestellt. Die auf einem Teilkreis angeordneten Sauerstoffdüsen 8 weisen einen Mindestabstand A von dem zentralen Brennstoff-Zuleitungskanal 4 auf, der das 2,5- bis 32-fache des Düsendurchmessers b beträgt.
  • Dem mit seinem Brennerkörper 3 in einem Hauptbrennerstein 1 mit Zusatzbrennerstein 2 angeordnete Brennstoff-Sauerstoff-Brenner wird Erdgas als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel zugeführt.
  • Das dem zentralen Zuleitungskanal 4 zugeführte Erdgas strömt mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 90 m/s in die im Zusatzbrennerstein 2 ausgebildete Mischkammer 10 ein und durch den Austritt 6 in die im Hauptbrennerstein 1 ausgebildete Verbrennungskammer 11 ein.
  • Der jedem Zuleitungskanal 5 des Brenners zugeführte Sauerstoff strömt mit einer Geschwindigkeit von 70 bis 100 m/s anschließend durch eine den Sauerstoffstrom einschnürende Düse 8 in die Verbrennungskammer 11 ein.
  • Erfindungsgemäß strömt der Sauerstoff mit einer 2,5- bis 3,3-fach höheren Geschwindigkeit als das Erdgas in die Verbrennungskammer 11 ein.
  • Der in der Verbrennungskammer 11 des Hauptbrennersteins 1 eingeströmte Brennstoff wird mit dem in die Verbrennungskammer 11 eingeströmten Sauerstoff teilverbrannt. Es bildet sich eine stabile Flamme, die ein ausreichendes Signal für einen im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Sensor 12, vorzugsweise ein UV-Lichtempfänger, abgibt, der zur Überwachung der Flamme des Brenners im Brennstoff-Zuleitungskanal 4 angeordnet und an eine hier nicht gezeigte Auswerteeinheit angeschlossen ist.
  • Aufgrund der erfindungsgemäßen Brennerkonstruktion wird ein auf die Brennerleistung bezogener Gesamtimpulsstrom von 15 bis 25 N/MW mit einem Verhältnis der Impulsstromdichten von Sauerstoff und Brennstoff von 5 bis 15 und damit eine Leistungsdichte von 0,05 bis 2 KW/mm2 am Austritt 7 des Hauptbrennersteins 1 des Brennstoff-Sauerstoff-Brenners erreicht.
  • Der Haupt- und Zusatzbrennerstein 1 und 2 bestehen im Ausführungsbeispiel jeweils aus einem keramischen Material, der Brennerkörper 3, die Zuleitungskanäle 4, 5 und die Sauerstoffdüsen 8 aus einer NiCr- oder ODS-Legierung.
  • Der Brennerkörper 3 ist mit dem Hauptbrennerstein 1 derart verbunden, dass eine Abdichtung zwischen dem Hauptbrennerstein 1 und Brennerkörper 3 und eine sichere Befestigung des Brennerkörpers 3 an dem Hauptbrennerstein 1 gewährleistet ist. Im Ausführungsbeispiel ist als Befestigung eine 4-fache Schraubverbindung, bestehend aus einem Gewindebolzen 14, einer Mutter 16, einem Gegenhalter 15 und einer Dichtung 13 vorgesehen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen, einen Leistungsbereich von 10 bis 9000 kW, vorzugsweise 100 bis 3000 kW, aufweisenden und als "G-Brenner" bezeichneten Brenner wurden nachstehend aufgeführte Versuchsergebnisse erzielt:
    • Versuchsergebnisse:
  • "NOx-Konzentrationen vom Ofenabgas in ppm in Abhängigkeit von der Prozesstemperatur":
    mittlere Ofenwandtemperatur Konventionelle Brenner G-Brenner
    1200°C 337 bis 767 38
    1400°C 390 bis 1044 63
    1550°C 430 bis 1180 95
  • Die in der vorstehenden Übersicht angegeben NOx-Werte beziehen sich auf 3 Vol.-% Rest-Sauerstoff im Abgas, einer N2-Konzentration von 1 Vol.-% im Erdgas H, einen Ofenüberdruck von 0,3 mbar und eine Brennerleistung von 700 KW. Die Konzentrationsangaben des Ofenabgases beziehen sich auf trockenes Analysengas.
    • Bezugszeichenaufstellung
    • 1
    Hauptbrennerstein
    2
    Zusatzbrennerstein
    3
    Brennerkörper
    4
    Zuleitungskanal (Erdgas)
    5
    Zuleitungskanal (Sauerstoff)
    6
    Austritt (2)
    7
    Austritt (1)
    8
    Sauerstoffdüse
    9
    Teilkreis
    10
    Mischkammer (2)
    11
    Verbrennungskammer (1)
    12
    Sensor
    13
    Dichtung
    14
    Gewindebolzen
    15
    Gegenhalter
    16
    Mutter

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoff-Sauerstoff-Brenners für eine schadstoffarme Verbrennung im Hochtemperaturbereich, der mit einem in einem Hauptbrennerstein (1) mit Zusatzbrennerstein (2) angeordneten Brennerkörper (3) mit mindestens einem in eine Mischkammer (10) des Zusatzbrennersteins (2) einmündenden Brennstoff-Zuleitungskanal (4) und mit durch den Zusatzbrennerstein (2) geführten und in eine Verbrennungskammer (11) des Hauptbrennersteins (1) einmündenden Sauerstoff-Zuleitungskanälen (5) mit Sauerstoffdüsen (8) ausgerüstet ist, wobei die Mittelachse des Brennstoff-Zuleitungskanals (4) auf der Mittelachse des Hauptbrennersteins (1) und die Sauerstoffdüsen (8) um den zentralen Brennstoff-Zuleitungskanal (4) auf einem Teilkreis (9) angeordnet sind, und wobei der Brennstoff mit einem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel in Gegenwart von rezirkulierenden Verbrennungsgasen oxidiert wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    a) das Oxidationsmittel mit einer 2,5- bis 3,3-fach höheren Geschwindigkeit als der Brennstoff durch den Austritt (6) des Zusatzbrennersteins (2) in die Verbrennungskammer (11) einströmt,
    b) sich ein auf die Brennstoff-Sauerstoff-Brennerleistung bezogener Gesamtimpulsstrom von 15 bis 25 N/MW einstellt,
    c) das Verhältnis der Impulsstromdichten von Sauerstoff und Brennstoff zwischen 5 bis 15 beträgt und
    d) das sich eine Leistungsdichte am Austritt (7) des Hauptbrennersteines (1) zwischen 0,05 bis 2 KW/mm2 einstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff-Sauerstoff-Brenner mit zwei bis zwölf, vorzugsweise mit acht Sauerstoffdüsen (8), ausgerüstet ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffdüsen (8) einen Teilkreis (9) bilden, wobei der radiale Mindestabstand (A) zwischen dem zentralen Brennstoff-Zuleitungskanal (4) und den Sauerstoffdüsen (8) einen 2,5 bis 32 -fachen Wert des Durchmessers (b) der Sauerstoffdüse (8) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (10) durch einen im Zusatzbrennerstein (2) ausgebildeten Austritt (6) mit der im Hauptbrennerstein (1) ausgebildeten Verbrennungskammer (11) verbunden ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (e) der Mischkammer (10) das 1,2- bis 2,5-fache des Mischkammerdurchmessers (d) des Austritts (6) des Zusatzbrennersteins (2) beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) der Verbrennungskammer (11) das 0,05- bis 0,6-fache des Durchmessers (f) der Verbrennungs-kammer (11) des im Hauptbrennerstein (1) ausgebildeten Austritts (7) beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff-Zuleitungskanal (4) mit einem zur Flammenüberwachung mit einer Auswerteeinheit verbundenen Sensor (12), vorzugsweise einem UV-Lichtempfänger, ausgerüstet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haupt- und der Zusatzbrennerstein (1, 2) aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, bevorzugt aus Keramik, bestehen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff-Kanal (4) und die Sauerstoff-Zuleitungskanäle (5) sowie die Sauerstoffdüsen (8) aus einem hitze- und korrosionsbeständigen Material, bevorzugt aus einer NiCr- oder ODS-Legierung, bestehen.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehende
    Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkörper (3) mit dem Hauptbrennerstein (1) fest, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung, verbunden ist.
EP05761664.1A 2004-07-14 2005-07-12 Verfahren zum betreiben eines brennstoff-sauerstoff-brenners Active EP1789726B1 (de)

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