EP3084302A1 - Burner system for an external combustion cogeneration plant - Google Patents

Burner system for an external combustion cogeneration plant

Info

Publication number
EP3084302A1
EP3084302A1 EP14808915.4A EP14808915A EP3084302A1 EP 3084302 A1 EP3084302 A1 EP 3084302A1 EP 14808915 A EP14808915 A EP 14808915A EP 3084302 A1 EP3084302 A1 EP 3084302A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
burner
fuel
heat
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14808915.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Kai Pecka
Christian Greifelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Publication of EP3084302A1 publication Critical patent/EP3084302A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/66—Preheating the combustion air or gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/14—Details thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/14—Details thereof
    • F23K5/20—Preheating devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00—Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/04—Arrangements of recuperators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2208/00—Control devices associated with burners
    • F23D2208/005—Controlling air supply in radiant gas burners
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the invention relates to a burner system for a cogeneration system with external combustion.
  • Combined heat and power systems are used to simultaneously heat buildings and generate electricity. They can be constructed from a heat engine that drives a generator to generate electricity.
  • the waste heat of the heat engine is used for heating purposes.
  • the heat engine may be an external combustion engine, such as a Stirling engine, or a thermoacoustic generator. In these cases, the heat engine has a heat sink to be heated by a burner system. It is energetically advantageous if the burner system generates the highest possible temperature in a spatially narrow range.
  • premixing burners For combined heat and power systems come as burners that are part of a burner system, premixing burners or diffusion burners in question. Diffusion burners have the advantage that the residual heat in the exhaust gas can be fully used to preheat the combustion air. Such burners are known as recuperation burners. The preheating of the combustion air-fuel mixture is only very limited possible with a premixing burner, since the fuel-air mixture would ignite prematurely from the ignition temperature itself.
  • recuperation burners for the heating of furnaces are known from the prior art.
  • the patent application DE 101 49 329 A1 discloses a recuperation burner with a compact combustion chamber.
  • the air required for the combustion is conducted through pipes from an air chamber to the combustion chamber. These are channels through which the air passed is arranged so that a heat exchanger is formed, which transfers the heat from the exhaust gases to the air.
  • the fuel is supplied to the combustion chamber from a fuel chamber provided opposite the combustion chamber through pipes provided coaxially within the pipes for the air.
  • this burner can locally generate a high temperature due to the compact combustion chamber, but due to the large heat exchanger in areas that are not associated with the combustion chamber, considerable amounts of heat from. In a compact heat exchanger, the heat conduction and the heat transfer is lower.
  • a fuel channel system which comprises a fuel chamber which extends in an insulating manner around the areas from which no heat is to be passed to the outside.
  • the advantage is that the construction volume, which serves to supply the fuel to the combustion chamber, is also used as insulation.
  • the fuel is preferably a fuel gas, but according to the invention may also be a liquid fuel.
  • Another advantage is that the fuel flowing through the fuel chamber dissipates the heat loss and thus the outer wall of the fuel chamber is additionally cooled.
  • the burner according to the invention has the advantage that in addition to the air and the fuel is preheated and thus leads to an increase in efficiency.
  • the burner system according to the invention is advantageously used in a combined heat and power system. Also, the burner system of the present invention can be advantageously used in a thermal heat pump system.
  • FIG. 1 the burner system according to the invention for a cogeneration system
  • FIG. 2 the detail X of the burner system from FIG. 1
  • FIG. 3 the detail Y of the burner system from FIG.
  • FIGS 1 to 3 show a burner system according to the invention.
  • the burner system comprises a burner 1 and a heat sink 2.
  • the heat sink 2 is connected to a heat engine with external combustion, for example a Stirling engine or a thermoacoustic generator, or is part of the heat engine.
  • the heat engine not shown here converts the heat energy into mechanical and then into electrical energy.
  • the burner system and the heat engine together with a generator connected to the heat engine forms a combined heat and power system.
  • the burner system comprises a fuel channel system 3, an air channel system 4 and an exhaust gas channel system 5.
  • the fuel channel system 3 and the air channel system 4 are provided within the burner 1, the exhaust gas channel system 5 also extends to the heat sink 2.
  • the burner 1 shown in the embodiment is constructed cylindrical. However, other designs are possible and included according to the invention.
  • the air required for the combustion or another oxygen-containing gas is supplied to the air duct system 4 from the outside.
  • the inflowing air is initially distributed in the air chamber, which is arranged on the opposite side of the heat sink of the burner.
  • the air is distributed to a plurality of tubes 14, which guide the air from density and through the heat exchanger chamber 8.
  • the tubes 14 and the heat exchanger chamber 8 form a second heat exchanger 7.
  • the supplied air absorbs the heat of the exhaust gas.
  • the second heat exchanger 7 is also cylindrical.
  • the fuel required for the combustion is supplied from the outside of the fuel channel system 3.
  • the fuel flows into a fuel chamber 12 enclosing the second heat exchanger 7. Due to the fact that the fuel chamber 12 surrounds the second heat exchanger 7 in the region of the cylinder jacket and the air chamber 13 surrounds the second heat exchanger 7, the second heat exchanger 7 is thermally insulated from the surroundings of the burner 1.
  • a transfer of heat from the second heat exchanger 7 to the environment is reduced by the fact that air or are passed through the chambers and additionally dissipate heat.
  • the tubes 14 are led out of the second heat exchanger 7 on the side of the heat sink and terminate immediately before the combustion chamber 9.
  • the combustion chamber 9 is closed in the direction of the second heat exchanger 7 of a nozzle plate 1 1, which has a plurality of openings 15.
  • the fuel from the fuel chamber 12, which adjoins the nozzle plate 11 on the opposite side can flow into the combustion chamber 9 through these openings 15.
  • the exhaust gases are passed from the combustion chamber 9.
  • the exhaust gases first flow through several part channels to the heat sink, where they form a first heat exchanger 6.
  • the heat of the exhaust gases is transferred to the heat sink 2.
  • the exhaust gases are deflected and returned in the direction of the combustion chamber, sealingly passed through the combustion chamber by means of a combustion chamber 10 with respect to the combustion chamber and passed into the fuel chamber 12 of the second heat exchanger 7 to transfer the remaining heat to the air flowing through the tubes 14.
  • the exhaust gases are then passed through a connection to the outside and discharged via an exhaust system, not shown here.
  • the construction according to the invention provides a very efficient and at the same time very compact burner system.
  • it can be composed very easily from perforated sheets and tubes, so that the burner system is very easy to produce.
  • the second heat exchanger 7 can be formatted and installed in a part 18, which is then inserted into the upper part 17.
  • the upper part 17 in turn can be easily flanged to the heat sink 6.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

The invention relates to a burner system for an external combustion cogeneration plant. The burner system comprises a diffusion burner (1). The heat contained in the exhaust gas is transferred to the supplied air in a second heat exchanger (7). Furthermore, the second heat exchanger (7) is insulated from the surroundings by a fuel chamber surrounding the second heat exchanger. In addition, the fuel penetrating the fuel chamber dissipates the heat.

Description

Brennersystem für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit externer Verbrennung  Burner system for a combined heat and power system with external combustion
Die Erfindung betrifft ein Brennersystem für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit externer Verbrennung. Kraft-Wärme-Kopplungssysteme werden eingesetzt, um gleichzeitig Gebäude zu beheizen und Strom zu erzeugen. Sie können aus einer Wärmekraftmaschine aufgebaut sein, die einen Generator zur Erzeugung von Strom antreibt. Die Abwärme der Wärmekraftmaschine wird für Heizzwecke verwendet. Bei der Wärmekraftmaschine kann es sich um einen Verbrennungsmotor mit externer Verbrennung, beispielsweise einen Stirlingmotor, oder um einen thermoakustischen Generator handeln. In diesen Fällen weist die Wärmekraftmaschine eine Wärmesenke auf, die von einem Brennersystem zu beheizen ist. Dabei ist es energetisch vorteilhaft, wenn das Brennersystem in einem räumlich eng begrenzten Bereich eine möglichst hohe Temperatur erzeugt. The invention relates to a burner system for a cogeneration system with external combustion. Combined heat and power systems are used to simultaneously heat buildings and generate electricity. They can be constructed from a heat engine that drives a generator to generate electricity. The waste heat of the heat engine is used for heating purposes. The heat engine may be an external combustion engine, such as a Stirling engine, or a thermoacoustic generator. In these cases, the heat engine has a heat sink to be heated by a burner system. It is energetically advantageous if the burner system generates the highest possible temperature in a spatially narrow range.
Für Kraft-Wärme-Kopplungssystem kommen als Brenner, die Bestandteil eines Brennersystems sind, vormischende Brenner oder Diffusionsbrenner in Frage. Diffusionsbrenner haben den Vorteil, dass die Restwärme im Abgas vollständig verwendet werden kann, um die Verbrennungsluft vorzuwärmen. Derartige Brenner sind als Rekuperationsbrenner bekannt. Das Vorwärmen des Verbrennungsluft-Brennstoffgemisches ist bei einem vormischenden Brenner nur sehr begrenzt möglich, da sich das Brennstoff-Luft-Gemisch ab der Zündtemperatur vorzeitig selbst entzünden würde. For combined heat and power systems come as burners that are part of a burner system, premixing burners or diffusion burners in question. Diffusion burners have the advantage that the residual heat in the exhaust gas can be fully used to preheat the combustion air. Such burners are known as recuperation burners. The preheating of the combustion air-fuel mixture is only very limited possible with a premixing burner, since the fuel-air mixture would ignite prematurely from the ignition temperature itself.
Aus dem Stand der Technik sind Rekuperationsbrenner für die Beheizung von Öfen bekannt. Die Patentanmeldung DE 101 49 329 A1 offenbart einen Rekuperationsbrenner mit einer kompakten Brennkammer. Die für die Verbrennung benötigte Luft wird durch Rohre von einer Luftkammer zu dem Brennraum geführt. Dabei sind Kanäle, durch die die Luft geführt wird, so angeordnet, dass ein Wärmetauscher gebildet wird, der die Wärme von den Abgasen auf die Luft überträgt. Der Brennstoff wird von einer gegenüber Brennkammer vorgesehenen Brennstoffkammer durch Rohre, die koaxial innerhalb der Rohre für die Luft vorgesehen sind, der Brennkammer zugeführt. Dieser Brenner kann zwar aufgrund der kompakten Brennkammer örtlich eine hohe Temperatur erzeugen, gibt jedoch aufgrund des großen Wärmetauschers auch in Bereichen, die nicht der Brennkammer zugeordnet sind, erhebliche Mengen an Wärme ab. Bei einem kompakten Wärmetauscher ist auch die Wärmeleitung und der Wärmeübergang geringer. Dies ist jedoch in einem Kraft-Wärme-Kopplungssystem unerwünscht. Die Wärme könnte zwar in dem Kraft-Wärme-Kopplungssystem als Heizwärme genutzt werden, dadurch wird jedoch das Verhältnis zwischen elektrischer Leistung und thermischer Leistung des Kraft-Wärme-Kopplungssystems verschlechtert. Andererseits könnte der Brenner in den Bereichen, die nicht der Brennkammer zugeordnet sind, isoliert werden. Dies geht jedoch auf Kosten des Bauraums. Recuperation burners for the heating of furnaces are known from the prior art. The patent application DE 101 49 329 A1 discloses a recuperation burner with a compact combustion chamber. The air required for the combustion is conducted through pipes from an air chamber to the combustion chamber. These are channels through which the air passed is arranged so that a heat exchanger is formed, which transfers the heat from the exhaust gases to the air. The fuel is supplied to the combustion chamber from a fuel chamber provided opposite the combustion chamber through pipes provided coaxially within the pipes for the air. Although this burner can locally generate a high temperature due to the compact combustion chamber, but due to the large heat exchanger in areas that are not associated with the combustion chamber, considerable amounts of heat from. In a compact heat exchanger, the heat conduction and the heat transfer is lower. However, this is undesirable in a combined heat and power system. Although the heat could be used in the combined heat and power system as heating heat, but the ratio between electrical power and thermal performance of the cogeneration system is deteriorated. On the other hand, the burner could be isolated in the areas that are not associated with the combustion chamber. However, this is at the expense of space.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem ein effizientes Brennersystem bereitzustellen, das kompakt aufgebaut ist und zugleich die Wärme bei hoher Temperatur in einem örtlich eng begrenzten Bereich zur Verfügung stellt. It is therefore an object of the invention to provide an efficient burner system for a combined heat and power system, which is compact and at the same time provides the heat at high temperature in a locally narrow range.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass in dem Brenner ein Brennstoffkanalsystem gebildet wird, welches eine Brennstoffkammer umfasst, die sich isolierend um die Bereiche erstreckt, von denen keine Wärme nach außen geführt werden soll. Der Vorteil ist, dass das Bauvolumen, das der Zuführung des Brennstoffes zum Brennraum dient, zugleich als Isolierung benutzt wird. Dabei ist der Brennstoff bevorzugt ein Brenngas, kann aber erfindungsgemäß auch ein flüssiger Brennstoff sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass der durch die Brennstoffkammer strömende Brennstoff die Verlustwärme abführt und so die Außenwand der Brennstoffkammer zusätzlich gekühlt wird. Darüber hinaus hat der erfindungsgemäße Brenner den Vorteil, dass zusätzlich zu der Luft auch der Brennstoff vorgewärmt wird und so zu einer Effizienzsteigerung führt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche. This object is achieved according to the features of claim 1, characterized in that in the burner, a fuel channel system is formed, which comprises a fuel chamber which extends in an insulating manner around the areas from which no heat is to be passed to the outside. The advantage is that the construction volume, which serves to supply the fuel to the combustion chamber, is also used as insulation. The fuel is preferably a fuel gas, but according to the invention may also be a liquid fuel. Another advantage is that the fuel flowing through the fuel chamber dissipates the heat loss and thus the outer wall of the fuel chamber is additionally cooled. In addition, the burner according to the invention has the advantage that in addition to the air and the fuel is preheated and thus leads to an increase in efficiency. Advantageous embodiments result from the features of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Brennersystem wird vorteilhaft in einem Kraft-Wärme- Kopplungssystem verwendet. Ebenfalls ist kann das erfindungsgemäße Brennersystem vorteilhaft in einem thermischen Wärmepumpensystem verwendet werden. The burner system according to the invention is advantageously used in a combined heat and power system. Also, the burner system of the present invention can be advantageously used in a thermal heat pump system.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. The invention will now be explained in detail with reference to FIGS.
Es stellen dar: They show:
Figur 1 : das erfindungsgemäße Brennersystem für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem, Figur 2: das Detail X des Brennersystems aus Figur 1 , Figur 3: das Detail Y des Brennersystems aus Figur 1. FIG. 1: the burner system according to the invention for a cogeneration system, FIG. 2: the detail X of the burner system from FIG. 1, FIG. 3: the detail Y of the burner system from FIG.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Brennersystem. Das Brennersystem um- fasst einen Brenner 1 und eine Wärmesenke 2. Die Wärmesenke 2 ist mit einer Wärmekraftmaschine mit externer Verbrennung, beispielsweise einem Stirlingmotor oder einem thermoakustischen Generator, verbunden bzw. ist Bestandteil der Wärmekraftmaschine. Die hier nicht dargestellte Wärmekraftmaschine wandelt die Wärmeenergie in mechanische und anschließend in elektrische Energie um. Somit bildet das Brennersystem und die Wärmekraftmaschine zusammen mit einem mit der Wärmekraftmaschine verbundenen Generator ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem. Figures 1 to 3 show a burner system according to the invention. The burner system comprises a burner 1 and a heat sink 2. The heat sink 2 is connected to a heat engine with external combustion, for example a Stirling engine or a thermoacoustic generator, or is part of the heat engine. The heat engine, not shown here converts the heat energy into mechanical and then into electrical energy. Thus, the burner system and the heat engine together with a generator connected to the heat engine forms a combined heat and power system.
Das Brennersystem umfasst ein Brennstoffkanalsystem 3, ein Luftkanalsystem 4 sowie ein Abgaskanalsystem 5. Das Brennstoffkanalsystem 3 sowie das Luftkanalsystem 4 sind innerhalb des Brenners 1 vorgesehen, das Abgaskanalsystem 5 erstreckt sich zusätzlich auch auf die Wärmesenke 2. Der in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Brenner 1 ist zylinderförmig aufgebaut. Es sind jedoch auch andere Bauformen möglich und erfindungsgemäß eingeschlossen. The burner system comprises a fuel channel system 3, an air channel system 4 and an exhaust gas channel system 5. The fuel channel system 3 and the air channel system 4 are provided within the burner 1, the exhaust gas channel system 5 also extends to the heat sink 2. The burner 1 shown in the embodiment is constructed cylindrical. However, other designs are possible and included according to the invention.
Die für die Verbrennung benötigte Luft bzw. ein anderes sauerstoffhaltiges Gas wird von außen dem Luftkanalsystem 4 zugeführt. Die einströmende Luft verteilt sich zunächst in der Luftkammer, die an der der Wärmesenke gegenüberliegenden Seite des Brenners angeordnet ist. In der Luftkammer wird die Luft auf mehrere Rohre 14 verteilt, die die Luft ab Dichte und durch die Wärmetauscherkammer 8 führen. Die Rohre 14 und die Wärmetauscherkammer 8 bilden einen zweiten Wärmetauscher 7. In dem Wärmetauscher 7 nimmt die zugeführte Luft die Wärme des Abgases auf. Somit wird die Wärme des Abgases für den Verbren- nungsprozess zurück gewonnen. Der zweite Wärmetauscher 7 ist ebenfalls zylinderförmig aufgebaut. The air required for the combustion or another oxygen-containing gas is supplied to the air duct system 4 from the outside. The inflowing air is initially distributed in the air chamber, which is arranged on the opposite side of the heat sink of the burner. In the air chamber, the air is distributed to a plurality of tubes 14, which guide the air from density and through the heat exchanger chamber 8. The tubes 14 and the heat exchanger chamber 8 form a second heat exchanger 7. In the heat exchanger 7, the supplied air absorbs the heat of the exhaust gas. Thus, the heat of the exhaust gas is recovered for the combustion process. The second heat exchanger 7 is also cylindrical.
Der für die Verbrennung benötigte Brennstoff wird von außen dem Brennstoffkanalsystem 3 zugeführt. Zunächst strömt der Brennstoff in eine den zweiten Wärmetauscher 7 umhüllende Brennstoffkammer 12 ein. Dadurch, dass die Brennstoffkammer 12 den zweiten Wärmetauscher 7 im Bereich des Zylindermantels und die Luftkammer 13 den zweiten Wärmetauscher 7 umhüllen, wird der zweite Wärmetauscher 7 gegenüber der Umgebung des Brenners 1 thermisch isoliert. Zusätzlich wird eine Übertragung von Wärme vom zweiten Wärmetauscher 7 auf die Umgebung dadurch verringert, dass Luft bzw. das durch die Kammern geleitet werden und zusätzlich Wärme abführen. Die Rohre 14 sind aus dem zweiten Wärmetauscher 7 auf der Seite der Wärmesenke herausgeführt und enden unmittelbar vor der Brennkammer 9. Die Brennkammer 9 wird in Richtung des zweiten Wärmetauschers 7 von einer Düsenplatte 1 1 abgeschlossen, welche mehrere Öffnungen 15 aufweist. Durch diese Öffnungen 15 kann einerseits der Brennstoff aus der Brennstoffkammer 12, die auf der gegenüberliegenden Seite an die Düsenplatte 1 1 angrenzt, in die Brennkammer 9 einströmen. Andererseits nimmt die Rohre 14 zur Zuführung der Luft im Bereich der Öffnungen 15, so dass hier eine Mischzone 16 gebildet wird, in der sich Brennstoff und Luft mischen und verbrennen. Durch ein Abgaskanalsystem 5 werden die Abgase aus der Brennkammer 9 geleitet. Dazu strömen die Abgase zunächst über mehrere Teilekanäle zur Wärmesenke, wo sie einen ersten Wärmetauscher 6 bilden. In den ersten Wärmetauscher 6 wird die Wärme der Abgase auf die Wärmesenke 2 übertragen. Anschließend werden die Abgase umgelenkt und in Richtung der Brennkammer zurückgeführt, mittels eines Brennkammerkanals 10 abdichtend gegenüber der Brennkammer durch die Brennkammer hindurchgeführt und in die Brennstoffkammer 12 des zweiten Wärmetauschers 7 geleitet, um die restliche Wärme auf die durch die Rohre 14 strömende Luft zu übertragen. Am der Wärmesenke gegenüberliegenden Ende des Brenners 1 werden die Abgase anschließend durch eine Verbindung nach außen geführt und über einen hier nicht dargestelltes Abgassystem abgeführt. The fuel required for the combustion is supplied from the outside of the fuel channel system 3. First, the fuel flows into a fuel chamber 12 enclosing the second heat exchanger 7. Due to the fact that the fuel chamber 12 surrounds the second heat exchanger 7 in the region of the cylinder jacket and the air chamber 13 surrounds the second heat exchanger 7, the second heat exchanger 7 is thermally insulated from the surroundings of the burner 1. In addition, a transfer of heat from the second heat exchanger 7 to the environment is reduced by the fact that air or are passed through the chambers and additionally dissipate heat. The tubes 14 are led out of the second heat exchanger 7 on the side of the heat sink and terminate immediately before the combustion chamber 9. The combustion chamber 9 is closed in the direction of the second heat exchanger 7 of a nozzle plate 1 1, which has a plurality of openings 15. On the one hand, the fuel from the fuel chamber 12, which adjoins the nozzle plate 11 on the opposite side, can flow into the combustion chamber 9 through these openings 15. On the other hand, the tubes 14 for supplying the air in the region of the openings 15, so that Here, a mixing zone 16 is formed, mix in the fuel and air and burn. Through an exhaust duct system 5, the exhaust gases are passed from the combustion chamber 9. For this purpose, the exhaust gases first flow through several part channels to the heat sink, where they form a first heat exchanger 6. In the first heat exchanger 6, the heat of the exhaust gases is transferred to the heat sink 2. Subsequently, the exhaust gases are deflected and returned in the direction of the combustion chamber, sealingly passed through the combustion chamber by means of a combustion chamber 10 with respect to the combustion chamber and passed into the fuel chamber 12 of the second heat exchanger 7 to transfer the remaining heat to the air flowing through the tubes 14. At the heat sink opposite end of the burner 1, the exhaust gases are then passed through a connection to the outside and discharged via an exhaust system, not shown here.
Dadurch, dass die Luft in Form von Röhren durch die Wärmetauscherkammer 8 geführt werden, wird ein sehr hoher Anteil der Restwärme im Abgas auf die Luft übertragen. Dadurch ist eine sehr effiziente Verbrennung möglich. Zusätzlich wird auch Wärme vom zweiten Wärmetauscher 7 nach außen auf den durch die Brennstoffkammer 12 strömenden Brennstoff übertragen. Die am Wärmeübergang beteiligte Oberfläche sowie die die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffs beeinflussende Querschnittsfläche der Brennstoffkammer 12 sind so bemessen, dass einerseits möglichst viel Wärme abgeführt wird, andererseits der Brennstoff eine zulässige Maximaltemperatur, zum Beispiel bei Methan 500 bis 700 °C, nicht überschreitet, da sonst eine Vercrackung des Brennstoffs stattfindet. Characterized in that the air in the form of tubes are passed through the heat exchanger chamber 8, a very high proportion of the residual heat in the exhaust gas is transmitted to the air. This makes a very efficient combustion possible. In addition, heat is also transferred from the second heat exchanger 7 to the outside to the fuel flowing through the fuel chamber 12. The involved in the heat transfer surface and the flow velocity of the fuel influencing cross-sectional area of the fuel chamber 12 are dimensioned so that on the one hand as much heat is dissipated, on the other hand, the fuel a permissible maximum temperature, for example, in methane 500 to 700 ° C does not exceed, otherwise a cracking of the fuel takes place.
Durch die erfindungsgemäße Bauweise wird ein sehr effizientes und zugleich sehr kompaktes Brennersystem bereitgestellt. Zudem lässt es sich sehr einfach aus gelochten Blechen und Rohren zusammensetzen, so dass das Brennersystem sehr einfach herstellbar ist. Insbesondere kann der zweite Wärmetauscher 7 formatiert und in ein unter Teil 18 eingebaut werden, welches dann in das Oberteil 17 eingeschoben wird. Das Oberteil 17 wiederum kann sehr einfach an die Wärmesenke 6 angeflanscht werden. Bezugszeichenliste The construction according to the invention provides a very efficient and at the same time very compact burner system. In addition, it can be composed very easily from perforated sheets and tubes, so that the burner system is very easy to produce. In particular, the second heat exchanger 7 can be formatted and installed in a part 18, which is then inserted into the upper part 17. The upper part 17 in turn can be easily flanged to the heat sink 6. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Brenner 1 burner
2 Wärmesenke  2 heat sink
3 Brennstoffkanalsystem 3 fuel channel system
4 Luftkanalsystem 4 air duct system
5 Abgaskanalsystem 5 exhaust duct system
6 Erster Wärmetauscher6 First heat exchanger
7 Zweiter Wärmetauscher7 Second heat exchanger
8 Wärmetauscherkammer8 heat exchanger chamber
9 Brennkammer 9 combustion chamber
10 Brennkammerkanal 10 combustion chamber channel
1 1 Düsenplatte 1 1 nozzle plate
12 Brennstoffkammer 12 fuel chamber
13 Luftkammer 13 air chamber
14 Rohr  14 pipe
15 Öffnung  15 opening
16 Mischzone  16 mixing zone
17 Oberteil  17 upper part
18 Unterteil  18 lower part

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
Brennersystem für ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem mit externer Verbrennung, umfassend einen Brenner (1 ) zum Umwandeln von in einem Brennstoff chemisch gebundener Energie in Wärmeenergie und einen ersten Wärmetauscher (6) zum Übertragen von Wärme auf eine Wärmesenke (2), wobei der Brenner (1 ) ein Brennstoffkanalsystem (3) zum Führen des Brennstoffes, ein Luftkanalsystem (4) zum Führen der Luft und ein Abgaskanalsystem (5) zum Führen des Abgases umfasst, wobei das Brennstoffkanalsystem (3) und das Luftkanalsystem (4) in einer Brennkammer (9) zur Verbrennung des Brennstoffs zusammengeführt werden und das Abgaskanalsystem (5) dazu ausgelegt ist, das Abgas von der Brennkammer (9) abzuleiten, wobei der Brenner (1 ) ferner mit dem ersten Wärmetauscher (6) zum Übertragen der Wärme von der Brennkammer (9) und/oder von dem Abgas an die Wärmesenke Burner system for a combined heat and power system with external combustion, comprising a burner (1) for converting energy chemically bound in a fuel into thermal energy and a first heat exchanger (6) for transferring heat to a heat sink (2), the burner (1) comprises a fuel duct system (3) for guiding the fuel, an air duct system (4) for guiding the air and an exhaust duct system (5) for guiding the exhaust gas, the fuel duct system (3) and the air duct system (4) being in a combustion chamber ( 9) are combined to burn the fuel and the exhaust duct system (5) is designed to divert the exhaust gas from the combustion chamber (9), the burner (1) also being connected to the first heat exchanger (6) for transferring the heat from the combustion chamber ( 9) and/or from the exhaust gas to the heat sink
(2) verbunden ist, und wobei der Brenner (1 ) ferner einen zweiten Wärmetauscher (7) zum Übertragen der Wärme von dem Abgas auf die Luft umfasst, wobei das Abgaskanalsystem (5) so angeordnet ist, dass das Abgas zuerst den ersten Wärmetauscher (6) und danach den zweiten Wärmetauscher (7) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffkanalsystem (3) eine Brennstoffkammer (12) umfasst, die den zweiten Wärmetauscher (7) zumindest teilweise so umgibt, dass die Brennstoffkammer (12) den zweiten Wärmetauscher (7) gegenüber der Umgebung des Brenners (1 ) thermisch isoliert. (2) is connected, and wherein the burner (1) further comprises a second heat exchanger (7) for transferring the heat from the exhaust gas to the air, wherein the exhaust duct system (5) is arranged so that the exhaust gas first passes the first heat exchanger (2). 6) and then flows through the second heat exchanger (7), characterized in that the fuel channel system (3) comprises a fuel chamber (12) which at least partially surrounds the second heat exchanger (7) in such a way that the fuel chamber (12) covers the second heat exchanger ( 7) thermally insulated from the surroundings of the burner (1).
Brennersystem nach Anspruch 1 , wobei die Brennstoffkammer (12) mindestens 30 %, bevorzugt mindestens 50 % der Oberfläche des zweiten Wärmetauschers (7) überdeckt. Burner system according to claim 1, wherein the fuel chamber (12) covers at least 30%, preferably at least 50% of the surface of the second heat exchanger (7).
3. Brennersystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Wärmetauscher (7) eine Wärmetauscherkammer (8) umfasst, die einen Teil des Abgaskanalsystems (5) darstellt und durch die Abgas geleitet wird, wobei der zweiter Wärmetauscher (7) mehrere Rohre (14) umfasst, die einen Teil des Luftkanalsystems (4) darstellen und durch die Luft geleitet wird, und wobei die Rohre (14) die Wärmetauscherkammer (8) so durchdringen, dass Wärme vom Abgas auf die Luft übertragbar ist. 3. Burner system according to claim 1 or 2, wherein the second heat exchanger (7) comprises a heat exchanger chamber (8), which represents part of the exhaust gas duct system (5) and through which exhaust gas is passed, the second heat exchanger (7) having a plurality of tubes (14 ), which represent part of the air duct system (4) and through which air is passed, and wherein the pipes (14) penetrate the heat exchanger chamber (8) in such a way that heat can be transferred from the exhaust gas to the air.
4. Brennersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkammer (9) zum zweiten Wärmetauscher (7) hin durch eine Düsenplatte (1 1 ) begrenzt wird, wobei die Düsenplatte (1 1 ) direkt an das Brennstoffkanalsystem (3) angrenzt und Öffnungen (15) aufweist, durch die Brennstoff in die Brennkammer (9) strömen kann, und wobei Rohre (14), die einen Teil des Luftkanalsystems (4) darstellen und durch die Luft geleitet wird durch das Brennstoffkanalsystem (3) hindurch geführt werden und im Bereich der Öffnungen (15) enden, so dass die Öffnungen (15) und die Enden der Rohre (14) eine Mischzone (16) bilden, in der Brennstoff mit Luft vermischt und verbrannt werden kann. 4. Burner system according to one of the preceding claims, wherein the combustion chamber (9) is delimited towards the second heat exchanger (7) by a nozzle plate (1 1), the nozzle plate (1 1) directly adjoining the fuel channel system (3) and openings ( 15), through which fuel can flow into the combustion chamber (9), and wherein pipes (14), which represent part of the air duct system (4) and through which air is conducted, are guided through the fuel duct system (3) and in the area of the openings (15), so that the openings (15) and the ends of the tubes (14) form a mixing zone (16) in which fuel can be mixed with air and burned.
5. Brennersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Wärmetauscher (6), die Brennkammer (9) und der zweite Wärmetauscher (7) hintereinander angeordnet sind und das Abgaskanalsystem (5) so ausgebildet ist, dass das Abgas von der Brennkammer (9) ausgehend zunächst durch den ersten Wärmetauscher (6) geführt wird, danach um 180 ° umgelenkt und mittels eines Brennkammerkanals (10), welcher einen Teil des Abgaskanalsystems (5) darstellt, abgedichtet durch die Brennkammer (9) hindurch in den zweiten Wärmetauscher (7) geführt wird. 5. Burner system according to one of the preceding claims, wherein the first heat exchanger (6), the combustion chamber (9) and the second heat exchanger (7) are arranged one behind the other and the exhaust gas duct system (5) is designed such that the exhaust gas from the combustion chamber (9 ) is first guided through the first heat exchanger (6), then deflected by 180 ° and sealed through the combustion chamber (9) into the second heat exchanger (7) by means of a combustion chamber channel (10), which represents part of the exhaust gas channel system (5). ) to be led.
6. Brennersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Luftkanalsystem (4) eine Luftkammer (13) umfasst, die den zweiten Wärmetauscher (7) zumindest teilweise und in Bereichen, in denen das Brennstoffkanalsystem (3) den zweiten Wär- metauscher (7) nicht umgibt, so umgibt, dass die Luftkammer (13) den zweiten Wärmetauscher (7) gegenüber der Umgebung des Brenners (1 ) thermisch isoliert. 6. Burner system according to one of the preceding claims, wherein the air duct system (4) comprises an air chamber (13) which contains the second heat exchanger (7) at least partially and in areas in which the fuel duct system (3) carries the second heat does not surround the heat exchanger (7), so that the air chamber (13) thermally insulates the second heat exchanger (7) from the surroundings of the burner (1).
Brennersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brenner (1 ) durch ein Oberteil (17) und ein Unterteil (18) gebildet wird, wobei das Oberteil (17) zumindest einen Teil des erster Wärmetauschers (6) und zumindest einen Teil des Abgaskanalsystems (5) umfasst, und wobei das Unterteil (18) das Luftkanalsystem (4), das Brennstoffkanalsystem (3) den zweiten Wärmetauscher (7) umfasst, und wobei das Oberteil (17) und ein Unterteil (18) zusammensteckbar ausgebildet sind. Burner system according to one of the preceding claims, wherein the burner (1) is formed by an upper part (17) and a lower part (18), the upper part (17) comprising at least part of the first heat exchanger (6) and at least part of the exhaust gas duct system ( 5), and wherein the lower part (18) comprises the air duct system (4), the fuel duct system (3) comprises the second heat exchanger (7), and wherein the upper part (17) and a lower part (18) are designed to be pluggable together.
Kraft-Wärme-Kopplungssystem, umfassend ein Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Combined heat and power system comprising a burner system according to one of claims 1 to 7.
Thermisches Wärmepumpensystem, umfassend ein Brennersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Thermal heat pump system comprising a burner system according to one of claims 1 to 7.
EP14808915.4A 2013-12-16 2014-12-01 Burner system for an external combustion cogeneration plant Withdrawn EP3084302A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA962/2013A AT515221A1 (en) 2013-12-16 2013-12-16 Burner system for a combined heat and power system with external combustion
PCT/EP2014/076102 WO2015090918A1 (en) 2013-12-16 2014-12-01 Burner system for an external combustion cogeneration plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3084302A1 true EP3084302A1 (en) 2016-10-26

Family

ID=52014049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14808915.4A Withdrawn EP3084302A1 (en) 2013-12-16 2014-12-01 Burner system for an external combustion cogeneration plant

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3084302A1 (en)
AT (1) AT515221A1 (en)
WO (1) WO2015090918A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014224086A1 (en) 2014-11-26 2016-06-02 Vaillant Gmbh burner

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3202938A1 (en) * 1981-11-06 1983-05-19 Feraton Anstalt, 9494 Schaan METHOD AND DEVICE FOR HEATING COMBUSTION AIR AND FUEL IN HEATING SYSTEMS
EP0324043B1 (en) * 1988-01-15 1991-09-04 WS Wärmeprozesstechnik GmbH Industrial burner using recuperative air preheating, especially for heating the chambers of industrial furnaces
DE4419332A1 (en) * 1994-06-02 1995-12-14 Wuenning Joachim Industrial burner with low NO¶x¶ emissions
DE19947294A1 (en) * 1999-10-01 2001-04-19 Mika Heiztechnik Gmbh Central heating fluid fuel burning boiler has a circulating flue gas arrangement to reduce the flue gas outer casing temperatures
DE10217524B4 (en) * 2002-04-19 2005-10-13 WS - Wärmeprozesstechnik GmbH Burner with side outlet for flameless oxidation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2015090918A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015090918A1 (en) 2015-06-25
AT515221A1 (en) 2015-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1614964B1 (en) Burner
DE102012023257B4 (en) Method and device for thermal afterburning of hydrocarbons containing gases
DE2940431A1 (en) COMBUSTION CHAMBER WITH STAGE FUEL INJECTION AND METHOD FOR OPERATING A HIGH TEMPERATURE COMBUSTION CHAMBER
EP0685683A2 (en) Industrial burner with low NOx-emissions
WO2017085301A9 (en) Method and apparatus for adjusting the ignition characteristics of a fuel, in particular in order to lower exhaust emissions of combustion devices
DE69910334T2 (en) METHOD AND DEVICE FOR TREATING AN AIR-FUEL MIXTURE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND HEAT EXCHANGERS
DE112014004655B4 (en) Fuel injector for a gas turbine
EP1446610A1 (en) Method of combustion, in particular methods for the production of electrical current and/or heat
DE102006019409B4 (en) Reformer reactor, its use and method of operation of the reformer
EP3084302A1 (en) Burner system for an external combustion cogeneration plant
EP0210205B1 (en) Device for combustion of liquid and gas fuels producing nitrogen oxide-free exhaust gases
DE102013112162A1 (en) Mikromischerdüse
DE102015107360A1 (en) Low NOx combustion system for traveling grate pelleting plants
DE102008020424A1 (en) Ölvormischbrenner
EP3035430A1 (en) Fuel cell module
DE2659225A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR BURNING CARBON FUELS
EP1752647B1 (en) Combined heat and power plant
DE4202107A1 (en) Heat exchanger for recovery from catalytic gas combustion - incorporates parallel ducts with catalyst coatings on alternate walls sepg. flows of combustion gas and coolant.
DE2922083A1 (en) Firing plant with furnace chamber, burner and burner tuber - with preheater tube surrounding flame to vaporise fuel
DE102010046733A1 (en) Ölvormischbrenner
DE102011001374B4 (en) Method and device for cleaning a pollutant-containing fluid
DE102014224086A1 (en) burner
AT519608B1 (en) Fuel cell system with burner with injector
EP3904764B1 (en) Boiler system for treating waste gases
WO2018108321A1 (en) Heat exchanger having a burner

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20160519

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20170424

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170905