EP3786524A1 - Regenerativbrenner für stark reduzierte nox emissionen - Google Patents

Regenerativbrenner für stark reduzierte nox emissionen Download PDF

Info

Publication number
EP3786524A1
EP3786524A1 EP20190654.2A EP20190654A EP3786524A1 EP 3786524 A1 EP3786524 A1 EP 3786524A1 EP 20190654 A EP20190654 A EP 20190654A EP 3786524 A1 EP3786524 A1 EP 3786524A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
gas
air
nozzle
fuel
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.)
Pending
Application number
EP20190654.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Wiggen
Markus Mayrhofer
Michael Koller
Andreas Kraly
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.)
GAUTSCHI ENGINEERING GmbH
HPI HIGH PERFORMANCE INDUSTRIETECHNIK GmbH
Ebner Industrieofenbau GmbH
Original Assignee
Hpi High Performance Ind GmbH
Hpi High Performance Industrietechnik GmbH
Ebner Industrieofenbau GmbH
Gautschi Eng GmbH
Gautschi Engineering 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 Hpi High Performance Ind GmbH, Hpi High Performance Industrietechnik GmbH, Ebner Industrieofenbau GmbH, Gautschi Eng GmbH, Gautschi Engineering GmbH filed Critical Hpi High Performance Ind GmbH
Publication of EP3786524A1 publication Critical patent/EP3786524A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • F23D14/20—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
    • F23D14/24—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 at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • 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
    • F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
    • 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
    • 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
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • 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
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • 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
    • F23D2201/00—Burners adapted for particulate solid or pulverulent fuels
    • F23D2201/20—Fuel flow guiding devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/31019—Mixing tubes and burner heads

Definitions

  • the invention relates to a burner for burning fluid or aerosol fuels, in particular gaseous fuels, which can be used for heating, melting and keeping warm in processes with high temperature requirements, such as in melting furnaces. A corresponding procedure is also given.
  • gaseous fuels are natural gas (with a major component of methane), ethane, propane, butane, ethene, pentanes and hydrogen.
  • NOx nitrogen oxide
  • Regenerative burners in aluminum smelting furnaces are very susceptible to the development of thermal energy NOx. The reason for this is that the temperatures in the furnace can get very high and that the air is preheated to a very high temperature before combustion. This creates very high peak temperatures in the flame, which in turn can lead to high NOx emissions.
  • Oxygen burners reduce NOx emissions due to the lack of nitrogen. Here, however, the combustion must be carefully controlled. In the event that air comes into contact with the flame due to leaks in the furnace chamber or other phenomena, the NOx emissions rise sharply.
  • staged combustion can be carried out, but this can only reduce emissions up to a certain point or degree.
  • DE 41 42 401 A1 describes a method for operating a heating of a furnace based on one or more burners.
  • oxygen is used to reduce the formation of nitrogen oxides to burn the fuel.
  • the object of the present invention is to reduce the NOx emissions and at the same time to provide an efficient and inexpensive burner.
  • the invention provides a burner according to the invention for burning fluid or aerosol-like, in particular gaseous fuels, in particular according to claim 1.
  • a burner with a refractory burner body.
  • the burner body has a gas nozzle and several air nozzles which are at least partially formed in the burner body as integral formations and emerge on a front side of the burner body.
  • the air nozzles are arranged symmetrically around the gas nozzle and diverge at an angle ⁇ to the gas nozzle.
  • the refractory material in particular that of the burner, experiences less stress, which extends the life of the material and the device equipped with it.
  • the symmetrical arrangement of the air nozzles in particular their outlet opening (s) on the outlet or front side of the burner, means, among other things, that they are arranged concentrically around the gas nozzle and have at least one axis of symmetry. In the case of several axes of symmetry, each axis of symmetry can have the same angle to the neighboring axis of symmetry.
  • the air nozzles can have different distances from the gas nozzle.
  • the air nozzles are preferably located on one or more, in particular concentric, circles around the gas nozzle and are evenly distributed on this or these, ie arranged on the respective circle at the same distance from one another.
  • the air nozzles are oriented on an outer circle at an angle ⁇ and the air nozzles on the inner circle or circles are oriented at an angle ⁇ , the angle ⁇ being smaller than the angle ⁇ ; alternatively the angle of the air nozzles of a circle becomes linear or exponentially smaller with each circle closer to the gas nozzle.
  • the axes of symmetry can relate not only to the arrangement of the air nozzles, but also to their design, in particular their outlet opening (s). Their shape and / or size or exit surface are to be understood here, which are point-symmetrical and / or axially symmetrical.
  • air as a gas mixture also facilitates the production and use of a corresponding system, in particular a furnace, with one or more burners according to the invention.
  • the ambient air is sucked in and then preferably (gas and / or dust) filtered, dried, pre-cooled and / or warmed before it is fed into the air nozzles of the burner.
  • the gas nozzle is preferably supplied with gaseous fuel, but can also be operated with other fluid or aerosol fuels.
  • aerosols i.e. solid particles or liquid particles in a gas
  • these particles form the fuel.
  • the burner in particular the gas outlet nozzle, can have an atomizer in order to distribute and mix the particles in the gas.
  • the angle ⁇ between the gas nozzle and one or more air nozzles, in particular one or more main combustion air nozzles is in the range from 1 to 45 degrees.
  • the angle ⁇ is preferably 4 degrees.
  • the smaller the angle ⁇ the better the expelled air can entrain the gas.
  • the larger the angle ⁇ the better the distribution of the expelled air in front of the burner or in the furnace.
  • the air enters the combustion chamber through the air nozzle. Since the air nozzles are arranged diverging from one another at the same time, the air initially flows away from the gas jet. Due to the increasing mixing with exhaust gas, however, the gas jet and the air jets spread, so that after a certain time the gas jet and the air jets meet.
  • the angle between the two air nozzles is consequently smaller than the angle at which the jets spread out from the outlet opening (also referred to as the radiation or outlet angle).
  • the exit angle is preferably 18 ° and describes the directivity of the nozzle. Under the directional effect of a nozzle is in particular to understand the angle of the velocity vectors of the gas particles; the more parts of the outflowing gas have a speed running parallel to the axis of a nozzle, the smaller the angle of the outflowing gas and the more thrust-effective and far-reaching is the emerging gas.
  • the burner body can have two to eight, preferably four, air nozzles.
  • the symmetrical and simultaneously directed air distribution increases with the number of air nozzles. While a small number of air nozzles enables better mixing of the air with the exhaust gases and thus reduces the combustion of the gas, the combustion temperature and the NOx emissions, a larger number of air nozzles has better symmetrical distribution properties.
  • Four air nozzles create an optimal configuration between NOx emissions and symmetrical distribution of the expelled air.
  • Another advantageous design option is to adapt the size of the outlet openings of the air nozzles.
  • the air nozzles should have outlet openings with a total area that is at most half a circular area of the front of the burner body.
  • the air nozzles can also have outlet openings, the width of which increases radially starting from the gas nozzle.
  • the outlet openings can form trapezoidal outlet surfaces on the front of the burner.
  • the gas nozzle has a pre-combustion chamber which is formed in the burner body.
  • each or at least one air nozzle has a pre-combustion air nozzle which connects the air nozzle to the pre-combustion chamber.
  • the gas nozzle preferably has a swirl nozzle for swirling the fuel, which is inserted in the burner body. This has the advantage of promoting a mixing of the fuel with the air in and / or after the swirl nozzle and thus a spatially distributed combustion of the gas.
  • the burner body is preferably formed by a first burner block with the front side, a second burner block which is arranged coaxially to the first burner block, and a third burner block, in particular with a burner mouth, as the outer casing of the first and second fuel blocks.
  • the split burner head or body is justified in terms of production technology, as it can be cast better this way.
  • the burner stones are preferably each cast in a separate steel jacket. The division of the burner body into a first and a second burner block enables the gas outlet nozzle and the swirl nozzle to be inserted more easily.
  • the burner mouth is funnel-shaped and can have an angle to the longitudinal or gas flame axis in the range of 15 to 75 degrees.
  • this angle is always greater than the angle o so that the combustible gas and the air do not immediately compress and mix with one another when they exit the burner.
  • the burner mouth can be provided by the internal geometry of the furnace instead of on the third burner block, which is why the third burner block can be omitted from the burner body in other embodiments.
  • the burner stones are preferably cylindrical, but can also be cuboid or elliptical.
  • a rectangular front side attention is also paid to a symmetrical arrangement of the air nozzles around the gas nozzle, the arrangement also being symmetrical to the rectangular front side of the burner, in particular the first and third burner blocks.
  • the air nozzles in particular their outlet opening (s), can have an outwardly tapering mouth or frame in order to accelerate the air and thus improve the directivity of the expelled air.
  • the same feature with regard to the taper can, additionally or alternatively, in the case of the gas nozzle, in particular its outlet opening (s).
  • said outlet openings can be shaped in such a way as to expel the air and / or the gas in a specific direction and thus to form the said angle ⁇ .
  • the gas nozzle and / or the air nozzles can be partially or completely formed integrally in the burner body by casting and / or mechanical finishing.
  • components can be used in the burner body which at least partially form the nozzles and their paths or channels. These components can serve as a connecting piece between multi-part burner stones, influence the direction and / or speed of the gas or air and / or seal the corresponding nozzle from external gases, as can e.g. be the case with the swirl nozzle.
  • Pressed refractory wool or paper is preferably used as filling and / or sealing material in and / or around the burner, in particular between the burner stones.
  • the air exits preferably at a speed of 80 to 200 m per second.
  • the gas exits preferably at a speed of 30 to 100 meters per second.
  • a partial volume of the Gas mixture provided to the fuel in such a way that a certain percentage of the fuel pre-burns.
  • This pre-combustion results in a staged combustion of the gas, a stronger temperature distribution and the elimination or at least a reduction of temperature peaks during the combustion.
  • gaseous fuel is swirled and / or rotated before it is ejected. This allows better mixing with the gas mixture and thus better spatially distributed combustion, instead of punctual combustion areas.
  • the gas mixture is advantageously ejected in such a way that the at least two directions are equally spaced from one another or have the same angle around the gas flame.
  • the exit directions form imaginary intersections / points on a plane perpendicular to the gas flame or its longitudinal axis, which lie on a circle concentric around the flame and are evenly distributed on this circle.
  • the burner 15 which has a burner body which is formed by a first burner block 1, a second burner block 2 and a third burner block 3. All three burner stones 1, 2, 3 are individual parts of the burner body and lie to each other.
  • the first and second burner blocks 1, 2 are cylindrical and the third burner block 3 is hollow-cylindrical, the first and second burner blocks 1, 2 being arranged in the third burner block 3.
  • the arrangement can be precisely fitting or, if there are inaccuracies in the dimensions, it can be made or supported by means of insulating wool and / or refractory paper / wool between the burner stones.
  • these tongue and groove devices, rails and / or attachments or elevations and depressions can have and thereby enable a specific or predetermined composition of the burner blocks.
  • the burner 15 shown is equipped with a gas nozzle and four air nozzles.
  • the gas nozzle preferably has the following components, which are arranged one after the other and coaxially or along a longitudinal axis 14 to one another: a hollow cylindrical outlet nozzle 11 made of metal, which is supplied with gas via a feed line 12; a swirl nozzle 9 for swirling the gas, which is inserted in the second burner block 2; a tubular mixing path 10 through which the fluidized gas is passed; a pre-combustion chamber 7 in which the mixing path 10 and four pre-combustion air nozzles or channels 5 of the air nozzles open.
  • the swirled gas is mixed with the air from the pre-combustion air nozzles 5 and preferably ignited initially.
  • the mixing path 10 and the pre-combustion chamber 7 are integrally formed in the first burner block 1.
  • the swirl nozzle 9 is located at the transition from the second burner block 2 to the first burner block 1.
  • the swirl nozzle 9 can be designed in such a way that no gases from the boundary / layer between the first and second burner blocks 1, 2 can enter the gas nozzle; ie the outside of the swirl nozzle 9 preferably seals the gas nozzle against unwanted gases or against gas leaks.
  • the outlet nozzle 11 is arranged in a cavity in the second burner block 2, the gas feed line 12 being arranged in a cooling line 13 which preferably supplies cooled air to cool the feed line 12 and the outlet nozzle 11.
  • a cooling line 13 which preferably supplies cooled air to cool the feed line 12 and the outlet nozzle 11.
  • Each air nozzle preferably has the following components: an air duct 4 which is formed in the second burner block 2 is; a main combustion air nozzle or duct 6 formed in the first burner block 1 and connected to the air duct 4; and a pre-combustion air nozzle or duct 5, which is also formed in the first burner block 1 and branches off from the main burner air nozzle 6 into the pre-combustion chamber 7.
  • the feed line 12 and the swirl nozzle 9 all other, in particular previously mentioned, components of the burner 15 are thus formed in the burner blocks 1, 2, 3 by means of cavities.
  • the angle ⁇ between the longitudinal axis 14 (or also the gas nozzle) and an air nozzle is shown, which characterizes the air flow diverging towards an exiting gas or a gas flame.
  • the air duct 4 and the main combustion nozzle 6 are identical to one another and form a duct of constant shape, thickness and width from the rear of the burner 15 to the front 16 of the burner 15.
  • the angle ⁇ is formed in particular between the longitudinal axis 14 and the inside or edge of the air duct 4 or the main combustion nozzle 6.
  • the channel 4 and the nozzle 6 can differ;
  • other components such as the outlet opening of the air nozzle, in particular the main combustion air nozzle 6 on the front, can be designed in such a way that the air is expelled at an angle ⁇ to the longitudinal axis 14.
  • the burner body or at least one or all of the burner blocks 1, 2, 3 is preferably refractory.
  • the first burner block 1 has a circular front face / surface 16 and the third burner block 3 has a funnel-shaped, widened burner mouth 8.
  • these components 16, 8 and the pre-combustion chamber 7 are designed to be at least fireproof; Or, alternatively, the components that are facing the combustion or gas flame and / or are exposed to heat / radiation.
  • the four main combustion air nozzles 6 and the pre-combustion chamber 7 exit at the front 16. In this case, these components form openings or exit surfaces which are arranged symmetrically about the longitudinal axis 14.
  • the burner 15 is off Figure 1 shown in a top view.
  • the circular front side / surface 16 of the first burner block 1 and the annular burner mouth 8 of the third burner block 3 are shown.
  • the partial blind hole of the pre-combustion chamber 7 with the adjoining mixing path 10 and the swirl nozzle 9 is formed.
  • the pre-combustion chamber 7 is a partial blind hole, since it does not close completely apart from an annular bottom.
  • the four openings to the pre-combustion air nozzles 5 are each arranged at a 90 degree angle around the center point or the longitudinal axis to one another.
  • the four openings of the main combustion air nozzles 6 are aligned radially from the longitudinal axis of the burner 15, in particular in a cross shape and identical to the four pre-combustion air nozzles 5. It should be noted that the area of an outlet opening of the main combustion air nozzle 6 is the same size and / or shaped as the cross section of the main combustion air nozzle 6 within the first burner block 1. In other embodiments, the outlet openings and their connected channels, such as the main combustion air nozzles 6, the pre-combustion air nozzle 5 and the air channels 4, can differ in their shape and / or size.
  • the openings shown each form a trapezoidal surface which tapers towards the longitudinal axis or widens towards the outer circumference of the burner 15. Other shapes instead of the trapezoidal shape are possible in other embodiments.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem feuerfesten Brennerkörper 1, 2, 3 zum Verbrennen von fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffen. Mit dem Ziel die NOx Emissionen zu reduzieren, weist der Brennerkörper eine Gasdüse 7, 9, 10, 11 und mehrere Luftdüsen 4, 6 auf, die in dem Brennerkörper zumindest teilweise als integrale Ausformungen ausgebildet sind und an einer Vorderseite 16 des Brennerkörpers austreten. Hierbei sind die Luftdüsen symmetrisch um die Gasdüse angeordnet und divergieren in einem Winkel α zur Gasdüse. Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verbrennen von fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffen mit reduzierten NOx Emissionen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffen, der für das Erhitzen, Schmelzen und Warmhalten bei Prozessen mit hohem Temperaturbedarf, wie z.B. bei Schmelzöfen, verwendet werden kann. Ebenso wird ein entsprechendes Verfahren angegeben.
  • Beispiele von gasförmigen Brennstoffen bilden Erdgas (mit einem Hauptbestandteil an Methan), Ethan, Propan, Butan, Ethen, Pentane und Wasserstoff.
  • Einer der Entstehungsmechanismen von NOx (Stickoxid) ist das thermische NOx. Dieses entsteht, wenn eine Mischung aus Stickstoff und Sauerstoff über eine gewisse Zeit sehr hohe Temperaturen erreicht. Hierbei ist der Einfluss von hohen Temperaturen überproportional groß. Regenerativbrenner von Aluminiumschmelzöfen sind sehr anfällig für die Entstehung von thermischen NOx. Der Grund dafür ist, dass die Temperaturen im Ofen sehr hoch werden können und dass die Luft bereits vor der Verbrennung auf eine sehr hohe Temperatur vorgewärmt wird. Hierdurch entstehen in der Flamme sehr hohe Spitzentemperaturen, welche wiederum zu hohen NOx Emissionen führen können.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits folgende Möglichkeiten zur Reduzierung der NOx Emissionen bekannt:
    Sauerstoffbrenner reduzieren aufgrund des fehlenden Stickstoffs die NOx Emissionen. Hierbei muss jedoch die Verbrennung genau kontrolliert werden. Für den Fall, dass durch Undichtigkeiten des Ofenraums oder andere Phänomene Luft mit der Flamme in Kontakt kommt, steigen die NOx Emissionen stark an.
  • Durch einen großen Abstand zwischen Luft- und Gasdüse wird eine bessere interne Rezirkulation gefördert. Dies hat allerdings den Nachteil, dass der Brennerkopf vergrößert wird und somit einen Platzmangel hervorruft. Zudem kann bei ungünstiger Chargierung bei einer dezentralen Gaslanze die Vermischung von Luft und Gas unterbrochen werden, was zu CO (Kohlenmonoxid) Emissionen führen kann.
  • Eine externe Rezirkulation zwischen Luft und Gas ist möglich, reduziert jedoch die Effizienz des Brenners und ist aufwändig in der Durchführung.
  • Alternativ kann eine gestufte Verbrennung durchgeführt werden, die aber die Emissionen nur bis zu einem bestimmten Punkt bzw. Grad reduzieren kann.
  • DE 41 42 401 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer auf einem oder mehreren Brennern basierenden Beheizung eines Ofens. Hierbei wird zur Senkung der Stickoxidbildung unter anderem Sauerstoff zur Verbrennung des Brennstoffs verwendet.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die NOx Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig einen effizienten und kostengünstigen Brenner bereitzustellen.
  • Hierzu gibt die Erfindung einen erfindungsgemäßen Brenner zum Verbrennen von fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffen, insbesondere nach Anspruch 1, an. Im Detail handelt es sich um einen Brenner mit einem feuerfesten Brennerkörper. Der Brennerkörper weist eine Gasdüse und mehrere Luftdüsen auf, die in dem Brennerkörper zumindest teilweise als integrale Ausformungen ausgebildet sind und an einer Vorderseite des Brennerkörpers austreten. Hierbei sind die Luftdüsen symmetrisch um die Gasdüse angeordnet und divergieren in einem Winkel α zur Gasdüse.
  • Dies hat den Vorteil, dass durch den Ausstoß und die Verteilung der Luft weg von der Flamme geringere NOx Emissionen entstehen. Somit wird das Gas nicht vollständig gleich mit Austritt aus der Gasdüse verbrannt, sondern erstmal im Ofen verteilt. Durch den Winkel kann folglich die Luft in einem divergierenden Winkel ausgestoßen, die Flamme verlängert und die Vermischung von Luft und Erdgas mit Abgas erhöht werden, was zu geringeren Spitzentemperaturen und somit auch zu geringeren NOx Emissionen führt.
  • Die längere Flammenfront, die aufgrund der symmetrischen Verteilung der aus den Luftdüsen ausgestoßenen Luft entsteht, führt zu einer gleichmäßigeren Wärmeübertragung mit keinen oder nur geringen Temperaturspitzen.
  • In Folge dessen, aber auch aufgrund der stärkeren Temperaturverteilung, erfährt das Feuerfestmaterial, insbesondere das des Brenners, eine geringere Belastung, wodurch die Lebenszeit des Materials und der damit ausgestatteten Vorrichtung verlängert wird.
  • Die symmetrische Anordnung der Luftdüsen, insbesondere deren Austrittsöffnung/en an der Austritts- bzw. Vorderseite des Brenners, bedeutet unter anderem, dass diese konzentrisch um die Gasdüse angeordnet sind und mindestens eine Symmetrieachse aufweisen. Im Fall von mehreren Symmetrieachsen kann jede Symmetrieachse den gleichen Winkel zur benachbarten Symmetrieachse haben. Zusätzlich können die Luftdüsen verschiedene Abstände zur Gasdüse einnehmen. Vorzugsweise liegen die Luftdüsen auf einem oder mehreren, insbesondere konzentrischen Kreisen um die Gasdüse und sind auf diesem bzw. diesen gleichmäßig verteilt, d.h. auf dem jeweiligen Kreis im gleichen Abstand zueinander angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Luftdüsen auf einem äußeren Kreis mit einem Winkel β und die Luftdüsen auf dem oder den inneren Kreisen mit einem Winkel α ausgerichtet, wobei der Winkel α kleiner als der Winkel β ist; alternativ wird der Winkel der Luftdüsen eines Kreises mit jedem Kreis näher zur Gasdüse linear oder exponentiell kleiner.
  • Ebenso können die Symmetrieachsen nicht nur die Anordnung der Luftdüsen, sondern auch deren Ausgestaltung, insbesondere deren Austrittsöffnung/en, betreffen. Hierbei sind deren Form und/oder Größe bzw. Austrittsfläche zu verstehen, die punkt- und/oder achsensymmetrisch ausgebildet sind.
  • Die Verwendung von Luft als Gasgemisch erleichtert zudem die Herstellung und Nutzung einer entsprechenden Anlage, insbesondere eines Ofens, mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Brennern. Hierbei wird die Umgebungsluft angesaugt und anschließend vorzugsweise (gas- und/oder staub-) gefiltert, getrocknet, vorgekühlt und/oder -gewärmt, bevor sie in die Luftdüsen des Brenners geleitet wird.
  • Die Gasdüse wird vorzugsweise mit gasförmigen Brennstoff versorgt, kann aber auch mit anderen fluiden oder aerosolförmigen Brennstoffen betrieben werden. Bei Aerosolen, also festen Teilchen oder flüssigen Teilchen in einem Gas, bilden die genannten Teilchen den Brennstoff. Außerdem kann der Brenner, insbesondere die Gasaustrittsdüse, einen Zerstäuber aufweisen, um die Teilchen in dem Gas zu verteilen und zu vermischen.
  • Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Winkel α zwischen Gasdüse und einem oder mehreren Luftdüsen, insbesondere einem oder mehreren Hauptbrennluftdüsen, in Bereich von 1 bis 45 Grad liegt. Vorzugsweise beträgt der Winkel α 4 Grad. Je kleiner der Winkel α ist, desto besser kann die ausgestoßene Luft das Gas mitreißen. Je größer der Winkel α ist, desto besser wird die Verteilung der ausgestoßenen Luft vor dem Brenner bzw. im Ofen. Die Luft gelangt über die Luftdüse in den Brennraum. Da die Luftdüsen gleichzeitig divergierend zueinander angeordnet sind, strömt die Luft zunächst vom Gasstrahl weg. Durch die zunehmende Vermischung mit Abgas breiten sich jedoch der Gasstrahl und die Luftstrahlen aus, so dass nach einer gewissen Zeit der Gasstrahl und die Luftstrahlen aufeinandertreffen. Der Winkel zwischen den beiden Luftdüsen ist folglich geringer sein, als der Winkel, in dem sich die Strahlen von der Austrittsöffnung ausbreiten (auch als Abstrahl- bzw. Austrittswinkel bezeichnet). Hierbei beträgt der Austrittswinkel vorzugsweise 18° und beschreibt die Richtwirkung der Düse. Unter Richtwirkung einer Düse ist insbesondere der Winkel der Geschwindigkeitsvektoren der Gasteilchen zu verstehen; je mehr Anteile des ausströmenden Gases eine parallel zur Achse einer Düse verlaufende Geschwindigkeit haben, umso kleiner ist der Winkel des ausströmenden Gases und umso schubwirksamer und weitreichender ist das austretende Gas.
  • Um eine bessere Luftverteilung mit gleichzeitig guter Richtwirkung der Luftdüsen zu erreichen, kann der Brennerkörper zwei bis acht, vorzugsweise vier, Luftdüsen aufweisen. Außerdem steigt die symmetrische und gleichzeitig gerichtete Luftverteilung mit der Anzahl der Luftdüsen. Während eine geringe Anzahl von Luftdüsen eine bessere Durchmischung der Luft mit den Abgasen ermöglicht und somit die Verbrennung des Gases, die Verbrennungstemperatur und die NOx Emission reduziert, hat eine größere Anzahl von Luftdüsen eine bessere symmetrische Verteilungseigenschaft. Vier Luftdüsen bilden eine optimale Ausgestaltung zwischen NOx Emission und symmetrischer Verteilung der ausgestoßenen Luft.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeit liegt in der Größenanpassung der Austrittsöffnungen der Luftdüsen. Hierbei sollten die Luftdüsen Austrittsöffnungen mit einer Gesamtfläche aufweisen, die maximal der Hälfte einer Kreisfläche der Vorderseite des Brennerkörpers beträgt.
  • Ebenso können die Luftdüsen Austrittsöffnungen aufweisen, deren Breite radial von der Gasdüse ausgehend wächst. Die Austrittsöffnungen können hierbei trapezförmige Austrittsflächen an der Vorderseite des Brenners bilden. Dadurch steigt die Menge bzw. das Luftvolumen der ausgestoßenen Luft zum Außenrand der Vorderseite hin, so dass eine Vermischung der Luft mit dem Gas nicht schlagartig und an einem räumlichen Punkt, sondern stetig und räumlich verteilt erfolgt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Gasdüse eine Vorbrennkammer auf, die im Brennerkörper ausgebildet ist. Zusätzlich weist jede oder zumindest eine Luftdüse eine Vorverbrennungsluftdüse auf, die die Luftdüse mit der Vorbrennkammer verbindet. Durch die Zuführung von einem Teil der Luft aus der Luftdüse in die Vorbrennkammer erfolgt eine gestufte Verbrennung durch den Brenner, die Temperaturspitzen vermeidet oder zumindest verringert. Außerdem ist eine bessere Zündung des Gas-Luft-Gemisches in der Vorbrennkammer möglich, insbesondere aufgrund der besseren Durchmischung des Brennstoffs durch eine Dralldüse und der zugeführten Luft über die Vorverbrennungsluftdüse/n.
  • Des Weiteren weist die Gasdüse vorzugsweise eine Dralldüse zum Verwirbeln des Brennstoffs auf, die im Brennerkörper eingesetzt ist. Dies hat den Vorteil, eine Vermischung des Brennstoffs mit der Luft in und/oder nach der Dralldüse und somit eine räumlich verteilte Verbrennung des Gases zu fördern.
  • Vorzugsweise wird der Brennerkörper durch einen ersten Brennerstein mit der Vorderseite, einen zweiten Brennerstein, der koaxial zum ersten Brennerstein angeordnet ist, und einen dritten Brennerstein, insbesondere mit einem Brennermund, als Außenmantel des ersten und zweiten Brennsteins gebildet. Der geteilte Brennerkopf bzw. -körper ist fertigungstechnisch begründet, da er sich so besser gießen lässt. Die Brennersteine werden vorzugsweise jeweils in einem eigenen Stahlmantel gegossen. Die Zweiteilung des Brennerkörpers in einen ersten und zweiten Brennerstein ermöglicht ein einfacheres Einsetzen der Gasaustrittsdüse und der Dralldüse. Der Brennermund ist trichterförmig und kann einen Winkel zur Längs- bzw. Gasflammenachse im Bereich von 15 bis 75 Grad haben. Des Weiteren ist in bevorzugten Ausführungsformen dieser Winkel stets größer als der Winkel o, um das brennbare Gas und die Luft nicht beim Austritt aus dem Brenner sofort miteinander zu verdichten und zu mischen. Ebenso kann der Brennermund durch die innere Geometrie des Ofens statt an dem dritten Brennerstein bereitgestellt werden, weshalb der dritte Brennerstein beim Brennerkörper in anderen Ausführungsformen weggelassen werden kann.
  • Die Brennersteine sind vorzugsweise zylinderförmig, können aber auch quader- oder ellipsenförmig ausgebildet sein. Bei einer rechteckigen Vorderseite wird weiterhin auf eine symmetrische Anordnung der Luftdüsen um die Gasdüse geachtet, wobei die Anordnung ebenfalls symmetrisch zu der rechteckigen Vorderseite des Brenners, insbesondere des ersten und dritten Brennersteins ist.
  • Zusätzlich oder alternativ können die Luftdüsen, insbesondere deren Austrittsöffnung/en, einen sich nach Außen verjüngenden Mund oder Rahmen aufweisen, um die Luft zu beschleunigen und somit die Richtwirkung der ausgestoßenen Luft zu verbessern. Das gleiche Merkmal hinsichtlich der Verjüngung kann, zusätzlich oder alternativ, bei der Gasdüse, insbesondere dessen Austrittsöffnung/en, ausgebildet sein. Des Weiteren können die genannten Austrittsöffnungen derart geformt sein, um die Luft und/oder das Gas in einer bestimmten Richtung auszustoßen und somit den genannten Winkel α zu bilden.
  • Die Gasdüse und/oder die Luftdüsen können durch Gussformen und/oder mechanische Nachbearbeitungen teilweise oder vollständig integral in dem Brennerkörper ausgeformt sein. Zusätzlich können Bauteile in dem Brennerkörper eingesetzt sein, die die Düsen und deren Wege bzw. Kanäle zumindest teilweise ausbilden. Diese Bauteile können als Verbindungsstück zwischen mehrteiligen Brennersteinen dienen, die Richtung und/oder Geschwindigkeit des Gases bzw. Luft beeinflussen und/oder die entsprechende Düse vor äußeren Gasen abdichten, wie es z.B. bei der Dralldüse der Fall sein kann. Vorzugsweise wird gepresste Feuerfestwolle oder -papier als Füll- und/oder Abdichtmaterial in und/oder um den Brenner, insbesondere zwischen den Brennersteinen, verwendet.
  • Die Luft tritt bei der Verwendung des Brenners vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 200 m pro Sekunde aus. Das Gas tritt vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 100 m pro Sekunde aus.
  • Die vorliegende Erfindung gibt auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verbrennen von fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffen mit reduzierten NOx Emissionen, insbesondere nach Anspruch 9, an. In diesem Verfahren werden mindestens die folgenden Schritte ausgeführt:
    • Bereitstellen eines gasförmigen Brennstoffs;
    • Bereitstellen eines Gasgemisches mit Sauerstoff und Stickstoff, insbesondere von Luft, das zur Oxidation des Brennstoffs geeignet ist;
    • Ausstoßen und Entzünden des Brennstoffs zu einer Gasflamme; und
    • Ausstoßen des Gasgemisches in mindestens zwei Richtungen, die jeweils in einem bestimmten Winkel α zu dem ausgestoßenen Brennstoff bzw. zu der Gasflamme divergieren.
  • Die daraus sich ergebenden Vorteile, wie geringere NOx Emissionen, eine gleichmäßigere Wärmeübertragung sowie eine geringere Belastung des Feuerfestmaterials, wurden beim erfindungsgemäßen Brenner erläutert.
  • Vorzugsweise wird beim Ausstoßen und Entzünden des fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffs ein Teilvolumen des Gasgemisches dem Brennstoff derartig bereitgestellt, dass ein bestimmter Prozentanteil des Brennstoffs vorverbrennt. Durch diese Vorverbrennung erfolgt eine gestufte Verbrennung des Gases, eine stärkere Temperaturverteilung und die Abschaffung, zumindest die Reduzierung von Temperaturspitzen bei der Verbrennung.
  • Des Weiteren wird der gasförmige Brennstoff vor dem Ausstoß verwirbelt und/oder in Rotation versetzt. Dies erlaubt eine bessere Vermischung mit dem Gasgemisch und somit eine bessere räumlich verteilte Verbrennung, anstelle von punktuellen Verbrennungsbereichen.
  • Vorteilhafterweise wird das Gasgemisch derart ausgestoßen, dass die mindestens zwei Richtungen zueinander gleich beabstandet sind bzw. den gleichen Winkel um die Gasflamme haben. Anders formuliert bilden die Austrittsrichtungen auf einer Ebene senkrecht zur Gasflamme bzw. dessen Längsachse gedachte Schnitt-/Punkte, die auf einem um die Flamme konzentrischen Kreis liegen und auf diesem Kreis gleichmäßig verteilt sind.
  • Die nachfolgend beschriebenen Figuren beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Brenners, wobei diese Figuren nicht als Einschränkung, sondern im Wesentlichen der Veranschaulichung der Erfindung dienen. Elemente aus unterschiedlichen Figuren, aber mit denselben Bezugszeichen sind identisch; daher ist die Beschreibung eines Elements aus einer Figur für gleichbezeichnete bzw. gleichnummerierte Elemente aus anderen Figuren auch gültig.
  • Es zeigen
    • Figur 1
    einen Querschnitt durch einen Brenner gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und
    Figur 2
    eine Draufsicht auf die Vorderseite des Brenners aus Figur 1.
  • In Figur 1 wird der erfindungsgemäße Brenner 15 gezeigt, der einen Brennerkörper aufweist, der durch einen ersten Brennerstein 1, einen zweiten Brennerstein 2 und einen dritten Brennerstein 3 gebildet wird. Alle drei Brennersteine 1, 2, 3 sind einzelne Teile des Brennerkörpers und liegen aneinander an. Der erste und zweite Brennerstein 1, 2 sind zylinderförmig und der dritte Brennerstein 3 ist hohlzylinderförmig, wobei der erste und zweite Brennerstein 1, 2 in dem dritten Brennerstein 3 angeordnet sind. Hierzu kann die Anordnung passgenau sein oder, wenn Ungenauigkeiten der Dimensionierungen vorliegen, mittels Dämmwolle und/oder Feuerfestpapier/-wolle zwischen den Brennersteinen erfolgen bzw. unterstützen. Für eine vorbestimmte Ausrichtung der drei Brennersteine 1, 2, 3 zueinander können diese Nut-Feder-Einrichtungen, Schienen und/oder Vorsätze bzw. Erhebungen und Vertiefungen aufweisen und dadurch eine gezielte oder vorbestimmte Zusammensetzung der Brennersteine ermöglichen.
  • Der gezeigte Brenner 15 ist mit einer Gasdüse und vier Luftdüsen ausgestattet. Hierbei weist die Gasdüse vorzugsweise folgende Komponenten auf, die nacheinander und koaxial bzw. entlang einer Längsachse 14 zueinander angeordnet sind: eine hohlzylinderförmige Austrittsdüse 11 aus Metall, die über eine Zuleitung 12 mit Gas beliefert wird; eine Dralldüse 9 zum Verwirbeln des Gases, die in dem zweiten Brennerstein 2 eingesetzt ist; ein röhrenförmiger Mischweg 10, durch den das verwirbelte Gas weitergeleitet wird; eine Vorbrennkammer 7, in der der Mischweg 10 sowie vier Vorverbrennungsluftdüsen bzw. -kanäle 5 der Luftdüsen münden. In dieser Vorbrennkammer 7 wird das verwirbelte Gas mit der Luft aus den Vorverbrennungsluftdüsen 5 vermengt und vorzugsweise initial gezündet. Der Mischweg 10 und die Vorbrennkammer 7 sind im ersten Brennerstein 1 integral ausgeformt. Die Dralldüse 9 befindet sich am Übergang vom zweiten Brennerstein 2 zum ersten Brennerstein 1. Dabei kann die Dralldüse 9 derart beschaffen sein, dass keine Gase aus der Grenz-/Schicht zwischen dem ersten und zweiten Brennerstein 1, 2 in die Gasdüse eintreten können; d.h. die Außenseite der Dralldüse 9 dichtet die Gasdüse gegen ungewollte Gase bzw. gegen Gaslecks vorzugsweise ab. Die Austrittsdüse 11 ist in einem Hohlraum im zweiten Brennerstein 2 angeordnet, wobei die Gaszuleitung 12 in einer Kühlleitung 13 angeordnet ist, die zur Kühlung der Zuleitung 12 und der Austrittsdüse 11 vorzugsweise gekühlte Luft zuführt. Dadurch wird ein vorzeitiges Entzünden des Gases aufgrund von erhöhten Temperaturen, insbesondere vor dem Eintritt des Gases in die Dralldüse 9, vermieden. Außerdem schützt die Luft der Kühlleitung 13 die metallischen Bestandteile des Brenners. In anderen Ausführungsformen kann ein Brenner mehrere Gaszu- und Kühlluftleitungen aufweisen. Jede Luftdüse weist vorzugsweise folgende Komponenten auf: ein Luftkanal 4, der in dem zweiten Brennerstein 2 ausgeformt ist; eine Hauptbrennluftdüse bzw. -kanal 6, der in dem ersten Brennerstein 1 ausgeformt und mit dem Luftkanal 4 verbunden ist; sowie eine Vorverbrennungsluftdüse bzw. -kanal 5, der ebenfalls im ersten Brennerstein 1 ausgeformt ist und von der Hauptbrennerluftdüse 6 in die Vorbrennkammer 7 abzweigt. Somit sind bis auf die Austrittsdüse 11, die Zuleitung 12 und die Dralldüse 9 alle anderen, insbesondere zuvor genannten Komponenten des Brenners 15 in den Brennersteinen 1, 2, 3 durch Aushöhlungen ausgeformt.
  • In der Figur 1 ist der Winkel α zwischen der Längsachse 14 (oder auch der Gasdüse) und einer Luftdüse eingezeichnet, die den zu einem austretenden Gas bzw. einer Gasflamme divergierenden Luftstrom kennzeichnet. In diesem Fall sind der Luftkanal 4 und die Hauptverbrenndüse 6 identisch zueinander ausgebildet und formen von der Rückseite des Brenners 15 bis zur Vorderseite 16 des Brenners 15 einen Kanal mit konstanter Form, Dicke und Breite. Der Winkel α wird insbesondere zwischen der Längsachse 14 und der Innenseite bzw. -kante des Luftkanals 4 bzw. der Hauptverbrenndüse 6 gebildet. In anderen Ausführungsformen können der Kanal 4 und die Düse 6 sich unterscheiden; hierbei können andere Komponenten, wie z.B. die Austrittsöffnung der Luftdüse, insbesondere die Hauptverbrennluftdüse 6 an der Vorderseite, derart ausgebildet sein, dass die Luft in einem Winkel α zur Längsachse 14 ausgestoßen wird.
  • Vorzugsweise ist der Brennerkörper oder mindestens einer oder alle der Brennersteine 1, 2, 3 feuerfest. Der erste Brennerstein 1 weist eine kreisförmige Vorderseite/-fläche 16 und der dritte Brennerstein 3 einen trichterförmigen, sich erweiterten Brennermund 8 auf. Insbesondere diese Komponenten 16, 8 sowie die Vorbrennkammer 7 sind zumindest feuerfest ausgebildet; oder alternativ formuliert, die Komponenten, die der Verbrennungs- bzw. Gasflamme gegenüberstehen und/oder deren Hitze/-strahlung ausgesetzt sind. An der Vorderseite 16 treten die vier Hauptbrennluftdüsen 6 sowie die Vorbrennkammer 7 aus. Dabei bilden diese Komponenten Öffnungen bzw. Austrittsflächen, die symmetrisch um die Längsachse 14 angeordnet sind.
  • Der in Figur 1 gezeigte Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Brenner 15 erfolgt in einem bestimmten Winkel, kleiner als 180 Grad, entlang der Längs- bzw. Symmetrieachse 14. Dadurch ist sowohl der Kanal für die Gaszufuhr der Gasdüse als auch der Luftkanal 4 für die Luftzufuhr der Luftdüse sichtbar; schließlich sind vier Luftdüsen symmetrisch ausgebildet und würden bei einer geraden Querschnittsfläche, im Gegensatz zu den gezeigten zueinander gewinkelten Flächen, die Kühlluftleitung 13 mit der Zuleitung 12 nicht zeigen. Luftdüse und Gasdüse bzw. deren Kanäle sind im zweiten und dritten Brennerstein 2, 3 voneinander getrennt.
  • In Figur 2 wird der Brenner 15 aus Figur 1 in einer Draufsicht gezeigt. Hierbei wird insbesondere die kreisförmige Vorderseite/-fläche 16 des ersten Brennersteins 1 sowie der ringförmige Brennermund 8 des dritten Brennersteins 3 dargestellt. Im Mittelpunkt der Vorderseite 16, durch den die Längsachse des Brenners 15 verläuft, ist das partielle Sackloch der Vorbrennkammer 7 mit dem anschließenden Mischweg 10 und der Dralldüse 9 ausgebildet. Es handelt sich bei der Vorbrennkammer 7 um ein partielles Sackloch, da es bis auf einen ringförmigen Boden nicht komplett abschließt. An dem Boden sind die vier Öffnungen zu den Vorverbrennungsluftdüsen 5 jeweils im 90 Gradwinkel um den Mittelpunkt bzw. die Längsachse zueinander angeordnet.
  • Die vier Öffnungen der Hauptbrennluftdüsen 6 sind strahlenförmig von der Längsachse des Brenners 15, insbesondere kreuzförmig und identisch zu den vier Vorverbrennungsluftdüsen 5, ausgerichtet. Es wird darauf hingewiesen, dass die Fläche einer Austrittsöffnung der Hauptbrennluftdüse 6 gleich groß und/oder geformt wie der Querschnitt der Hauptbrennluftdüse 6 innerhalb des ersten Brennersteins 1 ist. In anderen Ausführungsformen können sich die Austrittsöffnungen und deren angeschlossene Kanäle, wie z.B. der Hauptbrennluftdüsen 6, der Vorverbrennungsluftdüse 5 und der Luftkanäle 4, in ihrer Form und/oder Größe unterscheiden. Die gezeigten Öffnungen bilden jeweils eine trapezförmige Fläche, die sich zur Längsachse verjüngt bzw. zum Außenumfang des Brenners 15 verbreitert. Andere Formen anstelle der Trapezform sind in anderen Ausführungsformen möglich.
    • Bezuaszeichenliste
    • 1
    erster Brennerstein, Vorderseite des Brenners
    2
    zweiter Brennerstein, Rückseite des Brenners
    3
    dritter Brennerstein, Außenmantel des Brenners
    4
    Luftkanal
    5
    Vorverbrennungsluftdüse/-kanal
    6
    Hauptbrennluftdüse/-kanal
    7
    Vorbrennkammer
    8
    Brennermund
    9
    Dralldüse
    10
    Mischweg
    11
    Austrittsdüse
    12
    Zuleitung der Gasdüse
    13
    Kühlluftleitung
    14
    (Symmetrie)Achse
    15
    Brenner
    16
    Vorderseite/-fläche des Brenners, insbesondere des ersten Brennersteins

Claims (12)

  1. Brenner (15) mit einem feuerfesten Brennerkörper (1, 2, 3) zum Verbrennen von fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brennerkörper eine Gasdüse (7, 9, 10, 11) und mehrere Luftdüsen (4, 6) aufweist, die in dem Brennerkörper zumindest teilweise als integrale Ausformungen ausgebildet sind und an einer Vorderseite (16) des Brennerkörpers austreten,
    wobei die Luftdüsen symmetrisch um die Gasdüse angeordnet sind und in einem Winkel α zur Gasdüse divergieren.
  2. Brenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Winkel α zwischen 1 und 45 Grad liegt.
  3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brennerkörper zwei bis acht, vorzugsweise vier, Luftdüsen aufweist.
  4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Luftdüsen Austrittsöffnungen mit einer Gesamtfläche aufweisen, die maximal der Hälfte einer Kreisfläche der Vorderseite (16) des Brennerkörpers beträgt.
  5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Luftdüsen Austrittsöffnungen aufweisen, deren Breite radial von der Gasdüse ausgehend wächst.
  6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gasdüse eine Vorbrennkammer (7) aufweist, die im Brennerkörper ausgebildet ist, und mindestens eine Luftdüse eine Vorverbrennungsluftdüse (5) aufweist, die die Luftdüse mit der Vorbrennkammer (7) verbindet.
  7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Gasdüse eine Dralldüse (9) zum Verwirbeln des Brennstoffs aufweist, die im Brennerkörper eingesetzt ist.
  8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brennerkörper durch einen ersten Brennerstein (1) mit der Vorderseite, einen zweiten Brennerstein (2), der koaxial zum ersten Brennerstein (1) angeordnet ist, und einen dritten Brennerstein (3) mit einem Brennermund (8) und als Außenmantel des ersten und zweiten Brennsteins gebildet ist.
  9. Verfahren zum Verbrennen von fluiden oder aerosolförmigen, insbesondere gasförmigen Brennstoffen mit reduzierten NOx Emissionen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    folgende Schritte ausgeführt werden:
    - Bereitstellen eines gasförmigen Brennstoffs;
    - Bereitstellen eines Gasgemischs mit Sauerstoff und Stickstoff, insbesondere von Luft, das zur Oxidation des Brennstoffs geeignet ist;
    - Ausstoßen und Entzünden des gasförmigen Brennstoffs zu einer Gasflamme; und
    - Ausstoßen des Gasgemischs in mindestens zwei Richtungen, die jeweils in einem bestimmten Winkel α zu der Gasflamme divergieren.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Ausstoßen und Entzünden des gasförmigen Brennstoffs ein derartiges Teilvolumen des Gasgemischs dem Brennstoff bereitgestellt wird, um einen bestimmter Prozentanteil des Brennstoffs zu verbrennen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der gasförmige Brennstoff vor dem Ausstoß verwirbelt und/oder in Rotation versetzt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die mindestens zwei Richtungen zueinander gleich beabstandet sind bzw. den gleichen Winkel um die Gasflamme haben
EP20190654.2A 2019-08-27 2020-08-12 Regenerativbrenner für stark reduzierte nox emissionen Pending EP3786524A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019122940.5A DE102019122940A1 (de) 2019-08-27 2019-08-27 Regenerativbrenner für stark reduzierte NOx Emissionen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3786524A1 true EP3786524A1 (de) 2021-03-03

Family

ID=72050704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20190654.2A Pending EP3786524A1 (de) 2019-08-27 2020-08-12 Regenerativbrenner für stark reduzierte nox emissionen

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210063013A1 (de)
EP (1) EP3786524A1 (de)
CN (1) CN112443843B (de)
DE (1) DE102019122940A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3418062A (en) * 1966-08-08 1968-12-24 Bloom Eng Co Inc Burner structures
DE4142401A1 (de) 1991-12-20 1993-06-24 Linde Ag Verfahren zum betrieb einer auf einem oder mehreren brennern basierenden beheizung eines ofens
US7163392B2 (en) * 2003-09-05 2007-01-16 Feese James J Three stage low NOx burner and method
US7175423B1 (en) * 2000-10-26 2007-02-13 Bloom Engineering Company, Inc. Air staged low-NOx burner

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2187674A (en) * 1936-11-14 1940-01-16 Dorothy Bennett Gas burner
US3101773A (en) * 1960-03-22 1963-08-27 Selas Corp Of America Air preheating burner
RO60886A2 (de) * 1974-03-21 1976-10-15
US4969814A (en) * 1989-05-08 1990-11-13 Union Carbide Corporation Multiple oxidant jet combustion method and apparatus
JPH08226618A (ja) * 1995-02-21 1996-09-03 Tokyo Gas Co Ltd リジェネレイティブバ−ナの蓄熱室装置
JPH10148309A (ja) * 1996-11-20 1998-06-02 Osaka Gas Co Ltd 低ＮＯｘバーナ
DE60025924D1 (de) * 1999-08-17 2006-04-20 Nippon Furnace Kogyo K K Verbrennungsverfahren und brenner
JP3874583B2 (ja) * 1999-12-27 2007-01-31 大阪瓦斯株式会社 燃焼装置
PL206626B1 (pl) * 2000-08-04 2010-09-30 Babcock Hitachi Kk Palnik do paliwa stałego oraz sposób spalania za pomocą palnika do paliwa stałego
JP5202594B2 (ja) * 2010-09-09 2013-06-05 中外炉工業株式会社 蓄熱式燃焼装置及び加熱炉
JP4892107B1 (ja) * 2011-03-23 2012-03-07 新日鉄エンジニアリング株式会社 炉頂燃焼式熱風炉
CN102230623B (zh) * 2011-07-12 2013-04-17 重庆赛迪工业炉有限公司 扁平燃烧装置
FR2984995A1 (fr) * 2011-12-21 2013-06-28 Air Liquide Dispositif et procede de pulverisation de liquide combustible
CN103206711B (zh) * 2013-03-20 2015-09-16 洛阳腾节炉业科技有限公司 一种蓄热式双蜗平焰烧嘴
US20150133709A1 (en) * 2013-11-08 2015-05-14 Uop Llc LOW NOx BURNER FOR ETHYLENE CRACKING FURNACES AND OTHER HEATING APPLICATIONS
US9689612B2 (en) * 2015-05-26 2017-06-27 Air Products And Chemicals, Inc. Selective oxy-fuel burner and method for a rotary furnace
CN206269128U (zh) * 2016-11-04 2017-06-20 北京航天石化技术装备工程有限公司 一种底部低氮氧化物燃气燃烧器
CN209655299U (zh) * 2019-02-25 2019-11-19 北京泷涛环境科技有限公司 一种超低氮气体燃烧器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3418062A (en) * 1966-08-08 1968-12-24 Bloom Eng Co Inc Burner structures
DE4142401A1 (de) 1991-12-20 1993-06-24 Linde Ag Verfahren zum betrieb einer auf einem oder mehreren brennern basierenden beheizung eines ofens
US7175423B1 (en) * 2000-10-26 2007-02-13 Bloom Engineering Company, Inc. Air staged low-NOx burner
US7163392B2 (en) * 2003-09-05 2007-01-16 Feese James J Three stage low NOx burner and method

Also Published As

Publication number Publication date
US20210063013A1 (en) 2021-03-04
DE102019122940A1 (de) 2021-03-04
CN112443843A (zh) 2021-03-05
CN112443843B (zh) 2024-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69632666T2 (de) Verbrennungsverfahren und Vorrichtung dafür mit getrennter Einspritzung von Brennstoff und Oxydationsmittel
DE60025933T2 (de) Brennvorrichtung zur behandlung von abgas
DE3306483C2 (de)
DE60007608T2 (de) Brenner und verfahren zum betrieb einer gasturbine
DE974927C (de) Ofen zur Herstellung von Gasruss und Verfahren fuer seinen Betrieb
DE4326802A1 (de) Brennstofflanze für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe sowie Verfahren zu deren Betrieb
DE3041177A1 (de) Brenner
DE19510744A1 (de) Brennkammer mit Zweistufenverbrennung
DE3011361A1 (de) Verbrennungsvorrichtung und -verfahren fuer eine gasturbine
DE112014001532T5 (de) Brenner und Gasturbine
DE19717721A1 (de) Brennereinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennereinrichtung für eine NOx- und CO-arme Verbrennung
DE4113681A1 (de) Brenner fuer eine vormischverbrennung eines fluessigen und/oder gasfoermigen brennstoffes
DE1401853B2 (de)
EP0289851A2 (de) Verfahren und Brenner zur Verfeuerung von Brennstoff
EP2171354B1 (de) Brenner
DE2807192A1 (de) Verfahren zum betreiben eines metallschmelzofens und gasbrenner, insbesondere zum durchfuehren des verfahrens
DE2308470A1 (de) Flachflammenbrenner fuer schwere fluessige brennstoffe
EP3786524A1 (de) Regenerativbrenner für stark reduzierte nox emissionen
DE3048044A1 (de) Flammrohr aus hitzebestaendigem werkstoff fuer brenner, insbesondere oelbrenner
DE2712989C2 (de) Zündofen zur Zündung von Sintermischungen
EP3803210A1 (de) Brennstoffdüsensystem
DE10160325A1 (de) Mit flüssigem Brennstoff betriebener Flachflammenbrenner
DE2605579A1 (de) Feuerloescheinrichtung auf der basis eines gasturbinentriebwerkes
DE4130922C2 (de) Brenner für Hochtemperaturprozesse sowie Verfahren zum Betreiben des Brenners
DE3446788A1 (de) Flammenverdampfungsbrenner mit vorbrennkammer

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

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

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

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

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: GAUTSCHI ENGINEERING GMBH

Owner name: EBNER INDUSTRIEOFENBAU GMBH

Owner name: HPI HIGH PERFORMANCE INDUSTRIETECHNIK GMBH

17P Request for examination filed

Effective date: 20210722

RBV Designated contracting states (corrected)

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

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

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20240109