EP4295082A1 - Verfahren zum betrieb eines gasbrenners - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines gasbrenners

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EP4295082A1
EP4295082A1 EP22708295.5A EP22708295A EP4295082A1 EP 4295082 A1 EP4295082 A1 EP 4295082A1 EP 22708295 A EP22708295 A EP 22708295A EP 4295082 A1 EP4295082 A1 EP 4295082A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
outlet opening
gas
burner
mixture
Prior art date
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Pending
Application number
EP22708295.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Dzubiella
Eugen Gleim
Konrad Ritter
Ralf BRÄMER
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Viessmann Climate Solutions SE
Original Assignee
Viessmann Climate Solutions SE
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Filing date
Publication date
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • 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
    • F23D14/34—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
    • 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
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • 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
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/40—Inducing local whirls around flame
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
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    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/102—Flame diffusing means using perforated plates
    • 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
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14241—Post-mixing with swirling means

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a gas burner according to the preamble of patent claim 1.
  • a method of the type mentioned at the beginning is generally known, so that no special printed proof is required in this regard.
  • a mixture is formed from a fuel gas and air in a mixture chamber. Furthermore, the mixture is conveyed at a regulated conveying rate through an outlet opening on a burner surface delimiting the mixture space. Furthermore, the mixture is burned on the burner surface with the formation of a recirculation vortex. Finally, exhaust gas that forms during combustion is brought into contact with a fluid-cooled heat exchanger that is arranged at a distance from the outlet opening. This process has proven to be very effective for the combustion of natural gas (i.e. gas mixtures containing hydrocarbons). 20
  • the object of the invention is to improve a method of the type mentioned at the outset.
  • a method for operating a gas burner is to be made available with which non-carbon, ie carbon-free, gases, in particular hydrogen, can also be burned.
  • the method according to the invention is characterized in that the recirculation vortex is deliberately brought up to the heat exchanger, and in particular in complete contrast (which will be discussed in more detail below) to natural gas combustion to cool, which in turn means that the gas recirculated to the burner surface can cool it (i.e. the burner surface).
  • the gas recirculated to the burner surface can cool it (i.e. the burner surface).
  • a carbon-free gas as the fuel gas more precisely hydrogen, have shown, this is very helpful in order to prevent the gas-air mixture in the mixture chamber from igniting, i.e. a flashback, when using a carbon-free gas as the fuel gas - in spite of the high burner modulation - can safely rule out 20.
  • delivery rate used above is, which also results from claim 1, to be understood as “delivery rate per outlet opening”, since it is ultimately important to regulate the exit pulse of the mixture from the outlet opening, since this the length of the recirculation vortex is determined as the product of mass flow and velocity. It goes without saying that the burner surface regularly has a large number of outlet openings and, according to the invention, a total delivery rate for all outlet openings must be regulated accordingly. If the method according to the invention were used for the above-mentioned combustion of natural gas, the combustion would be interrupted prematurely and carbon monoxide emissions would be unacceptably high. 5
  • FIG. 1 schematically shows a gas burner with a recirculation vortex reaching up to the heat exchanger
  • FIG. 2 shows a three-dimensional representation, generated by computer simulation, of a recirculation vortex reaching up to the heat exchanger 25;
  • FIG. 3 shows a three-dimensional representation, generated by computer simulation, of a recirculation vortex that does not reach as far as the heat exchanger
  • Figure 4 is a diagram showing four different recirculation rates versus the relative distance between the outlet opening and the heat exchanger is plotted.
  • FIG. 5 is a diagram showing four different average temperatures of the exhaust gas recirculation plotted against the relative distance between the outlet opening and the heat exchanger.
  • Figures 1 to 5 serve to explain the method according to the invention for operating a gas burner in which (see in particular Figure 1) a mixture is formed in a mixture chamber 1 from a 10 fuel gas and air, in which the mixture is fed at a controlled delivery rate by a outlet opening 2 on a burner surface 3 delimiting the mixture chamber 1, in which the mixture is burned on the burner surface 3 with the formation of a recirculation vortex and 15 in the exhaust gas formed during combustion with a fluid-cooled heat exchanger 4 arranged at a distance from the outlet opening 2 in contact is made.
  • one outlet opening 20 is always to be understood in the sense of “at least one outlet opening”, with a total delivery rate for all existing outlet openings obviously being regulated if there are several outlet openings.
  • the conveying rate for the mixture and the distance between the outlet opening 2 and the heat exchanger 4 are selected in such a way that the recirculation vortex extends from the outlet opening 2 to the heat exchanger 4 and that this is cooled at the heat exchanger 4 becomes.
  • a length of the recirculation vortex is set according to a distance between the burner surface 3 and the heat exchanger 4 on the basis of a size of the outlet opening 2 and the delivery rate.
  • the recirculation vortex (at least viewed somewhat abstractly) is generated with a vortex space enclosed by an outer boundary surface.
  • a longitudinal extent of the recirculation vortex (between the burner surface 3 and the heat exchanger 4) is approximated such that an end of the boundary surface of the recirculation vortex facing away from the outlet opening just touches the heat exchanger 4.
  • Figures 1 and 2 show on the other hand, a situation in which the boundary surface of the vortex space does not reach the heat exchanger 4 .
  • the burner surface 3 in particular the outlet opening 2 is heated to a reduced extent compared to exhaust gas that is recirculated but not cooled at the heat exchanger 4 .
  • the burner surface 3 is ultimately heated less by the exhaust gas cooled at the heat exchanger 4 than by exhaust gas that is recirculated but not cooled at the heat exchanger, with the said requirement being particularly ultimately and advantageously results in lower nitrogen oxide values in the exhaust gas.
  • a gas burner is used in which the outlet openings 2 are located at a maximum distance of 30 to 100 mm from the heat exchanger 4 in relation to their shortest possible distance from the latter.
  • a burner surface 3 designed in the shape of a cylinder jacket and/or a heat exchanger 4 designed in the shape of a cylinder jacket are/will be used. Also in figures 2 1 and 3, which show corresponding cylinder segments, it is assumed that the burner surface 3 and the heat exchanger 4 are designed accordingly.
  • a carbon-free gas is used as the combustible gas. More precisely, it is preferably provided that a gas containing at least a proportion of hydrogen is used as the fuel gas. Provision is very particularly preferably made for (practically pure) hydrogen to be used as the fuel gas.
  • the recirculation rate R results from the ratio of the mass flow actually recirculated to the mass flow at the outlet opening 2.
  • the recirculation rate R is accordingly a dimensionless variable.
  • the relative distance A is also dimensionless, with the burner surface 3 corresponding to the value 0 and the heat exchanger 4 to the value 100.
  • the curves 25 1 to 3 show curves in which the recirculation vortex does not reach the heat exchanger 4 in each case. In contrast, this is the case with the fourth curve (solid line).
  • the average temperature T (in °C) of the recirculated exhaust gas is plotted against the dimensionless distance A for the same four situations.
  • the temperature of the exhaust gas (curves 1 to 3) that does not reach the heat exchanger 4 is about 1600°C. If, on the other hand, the recirculation vortex reaches the heat exchanger 4 through appropriate adjustment of the delivery rate (with a given size of the outlet opening 2 and a given distance between the burner surface 3 and the heat exchanger 4), the exhaust gas at the heat exchanger 4 can cool down by around 600°C. which in turn has the consequence that the gas burner can be operated well, in particular with hydrogen, and specifically with a high burner modulation

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners, bei dem in einem Gemischraum (1) aus einem Brenngas und Luft eine Gemisch gebildet wird, bei dem das Gemisch mit einer geregelten Förderrate durch eine Austrittsöffnung (2) an einer den Gemischraum (1) begrenzenden Brennerfläche (3) gefördert wird, bei dem das Gemisch an der Brennerfläche (3) unter Ausbildung eines Rezirkulationswirbels verbrannt wird und bei dem sich bei der Verbrennung bildendes Abgas mit einem f luidgekühlten, mit Abstand zur Austrittsöffnung (2) angeordneten Wärmeübertrager (4) in Kontakt gebracht wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Förderrate für das Gemisch und der Abstand zwischen der Austrittsöffnung (2) und dem Wärmeübertrager (4) so gewählt werden, dass sich der Rezirkulationswirbel von der Austrittsöffnung (2) bis zum Wärmeübertrager (4) erstreckt und dass dieser am Wärmeübertrager (4) abgekühlt wird.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gas5 brenners gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Bei einem solchen Verfahren 10 wird in einem Gemischraum aus einem Brenngas und Luft eine Gemisch gebildet. Ferner wird das Gemisch mit einer geregelten Förderrate durch eine Austrittsöffnung an einer den Gemischraum begrenzenden Brennerfläche gefördert. Weiterhin wird das Gemisch an der Brennerfläche unter Ausbildung eines Rezirkula- 15 tionswirbels verbrannt. Schließlich wird sich bei der Verbrennung bildendes Abgas mit einem fluidgekühlten, mit Abstand zur Austrittsöffnung angeordneten Wärmeübertrager in Kontakt gebracht. Dieses Verfahren hat sich zur Verbrennung von Erdgas (also kohlenwasserstoffhaltigen Gasgemischen) bestens bewährt. 20
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners bereit gestellt werden, mit dem auch nicht kohlenstoffhaltige, also karbonfreie 25 Gase, insbesondere Wasserstoff, verbrannt werden können.
Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. 30 Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Förderrate für das Gemisch und der Abstand zwischen der Austrittsöffnung und dem Wärmeübertrager so gewählt werden, dass sich der Re- zirkulationswirbel von der Austrittsöffnung bis zum Wärmeübertrager erstreckt und dass dieser (also der Rezirkulationswir- 5 bel) am Wärmeübertrager abgekühlt wird.
Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren somit dadurch aus, dass der Rezirkulationswirbel ganz bewusst - und insbesondere auch ganz im Gegensatz (worauf weiter 10 unten noch genauer eingegangen wird) zu einer Erdgasverbren- nung - bis an den Wärmeübertrager herangeführt wird, um ihm dort abzukühlen, was wiederum zur Folge hat, dass das zur Brennerfläche rezirkulierte Gas diese (also die Brennerfläche) kühlen kann. Dies ist nämlich, wie entsprechende Versuche mit 15 einem karbonfreien Gas als Brenngas, genauer Wasserstoff, gezeigt haben, sehr hilfreich, um eine Entzündung des Gas-Luft- Gemisches im Gemischraum, also einen Flammenrückschlag, bei der Verwendung von einem karbonfreien Gas als Brenngas - und zwar trotz hoher Brennermodulation - sicher ausschließen zu 20 können.
Der vorstehend verwendete Begriff "Förderrate" ist dabei, was sich auch aus dem Patentanspruch 1 auch ergibt, als "Förderrate pro Austrittsöffnung" zu verstehen, da es letztlich darauf 25 ankommt, den Austrittsimpuls des Gemisches aus der Austritts- Öffnung zu regeln, da dieser als Produkt aus Massenstrom und Geschwindigkeit die Länge des Rezirkulationswirbels bestimmt. Es ist dabei selbstverständlich, dass die Brennerfläche regelmäßig eine Vielzahl von Austrittsöffnungen aufweist und erfin30 dungsgemäß entsprechend eine Gesamtförderrate für alle Austrittsöffnungen zu regeln ist. Würde man im übrigen bei der vorgenannten Erdgasverbrennung das erfindungsgemäße Verfahren anwenden, so käme es zu einer vorzeitigen Unterbrechung des Ausbrandes und damit zu inakzeptabel hohen Kohlenmonoxid-Emissionen. 5
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Dokument EP 3467 10 383 Al hingewiesen. Bei dieser Lösung tritt zwar auch ein Re- zirkulationswirbel auf, dieser wird aber an einem unmittelbar an der Brennerfläche selbst angeordneten Kühlelement gekühlt.
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteil- 15 haften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt 20
Figur 1 schematisch einen Gasbrenner mit einem bis zum Wärmeübertrager reichenden Rezirkulationswirbel;
Figur 2 eine dreidimensionale, per Computersimulation erzeugte Darstellung eines bis zum Wärmeübertrager 25 reichenden Rezirkulationswirbels;
Figur 3 eine dreidimensionale, per Computersimulation erzeugte Darstellung eines nicht bis zum Wärmeübertrager reichenden Rezirkulationswirbels;
Figur 4 ein Diagramm, das vier verschiedene Rezirkulations- 30 raten über dem relativen Abstand zwischen der Aus- trittsöffnung und dem Wärmeübertrager aufgetragen darstellt; und
Figur 5 ein Diagramm, das vier verschiedene mittlere Temperaturen der Abgasrezirkulation über dem relativen Abstand zwischen der Austrittsöffnung und dem Wär5 meübertrager aufgetragen darstellt.
Die Figuren 1 bis 5 dienen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Gasbrenners, bei dem (siehe hierzu insbesondere Figur 1) in einem Gemischraum 1 aus einem 10 Brenngas und Luft eine Gemisch gebildet wird, bei dem das Gemisch mit einer geregelten Förderrate durch eine Austrittsöffnung 2 an einer den Gemischraum 1 begrenzenden Brennerfläche 3 gefördert wird, bei dem das Gemisch an der Brennerfläche 3 unter Ausbildung eines Rezirkulationswirbels verbrannt wird und 15 bei dem sich bei der Verbrennung bildendes Abgas mit einem fluidgekühlten, mit Abstand zur Austrittsöffnung 2 angeordneten Wärmeübertrager 4 in Kontakt gebracht wird.
Wie eingangs erwähnt, ist die Maßgabe "eine Austrittsöffnung" 20 dabei stets im Sinne von "mindestens eine Austrittsöffnung" zu verstehen, wobei bei mehreren Austrittsöffnungen selbstverständlich eine Gesamtförderrate für alle vorhandenen Austrittsöffnungen geregelt wird.
25
Wie weiterhin aus den Figuren ersichtlich ist bevorzugt vorgesehen, dass jeweils neben einer Austrittsöffnung 2 bzw. neben einer Ansammlung von Austrittsöffnungen 2 stets ein austrittsöffnungsfreier Bereich an der Brennfläche 3 vorgesehen ist, damit der Rezirkulationswirbel bzw. die Rezirkulationswirbel 30 genug Raum hat bzw. haben, um bis zur Brennfläche 3 zurück zu gelangen. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Figuren 2 und 3 verwiesen, in denen gut zu erkennen ist, dass lediglich in einer Ecke des dargestellten Ausschnitts der Brennfläche 3 eine kleine Ansammlung von Austrittsöffnungen 2 vorgesehen ist, so dass für den entstehenden Rezirkulationswirbel genug Ausbreitungsraum entsteht. Mit anderen Worten ausgedrückt, 5 weist die Brennfläche 3 somit stets einerseits perforierte und andererseits nicht perforierte Bereiche auf.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass die Förderrate für das Gemisch und der Abstand zwischen der 10 Austrittsöffnung 2 und dem Wärmeübertrager 4 so gewählt werden, dass sich der Rezirkulationswirbel von der Austrittsöffnung 2 bis zum Wärmeübertrager 4 erstreckt und dass dieser am Wärmeübertrager 4 abgekühlt wird.
15
In etwas anderen Worten ausgedrückt, ist somit bevorzugt vorgesehen, dass auf Basis einer Größe der Austrittsöffnung 2 und der Förderrate eine Länge des Rezirkulationswirbel entsprechend einem Abstand zwischen der Brennerfläche 3 und dem Wärmeübertrager 4 eingestellt wird. 20
Wie weiterhin aus den Figuren ersichtlich, wird der Rezirkulationswirbel (jedenfalls etwas abstrahiert betrachtet) mit einem von einer äußeren Begrenzungsfläche umschlossenen Wirbelraum erzeugt. Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist 25 dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass eine Längserstreckung des Rezirkulationswirbels (zwischen der Brennerfläche 3 und dem Wärmeübertrager 4) so angenähert wird, dass ein aus- trittsöffnungsabgewandtes Ende der Begrenzungsfläche des Rezirkulationswirbels den Wärmeübertrager 4 gerade berührt. Die30 se Situation ist in Figur 1 und 2 dargestellt. Figur 3 zeigt dagegen eine Situation, in der die Begrenzungsfläche des Wirbelraums den Wärmeübertrager 4 nicht erreicht.
Weiterhin ist bei alledem bevorzugt vorgesehen, dass mit dem am Wärmeübertrager 4 abgekühlten und mittels des Rezirkulati- 5 onswirbels zur Brennerfläche 3 zurückgeführten Abgas die Brennerfläche 3, insbesondere die Austrittsöffnung 2, im Vergleich zu rezirkuliertem, aber nicht am Wärmeübertrager 4 abgekühltem Abgas reduziert aufgeheizt wird. Noch in etwas anderen Worten ist es also so, dass die Brennerfläche 3 letztlich durch das 10 am Wärmeübertrager 4 abgekühlte Abgas weniger stark aufgeheizt wird, als von einem zwar rezirkulierten, aber nicht am Wärmeübertrager abgekühlten Abgas, wobei die besagte Maßgabe insbesondere letztlich und vorteilhafter Weise geringere Stickoxidwerte im Abgas zur Folge hat. 15
Bezüglich des Gasbrenners ist im übrigen besonders bevorzugt vorgesehen, dass dieser mit Austrittsöffnungen 2 mit einem sogenannten hydraulischen Durchmesser (siehe auch https://de.wi- kipedia.org/w/index .php?title=Hydraulischer_Durchmesser& ol- 20 did=207793375) von 0,6 bis 1,2 mm verwendet wird.
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Gasbrenner verwendet wird, bei dem sich die Austrittsöffnungen 2 bezogen auf ihren kürzest möglichen Abstand zum Wärmeübertrager 4 maximal 25 30 bis 100 mm von diesem entfernt befinden.
Außerdem ist, wie sich letztlich auch aus einer dreidimensionalen Abstraktion der Figur 1 ergibt, bevorzugt vorgesehen, dass wahlweise eine zylindermantelförmig ausgebildete Brenner30 fläche 3 und/oder ein zylindermantelförmig ausgebildeter Wärmeübertrager 4 verwendet werden/wird. Auch in den Figuren 2 und 3, die entsprechende Zylindersegmente zeigen, wird von einer entsprechenden Gestaltung der Brennerfläche 3 bzw. des Wärmeübertragers 4 ausgegangen.
Bezüglich des eingangs genannten Brenngases ist im übrigen be5 vorzugt vorgesehen, und hier ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut einsetzbar, dass als Brenngas ein karbonfreies Gas verwendet wird. Genauer betrachtet ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass als Brenngas ein mindestens anteilig Wasserstoff enthaltendes Gas verwendet wird. Ganz besonders 10 bevorzugt vorgesehen ist, dass als Brenngas (praktisch reiner) Wasserstoff verwendet wird.
Abschließend wird auch noch auf die Figuren 4 und 5 hingewiesen: 15
Wie oben bereits erwähnt, sind in Figur 4 vier Verläufe der Rezirkulationsrate R über dem relativen Abstand A zwischen der Brennerfläche 3 und dem Wärmeübertrager 4 aufgetragen. Die Rezirkulationsrate R ergibt sich dabei aus dem Verhältnis des 20 tatsächlich rezirkulierten Massenstroms zum Massenstrom an der Austrittsöffnung 2. Die Rezirkulationsrate R ist dementsprechend eine dimensionslose Größe. Der relative Abstand A ist ebenfalls dimensionslos, wobei die Brennerfläche 3 dem Wert 0 und der Wärmeübertrager 4 dem Wert 100 entspricht. Die Kurven 25 1 bis 3 zeigen Verläufe, bei denen der Rezirkulationswirbel jeweils den Wärmeübertrager 4 nicht erreicht. Beim vierten Verlauf (durchgezogene Linie) ist dies dagegen der Fall.
In Figur 5 ist für die gleichen vier Situationen jeweils die 30 mittlere Temperatur T (in °C) des rezirkulierten Abgases über dem dimensionslosen Abstand A aufgetragen. Wie ersichtlich, beträgt die Temperatur des Abgases (Kurven 1 bis 3), das den Wärmeübertrager 4 nicht erreicht, etwa 1600°C. Erreicht dagegen der Rezirkulationswirbel durch entsprechende Einstellung der Förderrate (bei gegebener Größe der Austrittsöffnung 2 und gegebenem Abstand zwischen der Brennerfläche 3 und dem Wärme- 5 Übertrager 4) den Wärmeübertrager 4, so kann sich das Abgas am Wärmeübertrager 4 um rund 600°C abkühlen, was wiederum zur Folge hat, dass der Gasbrenner insbesondere mit Wasserstoff gut betreibbar ist, und zwar bei einer hohen Brennermodulati
Bezugszeichenliste
1 Gemischraum
2 Austrittsöffnung
3 Brennerfläche
4 Wärmeübertrager

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Gasbrenners, bei dem in einem Gemischraum (1) aus einem Brenngas und Luft eine Gemisch gebildet wird, bei dem das Gemisch mit einer geregelten Förderrate durch eine Austrittsöffnung (2) an einer den Gemischraum (1) begrenzenden Brennerfläche (3) gefördert wird, bei dem das Gemisch an der Brennerfläche (3) unter Ausbildung eines Rezirkulationswirbels verbrannt wird und bei dem sich bei der Verbrennung bildendes Abgas mit einem fluidgekühlten, mit Abstand zur Austrittsöffnung (2) angeordneten Wärmeübertrager (4) in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrate für das Gemisch und der Abstand zwischen der Austrittsöffnung (2) und dem Wärmeübertrager (4) so gewählt werden, dass sich der Rezirkulationswirbel von der Austrittsöffnung (2) bis zum Wärmeübertrager (4) erstreckt und dass dieser am Wärmeübertrager (4) abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis einer Größe der Austrittsöffnung (2) und der Förderrate eine Länge des Rezirkulationswirbel entsprechend einem Abstand zwischen der Brennerfläche (3) und dem Wärmeübertrager (4) eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rezirkulations- wirbel mit einem von einer äußeren Begrenzungsfläche um schlossenen Wirbelraum erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längserstreckung des Rezirkulationswirbels so an genähert wird, dass ein austrittsöffnungsabgewandtes Ende der Begrenzungsfläche des Rezirkulationswirbels den Wärme übertrager (4) gerade berührt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem am Wärmeübertrager (4) abgekühlten und mittels des Rezirkulationswirbels zur Brennerfläche (3) zurückge führten Abgas die Brennerfläche (3) im Vergleich zu rezir- kuliertem, aber nicht am Wärmeübertrager (4) abgekühltem Abgas reduziert aufgeheizt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasbrenner mit Austrittsöffnungen (2) mit einem Durchmesser von 0,6 bis 1,2 mm verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasbrenner verwendet wird, bei dem sich die Aus trittsöffnungen (2) bezogen auf ihren kürzest möglichen Ab stand zum Wärmeübertrager (4) maximal 30 bis 100 mm von diesem entfernt befinden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , dass eine zylindermantelförmig ausgebildete Brennerfläche
(3) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , dass ein zylindermantelförmig ausgebildeter Wärmeübertrager
(4) verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , dass als Brenngas ein karbonfreies Gas verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass als Brenngas ein mindestens anteilig Wasserstoff ent haltendes Gas verwendet wird.
EP22708295.5A 2021-02-18 2022-02-10 Verfahren zum betrieb eines gasbrenners Pending EP4295082A1 (de)

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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9101668A (nl) * 1991-10-03 1993-05-03 Fasto Nefit Bv Branderplaat en brander voor een gasmengsel met een hoge luchtfactor.
NL9400280A (nl) * 1994-02-23 1995-10-02 Stichting Energie Werkwijze voor de verbranding van hoogreaktieve gasvormige lucht/brandstof-mengsels en branderinrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze.
DE102007036953B3 (de) 2007-08-04 2009-04-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brenner
EP2547961B1 (de) 2010-03-19 2020-02-19 Technische Universität Berlin Verfahren und system zum regeln oder steuern des betriebsverhaltens einer gasturbinenverbrennungsanlage
DE102017120370B4 (de) 2017-09-05 2019-06-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennerkopf, Brennersystem und Verfahren zum Betreiben des Brennersystems
PL3467383T3 (pl) 2017-10-06 2021-09-27 Erk Eckrohrkessel Gmbh Układ kotła i sposób wytwarzania ciepła przez spalanie co najmniej jednego paliwa

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