EP4666009A1 - Brenneranordnung - Google Patents

Brenneranordnung

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Publication number
EP4666009A1
EP4666009A1 EP24700847.7A EP24700847A EP4666009A1 EP 4666009 A1 EP4666009 A1 EP 4666009A1 EP 24700847 A EP24700847 A EP 24700847A EP 4666009 A1 EP4666009 A1 EP 4666009A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactant
oxygen
furnace chamber
feed
burner
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
EP24700847.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Demuth
Christian Erich Gaber
Gyula PALMAI
Florian Toth
Philipp SCHINDLER
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.)
Messer Austria GmbH
Messer Hungarogaz Kft
Original Assignee
Messer Austria GmbH
Messer Hungarogaz Kft
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 Messer Austria GmbH, Messer Hungarogaz Kft filed Critical Messer Austria GmbH
Publication of EP4666009A1 publication Critical patent/EP4666009A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • 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
    • 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
    • F23L13/00—Construction of valves or dampers for controlling air supply or draught
    • F23L13/06—Construction of valves or dampers for controlling air supply or draught slidable only
    • 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 
    • 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
    • F23D2206/00—Burners for specific applications
    • F23D2206/0021—Gas burners for use in furnaces of the reverberatory, muffle or crucible type
    • 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
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07005—Injecting pure oxygen or oxygen enriched air
    • 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
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07006—Control of the oxygen supply

Definitions

  • the invention relates to a burner arrangement with at least one feed line for a first reactant opening into a furnace chamber and a plurality of feed lines for a second reactant opening into the furnace chamber, as well as a control device for controlling the mass flows of first and second reactant introduced into the furnace chamber via the feed lines.
  • Such burner arrangements are known and are used, for example, in staged combustion to reduce NOx emissions in combustion processes.
  • the combustion air is fed to the flame in two or more partial flows from spatially separated positions. Part of the combustion air is thus withheld from the main combustion zone, which generally leads to a substoichiometric combustion reaction and, in the case of carbon-containing fuels, to a high level of carbon monoxide production.
  • the resulting comparatively low adiabatic combustion temperature in the main combustion zone reduces the formation of thermal NOx.
  • the carbon monoxide produced also directly reduces locally present NOx.
  • the unburned components of the fuel are afterburned at a certain distance from the main combustion zone by a secondary air flow.
  • the most prominent examples of this type of combustion are boxer furnaces in power plants, where the combustion air is even divided into primary, secondary and tertiary air.
  • oxygen burners In contrast to air burners, oxygen burners (oxyfuel burners) use technically highly pure oxygen as an oxidizer. Especially in the case of high-temperature However, oxygen burners such as those used in glass melting furnaces, where combustion chamber temperatures of 1450°C and higher are required, also produce very high concentrations of nitrogen oxides due to residual nitrogen in the oxidizer or due to the introduction of false air into the furnace chamber and emissions from the feed materials. It has therefore already been proposed to apply the principle of staged combustion to such combustion processes as well.
  • EP 0 762 050 A1 and EP 3 366 994 A1 disclose oxygen burner arrangements with staged combustion. These have a flat flame burner with an oval outlet opening, from which at least one further, also oval-shaped outlet lance for secondary oxygen is arranged at a vertical distance. Such multiple oxygen supply makes it possible to change the oxygen flows supplied via the burner and outlet lance(s) and to achieve different oxygen concentrations in different areas of the furnace chamber. The more oxygen is fed into the outer areas of the furnace chamber, the higher the stage and thus the nitrogen oxide-reducing effect.
  • staged combustion has also proven to be advantageous, in which a carbon monoxide-rich atmosphere is formed locally due to a reduced oxygen concentration below the flame. The carbon monoxide counteracts foam formation in the glass melt and can also reduce foam that has already formed.
  • a disadvantage of the known arrangements is a comparatively complex control technology in terms of apparatus and process technology when changing the flow rates of the gases introduced into the furnace chamber, which is also the aim of the present invention to improve.
  • the burner arrangement according to the invention thus has, in addition to the control device which determines the total mass flow of the reactants, a distribution device by means of which - even during ongoing operation of the burner arrangement - different distributions (hereinafter also referred to as "operating modes") of the mass flow of one of the reactants introduced into the furnace chamber can be set to its feeds without changing the total mass flow of this reactant.
  • operating modes - even during ongoing operation of the burner arrangement - different distributions
  • the mass flows of the reactant fed through the feeds do not have to be switched on or off or set independently of one another, but the total mass flow of this reactant fed to the burner arrangement remains the same even when the operating mode is changed and is simply redistributed to the individual feeds.
  • a reduction in the mass flow at a first feed always leads to an increase in the mass flow at at least one other feed and vice versa.
  • Such a distribution device can also be provided for all other reactants which are introduced into the furnace chamber via a plurality of feeds of the burner arrangement.
  • a burner arrangement according to the invention consisting of a burner and at least one additional feed lance can be converted during operation from a first operating mode, in which both reactants are introduced completely via the burner, to another operating mode, in which one of the reactants (e.g. oxygen) is introduced only via the feed lance(s) or in a predefined mixed manner via both introduction devices, without the total amount of this reactant introduced into the furnace chamber changing.
  • a first operating mode in which both reactants are introduced completely via the burner
  • one of the reactants e.g. oxygen
  • the distribution device has a (seen in the flow direction of the reactant) inlet line for the second reactant and a distribution element which is connected to the flow through the majority of inlets for this reactant on the downstream side via flow through-passages, and a distribution disk in the form of a perforated disk which is mounted on the distribution element so as to be rotatable but lockable in predetermined angular positions.
  • the distribution disk is equipped with flow openings which interact with the flow through-passages of the distribution element to create a flow connection.
  • the flow openings which act like a diaphragm, are distributed on the distribution disk in different numbers per area and/or they have different cross-sections, so that by rotating the distribution disk, the size and/or number of the flow openings interacting with a flow through-passage of the distribution element, and thus the mass flow of the reactant introduced into this flow through-passage, can be changed. In this way, by rotating the distribution disk by a predetermined angle, a predetermined distribution of a mass flow of the second reactant flowing in from the feed line to the inlets can be brought about.
  • the distribution device can be adjusted manually and/or with a servomotor to change the operating modes.
  • the angular position of the distribution disc is preferably adjusted automatically with a servomotor and/or manually with a hand crank.
  • the distribution disc is expediently detachably connected to the distribution element in order to be able to exchange the distribution disc for another distribution disc that can be mounted on the distribution element and has a different number and/or size and/or geometry of flow openings.
  • the reactants are fuel and one or more oxidants.
  • the burner arrangement according to the invention is intended and suitable for use with a fuel such as hydrogen or a carbonaceous fuel such as natural gas, oil or coal dust as the first reactant and with an oxidant such as pure oxygen or an oxygen containing gas, such as air, as a second reactant.
  • a fuel such as hydrogen or a carbonaceous fuel such as natural gas, oil or coal dust
  • an oxidant such as pure oxygen or an oxygen containing gas, such as air, as a second reactant.
  • "Pure oxygen” is understood here to mean a gas which has an oxygen content of at least 90 vol.%, preferably at least 99 vol.%.
  • the feeds for the first and/or the second reactant can be designed as part of a burner in the burner arrangement according to the invention, with, for example, one feed or several feeds for the first reactant and one feed or several feeds for the second reactant being arranged coaxially to one another and opening into the furnace chamber at a common burner mouth.
  • the feeds for the first and/or the second reactant can also be designed in the form of feed lances, by means of which at least a partial flow of the reactant can be introduced into the furnace chamber separately from other reactants or from other partial flows of the same reactant.
  • a burner arrangement has a burner that has a fuel supply and an oxygen supply for primary oxygen.
  • the burner arrangement also has at least one supply lance by means of which secondary oxygen can be introduced into the furnace chamber.
  • an oxygen flow supplied to the burner arrangement can be distributed in different ways to the oxygen supply of the burner or the supply lance(s).
  • the burner arrangement can be switched alternately between a first operating mode, in which the oxygen proportion introduced via the burner is essentially stoichiometric to the fuel introduced, and a second operating mode in which a substoichiometric introduction takes place via the oxygen supply of the burner and the full stoichiometry takes place through the introduction of the secondary oxygen via a supply lance (stage combustion).
  • an oxygen-poor and carbon monoxide-rich atmosphere forms below the burner.
  • Such an atmosphere is particularly advantageous in glass melting furnaces, since it prevents the formation of foam in a glass melt heated by the fuel arrangement according to the invention in the lower area of the furnace chamber.
  • the burner arrangement according to the invention is therefore preferably used in a glass melting furnace.
  • Fig. 1 A burner arrangement according to the invention in longitudinal section
  • Fig. 2 The burner arrangement from Fig. 1 in a front view, seen from
  • Fig. 3a A distribution device for distributing the oxygen of a burner arrangement according to the invention in longitudinal section,
  • Fig. 3b The distribution device from Fig. 3a in cross section along the cutting line
  • Fig. 3c A distribution element in Fig. 3b in the distribution device according to
  • FIG. 3a interacting distributor disc in top view.
  • the burner arrangement 1 shown in Fig. 1 for example for heating a glass melting furnace, has a burner 2 which is accommodated in a passage 3 of a burner block 4.
  • the burner 2 has a cylindrical, central fuel channel 5 for supplying fuel (first reactant) and an oxygen supply 6 arranged coaxially around this for supplying primary oxygen (oxygen is the second reactant here), which open into a furnace chamber 8 at a burner mouth 7 of the burner 2.
  • the burner 2 is, for example, a high-impulse burner in which the reactants are introduced into the furnace chamber 8 at a flow velocity of at least 50 m/s, preferably at least 100 m/s, particularly preferably at least 150 m/s.
  • the high velocity of the introduced gases leads to an intensive recirculation of the combustion gases present in the furnace chamber, which results, among other things, in a reduction in the temperature of a flame forming in the furnace chamber 8 (not shown here) and thus in a reduction in NOx emissions.
  • the burner arrangement 1 has several oxygen lances 10, 11 for introducing secondary oxygen, which in the embodiment are guided through the burner block 4 parallel to the burner axis 12 of the burner 2.
  • An upper oxygen lance 10 is arranged vertically spaced from a horizontal plane (burner plane) 13 running through the axis of the burner 2, while a lower oxygen lance 11 is arranged vertically below the burner plane 13.
  • the oxygen lances 10, 11 can also be high-impulse introduction systems, i.e. the oxygen flow introduced into the furnace chamber 8 by the oxygen lances 10, 11 has a speed of at least 50 m/s, preferably at least 100 m/s, particularly preferably at least 150 m/s.
  • the fuel channel 5 is in flow connection via a fuel line 15 with a source for a gaseous fuel (not shown here).
  • the fuel used can be, for example, a hydrocarbon-containing gas, such as natural gas, or a hydrogen-containing gas, or a mixture of both.
  • the oxygen supply 6 and the oxygen lances 10, 11 are in flow connection via connecting lines 16, 17, 18 with an oxygen line 19, which in turn is connected to a source for the second reactant (also not shown here), for example an oxygen tank.
  • a control system 20 is arranged in the fuel line 15 and the oxygen line 19 and is in data communication with, for example, an electronic control system 21.
  • Control valves 22, 23 are provided in the control system 20, by means of which the total flow rates of fuel and oxygen introduced into the furnace chamber 8 can be regulated depending on predetermined parameters, such as a temperature measured in the furnace chamber 8.
  • a distribution device 25 is also provided, by means of which an oxygen flow supplied via the oxygen line 19 can be variably distributed between the connecting lines 16, 17, 18, and thus between the oxygen supply 6 and the oxygen lances 10, 11.
  • the distribution device 25 can be adjusted manually or by means of the control 21, as explained in more detail below by way of example.
  • a fuel flow is introduced into the furnace chamber 8 via the fuel line 15 and the fuel channel 5.
  • an oxygen flow is introduced via the oxygen line 19, which is preferably stoichiometric or slightly over-stoichiometric to the fuel flow.
  • the oxygen flow is completely divided between the connecting lines 16, 17, 18 in the distribution device 25 and reaches the furnace chamber 8 via the oxygen supply 6 or the oxygen lances 10, 11. There it is ignited with the fuel flow, whereupon a flame (not shown here) forms in the furnace chamber 8.
  • the following operating modes are preferred, which can also be set or changed during operation using the distribution device 25: a) At least a large part of the oxygen is fed to the oxygen supply 6. The flows of fuel and primary oxygen introduced into the furnace chamber 8 at the burner mouth 7 of the burner 2 are therefore at least almost stoichiometric to one another. No or at most a small oxygen flow is introduced via the oxygen lances 10, 11, which only serves to cool the oxygen lances 10, 11 and thus only contributes to the combustion of the fuel in the furnace chamber 8 to a small extent. This operating mode is preferred, for example, when starting the burner 2 or for heating up the furnace chamber 2. b) A large part of the oxygen is introduced into the furnace chamber 8 via the upper oxygen lance 10 (single-stage combustion).
  • a smaller residual flow is introduced via the oxygen supply 6 only for the purpose of igniting the flame forming in front of the burner mouth 7. stabilize. No or at most a small oxygen flow is introduced via the lower oxygen lance 11, which only serves to cool the oxygen lance 11 and only contributes slightly to the combustion of the fuel in the furnace chamber 8. In this operating mode, the combustion below the burner level 13 is substoichiometric overall. As a result, increased carbon monoxide is formed in this area, which suppresses the formation of foam on the glass melt or reduces foam that has already formed when the burner arrangement 1 is used in a glass melting furnace.
  • the distribution device 25 comprises a housing 26 in which a distribution element 27 is permanently mounted.
  • the distribution element 27 is a perforated plate permanently mounted in the distribution device 25 with three flow passages 28a, 28b, 28c, which in turn are in flow connection with the connecting lines 16, 17, 18.
  • the flow passages are 28a, 28b, 28c are each formed by equally sized, circular segment-shaped openings; however, other geometries and/or size ratios between the three flow openings are equally conceivable within the scope of the invention.
  • a distributor disk 29 is mounted on the distribution element 27 and coaxially thereto so as to be rotatable about an axis 30 common to the distribution element 27 and the distributor disk 29.
  • the distributor disk 29 is also designed as a perforated disk and is equipped with flow openings 31a, 31b, 31c, 31d.
  • the flow openings 31a, 31b, 31c, 31d are arranged at a distance from one another in the circumferential direction and, in the embodiment shown here, each have different cross-sections; alternatively or in addition to this, a different number of flow openings 31a, 31b, 31c, 31d can also be provided in different areas of the same surface of the distributor disk 29.
  • the distributor disk 29 is connected via a shaft 32 to a drive arranged outside the housing 26, for example a hand crank 33 or a stepper motor (not shown here).
  • a drive arranged outside the housing 26, for example a hand crank 33 or a stepper motor (not shown here).
  • the distribution element 27 and the distribution disk 29 are arranged such that the flow passage 28a and the flow opening 31a as well as the flow passage 28c and the flow opening 31c come to lie one above the other and in this way establish a flow connection between the oxygen line 19 and the connecting line 17 or 16 (further flow connections, not visible here, exist in this position of the distribution disk 29 between the oxygen line 19 and the connecting line 18 via the flow passage 28b and the flow opening 31b as well as between the oxygen line 19 and the connecting line 16 via the flow passage 28c and the flow opening 31d).
  • the housing 26, which accommodates the distribution element 27 and the distribution disc 29, is intended to ensure that all of the oxygen supplied via the oxygen line 19 passes through flow openings 31a, 31b, 31c, 31d in the distribution disc 29 and flow passages 28a, 28b, 28c in the distribution element 27 into one or more of the connecting lines 16, 17, 18. It is therefore connected in a gas-tight manner, for example via flange connections, to the oxygen line 19 and the connecting lines 16, 17, 18 and also has a gas-tight feedthrough 34 for the shaft 32.
  • a rotation of the distributor disk 29 causes the oxygen flow supplied from the oxygen line 19 to be distributed in different ways between the connecting lines 16, 17, 18 and thus between the oxygen supply 6 and the oxygen lances 10, 11.
  • the operating modes described above can thus be set in a simple manner, for example; in particular, neither the operation of the burner arrangement 1 needs to be interrupted nor the oxygen flow supplied via the oxygen line 19 needs to be changed.
  • the distributor disk 29 shown here with flow openings 31 a, 31 b, 31 c, 31 d is merely an example of a possible distributor disk 29.
  • the flow openings 31a, 31 b, 31 c, 31 d of the distributor disk 29 are preferably designed such that the pressure loss of the burner arrangement 1 as a whole remains essentially constant even during the switching of the distributor disk 29 and thus the switching has no influence on the operation of the control system 20 arranged upstream of the oxygen supply 19.
  • the geometries suitable for this and/or the required number of flow openings 31a, 31 b, 31 c, 31 d in the distributor disk 29 depend in particular on the respective intended oxygen flows and must be determined individually for each burner arrangement 1, for example empirically.
  • the distribution disk 29 is preferably detachably connected to the distribution element 27 and the housing 26 can be opened in a manner not shown here in order to be able to exchange the distribution disk 29, if necessary, for another distribution disk with a different number and/or size and/or geometry of the flow openings present therein.

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Abstract

Bekannte Brenneranordnungen weisen wenigstens eine in einen Ofenraum einmündenden Zuführung für einen ersten Reaktanten, wie beispielsweise Brennstoff, eine Mehrzahl von in den Ofenraum einmündenden Zuführungen für einen zweiten Reaktanten, wie beispielsweise Sauerstoff, sowie eine Regeleinrichtung zum Regeln der über die Zuführungen in den Ofenraum eingetragenen Mengenströme an erstem und zweiten Reaktant auf. Eine erfindungsgemäße Brenneranordnung weist zusätzlich stromab zur Regeleinrichtung in einer Zuleitung für den zweiten Reaktanten eine Verteileinrichtung zum Verteilen des insgesamt zugeführten Mengenstroms des zweiten Reaktanten auf die Mehrzahl der Zuführungen für den zweiten Reaktanten auf.

Description

Brenneranordnung
Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung mit wenigstens einer in einen Ofenraum einmündenden Zuführung für einen ersten Reaktanten und einer Mehrzahl von in den Ofenraum einmündenden Zuführungen für einen zweiten Reaktanten sowie einer Regeleinrichtung zum Regeln der über die Zuführungen in den Ofenraum eingetragenen Mengenströme an erstem und zweitem Reaktant.
Derartige Brenneranordnungen sind bekannt und werden beispielsweise im Wege der gestuften Verbrennung zur Reduzierung von NOx - Emissionen in Verbrennungsprozessen eingesetzt. Dabei wird die Verbrennungsluft der Flamme in zwei oder mehr Teilströmen aus räumlich weit auseinanderliegenden Positionen zugeführt. Ein Teil der Verbrennungsluft wird somit der Hauptbrennzone vorenthalten, was in der Regel dort zu einer unterstöchiometrischen Verbrennungsreaktion und, im Falle von kohlenstoffhaltigen Brennstoffen, zu einer starken Kohlenmonoxid - Produktion führt. Die dadurch in der Hauptbrennzone vergleichsweise niedrige adiabate Verbrennungstemperatur mindert die Bildung von thermischen NOx. Zusätzlich wird durch das erzeugte Kohlenmonoxid lokal vorhandenes NOx auch direkt reduziert. Die nicht verbrannten Bestandteile des Brennstoffs werden in einer gewissen Entfernung zur Hauptbrennzone durch einen Sekundärluftstrom nachverbrannt. Prominenteste Beispiele für diese Art der Verbrennung sind Boxer-Feuerungen in Kraftwerken, bei denen die Aufteilung der Verbrennungsluft sogar in Primär-, Sekundär- und Tertiärluft erfolgt.
Da bei dieser Art der gestuften Verbrennung ein hoher Platzbedarf besteht, kommen hierfür nur große Brennräume (z.B. Dampfkessel in Kraftwerken) in Frage; für den Einsatz beispielsweise in Glasschmelzöfen sind sie in der Regel ungeeignet. Zudem ist die lokale Produktion von großen Mengen an Kohlenmonoxid aus Gründen der Sicherheit, aber auch wegen damit verbundener Nachteile auf die Produkteigenschaften nicht immer gewünscht.
Sauerstoffbrenner (Oxyfuel-Brenner) nutzen im Gegensatz zu Luftbrennern technisch hochreinen Sauerstoff als Oxidator. Speziell im Fall von Hochtemperatur- Sauerstoffbrennern, wie sie in Glasschmelzöfen zum Einsatz kommen, in denen Brennraumtemperaturen von 1450°C und höher gefordert werden, entstehen jedoch auch hier aufgrund von vorhandenem Reststickstoff im Oxidator bzw. durch den Eintrag von Falschluft in den Ofenraum und Emissionen aus den Einsatzmatenalien sehr hohe Konzentrationen an Stickoxiden. Es wurde daher bereits vorgeschlagen, das Prinzip der gestuften Verbrennung auch auf derartige Verbrennungsprozesse zu übertragen.
So sind aus der EP 0 762 050 A1 und der EP 3 366 994 A1 Sauerstoff- Brenneranordnungen mit gestufter Verbrennung bekannt. Diese weisen einen Flachflammenbrenner mit ovaler Austrittsöffnung auf, von dem vertikal beabstandet wenigstens eine weitere, gleichfalls ovale geformte Austrittslanze für sekundären Sauerstoff angeordnet ist. Eine solche multiple Sauerstoffzuführung erlaubt es, die über Brenner und Austrittslanze(n) zugeführten Sauerstoffströme zu verändern und unterschiedliche Sauerstoffkonzentrationen in unterschiedlichen Bereichen des Ofenraums zu realisieren. Je mehr Sauerstoff in äußere Bereiche des Ofenraums geführt wird, desto höher ist die Stufung und damit der Stickoxid-mindernde Effekt. Insbesondere in der Glasproduktion erweist sich darüber hinaus eine gestufte Verbrennung als vorteilhaft, bei der sich aufgrund einer reduzierten Sauerstoffkonzentration unterhalb der Flamme lokal eine an Kohlenmonoxid reiche Atmosphäre ausbildet. Das Kohlenmonoxid wirkt einer Schaumbildung in der Glasschmelze entgegen und vermag darüber hinaus, bereits entstandenen Schaum zurückzubilden.
Nachteilig bei den bekannten Anordnungen ist jedoch eine apparativ und verfahrenstechnisch vergleichsweise aufwändige Regelungstechnik beim Verändern der Mengenströme der in den Ofenraum eingetragenen Gase, die zu verbessern zugleich Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
Gelöst ist diese Aufgabe bei einer Brenneranordnung der eingangs genannten Art und Zweckbestimmung dadurch, dass sich an eine Zuleitung für den zweiten Reaktanten, stromab zur Regeleinrichtung (in Strömungsrichtung des zweiten Reaktanten gesehen), eine Verteileinrichtung anschließt, mittels der die Verteilung eines der Brenneranordnung über die Zuleitung zugeführten Mengenstroms des zweiten Reaktanten auf die Mehrzahl der Zuführungen für den zweiten Reaktanten einstellbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Brenneranordnung besitzt somit zusätzlich zur Regeleinrichtung, die die Mengenströme der Reaktanden insgesamt bestimmt, eine Verteileinrichtung, mittels der - auch während des laufenden Betriebs der Brenneranordnung - verschiedene Verteilungen (im folgenden auch „Betriebsmodi“ genannt) des in den Ofenraum eingetragenen Mengenstroms eines der Reaktanten auf dessen Zuführungen eingestellt werden können, ohne dabei den insgesamt zugeführten Mengenstrom dieses Reaktanten zu verändern. Zur Einstellung eines anderen Betriebsmodus müssen die jeweils durch die Zuführungen geführten Mengenströme des Reaktanten also nicht zu- oder abgeschaltet oder unabhängig voneinander eingestellt werden, sondern ein insgesamt der Brenneranordnung zugeführter Mengenstrom dieses Reaktanten bleibt auch bei einer Änderung des Betriebsmodus gleich und wird lediglich neu auf die einzelnen Zuführungen verteilt. So führt eine Reduzierung des Mengenstroms an einer ersten Zuführung stets auch zu einer Erhöhung des Mengenstroms an mindestens einer weiteren Zuführung und umgekehrt. Eine derartige Verteileinrichtung kann im Übrigen auch für alle weiteren Reaktanten vorgesehen sein, welche über eine Mehrzahl an Zuführungen der Brenneranordnung in den Ofenraum eingetragen werden.
Beispielsweise kann eine aus einem Brenner und wenigstens einer zusätzlichen Zuführungslanze bestehende erfindungsgemäße Brenneranordnung im Betrieb aus einem ersten Betriebsmodus, bei der beide Reaktanten vollständig über den Brenner eingetragen werden, in einen anderen Betriebsmodus überführt werden, bei der einer der Reaktanten (z.B. Sauerstoff) nur über die Zuführungslanze(n) oder in einer vordefinierten Mischweise über beide Eintragseinrichtungen eingetragen wird, ohne dass sich die insgesamt in den Ofenraum eingetragene Gesamtmenge dieses Reaktanten ändert.
In einer besonders platzsparenden und einfach zu bedienenden Ausgestaltung der Erfindung weist die Verteileinrichtung ein (in Strömungsrichtung des Reaktanten gesehen) zuströmseitig mit der Zuleitung für den zweiten Reaktanten und abströmseitig über Strömungsdurchführungen mit der Mehrzahl an Zuführungen für diesen Reaktanten strömungsverbundenes Verteilelement sowie eine als Lochscheibe ausgebildete Verteilerscheibe auf, die drehbar, jedoch in vorbestimmten Winkelstellungen arretierbar, auf dem Verteilelement montiert ist. Die Verteilerscheibe ist mit Strömungsöffnungen ausgerüstet, die mit den Strömungsdurchführungen des Verteilelements zur Herstellung einer Strömungsverbindung Zusammenwirken. Die wie eine Blende wirkenden Strömungsöffnungen sind in unterschiedlicher Anzahl pro Fläche auf der Verteilerscheibe verteilt und/oder sie weisen unterschiedliche Querschnitte auf, sodass durch eine Drehung der Verteilerscheibe Größe und/oder Zahl der mit einer Strömungsdurchführung des Verteilelements zusammenwirkenden Strömungsöffnungen, und damit der in diese Strömungsdurchführung eingeleitete Mengenstrom des Reaktanten, verändert werden kann. Auf diese Weise kann bei einer Drehung der Verteilerscheibe um einen vorgegebenen Winkel eine vorgegebene Verteilung eines aus der Zuleitung zuströmenden Mengenstroms des zweiten Reaktanten auf die Zuführungen bewirkt werden.
Bevorzugt kann die Verteileinrichtung zur Änderung der Betriebsmodi manuell und/oder mit einem Stellmotor eingestellt werden. Im Fall der vorgenannten Verteileinrichtung mit Verteilelement und Verteilerscheibe erfolgt die Einstellung der Winkelposition der Verteilerscheibe dabei bevorzugt automatisch mit einem Stellmotor und/oder manuell mit einer Handkurbel.
Um die Verteileinrichtung an unterschiedliche Anforderungen anpassen zu können, ist die Verteilerscheibe zweckmäßigerweise lösbar mit dem Verteilelement verbunden, um ggf. die Verteilerscheibe gegen eine andere auf das Verteilelement montierbare Verteilerscheibe mit einer anderen Anzahl und/oder Größe und/oder Geometrie von Strömungsöffnungen austauschen zu können.
Bei den Reaktanten handelt es sich um Brennstoff und einen oder mehrere Oxidanten. Beispielsweise ist die erfindungsgemäße Brenneranordnung dazu bestimmt und geeignet, mit einem Brennstoff, wie Wasserstoff oder ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wie Erdgas, Öl oder Kohlenstaub, als erstem Reaktanten und mit einem Oxidanten, wie reiner Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gas, wie Luft, als zweitem Reaktanten betrieben zu werden. Als „reiner Sauerstoff“ soll hier ein Gas verstanden werden, das einen Sauerstoffanteil von mindestens 90 Vol.-%, bevorzugt mindestens 99 Vol.-% aufweist.
Die Zuführungen für den ersten und/oder den zweiten Reaktanten können bei der erfindungsgemäßen Brenneranordnung als Teil eines Brenners ausgebildet sein, wobei beispielsweise eine Zuführung oder mehrere Zuführungen für den ersten Reaktanten und eine Zuführung oder mehrere Zuführungen für den zweiten Reaktanten koaxial zueinander angeordnet sind und an einem gemeinsamen Brennermund in den Ofenraum ausmünden. Alternativ oder ergänzend dazu können die Zuführungen für den ersten und/oder den zweiten Reaktanten jedoch auch in Gestalt von Zuführungslanzen ausgebildet sein, mittels denen zumindest ein Teilstrom des Reaktanten separat von anderen Reaktanten oder von anderen Teilströmen des gleichen Reaktanten in den Ofenraum eingetragen werden kann.
Beispielsweise weist eine erfindungsgemäße Brenneranordnung einen Brenner auf, der über eine Brennstoffzuführung und eine Sauerstoffzuführung für primären Sauerstoff verfügt. Weiterhin verfügt die Brenneranordnung über zumindest eine Zuführungslanze, mittels der sekundärer Sauerstoff in den Ofenraum eingetragen werden kann. Mittels der Verteileinrichtung kann ein insgesamt der Brenneranordnung zugeführter Sauerstoffstrom in unterschiedlicher Weise auf die Sauerstoffzuführung des Brenners bzw. die Zuführungslanze(n) verteilt werden. Insbesondere kann die Brenneranordnung wechselweise zwischen einem ersten Betriebsmodus, bei dem der über den Brenner eingetragene Sauerstoffanteil im Wesentlichen stöchiometrisch zum eingetragenen Brennstoff ist, und einem zweitem Betriebsmodus geschaltet werden, in dem über die Sauerstoffzuführung des Brenners ein unterstöchiometrischer Eintrag erfolgt und die volle Stöchiometrie durch den Eintrag des sekundären Sauerstoffs über eine Zuführungslanze erfolgt (gestufte Verbrennung). Erfolgt der Eintrag des sekundären Sauerstoffs in diesem zweiten Betriebsmodus oberhalb des Brenners, bildet sich unterhalb des Brenners eine sauerstoffarme und kohlenmonoxidreiche Atmosphäre aus. Eins solche Atmosphäre ist insbesondere in Glasschmelzöfen von Vorteil, da sie die Schaumbildung in einer von der erfindungsgemäßen Brennstoffanordnung erwärmten Glasschmelze im unteren Bereich des Ofenraums reduziert. Die erfindungsgemäße Brenneranordnung kommt daher bevorzugt in einem Glasschmelzofen zum Einsatz.
Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:
Fig. 1 : Eine erfindungsgemäße Brenneranordnung im Längsschnitt
Fig. 2: Die Brenneranordnung aus Fig. 1 in einer Vorderansicht, gesehen aus
Richtung B in Fig. 1 ,
Fig. 3a: Eine Verteileinrichtung zum Verteilen des Sauerstoffs einer erfindungsgemäßen Brenneranordnung im Längsschnitt,
Fig. 3b: Die Verteileinrichtung aus Fig. 3a im Querschnitt längs der Schnittlinie
B-B in Fig. 3a und
Fig. 3c: Eine mit dem Verteilelement in Fig. 3b in der Verteileinrichtung nach
Fig. 3a zusammenwirkende Verteilerscheibe in Draufsicht.
Die in Fig. 1 dargestellte, beispielsweise zur Beheizung eines Glasschmelzofens bestimmte Brenneranordnung 1 weist einen Brenner 2 auf, der in einer Durchführung 3 eines Brennersteins 4 aufgenommen ist. Der Brenner 2 weist einen zylindrischen, zentralen Brennstoffkanal 5 zum Zuführen von Brennstoff (erster Reaktant) und eine koaxial um diesen herum angeordnete Sauerstoffzuführung 6 zum Zuführen von primärem Sauerstoff (Sauerstoff ist hier zweiter Reaktant) auf, die an einem Brennermund 7 des Brenners 2 in einen Ofenraum 8 ausmünden. Beim Brenner 2 handelt es sich beispielsweise um einen Hochimpulsbrenner, bei dem die Reaktanten mit einer Strömungsgeschwindigkeit von wenigstens 50 m/s bevorzugt von wenigstens 100 m/s, besonders bevorzugt mindestens 150 m/s in den Ofenraum 8 eingetragen werden. Dabei führt die hohe Geschwindigkeit der eingetragenen Gase zu einer intensiven Rezirkulation der im Ofenraum anwesenden Verbrennungsgase, die u.a. eine Reduktion der Temperatur einer sich im Ofenraum 8 ausbildenden Flamme (hier nicht gezeigt) und damit eine Reduzierung der NOx- Emissionen zur Folge hat.
Um eine gestufte Verbrennung zu ermöglichen, weist die Brenneranordnung 1 mehrere Sauerstofflanzen 10, 11 zum Einbringen von sekundärem Sauerstoff auf, die im Ausführungsbeispiel achsparallel zur Brennerachse 12 des Brenners 2 durch den Brennerstein 4 geführt sind. Dabei ist eine obere Sauerstofflanze 10 vertikal beabstandet von einer durch die Achse des Brenners 2 verlaufenden horizontalen Ebene (Brennerebene) 13 angeordnet, während eine untere Sauerstofflanze 11 vertikal unterhalb der Brennerebene 13 angeordnet ist.
Bei den Sauerstofflanzen 10, 11 kann es gleichfalls um Hochimpuls-Eintragssysteme handeln, d.h. der mit den Sauerstofflanzen 10, 11 in den Ofenraum 8 eingetragene Sauerstoffstrom hat eine Geschwindigkeit von gleichfalls wenigstens 50 m/s, bevorzugt von wenigstens 100 m/s, besonders bevorzugt mindestens 150 m/s.
Im Rahmen der Erfindung ist es im Übrigen auch vorstellbar, dass nicht nur jeweils eine Sauerstofflanze 10, 11 , sondern eine Mehrzahl von Sauerstofflanzen (hier nicht gezeigt) oberhalb und/oder unterhalb des Brenners 2 vorgesehen sind; diese können dabei beispielsweise entlang einer horizontalen Linie oder in anderer Weise, beispielsweise ringförmig um den Brenner 2 herum, in den Ofenraum 8 ausmünden.
Der Brennstoffkanal 5 steht über eine Brennstoffleitung 15 mit einer hier nicht gezeigten Quelle für einen gasförmigen Brennstoff in Strömungsverbindung. Als Brennstoff kommt beispielsweise ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas, wie Erdgas, oder ein wasserstoffhaltiges Gas oder eine Mischung von beiden zum Einsatz. Die Sauerstoffzuführung 6 sowie die Sauerstofflanzen 10, 11 , stehen über Verbindungsleitungen 16, 17, 18 mit einer Sauerstoffleitung 19 in Strömungsverbindung, die wiederum an einer hier gleichfalls nicht gezeigten Quelle für den zweiten Reaktanten, beispielsweise ein Sauerstofftank, angeschlossen ist.
In der Brennstoffleitung 15 und der Sauerstoffleitung 19 ist eine Regelstrecke 20 angeordnet, die mit einer beispielsweise elektronischen Steuerung 21 in Datenverbindung steht. In der Regelstrecke 20 sind Stellventile 22, 23 vorgesehen, mittels denen die insgesamt in den Ofenraum 8 eingetragenen Mengenströme von Brennstoff und Sauerstoff in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern, wie beispielsweise einer im Ofenraum 8 gemessenen Temperatur, geregelt werden können. In der Sauerstoffleitung 19 ist zudem eine Verteileinrichtung 25 vorgesehen, mittels der ein über die Sauerstoffleitung 19 herangeführter Sauerstoffstrom auf die Verbindungsleitungen 16, 17, 18, und damit auf die Sauerstoffzuführung 6 und die Sauerstofflanzen 10, 11 variierbar aufgeteilt werden kann. Die Verteileinrichtung 25 kann manuell oder mittels der Steuerung 21 eingestellt werden, wie beispielhaft unten näher erläutert.
Im Betrieb der Brenneranordnung 1 wird ein Brennstoffstrom über die Brennstoffleitung 15 und den Brennstoffkanal 5 in den Ofenraum 8 eingetragen. Gleichzeitig wird über die Sauerstoffleitung 19 ein Sauerstoffstrom herangeführt, der bevorzugt zum Brennstoffstrom stöchiometrisch oder geringfügig überstöchiometrisch ist. Der Sauerstoffstrom wird in der Verteileinrichtung 25 vollständig auf die Verbindungsleitungen 16, 17, 18 aufgeteilt und gelangt über die Sauerstoffzuführung 6 bzw. die Sauerstofflanzen 10, 11 in den Ofenraum 8. Dort wird er mit dem Brennstoffstrom zur Zündung gebracht, worauf sich im Ofenraum 8 eine (hier nicht gezeigte) Flamme ausbildet.
Dabei sind folgende Betriebsmodi bevorzugt, die mittels der Verteilleinrichtung 25 auch während des laufenden Betriebs eingestellt bzw. geändert werden können: a) Mindestens ein Großteil des Sauerstoffs wird zur Sauerstoffzuführung 6 geleitet. Die am Brennermund 7 des Brenners 2 in den Ofenraum 8 eingetragenen Ströme aus Brennstoff und primärem Sauerstoff sind also zumindest nahezu stöchiometrisch zueinander. Über die Sauerstofflanzen 10, 11 wird kein oder allenfalls ein geringer Sauerstoffstrom eingetragen, der lediglich der Kühlung der Sauerstofflanzen 10, 11 dient und damit auch zur Verbrennung des Brennstoffs im Ofenraum 8 nur im geringen Maße beiträgt. Dieser Betriebsmodus ist beispielsweise beim Starten des Brenners 2 oder zum Aufheizen des Ofenraums 2 bevorzugt. b) Ein Großteil des Sauerstoffs wird über die obere Sauerstofflanze 10 in den Ofenraum 8 eingetragen (einfach gestufte Verbrennung). Ein kleinerer Reststrom wird über die Sauerstoffzuführung 6 lediglich zu dem Zweck eingeleitet, um die sich vor dem Brennermund 7 ausbildende Flamme zu stabilisieren. Über die untere Sauerstofflanze 11 wird kein oder allenfalls ein geringer Sauerstoffstrom eingetragen, der lediglich der Kühlung der Sauerstofflanze 11 dient und zur Verbrennung des Brennstoffs im Ofenraum 8 nur geringfügig beiträgt. In diesem Betriebsmodus ist die Verbrennung unterhalb der Brennerebene 13 insgesamt unterstöchiometrisch. Dadurch wird in diesem Bereich verstärkt Kohlenmonoxid gebildet, das bei Verwendung der Brenneranordnung 1 in einem Glasschmelzofen die Bildung von Schaum auf der Glasschmelze unterdrückt bzw. bereits gebildeten Schaum rückbildet. c) Der gesamte oder ein Großteil des insgesamt zugeführten Sauerstoffs wird auf die Sauerstofflanzen 10, 11 verteilt (zweifach gestufte Verbrennung), wobei durch Variation der Verteilung der über die obere Sauerstofflanze 10 und die untere Sauerstofflanze 11 eingetragenen Sauerstoffströme oberhalb bzw. unterhalb der Brennerebene 13 sauerstoffreiche bzw. sauerstoffarme Atmosphären ausgebildet werden können. Ein etwaiger kleiner Reststrom wird über die Sauerstoffzuführung 6 lediglich zu dem Zweck eingeleitet, um den Brenner 2 zu kühlen (falls erforderlich) oder eine Flamme zu stabilisieren. In diesem Betriebsmodus werden besonders wenige Stickoxide produziert.
Diese Betriebsmodi können selbstverständlich auch dann eingestellt werden, wenn anstelle der hier gezeigten Brenneranordnung 1 mit jeweils einer Sauerstofflanze 10, 11 oberhalb bzw. unterhalb der Brennerebene 13 eine erfindungsgemäße Brenneranordnung mit einer Mehrzahl von Sauerstofflanzen oberhalb und/oder unterhalb der Brennerebene 13 zum Einsatz kommt.
Anhand der Fig. 3a bis 3c wird nun eine einfache, robuste und kostengünstige Möglichkeit beschrieben, um den über die Sauerstoffleitung 19 herangeführten Sauerstoffstrom entsprechend der oben genannten Betriebsmodi auf die Verbindungsleitungen 16, 17, 18 aufteilen zu können. Dabei umfasst die Verteileinrichtung 25 ein Gehäuse 26, in dem ein Verteilelement 27 fest montiert ist. Beim Verteilelement 27 handelt es sich um eine fest in der Verteileinrichtung 25 montierte Lochplatte mit drei Strömungsdurchführungen 28a, 28b, 28c, die wiederum mit den Verbindungsleitungen 16, 17, 18 in Strömungsverbindung stehen. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Strömungsdurchführungen 28a, 28b, 28c um jeweils gleich große, kreissegmentförmige Öffnungen; es sind jedoch ebenso gut andere Geometrien und/oder Größenverhältnisse zwischen den drei Strömungsöffnungen im Rahmen der Erfindung vorstellbar.
Auf dem Verteilelement 27 und koaxial zu diesem ist eine Verteilerscheibe 29 um eine Verteilelement 27 und Verteilerscheibe 29 gemeinsame Achse 30 drehbar gelagert. Auch die Verteilerscheibe 29 ist als Lochscheibe ausgebildet und mit Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d ausgerüstet. Die Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d sind in Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet und weisen im hier gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils unterschiedliche Querschnitte auf; alternativ oder ergänzen dazu können in unterschiedlichen Bereichen gleicher Fläche der Verteilerscheibe 29 auch eine unterschiedliche Anzahl von Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d vorgesehen sein. Die Verteilerscheibe 29 ist über eine Welle 32 mit einem außerhalb des Gehäuses 26 angeordneten Antrieb, beispielsweise einer Handkurbel 33 oder einem Schrittmotor (hier nicht gezeigt) verbunden. In der in Fig. 3a gezeigten Position sind Verteilelement 27 und Verteilerscheibe 29 derart angeordnet, dass die Strömungsdurchführung 28a und die Strömungsöffnung 31a sowie die Strömungsdurchführung 28c und die Strömungsöffnung 31c übereinander zu liegen kommen und auf diese Weise eine Strömungsverbindung zwischen der Sauerstoffleitung 19 und der Verbindungsleitung 17 bzw. 16 herstellen (weitere, hier nicht sichtbare Strömungsverbindungen bestehen in dieser Position der Verteilerscheibe 29 zwischen der Sauerstoffleitung 19 und der Verbindungsleitung 18 über die Strömungsdurchführung 28b und die Strömungsöffnung 31 b sowie zwischen der Sauerstoffleitung 19 und der Verbindungsleitung 16 über die Strömungsdurchführung 28c und die Strömungsöffnung 31 d).
Das das Verteilelement 27 und die Verteilerscheibe 29 aufnehmende Gehäuse 26 soll sicherstellen, dass der gesamte über die Sauerstoffleitung 19 herangeführte Sauerstoff durch Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d in der Verteilerscheibe 29 und Strömungsdurchführungen 28a, 28b, 28c im Verteilelement 27 hindurch in eine oder mehrere der Verbindungsleitungen 16, 17, 18 gelangt. Es ist demzufolge gasdicht, beispielsweise über Flanschverbindungen, mit der Sauerstoffleitung 19 und den Verbindungsleitungen 16, 17, 18 verbunden und weist eine ebenfalls gasdichte Durchführung 34 für die Welle 32 auf.
Aufgrund des unterschiedlichen Öffnungsquerschnitts der Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d und/oder der Anzahl der Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d pro Flächeneinheit in der Verteilerscheibe 29 bewirkt eine Drehung der Verteilerscheibe 29, dass der aus der Sauerstoffleitung 19 herangeführte Sauerstoffstrom auf unterschiedliche Weise auf die Verbindungsleitungen 16, 17, 18 und somit auf die Sauerstoffzuführung 6 und die Sauerstofflanzen 10, 11 aufgeteilt wird. Bei einem geeigneten Design der Verteilerscheibe 29 mit beispielsweise unterschiedlich großen, in Umlaufrichtung voneinander beabstandeten Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d können somit beispielsweise die oben beschriebenen Betriebsmodi in einfacher Weise eingestellt werden; insbesondere muss dazu weder der Betrieb der Brenneranordnung 1 unterbrochen noch der über die Sauerstoffleitung 19 herangeführte Sauerstoffstrom verändert werden.
Die hier gezeigte Verteilerscheibe 29 mit Strömungsöffnungen 31 a, 31 b, 31 c, 31 d stellt im Übrigen lediglich ein Beispiel einer möglichen Verteilerscheibe 29 dar. Bevorzugt sind die Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31c, 31 d der Verteilerscheibe 29 so ausgebildet, dass der Druckverlust der Brenneranordnung 1 insgesamt auch während der Umschaltung der Verteilerscheibe 29 im Wesentlichen konstant bleibt und somit die Umschaltung keinen Einfluss auf den Betrieb der stromauf zur Sauerstoffzuführung 19 angeordneten Regelstrecke 20 hat. Die hierzu geeigneten Geometrien und/oder die erforderliche Anzahl der Strömungsöffnungen 31a, 31 b, 31 c, 31 d in der Verteilerscheibe 29 hängen dabei insbesondere von den jeweils intendierten Sauerstoffströmen ab und sind für jede Brenneranordnung 1 individuell, beispielsweise empirisch, zu bestimmen.
Um die Verteileinrichtung 20 an unterschiedliche Anforderungen anpassen zu können, ist die Verteilerscheibe 29 bevorzugt lösbar mit dem Verteilelement 27 verbunden und das Gehäuse 26 kann in hier nicht gezeigter Weise geöffnet werden, um die Verteilerscheibe 29 bei Bedarf gegen eine andere Verteilerscheibe mit einer anderen Anzahl und/oder Größe und/oder Geometrie der darin vorhandenen Strömungsöffnungen austauschen zu können. Bezuqszeichenliste
1 Brenneranordnung
2 Brenner
3 Durchführung
4 Brennerstein
5 Brennstoffkanal
6 Sauerstoffzuführung
7 Brennermund
8 Ofenraum
9
10 Sauerstofflanze
11 Sauerstofflanze
12 Brennerachse
13 Brennerebene
14 Vertikale Ebene
15 Brennstoffleitung
16 Verbindungsleitung
17 Verbindungsleitung
18 Verbindungsleitung
19 Sauerstoffleitung
20 Regelstrecke
21 Steuerung
22 Stellventil
23 Stellventil
24 -
25 Verteileinrichtung
26 Gehäuse
27 Verteilelement
28a, 28b, 28c Strömungsdurchführung
29 Verteilerscheibe
30 Achse
31 a, 31 b, 31c, 31 d Strömungsöffnung
32 Welle
33 Handkurbel
34 Durchführung

Claims

Patentansprüche
1. Brenneranordnung mit wenigstens einer in einen Ofenraum (8) einmündenden Zuführung (5) für einen ersten Reaktanten und einer Mehrzahl von in den Ofenraum (8) einmündenden Zuführungen (6, 10, 11 ) für einen zweiten Reaktanten sowie einer Regeleinrichtung zum Regeln der über die Zuführungen (5, 6, 10, 11 ) in den Ofenraum eingetragenen Mengenströme an erstem und zweitem Reaktant, dadurch gekennzeichnet, dass sich an eine Zuleitung (19) für den zweiten Reaktanten, stromab zur Regeleinrichtung, eine Verteileinrichtung (25) anschließt, mittels der die Verteilung eines der Brenneranordnung (1 ) über die Zuleitung (19) zugeführten Mengenstroms des zweiten Reaktanten auf die Mehrzahl der Zuführungen (6, 10, 11 ) für den zweiten Reaktanten einstellbar ist.
2. Brenneranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (20) ein zuströmseitig mit der Zuleitung (19) und abströmseitig über Strömungsdurchführungen (28a, 28b, 28c) mit den Zuführungen (6, 10, 11 ) strömungsverbundenes Verteilelement (27) sowie eine als Lochscheibe ausgebildete Verteilerscheibe (29) aufweist, die drehbar, jedoch in vorbestimmten Winkelstellungen arretierbar, auf dem Verteilelement (23) montiert und mit Strömungsöffnungen (31a, 31 b, 31c, 31 d) ausgerüstet ist, die mit den Strömungsdurchführungen (28a, 28b, 28c) des Verteilelements (27) zur Herstellung einer Strömungsverbindung Zusammenwirken, und die auf der Verteilerscheibe (29) derart unterschiedlich verteilt sind und/oder unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen, dass bei einer Drehung der Verteilerscheibe (29) um einen vorgegebenen Drehwinkel eine vorgegebene Verteilung eines aus der Zuleitung (19) zuströmenden Mengenstroms des zweiten Reaktanten auf die Zuführungen (6, 10, 11 ) erfolgt.
3. Brenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung (25) manuell und/oder mit einem Stellmotor einstellbar ist.
4. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerscheibe (29) lösbar mit dem Verteilelement (27) verbunden ist.
5. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Reaktant ein Brennstoff, wie Erdgas, oder Wasserstoff, und als zweiter Reaktant ein Oxidant, wie Sauerstoff, vorgesehen ist.
6. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zuführung (5) für den ersten Reaktanten und wenigstens eine Zuführung (8) für den zweiten Reaktanten in einem Brennergehäuse angeordnet sind.
7. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zuführung (5) für den ersten Reaktanten und/oder wenigstens eine Zuführung für den zweiten Reaktanten in Form einer Zuführungslanze (10, 11 ) in den Ofenraum (8) ausmündet.
8. Glasschmelzofen mit einem Ofenraum (8), dadurch gekennzeichnet, dass zum Beheizen des Ofenraums eine in einer Wandung des Ofenraums (8) eingebaute Brenneranordnung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Einsatz kommt.
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