WO1997027428A1 - Brenneroberfläche - Google Patents

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WO1997027428A1
WO1997027428A1 PCT/CH1997/000004 CH9700004W WO9727428A1 WO 1997027428 A1 WO1997027428 A1 WO 1997027428A1 CH 9700004 W CH9700004 W CH 9700004W WO 9727428 A1 WO9727428 A1 WO 9727428A1
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WO
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burner
flame
bores
burner tube
tube
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PCT/CH1997/000004
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English (en)
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Inventor
Horst Dreher
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Ygnis Holding S.A.
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/60Devices for simultaneous control of gas and combustion air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • F23D14/58Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration

Definitions

  • the present invention relates to a burner for gaseous fuels or gas / liquid fuel mixtures with flame bores arranged in the burner surface, a method for reducing nitrogen oxides when burning gaseous or gaseous fuels and uses of the burners according to the invention.
  • US Pat. No. 3,936,003 proposes a burner surface in which the individual flame bores are spaced apart from one another in such a way that exhaust gases or flue gases are drawn in by the flame root between the flames.
  • the object is achieved by means of a burner according to the wording, in particular according to claim 1.
  • the flame formation can be fundamentally determined in all details by a suitable choice of the burner surface. This applies in particular to the phenomena of flame stability, carbon monoxide and nitrogen oxide emission.
  • a fluid jet such as a gas / air mixture
  • an opening such as a pipe or hole
  • a free jet is formed. This sucks in ambient medium and mixes with it, as shown below with reference to FIG. 1.
  • the basic idea of the present invention is therefore to mix exhaust gas into the fuel / air mixture from the environment, as a result of which a drastic reduction in the formation of nitrogen oxides can be achieved. This eliminates the need to use pipes, control mechanisms and Extract exhaust gases from a combustion chamber and feed them to the fuel gas or gas mixture before it is burned above the burner surface.
  • the burner surface consists of individual holes, and surprisingly, it has now been found according to the invention that by selecting a suitable geometry, both in relation to the individual holes and in relation to one another, the exact setting of a flame structure by means of which the emissions are possible is possible of carbon monoxide and nitrogen oxides can be minimized. There is therefore no need for any further additional units, flue gas lines etc., but only by suitable design of the burner surface is it possible to implement the basic idea according to the invention mentioned above.
  • a triangular hole pattern is preferably chosen, the flame bores preferably being arranged in the form of at least almost equilateral triangles.
  • Preferred embodiments of the burner according to the invention or the burner surface are characterized in the dependent claims 2-5.
  • a burner tube designed according to the invention, this is designed to be longitudinally displaceable in the axial direction.
  • a burner comprises a burner tube which is displaceably mounted in its longitudinal direction.
  • reaction kinetic effects such as flame stability, pollutant formation, etc., must be taken into account. Optimization is understood to be to bring a system into a desired state by suitable variation of operating parameters and geometry. Since the operating parameters are largely predetermined by the requirements, the geometry must be varied.
  • this object is achieved by means of a burner according to the wording according to claim 6. It is proposed that an additional surface area is formed on the burner with the hole pattern proposed according to the invention, but the geometric relationships are chosen differently.
  • a further burner tube with a smaller diameter be arranged axially and concentrically therefrom in the cylinder bottom that closes the cylindrical burner tube, on the surface of which the hole pattern according to the invention is arranged.
  • Further preferred design variants of the burner tube according to the invention are characterized in the dependent claims 7-9.
  • the burners proposed according to the invention are particularly suitable for surface burners.
  • 1 schematically, in section, parallel free jets, as are generally formed during the combustion of gaseous fuels
  • 2 shows a hole pattern proposed according to the invention on a burner surface
  • FIG. 3 shows in section an embodiment variant of a burner tube according to the invention, comprising an additional burner tube for operating a so-called base load stage.
  • FIG. 1 schematically shows two parallel free jets 5, which can be, for example, two ignited fluid jets. These are generated by entering a gaseous fuel through flame bores 3 on a burner surface 1 into a combustion chamber 2 for combustion. At the flame root 7 in particular, ambient gases are sucked into the fuel-gas mixture and mixed with it by the gas flowing into the combustion chamber 2.
  • a burner surface is preferably formed according to a perforated pattern, shown in FIG. 2.
  • FIG. 2 shows a burner surface 1, comprising a plurality of flame bores or individual holes 3, which are arranged such that each hole has an identical, preferably corresponding to an equilateral triangle, or approximately the same distance to each of its direct neighboring holes.
  • the distance between the holes is denoted in FIG. 2 by “a”, the diameter of the holes by "D”.
  • u velocity of the medium flowing out of the bore, for example gas / air
  • v kinematic viscosity of the medium.
  • the present invention only uses the optimum design of the burner surface (hole arrangement) for exhaust gas circulation, as already mentioned at the beginning.
  • the following equilateral triangles or the like have been chosen for the optimal configuration of the hole pattern arrangement of the burner surface of a low-emission surface burner Patterns with the following parameters proved to be advantageous:
  • Preferred parameter values are the values a / D of 2 to 4, respectively. from 2.2 to 3.5, while the value for the diameter D depends on the power of the burner.
  • FIG. 3 shows in section a burner tube 4, comprising on the one hand a burner surface 1 with the hole pattern proposed according to the invention, and with an additional arrangement for the configuration of a so-called base load level.
  • the burner tube 4 designed according to the invention can be moved in the axial direction in a longitudinally displaceable manner (arrow) on the combustion chamber wall 21 into the combustion chamber or out of the combustion chamber 2.
  • a plurality of the perforations 3 arranged according to the invention are exposed in the combustion chamber 2, or else closed.
  • the movement of the burner tube makes it possible to vary the operating parameters or the output of the burner.
  • the combustion chamber or boiler is not varied.
  • the power modulation range generated in this way leads to a combustion chamber which, in extreme cases, is oversized by an order of magnitude. Particularly in the case where the burner tube is largely withdrawn from the combustion chamber 2, this leads to a flame design which is far from the optimum since the flame has no stabilizing effects through the combustion chamber. For this reason, a so-called base load stage is now proposed according to the invention, which provides the flame with the "combustion chamber" necessary for its stabilization and thus enables the combustion to be optimized.
  • the proposed combustion chamber for the flames in the low power range is arranged on the front of the burner tube 4 and is designated by the reference symbol 18.
  • This combustion chamber 18 of the base load stage is formed on the one hand by a further burner tube 24 additionally arranged on the front on the burner tube 4, on the burner surface 26 of which in turn flame bores or perforations 28 are arranged according to the proposed hole pattern according to the invention.
  • These bores 28 preferably have a smaller diameter D than the diameter of the bores 3 in the surface 1 of the burner tube 4.
  • a lower axial boundary 25 is proposed, which is advantageously made of a material that glows.
  • the upper ring-shaped boundary 31 is preferably also made of the same material and is arranged in a ring-shaped manner axially around the further burner tube 24, covering the front surface of the cylinder bottom of the burner tube 4.
  • This combustion chamber 18 of the flames in the small power range is therefore located on the burner tube 4 and is also moved. There is therefore no relative movement of the burner and the combustion chamber in the smallest power range.
  • the size of the basic load level can range from approximately 5-30% of the full load, preferably 5-10%.
  • the burner surface of the further burner tube 24 or the so-called base load stage is formed by means of the same pattern described above, which is also used for the main burner surface 1.
  • the parameter selection of the pattern a / D, D can be done differently for base load and main burner surface.
  • the upper and lower limits of the base load stage advantageously consist of a glowable material means that the gas flowing past heats up at any time, even if the flame extinguishes locally or unsteadily (typical phenomenon of turbulent flames) and is ignited again. This enables an operation free of carbon monoxide, even with base load.
  • the advantage of the design of a burner according to the invention according to FIG. 3 lies in ensuring the optimization of the flame formation in all power modulation ranges and thereby the maintenance of extremely small emissions of carbon monoxide and nitrogen oxides.
  • this also makes it possible to provide a burner with a burner surface proposed according to the invention and to operate it with different outputs, without the size of the combustion chamber being significant for guaranteeing optimum emission values or without optimum emission values even with oversized combustion chambers are possible.
  • the comparison circle diameter formed from the hole area should be calculated according to the formula:

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Abstract

Für das Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen bzw. Gas/-Flüssigbrennstoff-Gemischen ist ein Brenner vorgesehen, mit in der Brenneroberfläche (1) der Verbrennungsdüse bzw. dem Brennerrohr angeordneten Flammenbohrungen (3). Diese Flammenbohrungen sind wenigstens zum Teil in Form eines im wesentlichen dreieckförmigen Lochmusters angeordnet. Der Abstand (a) der Bohrungen zueinander und der Bohrungsdurchmesser (D) sind derart dimensioniert, dass das Verhältnis von Abstand zu Bohrungsdurchmesser (a/D) einen Wert in einem Bereich von ca. 2 bis ca. 4 einnimmt.

Description

Brenneroberfläche
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für gasför¬ mige Brennstoffe bzw. Gas/Flüssigbrennstoff-Gemische mit in der Brenneroberfläche angeordneten Flammenbohrungen, ein Ver¬ fahren zum Reduzieren der Stickoxyde beim Verbrennen von gas¬ förmigen oder gasflüssigen Brennstoffen sowie Verwendungen der erfindungsgemassen Brenner.
Bei Neuentwicklungen von Feuerungsanlagen, insbesondere von Feuerungsanlagen von gasförmigen Brennstoffen bzw. Gas/Flüs¬ sigbrennstoff-Gemischen sind Kriterien wie Wirtschaftlich¬ keit, wie optimaler Wirkungsgrad und insbesondere Verringe¬ rung der Emissionen von Schadstoffen, wie Stickoxyde, Kohlen- monoxyd und unverbrannte Kohlenwasserstoffe grundsätzlich zu erfüllende Forderungen.
Verwiesen sei insbesondere auf den Artikel "Entwicklung eines Schadstoffarmen Vormischbrenners für den Einsatz in Haus¬ haltsgasheizkesseln mit zylindrischen Brennkammern", Gaswärme International, Band 38 (1989), Heft l, Seiten 28-34, der bei¬ den Autoren H. Berg und Th. Janemann.
Weiter wird eine Vielzahl von technischen Lösungen für die Verringerung der Erzeugung von Stickoxyden vorgeschlagen, indem dem gasförmigen Brennstoff bzw. Brennstoff-Gemisch vor oder während der Verbrennung rezirkulierte Abgase bzw. Rauch¬ gase zugemischt werden, um den Sauerstoffanteil zu verrin¬ gern. Dadurch wird eine Temperaturreduktion in der bei der Verbrennung erzeugten Flamme erreicht, womit die Bildung von Stickoxyden verringert bzw. nahezu verhindert werden kann. Da insbesondere bei Brennern, wie beispielsweise in der EP-A-218 602 beschrieben, mit unterschiedlicher regulierbarer Brenner- leistung auch die zudosierte Menge Abgas bzw. Rauchgas vari¬ iert bzw. gesteuert werden muss, stellt dies eine relativ aufwendige Steuerung voraus. Dies ist notwendig, da ansonsten die Flammentemperatur zu tief oder zu hoch ist, je nachdem, mit welcher Bennerleistung der Brenner betrieben wird.
In der US-3 936 003 wird eine Brenneroberfläche vorgeschla¬ gen, bei welcher die einzelnen Flammenbohrungen derart von¬ einander beabstandet angeordnet sind, dass zwischen den Flam¬ men Abgase bzw. Rauchgase von der Flammenwurzel angesogen werden. Dabei wird allerdings vorgeschlagen, heisse Abgase zu rezyklieren, wodurch die Flamme in der Flammenwurzel nicht abgekühlt, sondern eher noch weiter erhitzt wird. Wohl wird damit möglicherweise eine Flammenstabilität erreicht, jedoch wird gleichzeitig der Anteil Stickoxid in den Abgasen weiter erhöht, was unerwünscht ist.
In der W095/23315 wird ebenfalls vorgeschlagen, die Flammen¬ bohrungen derart zueinander anzuordnen, dass zwischen den Flammen Abgase bzw. Rauchgase zu den Flammenwurzeln zurückge¬ sogen werden. Allerdings wird in dieser Publikation von spe¬ ziellen Verhältnissen ausgegangen, indem sich die darin vor¬ geschlagenen Verfahren insbesondere für hochreaktive Verbren¬ nungsgase eignen, wie beispielsweise für Wasserstoff/Methan- Mischungen, enthaltend mehr als 90% Wasserstoff. Derartige Brennstoffgemische liegen aber in der Regel beim Verbrennen von herkömmlichen Brennstoffen in Feuerungsanlagen nicht vor.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner vorzuschlagen, bei welchem auf einfachste Art und Weise die Zudosierung bzw. das Zumischen von Abgasen bzw. Rauchgasen erfolgen kann, gegebenenfalls auch bei unter¬ schiedlich eingestellter Brennerleistung. Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe mittels eines Brenners gemäss dem Wortlaut, insbesondere nach Anspruch l gelöst.
Bekanntlich lässt sich durch geeignete Wahl der Brennerober¬ fläche die Flammenausbildung in allen Details fundamental be¬ stimmen. Dies betrifft insbesondere die Phänomene Flammensta¬ bilität, Kohlenmonoxyd und Stickoxyd-Emission. Beim Austritt eines Fluidstrahles, wie beispielsweise eines Gas/Luftgemi¬ sches aus einer Oeffnung wie einem Rohr oder Loch, kommt es zur Ausbildung eines Freistrahls. Dieser saugt Umgebungsmedi¬ um an und mischt sich mit diesem, wie nachfolgend unter bezug auf Figur 1 dargestellt. Bei parallelen Freistrahlen beein¬ flussen sich diese gegenseitig und es kommt, abhängig von den charakteristischen Grossen des Strahlenbündels, zu einer ver¬ änderten Ausprägung der Ansaugung.
Werden nun, wie im Falle von Brennstoffen, diese Fluidstrah- len entzündet, so kommt es zur Ausbildung von parallelen Ein¬ zelflammen. Da auch diesen Flammen einzelne Fluidstrahlen zu¬ grunde liegen, wird nun Umgebungsmedium in die Flammen ge¬ saugt. Das ursprünglich reine Brennstoff/Luftgemisch ver¬ mischt sich, ab dem Bereich der Flammenwurzel an der Brenn¬ eroberfläche, mit dem Umgebungsmedium. Da in der Umgebung der Flammen ausschliesslich Abgas vorhanden ist, kommt es zur Einmischung des weitgehend Sauerstoff-freien Mediums (Sauer¬ stoffkonzentration im Abgas nur ca. 1-6%) .
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht also dar¬ in, Abgas in das Brennstoff/Luftgemisch aus der Umgebung ein¬ zumischen, wodurch sich eine drastische Reduktion der Bildung von Stickoxyden erreichen lässt. Dadurch entfällt die Notwen¬ digkeit, mittels Rohrleitungen, Steuerungsmechanismen und dgl. Abgase aus einer Brennkammer abzusaugen und dem Brenn¬ stoffgas- bzw. Gasgemisch zuzuführen, bevor dieses oberhalb der Brenneroberfläche verbrannt wird.
Insbesondere bei Oberflächenbrennern wird eine grössere An¬ zahl von oben erwähnten ähnlichen, wenigstens nahezu paralle¬ len Einzelflammen erzeugt. Bekanntlich besteht die Brenner¬ oberfläche aus einzelnen Löchern, und erstaunlicherweise konnte nun erfindungsgemäss gefunden werden, daεs durch Wahl einer geeigneten Geometrie sowohl in bezug auf die einzelnen Löcher wie auch in bezug zueinander die genaue Einstellung einer Flammenstruktur möglich wird, mittels welcher die Emis¬ sionen von Kohlenmonoxyd und Stickoxyden minimiert werden können. Es sind also keinerlei weitere Zusatzaggregate, Rauchgasleitungen usw. notwendig, sondern lediglich durch geeignete Ausgestaltung der Brenneroberfläche wird es mög¬ lich, die erfindungsgemässe, oben erwähnte Grundidee umzuset¬ zen. Dabei hat es sich gezeigt, dass bevorzugt ein dreieck- förmiges Lochmuster gewählt wird, wobei die Flammenbohrungen vorzugsweise in Form wenigstens nahezu gleichseitiger Drei¬ ecke angeordnet werden. Bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemassen Brenners bzw. der Brenneroberfläche sind in den abhängigen Ansprüchen 2-5 charakterisiert.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsvariante eines erfin¬ dungsgemäss ausgebildeten Brennerrohrs ist dieses in Axial- richtung längsverschieblich ausgebildet. In diesem Zusammen¬ hang sei erneut auf die EP-A-218 602 verwiesen, in welcher ein Brenner ein Brennerrohr umfasst, das in seiner Längsrich¬ tung verschieblich gelagert ist. Bekanntlich erfordert die Realisierung einer Verbrennung mit niedrigen Emissionen die Optimierung des Verbrennungsprozesses. Für einen stationären Prozess spielt dabei die Zu- und Abfuhr von Stoffen, Energie und Impuls eine grundlegende Rolle. Gleichzeitig sind reak¬ tionskinetische Effekte, wie Flammenstabilität, Schadstoff- bildung, etc. zu berücksichtigen. Als Optimierung wird ver¬ standen, ein System durch geeignete Variation von Betriebs¬ parametern und Geometrie in einen gewünschten Zustand zu bringen. Da die Betriebsparameter durch die gestellten Anfor¬ derungen weitgehend vorgegeben sind, muss die Geometrie vari¬ iert werden. Dies wird bei einem Brenner durch die Ausbildung der Brenneroberfläche in der oben beschriebenen Form er¬ reicht, sowie durch die axiale Längsbewegung desselben, wie bekannt aus der EP-A-218 602. Dabei ist aber zu bedenken, dass der Verbrennungsräum bzw. der Heizkessel nicht variiert wird. Bei einer hohen Leistungsmodulationsbreite, wie z.B. 1:10, führt dies zu einer Brennkammer, welche im Extremfall um eine Grössenordnung überdimensioniert ist. Aus Wärmetau¬ scher-technischer Sicht ist dies sicher ein Vorteil, da die Abgasverluste minimiert werden. Verbrennungstechnisch hinge¬ gen führt dies jedoch zu einer Flammengestaltung, welche weit vom Optimum entfernt liegen muss, da die Flamme keinerlei stabilisierende Effekte durch die Brennkammer erfährt.
Insbesondere durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung der Brenneroberfläche und der damit εich einstellenden Einmi¬ schung von Abgasen führt dies zu Problemen im Bereich der Flammenstabilität mit der Folge von erhöhten Emissionen von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Es ist daher eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Berücksichtigung der erfindungsgemassen Grundidee und der vorgeschlagenen Ausgestaltung der Brenneroberfläche mit dem erwähnten Lochmuster und bei einer hohen Leistungsmodula- tionεbreite, beispielsweise erzeugt durch axiales Verschieben des Brenners in und aus dem Brennraum, eine Lösung vorzu¬ schlagen, welche auch bei niedriger Brennerleistung die Emis- sionen von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstof¬ fen niedrig hält. Es besteht also eine Optimierungsaufgabe bei niedriger Brennleistung eine Lösung zu finden, bei wel¬ cher auch die Brennkammer miteinbezogen werden muss .
Erfindungsgemäss wird diese gestellte Aufgabe mittels eines Brenners gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 6 gelöst. Vorge¬ schlagen wird, dass am Brenner ein zusätzlicher Oberflächen¬ bereich mit dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Lochmuster ausgebildet wird, wobei aber die geometrischen Verhältnisse unterschiedlich gewählt werden. Insbesondere an einem Bren¬ nerrohr, welches in axialer Richtung längsverschieblich in und aus einem Brennraum angeordnet iεt, wird vorgeschlagen, dass im bzw. am das zylindrische Brennerrohr abschliessenden Zylinderboden, axial und konzentrisch von diesem vorstehend, ein weiteres Brennerrohr mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist, auf dessen Oberfläche das erfindungsgemässe Lochmuster angeordnet ist. Weitere bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemassen Brennerrohrs sind in den abhängigen An¬ sprüchen 7-9 charakterisiert.
Die erfindungsgemäss vorgeschlagenen Brenner eigenen sich insbesondere für Oberflächenbrenner.
Die Erfindung wird nun anschliessend beispielsweise und unter bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch im Schnitt parallele Freistrahlen, wie sie in der Regel bei der Verbrennung von gasförmi¬ gen Brennstoffen ausgebildet sind, Fig. 2 ein erfindungsgemäss vorgeschlagenes Lochmuster an einer Brenneroberfläche, und
Fig. 3 im Schnitt eine Ausführungsvariante eines erfin¬ dungsgemassen Brennerrohres, umfassend ein Zusatz- brennerrohr für das Betreiben einer sog. Grund¬ laststufe.
Figur 1 zeigt schematisch zwei parallele Freistrahlen 5, bei welchen es sich beispielsweise um zwei entzündete Fluidstrah- len handeln kann. Diese werden erzeugt, indem ein gasförmiger Brennstoff durch Flammenbohrungen 3 an einer Brenneroberflä¬ che 1 in eine Brennkammer 2 für die Verbrennung eingegeben werden. Insbesondere an der Flammenwurzel 7 werden durch das in die Brennkammer 2 einströmende Gas Umgebungsgase in das Brennstoff-Gasgemisch eingesaugt und mit diesem vermischt. Damit nun die Einmischung der Abgase aus der Umgebung erfin¬ dungsgemäss auf optimale Art und Weise erfolgt, wird eine Brenneroberfläche bevorzugt gemäss einem Lochmuster, darge¬ stellt in Fig. 2, ausgebildet.
Figur 2 zeigt eine Brenneroberfläche 1, umfassend eine Viel¬ zahl von Flammenbohrungen bzw. einzelner Löcher 3, welche so angeordnet sind, dass jedes Loch zu jedem seiner direkten Nachbarlöcher einen identischen, vorzugsweise entsprechend einem gleichseitigen Dreieck, oder annähernd gleichen Abstand besitzt. Der Abstand der Löcher wird in Fig. 2 mit "a" be¬ zeichnet, der Durchmesser der Löcher mit "D" .
Ausgehend von den Aehnlichkeitsgesetzen der Strömungslehre (π Theorem von Buckingham) lassen sich genau zwei dimensionslose Kennzahlen ableiten, welche für die durch die Einzelstrahlen angesaugte Menge von Uragebungsmedium relevant sind. Es sind dies die Reynold'sche Zahl 1^, sowie das dimensionslose Ver¬ hältnis II2 von Abstand a zu Durchmesser D.
π, - ^
II
2 D
Dabei bedeuten u = Geschwindigkeit des aus der Bohrung aus¬ strömenden Mediums, beispielsweise Gas/Luft, und v = kinema¬ tische Viskosität des Mediums.
Es ist seit langem bekannt, dass durch Rezirkulation von Ab¬ gas die Bildung von thermischem Stickoxyd sehr stark redu¬ zierbar ist. Verwiesen sei in diesem Zusammenhang auf die Dissertation von H. Dreher, "Abgasrezirkulation zur Stick¬ oxidminderung - Bestimmung der Rezirkulationsrate in Bren¬ ner/Kessel-Kombinationen mittels numerischer Simulation", ETH Zürich, 1994. Bisherige Verfahren verwenden, wie oben er¬ wähnt, dazu entweder Rohrleitungen sowie ein Rauchgasgebläse, um das Abgas aus der Brennkammer oder dem Kamin dem Brenner erneut zuzuführen, oder aber eine Venturiduse, sodass mit dem Luftstrahl des Brenners das Abgas direkt aus der Brennkammer angesaugt wird.
Die vorliegende Erfindung verwendet zur Abgaszirkulation le¬ diglich die optimale Ausgestaltung der Brenneroberfläche (Lochanordnung) wie bereits eingangs erwähnt. Dabei haben sich für die optimale Ausgestaltung der Lochmusteranordnung der Brenneroberfläche eines wenig strahlenden Oberflächen¬ brenners die folgenden gleichseitigen Dreiecke oder ähnliche Muster mit den folgenden Parametern als vorteilhaft erwiesen:
1,5 < a/D -c 6 [-] 3 < D -< 10 [mm]
Bevorzugte Parameterwerte stellen dabei die Werte a/D von 2 bis 4 resp. von 2,2 bis 3,5 dar, währenddem der Wert für den Durchmesser D von der Leistung des Brenners abhängig ist.
In Figur 3 ist im Schnitt ein Brennerrohr 4 dargestellt, um¬ fassend einerseits eine Brenneroberfläche 1 mit dem erfin¬ dungsgemäss vorgeschlagenen Lochmuster, sowie mit einer zu¬ sätzlichen Anordnung für die Ausgestaltung einer sog. Grund¬ laststufe. Das erfindungsgemäss ausgebildete Brennerrohr 4 kann in axialer Richtung längsverschieblich (Pfeil) an der Brennkammerwandung 21 in die Brennkammer oder aus der Brenn¬ kammer 2 bewegt werden. Je nach Stellung deε Brennerrohreε 4 iεt eine Vielzahl der erfindungsgemäss angeordneten Lochungen 3 in der Brennkammer 2 freigelegt, oder aber verschlossen. Durch die Bewegung des Brennerrohres ist es möglich, die Be¬ triebsparameter bzw. die Leistung des Brenners zu variieren. Gleichzeitig wird aber die Brennkammer bzw. der Heizkessel nicht variiert. Die so erzeugte Leistungsmodulationsbreite führt zu einer Brennkammer, welche im Extremfall um eine Grössenordnung überdimensioniert ist. Insbesondere in demje¬ nigen Fall, wo das Brennerrohr weitgehendst auε der Brennkam¬ mer 2 zurückgezogen ist, führt dies zu einer Flammengestal¬ tung, welche weit vom Optimum entfernt liegt, da die Flamme keinerlei stabilisierende Effekte durch die Brennkammer er¬ fährt. Aus diesem Grunde wird nun erfindungsgemäss eine sog. Grundlaststufe vorgeschlagen, welche der Flamme die zu ihrer Stabilisierung nötige "Brennkammer" bereitstellt und εo die Optimierung der Verbrennung ermöglicht. Die erfindungεgemäss vorgeschlagene Brennkammer der Flammen im kleinen Leistungs- bereich ist frontseitig am Brennerrohr 4 angeordnet und mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet. Diese Brennkammer 18 der Grundlaststufe wird gebildet einerseits durch ein zusätzlich frontseitig am Brennerrohr 4 angeordnetes weiteres Brenner¬ rohr 24, auf dessen Brenneroberfläche 26 wiederum Flammenboh¬ rungen bzw. Lochungen 28 gemäss dem vorgeschlagenen erfin¬ dungsgemassen Lochmuster angeordnet sind. Diese Bohrungen 28 weisen dabei vorzugsweise einen kleineren Durchmesser D auf als der Durchmesser der Bohrungen 3 in der Oberfläche 1 des Brennerrohres 4. Frontεeitig an dieεem weiteren Brennerrohr 24 iεt eine untere axiale Begrenzung 25 vorgeschlagen, welche vorteilhafterweise aus einem Material gefertigt ist, welches glüht. Aus demselben Material ist vorzugsweise auch die obere ringförmig ausgebildete Begrenzung 31 gefertigt, welche ring¬ förmig axial um das weitere Brennerrohr 24, die frontseitige Oberfläche des Zylinderbodens des Brennerrohres 4 abdeckend, angeordnet ist. Diese Brennkammer 18 der Flammen im kleinen Leistungsbereich befindet sich also am Brennerrohr 4 und wird mitbewegt. Es ergibt sich also keine Relativbewegung von Brenner und Brennkammer im kleinsten Leistungsbereich. Die Grösεe der Grundlaεtstufe kann sich von ca. 5-30% der Voll- last erstrecken, vorzugsweise 5-10%. Die Ausbildung der Bren¬ neroberfläche des weiteren Brennerrohres 24 bzw. der sog. Grundlaststufe erfolgt mittels deεεelben oben beεchriebenen Musters, das auch für die Hauptbrenneroberfläche 1 verwendet wird. Die Parameterwahl deε Musters a/D, D kann für Grundlast und Hauptbrenner-Oberfläche unterschiedlich erfolgen. Da¬ durch, dass die obere und untere Begrenzung der Grundlasts- stufe vorteilhafterweise aus einem glühbaren Material be¬ steht, wird erreicht, dass zu jedem Zeitpunkt, auch wenn die Flamme lokal oder instationär erlöscht (typisches Phänomen turbulenter Flammen) , das vorbeiströmende Gas erhitzt und erneut gezündet wird. Dies ermöglicht annähernd einen von Kohlenmonoxyd freien Betrieb, auch bei Grundlast.
Der Vorteil der erfindungsgemassen Ausgestaltung eines Bren¬ ners gemäss Fig. 3 liegt in der Gewährleistung der Optimie¬ rung der Flammenausbildung in allen Leistungsmodulationsbe- reichen und dadurch den Erhalt extrem kleiner Emissionen von Kohlenmonoxyd und Stickoxyden. Dadurch wird es aber auch mög¬ lich, einen Brenner mit einer erfindungsgemäss vorgeschlage¬ nen Brenneroberfläche zu versehen und mit unterschiedlicher Leistung zu betreiben, ohne daεs für die Gewährleistung opti¬ maler Emissionswerte die Grδsse der Brennkammer erheblich ist bzw. , dass optimale Emissionswerte auch bei überdimensionier¬ ten Brennkammern möglich εind.
Für nicht kreiεrunde Löcher iεt mit dem aus der Lochfläche gebildeten Vergleichskreis-Durchmesser zu rechnen gemäss der Formel:
'aα = {¥*
D^_ = äquivalenter (Vergleichs-)Durchmeεser A2 = Querschnittεflache des Einzellochs

Claims

Patentansprüche:
1. Brenner für gasförmige Brennstoffe bzw. Gas/Flüssigbrenn¬ stoff-Gemische mit in der Brenneroberfläche angeordneten Flammenbohrungen, wobei wenigstens ein Teil der Flammenboh¬ rungen in Form wenigstenε nahezu gleichseitiger Dreiecke an¬ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis Ab¬ stand (a) der Bohrungen zueinander zum Bohrungsdurchmesser (D) , d.h. das Verhältniε (a/D) einen Wert in einem Bereich von ca. 2 - ca. 4 aufweiεt.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für das Verhältnis (a/D) in einem Bereich von 2,2 bis 3,5 liegt.
3. Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Durchmesεer (D) der Flammenbohrungen in einem Wertebereich von ca. 3 - ca. 10 mm liegt.
4. Brenner nach einem der Anεprüche 1-3, dadurch ge¬ kennzeichnet, daεs ein im wesentlichen zylinderförmiges Bren¬ nerrohr vorliegt, mit in der Zylinderwandung angeordneten Flammenbohrungen.
5. Brenner nach Anεpruch 4, dadurch gekennzeichnet, daεs das Brennerrohr in Axialrichtung längsverschieblich angeordnet ist.
6. Brenner nach einem der Anεprüche 4 oder 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daεs das Brennerrohr einen Hauptbrenner bildet, und dass in bzw. am das zylindrische Brennerrohr ab- εchlieεεenden Zylinderboden von dieεem vorεtehend konzen- trisch ein weiteres Brennerrohr mit kleinerem Durchmesser angeordnet ist zur Bildung einer sog. Grundlaststufe.
7. Brenner nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Verhältnis (a/D) der im weiteren Brennerrohr bzw. in der Grundlaststufe angeordneten Flammenbohrungen in demεelben Wertebereich liegt, wie das Verhältnis (a/D) der Hauptbrenneroberfläche bzw. der Oberfläche des Brennerrohres.
8. Brenner nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch ge¬ kennzeichnet, dasε der Durchmesser (D) der Bohrungen im wei¬ teren Brennerrohr bzw. der Grundlastεtufe kleiner ist als derjenige der Bohrungen in der Hauptbrenneroberfläche.
9. Brenner nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeich¬ net, dass das weitere Brennerrohr bzw. die Grundlaststufe zylindrisch ausgebildet ist mit einem frontseitigen Ab- schluεsboden bzw. einer frontseitigen Begrenzung, welche ra¬ dial über die Zylinderwandung vorstehend ausgebildet ist, mit einem Durchmeεser in etwa entsprechend dem Durchmesser des Brennerrohres bzw. des Hauptbrenners, und dasε an der freien Oberfläche deε Zylinderbodenε des Hauptbrenners bzw. Brenner¬ rohres, diese Oberfläche überdeckend eine ringförmige Wandung angeordnet ist, wobei Abschlusεboden und ringförmige Wandung vorzugεweise aus einem Material gefertigt εind, daε bei Bren¬ nerbetrieb glüht, wie beiεpielεweiεe Stahlblech, Keramik und dgl.
10. Verfahren zum Reduzieren der Stickoxyde beim Verbrennen eineε gasförmigen oder gasförmig/flüsεigen Brennstoffes bzw. Brennεtoffgemiεcheε an einer Brenndüεe bzw. einem Brennerrohr mit Flammenbohrungen, dadurch gekennzeichnet, daεε die ent¬ zündeten Fluidεtrahlen derart zueinander beabεtandet angeord- net sind, dass Umgebungsmedium, beinhaltend Abgase bzw. Rauchgase im Bereich der Flammenwurzel angesaugt wird, um die Temperatur der Flamme zu reduzieren, wobei das Verhältnis Ab¬ stand (a) der Bohrungen zueinander zum Bohrungsdurchmesser (D) , d.h. das Verhältnis (a/D) in einem Bereich von ca. 2 bis ca. 4 liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ursprünglich durch die Flammenbohrung gelangendes weitge¬ hendst reines Brenngas/Luftgemisch ab dem Bereich der Flam¬ menwurzel mit weitgehendst Sauerstoff-freiem Medium vermischt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung mittels eines Brenners nach einem der Ansprüche 1-11 erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekenn¬ zeichnet, dasε daε Brennerrohr zum Steuern der aktiven Bren¬ nerfläche in axialer Richtung in oder aus einem Brennraum bzw. Heizraum bewegt wird, wobei bei Grundlast das Brenner¬ rohr bis maximal zum Zylinderabschlussboden aus dem Brenn¬ bzw. Heizraum bewegt wird, und im somit kleinεten Leistungs¬ bereich die Verbrennung der Brennstoffe nur mittels des frontεeitig vorstehenden weiteren Brennerrohres bzw. der Grundlaststufe erfolgt.
14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 als Oberflächenbrenner.
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