WO2002099334A1 - Verfahren und vorrichtung zur schadstoffarmen nicht-katalytischen verbrennung eines flüssigen brennstoffs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur schadstoffarmen nicht-katalytischen verbrennung eines flüssigen brennstoffs Download PDF

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WO2002099334A1
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mixing zone
combustion
oxidizing agent
mixture
fuel
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Miroslaw Weclas
Jochen Volkert
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Gvp Gesellschaft Zur Vermarktung Der Porenbrennertechnik Mbh
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    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
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    • F23D—BURNERS
    • F23D2209/00—Safety arrangements
    • F23D2209/10—Flame flashback

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for low-pollutant, non-catalytic combustion of a liquid fuel.
  • a burner is known from DE 43 22 109 A in which an ignitable gas / air mixture is guided into a chamber upstream of a pore body.
  • the porosity of the pore body is designed in such a way that a flame cannot flash back into the chamber.
  • the post-published DE 100 42 479 AI discloses an apparatus and a method for the catalytic oxidation of fuels.
  • the fuel and air are fed into a mixing room, which is followed by a catalytic converter. It can e.g. if the catalytic converter is damaged, undesired ignition will occur in the mixing room.
  • DE 195 44 417 AI describes a catalytic burner for the combustion of fuel gas, in particular hydrogen.
  • DE 196 46 957 AI describes another burner which is suitable for the combustion of liquid fuel.
  • a mixture consisting of atomized liquid fuel and air is passed into a porous body.
  • the porosity of the porous body is designed such that combustion of the mixture can take place therein.
  • the mixture passes through a flame arrester into a further pore body downstream with a Peclet number of> 65 and is burned there.
  • the known burner has a relatively low power dynamic, ie it can only be modulated in a narrow power range. During operation, high temperatures occur at the nozzle outlet of the atomizing nozzle. Deposits form there, which counteract a uniform atomization of the liquid fuel. This, in turn, is detrimental to low-pollution combustion.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a method and a device are to be specified which enable combustion that is as residue-free as possible in a wide performance range.
  • the aim of the invention is, in particular, to provide a highly modulable burner which enables a particularly low-emission combustion in every power range.
  • a method for low-pollutant, non-catalytic combustion of a liquid fuel is provided with the following steps: 1.1 separate introduction of the liquid fuel in a non-ignitable state into a mixing zone,
  • the evaporation of the liquid fuel in the mixing zone enables the production of particularly compact burners. This ensures that the fuel produced by evaporation only comes into contact with the oxidizing gas in the mixing zone, so that an ignitable mixture can only form there.
  • a method for low-pollutant, non-catalytic combustion of a liquid fuel is provided with the following steps:
  • the proposed methods allow low-residue combustion in a wide performance range.
  • the separate introduction of the fuel and the gaseous oxidizing agent into a mixing zone enables separate control and regulation of the mass flow of both the gas and the gaseous oxidizing agent. This means that a mixture can be set in any desired power range, which enables low-pollutant combustion.
  • fuel is liquid fuel, such as light heating oil and the like. , but also vaporized liquid fuels, e.g. alcohol, gasoline or heating oil vapors, understood.
  • fuel also includes mixtures of flammable and non-flammable gases or of non-flammable gases and flammable vapors.
  • the process is particularly safe in that the mixing zone is designed such that combustion is not possible within the mixing zone even when the ignition temperature of the mixture has been reached. Even if a pore body, for example filling the combustion zone, is damaged, the mixing zone reliably prevents a flashback in a line supplying the fuel.
  • the mixing zone is clearly defined spatially. A homogeneous and complete mixture of the mixture can thus be achieved.
  • Both of the solutions according to the invention have in common that the mixture is first formed in the mixing zone and then the mixture is burned in the combustion zone spatially separated from the mixing zone. There is no simultaneous mixing and combustion in the same zone.
  • the mixing zone expediently has a Peclet number of less than 65 +/- 25, preferably 65. Because of the definition of the Peclet number and the criteria for the selection of a suitable Peclet number, reference is made to DE 43 22 109 AI, the disclosure content of which is hereby included. The proposed method is particularly safe. The separate and direct introduction of the fuel and the gaseous oxidizing agent into the mixing zone prevents ignition of the same until the mixture has completely formed.
  • the mixing zone can be formed from a perforated plate, a first porous element or else a narrow gap. It has proven to be advantageous that the mixture is led into a second porous element forming the combustion zone and is burned in the pore space with the formation of a flame. Such combustion is particularly homogeneous and low in pollutants.
  • the perforated plate and / or the first and / or the second porous element can be made of a ceramic.
  • the first and / or second porous element can also be formed from an open-pore metal foam, metal mesh or a bed of ceramic bodies, preferably balls.
  • the first and the second porous element can be arranged directly adjacent to one another. In this case, direct heat conduction from the second porous element to the first porous element is possible. The resulting heating of the first porous element further contributes to the formation of a particularly homogeneous mixture.
  • a non-oxidizing gas can be added during evaporation.
  • the ignitability of the vaporized fuel can be reduced in this way.
  • the mass flow of the fuel led to the mixing zone and / or the mass flow of the gaseous oxidizing agent are expediently controlled.
  • Each of the two mass flows can be controlled separately or regulated depending on a predetermined output or a predetermined pollutant emissions. Such regulation can be automated using microprocessors according to a predetermined program.
  • the fuel and / or the gaseous oxidizing agent preheated.
  • the exhaust gas formed during the combustion can be the vaporized fuel and / or the gaseous one
  • Oxidizing agents are added. This can further reduce pollutant emissions. Besides, it can the performance of a burner operating according to the proposed method can be increased.
  • a device for low-pollutant, non-catalytic combustion of a liquid fuel with a mixing zone and a combustion zone downstream of the mixing zone is provided, with the mixing zone being connected to a means for separately introducing the liquid or vaporized fuel in a non-ignitable state and a means for separately introducing a gaseous oxidizing agent, and the mixing zone being designed such that combustion is not possible within the mixing zone even when the ignition temperature of the mixture has been reached.
  • the proposed device has extremely high performance dynamics. For example, the power can be varied in the range from 1 kW to 20 kW.
  • FIG. 4 schematically shows the function of a fourth device
  • Fig. 5 shows schematically the function of a fifth device
  • FIG. 6 schematically shows the function of a sixth device.
  • a mixer is here e.g. made of a porous ceramic with a Peclet number of less than 65.
  • the mixer is open to a firing zone. For the rest, the mixer is surrounded on all sides by a gas-tight housing. The housing lies directly on the surface of the porous ceramic. Connections for a line for supplying fuel and a line for supplying gaseous oxidizing agent, e.g. Air, provided.
  • a fan can be switched on in the line for supplying gaseous oxidizing agent.
  • the fuel can be expanded into the mixer immediately from the liquid state. It is also possible to supply a mixture formed from the fuel and a non-ignitable gas to the mixer. In the mixer, an ignitable mixture is formed from the fuel and the gaseous oxidizing agent. A combustion of the ignitable mixture in the mixer is due to the selected porosity, i.e. a Peclet number less than 65, not possible. The mixture exits the mixer and is burned in the downstream combustion zone.
  • the mass flow of both the gaseous oxidizing agent and the fuel can be regulated separately.
  • the burner's output can be modulated in a wide range. be lated. Low-pollutant combustion can also be achieved in any selected power range.
  • FIG. 2 shows a burner according to FIG. 1.
  • the fuel is produced here by means of a device for evaporating heating oil. It is formed from a non-ignitable 01 vapor.
  • the air ratio ⁇ or oil vapor is selected so that there is no ignitability.
  • the heating oil used here can be mixed with preheated heating oil E ⁇ I and thus the evaporation can be accelerated.
  • the heating oil used can also be preheated, for example, by electrical energy or by the waste heat of the exhaust gases formed during the combustion.
  • the gaseous oxidizing agent used for example air, can be preheated with air preheated electrically or by waste gas heat. It is also possible to mix both the liquid fuel used and the gaseous oxidizing agent with exhaust gas and to feed it to the mixer.
  • FIG. 3 shows a third variant of a device according to the invention.
  • a device for evaporating liquid fuel directly coupled to the mixer.
  • Liquid fuel for example light heating oil
  • the further porous element is heated by the waste heat from the combustion.
  • the liquid fuel is then evaporated from the porous element.
  • the gas formed passes into the downstream mixer.
  • Gaseous oxidizing agent also passes into the mixer and is passed separately through the device for evaporation.
  • the mixture only forms in the mixer.
  • 4 shows a fourth variant of a device according to the invention.
  • the device is similar to the device shown in FIG. 2.
  • Exhaust gas is recirculated here.
  • the recirculated exhaust gas is used to evaporate the liquid fuel and to mix the vapor formed and to preheat and mix the gaseous oxidizing agent.
  • Liquid fuel e.g. Heating oil
  • the steam formed in this way reaches a narrow gap and is mixed there with the gaseous oxidizing agent or air supplied.
  • the gap width is chosen so that ignition cannot take place within the gap.
  • the premix formed then goes into the mixer, which in turn consists of a porous one
  • Element can be formed, which has a Peclet number of less than 65.
  • a combustion zone is again provided downstream of the mixer, in which the homogeneous mixture emerging from the mixer is burned.
  • Gaseous oxidizing agent e.g. Air
  • non-ignitable steam passed separately to a perforated plate.
  • the nozzles of the supply lines for fuel and gaseous oxidizing agent are arranged in such a way that ignition cannot take place upstream of the mixing zone.
  • the mixing zone itself is designed with regard to its hole diameter so that the mixture formed cannot ignite in it either.
  • the mixture is burned in a combustion zone downstream of the mixing zones.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit folgenden Schritten: 1.1 separates Einleiten des flüssigen Brennstoffs in einem nicht zündfähigen Zustand in eine Mischzone, 1.2 Verdampfen des flüssigen Brennstoffs in der Mischzone, 1.3 separates Einleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels in die Mischzone, 1.4 Mischen des Brennstoffs und des gasförmigen Oxidationsmittels in der Mischzone, so dass ein zünd- fähiges Gemisch sich bildet, wobei die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist, und 1.5 Verbrennen des Gemischs in einer der Mischzone stromabwärts nachgeordneten Verbrennungszone.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur schadstoffarmen nicht-katalyti- schen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs.
Nach dem Stand der Technik ist aus DE 43 22 109 A ein Brenner bekannt, bei dem ein zündfähiges Gas/Luftgemisch in eine ei- nem Porenkörper vorgeordnete Kammer geführt wird. Zwar ist die Porosität des Porenkörpers so ausgebildet, dass ein Rückschlag einer Flamme in die Kammer nicht möglich ist. Es kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass es aus einem anderen Grund zu einer Zündung in der Kammer und damit zur Zerstörung des Brenners kommt.
Die nachveröffentlichte DE 100 42 479 AI offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur katalytischen Oxidation von Brennstoffen. Dabei werden Brennstoff und Luft in einen Mischraum geleitet, dem ein Katalysator nachgeordnet ist. Es kann hier z.B. bei einer Beschädigung des Katalysators zu einer unerwünschten Zündung im Mischraum kommen.
Die DE 195 44 417 AI beschreibt einen katalytischen Brenner zur Verbrennung von Brenngas, insbesondere von Wasserstoff.
Dabei werden das Brenngas und die Luft separat in ein poröses Katalysatorelement eingeleitet. Die Mischung und die Verbrennung erfolgen gleichzeitig im Katalysatorelement. Es wird stellenweise keine homogene Mischung zwischen dem Brenngas und der Luft erreicht. Die Verbrennung ist nicht immer vollständig. Die DE 196 46 957 AI beschreibt einen weiteren Brenner, der zur Verbrennung von Flüssigbrennstoff geeignet ist. Dabei wird ein aus vernebeltem Flüssigbrennstoff und Luft bestehendes Gemisch in einen Porenkörper geleitet. Der Porenkörper ist in seiner Porosität so ausgebildet, dass darin eine Verbrennung des Gemischs stattfinden kann. Das Gemisch gelangt über eine Flammensperre in einen stromabwärts nachgeschalteten weiteren Porenkörper mit einer Peclet-Zahl von > 65 und wird dort verbrannt. - Der bekannte Brenner weist eine rela- tiv geringe Leistungsdynamik auf, d.h. er ist nur in einem engen Leistungsbereich modulierbar. Am Düsenaustritt der Zerstäubungsdüse treten im Betrieb hohe Temperaturen auf . Es bilden sich dort Ablagerungen, welche einer gleichförmigen Vernebelung des Flüssigbrennstoffs entgegenwirken. Das wie- derum ist einer möglichst Schadstoffarmen Verbrennung abträglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfah- ren und eine Vorrichtung angegeben werden, welche eine möglichst rückstandsfreie Verbrennung in einem weiten Leistungsbereich ermöglichen. Ziel der Erfindung ist es insbesondere, einen hoch modulierbaren Brenner anzugeben, der in jedem Leistungsbereich eine besonders schadstoffarme Verbrennung er- möglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst . Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 23.
Nach einer ersten erfindungsgemäßen Lösung ist ein Verfahren zur Schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit folgenden Schritten vorgesehen: 1.1 separates Einleiten des flüssigen Brennstoffs in einem nicht zündfähigen Zustand in eine Mischzone,
1.2 Verdampfen des flüssigen Brennstoffs in der Mischzone,
1.3 separates Einleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels in die Mischzone,
1.4 Mischen des Brennstoffs und des gasförmigen Oxidations- mittels in der Mischzone, so dass ein zündfähiges Gemisch sich bildet, wobei die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist, und
1.5 Verbrennen des Gemischs in einer der Mischzone stromabwärts nachgeordneten Verbrennungszone .
Die Verdampfung des flüssigen Brennstoffs in der Mischzone ermöglicht die Herstellung besonders kompakter Brenner. Dabei ist sichergestellt, dass der durch Verdampfung hergestellte Brennstoff erst in der Mischzone mit dem oxidierenden Gas in Kontakt kommt, so dass sich dort erst ein zündfähiges Gemisch ausbilden kann.
Nach einer zweiten erfindungsgemäßen Lösung ist ein Verfahren zur Schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit folgenden Schritten vorgesehen:
2.1 Verdampfen des flüssigen Brennstoffs in einem Verdampfer, 2.2 separates Einleiten des verdampften Brennstoffs in einem nicht zündfähigen Zustand in eine stromabwärts des Verdampfers angeordnete Mischzone,
2.3 separates Einleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels in die Mischzone,
2.4 Mischen des Brennstoffs und des gasförmigen Oxidationsmittels in der Mischzone, so dass ein zündfähiges Ge- misch sich bildet, wobei die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist, und
2.5 Verbrennen des Gemischs in einer der Mischzone stromabwärts nachgeordneten Verbrennungszone .
Die vorgeschlagenen Verfahren erlauben eine rückstandsarme Verbrennung in einem weiten Leistungsbereich. Das separate Einleiten des Brennstoffs und des gasförmigen Oxidationsmittels in eine Mischzone ermöglicht eine separate Steuerung und Regelung des Massestroms sowohl des Gases als auch des gasförmigen Oxidationsmittels. Damit kann in jedem gewünschten Leistungsbereich ein Gemisch eingestellt werden, welches eine Schadstoffarme Verbrennung ermöglicht. - Unter dem Begriff
"Brennstoff" wird vorliegend flüssiger Brennstoff, wie leichtes Heizöl und dgl . , aber auch verdampfte Flüssigbrennstoffe, z.B. Alkohol-, Benzin- oder Heizöldämpfe, verstanden. Weiter werden unter dem Bergriff "Brennstoff" auch Gemische aus brennbaren und nicht brennbaren Gasen oder aus nicht brennbaren Gasen und brennbaren Dämpfen verstanden. Indem die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist, ist das Verfahren besonders sicher. Auch bei einer Beschädigung eines die Verbrennungszo- ne z.B. erfüllenden Porenkörpers wird durch die Mischzone ein Flammenrückschlag in eine den Brennstoff zuführende Leitung sicher vermieden. Die Mischzone ist räumlich klar definiert. Damit kann eine homogene und vollständige Mischung des Gemischs erreicht werden. - Beiden erfindungsgemäßen Lösungen ist gemeinsam, dass zuerst in der Mischzone das Gemisch gebildet und anschließend das Gemisch in der räumlich von der Mischzone abgesetzten Verbrennungszone verbrannt wird. Es findet keine gleichzeitige Mischung und Verbrennung in derselben Zone statt .
Die Mischzone weist zweckmäßigerweise eine Peclet-Zahl von weniger als 65 +/- 25, vorzugsweise 65, auf. Wegen der Definition der Peclet-Zahl und den Kriterien für die Auswahl einer geeigneten Peclet-Zahl wird auf die DE 43 22 109 AI ver- wiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird. Das vorgeschlagene Verfahren ist besonders sicher. Durch das separate und unmittelbare Einleiten des Brennstoffs und des gasförmigen Oxidationsmittels in die Mischzone wird eine Zündung desselben bis zur vollständigen Bildung des Gemischs si- eher vermieden.
Die Mischzone kann aus einer Lochplatte, einem ersten porösen Element oder auch einem schmalen Spalt gebildet sein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das Gemisch in ein die Verbrennungszone bildendes zweites poröses Element geführt und unter Ausbildung einer Flamme in dessen Porenraum verbrannt wird. Eine solche Verbrennung ist besonders homogen und Schadstoffarm. Die Lochplatte und/oder das erste und/oder das zweite poröse Element können aus einer Keramik hergestellt sein. Das erste und/oder zweite poröse Element kann aber auch aus einem offenporigen Metallschaum, Metallgeflecht oder einer Schüttung von keramischen Körpern, vorzugsweise Kugeln, gebildet sein.
Das erste und das zweite poröse Element können unmittelbar aneinander liegend angeordnet sein. In diesem Fall ist eine direkte Wärmeleitung vom zweiten porösen Element an das erste poröse Element möglich. Die dadurch bewirkte Erwärmung des ersten porösen Elements trägt weiter zur Bildung eines besonders homogenen Gemischs bei .
Beim Verdampfen kann ein nicht oxidierendes Gas zugemischt werden. So kann die Zündfähigkeit des verdampften Brennstoffs verringert werden.
Der Massestrom des zur Mischzone geführten Brennstoffs und/oder der Massestrom des gasförmigen Oxidationsmittels werden zweckmäßigerweise gesteuert. Jeder der beiden Masseströme kann dabei separat gesteuert oder auch in Abhängigkeit einer vorgegebenen Leistung oder eines vorgegebenen Schadstoffausstoßes geregelt werden. Eine solche Regelung kann automatisiert unter Verwendung von Mikroprozessoren nach einem vorgegebenen Programm erfolgen.
Weiter hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Brennstoff und/oder das gasförmige Oxidationsmittel vorgewärmt wird/werden. Zum Vorwärmen kann bei der Verbrennung gebilde- tes Abgas dem verdampften Brennstoff und/oder dem gasförmigen
Oxidationsmittel beigemischt werden. Damit kann der Schadstoffausstoß weiter verringert werden. Außerdem kann damit die Leistung eines nach dem vorgeschlagenen Verfahren arbeitenden Brenners erhöht werden.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit einer Mischzone und einer der Mischzone stromabwärts nachgeschalteten Verbrennungszone vorgesehen, wobei mit der Mischzone verbunden sind ein Mittel zum separaten Einleiten des flüssigen oder verdampften Brennstoffs in einem nicht zündfähigen Zustand und ein Mittel zum separaten Einleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels, und wobei die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist. - Die vorgeschlagene Vorrichtung weist eine extrem hohe Leistungsdynamik auf. Es kann z.B. die Leistung im Bereich von 1 kW bis 20 kW variiert werden.
Wegen der vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die Beschreibung der vorangegangenen Merkmale verwiesen, welche sinngemäß gleichermaßen anwendbar sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die Funktion einer ersten Vorrichtung,
Fig. 2 schematisch die Funktion einer zweiten Vorrichtung,
Fig. 3 schematisch die Funktion einer dritten Vorrichtung,
Fig. 4 schematisch die Funktion einer vierten Vorrichtung, Fig. 5 schematisch die Funktion einer fünften Vorrichtung und
Fig. 6 schematisch die Funktion einer sechsten Vorrich- tung .
In Fig. 1 ist schematisch die Funktion einer ersten Vorrichtung gezeigt. Ein Mischer ist hier z.B. aus einer porösen Keramik mit einer Peclet-Zahl von weniger als 65 gebildet. Der Mischer ist zu einer Brennzone hin geöffnet. Im Übrigen ist der Mischer allseitig von einem gasdichten Gehäuse umgeben. Das Gehäuse liegt unmittelbar an der Oberfläche der porösen Keramik an. Im Gehäuse sind Anschlüsse für eine Leitung zum Zuführen von Brennstoff und eine Leitung zum Zuführen von gasförmigem Oxidationsmittel, z.B. Luft, vorgesehen. In die Leitung zum Zuführen von gasförmigem Oxidationsmittel kann ein Gebläse eingeschaltet sein.
Der Brennstoff kann in den Mischer unmittelbar aus dem flüs- sigen Zustand expandiert werden. Es ist auch möglich, ein aus dem Brennstoff und einem nichtzündfähigen Gas gebildetes Gemisch dem Mischer zuzuführen. Im Mischer wird aus dem Brennstoff und dem gasförmigen Oxidationsmittel ein zündfähiges Gemisch gebildet. Eine Verbrennung des zündfähigen Gemischs im Mischer ist wegen der gewählten Porosität, d.h. einer Peclet-Zahl von weniger als 65, nicht möglich. Das Gemisch tritt aus dem Mischer aus und wird in der stromabwärts vorgesehenen Verbrennungszone verbrannt .
Es können der Massestrom sowohl des gasförmigen Oxidationsmittels als auch des Brennstoffs separat geregelt werden. So kann die Leistung des Brenners in einem weiten Bereich modu- liert werden. Es kann ferner eine Schadstoffarme Verbrennung in jedem gewählten Leistungsbereich erzielt werden.
Fig. 2 zeigt einen Brenner gemäß Fig. 1. Der Brennstoff wird hier mittels einer Einrichtung zum Verdampfen von Heizöl hergestellt. Er ist gebildet aus einem nicht zündfähigen 01- dampf . Die Luftzahl λ bzw. Öldampfs ist so gewählt, dass eine Zündfähigkeit nicht gegeben ist.
Das hier eingesetzte Heizöl kann mit vorgewärmtem Heizöl EÖI gemischt und damit die Verdampfung beschleunigt werden. Das eingesetzte Heizöl kann aber auch z.B. durch elektrische Energie oder durch die Abwärme der bei der Verbrennung gebildeten Abgase vorgewärmt werden. In gleicher Weise kann das eingesetzte gasförmige Oxidationsmittel, z.B. Luft, mit elektrisch oder durch Abgasabwärme vorgewärmter Luft vorgeheizt werden. Es ist auch möglich, sowohl den eingesetzten Flüssigbrennstoff als auch das gasförmige Oxidationsmittel mit Abgas zu mischen und dem Mischer zuzuführen.
Fig. 3 zeigt eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hier ist eine Einrichtung zur Verdampfung von Flüssigbrennstoff unmittelbar gekoppelt mit dem Mischer. Flüssigbrennstoff, z.B. leichtes Heizöl, wird der aus einem weiteren porösen Element gebildeten Verdampfungseinrichtung zugeführt . Das weitere poröse Element wird durch die Abwärme der Verbrennung beheizt. Der Flüssigbrennstoff wird im Weiteren porösen Element verdampft. Das gebildete Gas gelangt in den stromabwärts nachgeschalteten Mischer. Ferner gelangt in den Mischer gasförmiges Oxidationsmittel, welches separat durch die Einrichtung zur Verdampfung geführt wird. Das Gemisch bildet sich erst im Mischer. Fig. 4 zeigt eine vierte Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung ist ähnlich der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung. Es wird hier Abgas zurückgeführt. Das zurückgeführte Abgas dient der Verdampfung des Flüssigbrenn- Stoffs sowie der Mischung des dabei gebildeten Dampfs und zur Vorwärmung und Mischung des gasförmigen Oxidationsmittels.
Fig. 5 zeigt eine fünfte Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei wird Flüssigbrennstoff, z.B. Heizöl, in einem weiteren porösen Element verdampft. Der dabei gebildete Dampf gelangt in einen schmalen Spalt und wird dort mit zugeführtem gasförmigen Oxidationsmittel bzw. Luft gemischt. Die Spaltbreite ist so gewählt, dass eine Zündung innerhalb des Spalts nicht stattfinden kann. Das gebildete Vorgemisch ge- langt dann in den Mischer, der wiederum aus einem porösen
Element gebildet sein kann, welches eine Peclet-Zahl von weniger als 65 aufweist. Stromabwärts des Mischers ist wiederum eine Verbrennungszone vorgesehen, in der das aus dem Mischer austretende homogene Gemisch verbrannt wird.
Fig. 6 zeigt eine sechste erfindungsgemäße Vorrichtung. Dabei wird gasförmiges Oxidationsmittel, z.B. Luft, und nicht zündfähiger Dampf, separat auf eine Lochplatte geleitet. Die Düsen der Zufuhrleitungen für Brennstoff und gasförmiges Oxida- tionsmittel sind so angeordnet, dass eine Zündung stromaufwärts der Mischzone nicht stattfinden kann. Die Mischzone selbst ist wiederum hinsichtlich ihrer Lochdurchmesser so ausgebildet, dass darin eine Zündung des gebildeten Gemischs ebenfalls nicht stattfinden kann. Das Gemisch wird in einer der Mischzonen nachgeschalteten Verbrennungszone verbrannt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit folgenden Schritten:
1.1 separates Einleiten des flüssigen Brennstoffs in einem nicht zündfähigen Zustand in eine Mischzone,
1.2 Verdampfen des flüssigen Brennstoffs in der Mischzone,
1.3 separates Einleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels in die Mischzone,
1.4 Mischen des Brennstoffs und des gasförmigen Oxidations- mittels in der Mischzone, so dass ein zündfähiges Gemisch sich bildet, wobei die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist, und
1.5 Verbrennen des Gemischs in einer der Mischzone stromabwärts nachgeordneten Verbrennungszone .
2. Verfahren zur schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit folgenden Schritten:
2.1 Verdampfen des flüssigen Brennstoffs in einem Verdampfer,
2.2 separates Einleiten des verdampften Brennstoffs in einem nicht zündfähigen Zustand in eine stromabwärts des Verdampfers angeordnete Mischzone,
2.3 separates Einleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels in die Mischzone,
2.4 Mischen des Brennstoffs und des gasförmigen Oxidations- mittels in der Mischzone, so dass ein zündfähiges Gemisch sich bildet, wobei die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist, und
2.5 Verbrennen des Gemischs in einer der Mischzone stromabwärts nachgeordneten Verbrennungszone .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mischzone eine Peclet-Zahl von weniger als 65 aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei die Mischzone aus einer Lochplatte, einem ersten porösen Element oder einem schmalen Spalt gebildet ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gemisch in ein die Verbrennungszone bildendes zweites poröses Element geführt und unter Ausbildung einer Flamme in dessen Porenraum verbrannt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite poröse Element unmittelbar aneinander liegend angeordnet sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lochplatte und/oder das erste und/oder zweite poröse Element aus einer Keramik hergestellt ist/sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, wobei beim Verdampfen im Verdampfer ein nicht oxidierendes Gas zugemischt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massestrom des zur Mischzone geführten Brennstoff und/oder der Massestrom des gasförmigen Oxidationsmittels gesteuert wird/werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennstoff und/oder das gasförmige Oxidationsmittel vorgewärmt wird/werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zum Vorwärmen bei der Verbrennung gebildetes Abgas dem verdampften Brennstoff und/oder dem gasförmigen Oxidationsmittel beigemischt wird.
12. Vorrichtung zur Schadstoffarmen nicht-katalytischen Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mit einer Mischzone und einer der Mischzone stromabwärts nachgeschalteten Verbrennungszone, wobei mit der Mischzone verbunden sind ein Mittel zum separaten Einleiten des flüssigen oder verdampften Brennstoffs in einem nicht zündfähigen Zustand und ein Mittel zum separaten Einleiten eines gasförmigen Oxidationsmittels, und wobei die Mischzone so ausgebildet ist, dass eine Verbrennung auch bei Erreichen der Zündtemperatur des Gemischs innerhalb der Mischzone nicht möglich ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Mischzone eine Peclet-Zahl von weniger als 65 aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Mischzone aus einer Lochplatte, einem ersten porösen Element oder einem schmalen Spalt gebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Verbrennungszone aus einem zweiten, eine Verbrennung des Gemischs ermöglichende porösen Element gebildet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Lochplatte und/oder das erste und/oder zweite poröse Element aus einer Keramik hergestellt ist/sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das erste und das zweite poröse Element unmittelbar aneinan- der liegend angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei stromaufwärts des Mischzone eine Einrichtung zum Verdampfen des flüssigen Brennstoffs vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei mit der Einrichtung zum Verdampfen eine Einrichtung zum Zumischen eines weiteren nicht oxidierenden Gases verbunden ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Einrichtung zum Verdampfen des flüssigen Brennstoffs Bestandteil der Mischzone ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei Mittel zur Steuerung des Massestroms des zur Mischzone geführten Gases und/oder des Massestroms des zur Mischzone geführten gasförmigen Oxidationsmittels vorgesehen sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, wobei eine Einrichtung zur Vorwärmung des Gases und/oder eine Einrichtung zur Vorwärmung des gasförmigen Oxidationsmittels vorgesehen ist/sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei zum Vorwärmen des Gases und/oder des gasförmigen Oxidationsmittels eine Einrichtung zum Beimischen von Abgas vorgesehen ist.
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