WO2014083176A1 - Verfahren zum betreiben einer brennkammer und brennkammer - Google Patents

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WO2014083176A1
WO2014083176A1 PCT/EP2013/075154 EP2013075154W WO2014083176A1 WO 2014083176 A1 WO2014083176 A1 WO 2014083176A1 EP 2013075154 W EP2013075154 W EP 2013075154W WO 2014083176 A1 WO2014083176 A1 WO 2014083176A1
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combustion
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Valentin BECHER
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/30—Premixing fluegas with combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/00001—Exhaust gas recirculation

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a combustion chamber and a combustion chamber.
  • Such methods and devices are known in the art. It is known that a product gas or a fuel is supplied to a combustion chamber. In this case, methods are known in which a fuel and air are injected separately into the combustion chamber.
  • nitrogen-containing components are contained in the fuel, such as e.g. HCN or NH3, these can be almost completely converted to toxic NOx at super-stoichiometric combustion conditions. Especially at temperatures> 1000 ° C increased NOx formation can be expected.
  • a disadvantage of the said method proves the combustion of multiphase fuels, such as these, for example, in the gasification of carbonaceous
  • the object of the present invention is to improve such combustion processes in such a way that the emission and / or the formation of toxic gases is reduced. Furthermore, the invention relates to a combustion process to be particularly suitable for the combustion of products of the thermo-chemical conversion of carbonaceous materials.
  • a combustion chamber is supplied with a fuel to be combusted. Furthermore, the combustion chamber is another Oxdiator and
  • the entry of a first part of the oxidizer takes place in a first region of the combustion chamber, so that there are substoichiometric conditions in which this first part is mixed with the gases formed during combustion, and a second portion of the oxidizer is in a second region of the Combustion chamber supplied.
  • this second part is supplied in such a way that the fuel thereby completely reacts off.
  • the combustion is carried out in a plurality of locally separate zones of a burner or a combustion chamber. This is achieved in that the entry or injection of the fuel and / or the oxidizer takes place in at least two temporally and / or locally offset steps or stages. This causes a delayed combustion and lower combustion temperatures. Since NOx formation is favored especially at high temperatures, this measure leads to lower NOx emissions. It should be mentioned that this goal represents a commonality of all applied principles.
  • Oxygen surplus numbers will react to toxic NOx while this substoichiometrically strongly suppressed. Only in a second, preferably downwardly directed combustion chamber, the complete combustion is realized.
  • combustion chambers can also be provided.
  • the second combustion chamber is preferably not burned under stoichiometric conditions.
  • the fuel supply is divided into a main flow and several secondary streams, so that due to the then special
  • At least a portion of the resulting exhaust gas is recirculated, in particular thus fed back to the combustion chamber.
  • Combustion systems that use exhaust gas recirculation feed some of the combusted gases back into the combustion zone. On the one hand, this causes a reduction in the nitrogen concentration and on the other hand, the flue gases act as an inert gas and dilute the oxygen and, consequently, the combustion temperature.
  • the exhaust gas can either be sucked back from the combustion chamber in terms of flow (internal recirculation) or supplied from the outside by means of separate feeds (external recirculation). This method is particularly useful when the combustion air, e.g. to increase the efficiency, preheated.
  • exhaust gas recirculation is combined with staged combustion or flameless oxidation to improve NOx reduction.
  • a temperature of the mixture of the first part and the gases formed during the combustion is above the ignition temperature of the fuel.
  • the reaction of the fuel in at least one part of the combustion chamber is flameless.
  • the reaction of the fuel in the entire combustion chamber is flameless.
  • the combustion does not take place in a defined reaction front or in a flame but preferably distributed homogeneously in the entire combustion chamber.
  • the usual local flame temperature peaks are avoided in the range of 1600 ° C to 2000 ° C and significantly reduces the thermal NOx formation.
  • the combustion air which is particularly preferably still preheated, and the fuel is fed separately and particularly preferably at high speeds into the burner.
  • the recirculated flue gases are mixed with preheated oxidant, wherein the average temperature of the preheated oxidizer and the resulting gas upon combustion is above the ignition temperature of the fuel.
  • the supplied gases are then contacted with the fuel in an oxidation zone in which the combustion is preferably substantially flameless.
  • the process also works advantageously with very high exhaust gas recirculation rates.
  • the oxidizer is thereby preferably in the combustion chamber
  • Combustion chamber sucked flue gases wrapped and mixed.
  • flow rates of at least 20 m / s are preferably used.
  • the two areas of the combustion chamber, in which the parts of the oxidizer are supplied spaced from each other.
  • the first portion of the oxidizer is supplied to the combustion chamber together with the fuel.
  • the volume fractions of the oxidizer, which are supplied via the two regions, differ from each other.
  • a smaller proportion of the gas is added to the fuel in a first region of the combustion chamber and a larger proportion of the gas in a second region of the combustion chamber.
  • This lower proportion can be added first in time. It would also be possible for this smaller proportion to be admixed in a higher area of the combustion chamber.
  • at least a portion of the gas is supplied at a temperature which is greater than 200 ° C, preferably greater than 400 ° C and preferably greater than 600 ° C.
  • a sub-stoichiometric zone can be formed in a first region of the combustion chamber, in particular in an upper region of the combustion chamber.
  • a further part and preferably a larger part of the oxidizer is then mixed in a different area of the combustion chamber and preferably in a region of the combustion chamber which lies deeper in relation to the first area. This suggests a significant reduction in fuel-NOx emissions.
  • the first supply (or the supply of the first part) takes place at
  • Combustion flue gas initially discharged from the combustion chamber and preferably fed back to the combustion chamber.
  • the fuel is supplied to the combustion chamber at a high flow rate.
  • the combustion air is also supplied to the combustion chamber at a high flow rate.
  • the fuel chamber and the combustion air are supplied separately to the combustion chamber.
  • the fuel is through a
  • the present invention is further directed to an apparatus for burning a
  • This device has a first supply line for supplying an oxidizer.
  • the device has a second at least in sections of the the first supply line separate supply line in order to supply the oxidizer to the combustion chamber in a further region of the combustion chamber.
  • the first supply line opens into a first third of the combustion chamber in this combustion chamber.
  • the second supply line opens into a lower or a middle third of the combustion chamber in this combustion chamber. In a further advantageous embodiment are within this
  • Combustion chamber dividing elements are provided, which delimits the area in which the first supply line opens at least partially (structurally) of that area in which opens the second supply line.
  • a valve device for controlling the supply of the oxidizer is provided in at least one of the supply lines.
  • the volume fractions of the oxidizer which is supplied via the two regions differ.
  • FIG. 1 shows a roughly schematic representation of a device 1 according to the invention with a combustion chamber 2.
  • a fuel is introduced into this combustion chamber 2 (arrow P1).
  • the combustor 2 becomes a primary oxidizer such as a primary oxidant. Air, fed.
  • the device for the supply to corresponding feeders which are not shown.
  • This feed is substoichiometric, i. with ⁇ ⁇ 1.
  • the reference character B1 thus indicates a substoichiometric range of
  • an oxidizer i. in particular an oxygen-containing gas, e.g. Air supplied (arrows P3 and P4).
  • an oxygen-containing gas e.g. Air supplied
  • the reference character B2 thus indicates a superstoichiometric region of the combustion chamber 2.
  • the reference symbol T denotes a dividing line between the two regions. It is possible that this dividing line is merely a geometric line. However, it is also possible for devices to be arranged within the combustion chamber which physically delimit the two regions B1 and B2 from one another (at least in part). It would also be conceivable that the two areas B1 and B2, unlike shown in the figure, are different in size. It is conceivable that the first region B1 is greater than the second region B2, preferably at least 1.2 times, preferably at least 1.5 times, preferably at least twice as large.
  • the second region B2 is greater than the first region B2, preferably at least 1.2 times, preferably at least 1.5 times as large, preferably at least twice as large. Furthermore, it is also possible that the
  • Flow rates, with which the air is supplied to the combustion chamber, are variable.
  • the respective supply lines may have variable flow cross sections. It is also possible to regulate the supply of fuel.
  • Flue gas produced during combustion is discharged from the combustion chamber 2 as shown by the arrow P5. Also for this purpose, a (not shown) discharge line
  • Combustion chamber 2 is supplied. It is also possible that the return of the flue gas is controlled in the combustion chamber 2 and or regulated.
  • the entering into the combustion chamber 2 fuel is therefore first a
  • the apparatus 1 may further comprise heat exchangers (not shown), in particular gas / gas heat exchangers, which adjust the temperature of the gases supplied.
  • supply lines may be provided to supply the parts of the gas.
  • valve devices may also be provided, by means of which the supply of the portions of the gas enabling the combustion can be controlled. In this way, on the one hand, a control of the amounts of gas to be supplied can be controlled, but also a time sequence of the supply.

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Abstract

Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffes, wobei ein zu verbrennender Brennstoff einer Brennkammer zugeführt wird und der Brennkammer ein Oxidator zugeführt wird. Der Eintrag eines ersten Teiles des Oxidators findet in einen ersten Bereich der Brennkammer statt, so dass in diesem unterstöchiometrische Bedingungen vorliegen und dass dieser erste Teil mit den bei der Verbrennung entstehenden Gasen gemischt wird, und dass ein zweiter Anteil des Oxidators in einem zweiten Bereich der Brennkammer zugeführt wird, und der Brennstoff dadurch vollständig abreagiert.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkammer und Brennkammer
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkammer sowie eine Brennkammer. Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist es bekannt, dass einer Brennkammer ein Produktgas bzw. ein Brennstoff zugeführt wird. Dabei sind auch Verfahren bekannt, bei denen ein Brennstoff sowie Luft separat in die Brennkammer eingeblasen werden.
Wenn stickstoffhaltige Komponenten im Brennstoff enthalten sind wie z.B. HCN oder NH3, können diese bei überstöchiometrischen Bedingungen bei der Verbrennung fast vollständig in giftiges NOx umgewandelt werden. Besonders bei Temperaturen >1000°C ist mit erhöhter NOx Bildung zu rechnen.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl an Technologien zur Reduzierung von
Emissionen bekannt, wobei insbesondere die NOx-Werte von hoher Bedeutung sind. Diese Technologien werden oftmals als Primärmaßnahmen bezeichnet, da hierdurch die
Entstehung von NOx im Feuerungsraum vermindert wird. Im Gegensatz hierzu zielen Sekundärmaßnahmen, welche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, auf die Minderung von NOx im Abgas.
Als nachteilig bei den genannten Verfahren erweist sich die Verbrennung von mehrphasigen Brennstoffen, wie diese beispielsweise bei der Vergasung von kohlenstoffhaltigen
Ausgangsmaterialien entstehen und/oder insbesondere von Brennstoffen mir sehr hohem Stickstoffanteil unter Beibehaltung geringer NOx-Emissionen. Hierzu existieren bisher keine zufriedenstellenden Verfahren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Verbrennungsprozesse dahingehend zu verbessern, dass der Ausstoß und/oder das Entstehen von giftigen Gasen verringert wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsprozess der besonders für die Verbrennung von Produkten der thermo-chemischen Konversion von kohlenstoffhaltigen Materialien geeignet sein soll.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird einer Brennkammer ein zu verbrennender Brennstoff zugeführt. Weiterhin wird der Brennkammer ein weiterer Oxdiator und
insbesondere Luft zugeführt.
Erfindungsgemäß findet der Eintrag eines ersten Teiles des Oxidators in einen ersten Bereich der Brennkammer statt, so dass in diesem unterstöchiometrische Bedingungen vorliegen wobei dieser erste Teil mit den bei der Verbrennung entstehenden Gasen gemischt wird, und ein zweiter Anteil des Oxidators wird in einem zweiten Bereich der Brennkammer zugeführt.
Bevorzugt wird dieser zweite Teil derart zugeführt, dass der Brennstoff dadurch vollständig abreagiert.
Bei der hier beschriebenen gestuften Verbrennung wird die Verbrennung in mehreren örtlich getrennten Zonen eines Brenners bzw. einer Brennkammer durchgeführt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Eintragung bzw. Eindüsung des Brennstoff und/oder des Oxidators in mindestens zwei zeitlich und/oder örtlich versetzten Schritten bzw. Stufen erfolgt. Dies bedingt eine verzögerte Verbrennung und geringere Verbrennungstemperaturen. Da die NOx-Bildung besonders bei hohen Temperaturen begünstigt ist, führt diese Maßnahme zu geringeren NOx-Emissionen. Es sei dabei erwähnt, dass dieses Ziel eine Gemeinsamkeit aller angewandten Prinzipien darstellt.
Es ist dabei möglich, dass der Brennstoff zunächst in einem Primärbrennraum in einem (insbesondere fetten) Gemisch unterstöchiometrisch mit 60% bis 90 % des zur vollständigen Umsetzung notwendigen Sauerstoffs verbrennt. Dies verhindert die Bildung von NOx, da N- haltige Brennstoffe wie z.B. NH3 oder HCN insbesondere bei hohen
Sauerstoffüberschusszahlen zu giftigen NOx abreagieren, während dies unterstöchiometrisch stark unterdrückt wird. Erst in einem zweiten, bevorzugt ström ungsabwärts gerichteten Brennraum wird die vollständige Verbrennung realisiert.
Daneben können jedoch auch drei oder mehrere Verbrennungsräume vorgesehen sein. In dem zweiten Brennraum wird bevorzugt nicht unter unterstöchiometrischen Bedingungen verbrannt.
Bei einem weiteren möglichen Verfahren wird die Brennstoffzufuhr in einen Hauptstrom und mehrere Nebenströme aufgeteilt, so dass sich aufgrund der dann besonderen
Flammengeometrie Bereiche ausbilden, in welchen die NOx-Bildung vermindert ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens ein Anteil des entstehenden Abgases rückgeführt, insbesondere also wieder der Brennkammer zugeführt.
Verbrennungssysteme, die mit Abgasrückführung arbeiten, führen einen Teil der verbrannten Gase zurück in die Verbrennungszone. Einerseits bewirkt dies eine Verringerung der Stickstoffkonzentration und andererseits wirken die Rauchgase als Inertgas und verdünnen den Sauerstoff und einhergehend die Verbrennungstemperatur.
Das Abgas kann dabei aus dem Verbrennungsraum entweder strömungstechnisch zurückgesaugt werden (interne Rezirkulation) oder mittels separater Zuführungen von außen zugeführt werden (externe Rezirkulation). Dieses Verfahren ist besonders dann sinnvoll, wenn die Verbrennungsluft, z.B. zur Erhöhung des Wirkungsgrades, vorgewärmt wird.
Bevorzugt wird die Abgasrückführung mit der gestuften Verbrennung oder der flammenlosen Oxidation zur Verbesserung der NOx-Minderung kombiniert.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren liegt eine Temperatur der Mischung aus dem ersten Teil und den bei der Verbrennung entstehenden Gasen über der Zündtemperatur des Brennstoffes.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren erfolgt die Reaktion des Brennstoffes in wenigstens einem Teil der Brennkammer flammenlos. Besonders bevorzugt erfolgt die Reaktion des Brennstoffes in der gesamten Brennkammer flammenlos.
Beim Prinzip der flammenlosen Oxidation findet die Verbrennung nicht in einer definierten Reaktionsfront bzw. in einer Flamme sondern bevorzugt homogen im gesamten Brennraum verteilt statt. Dadurch werden die üblichen lokalen Flammentemperaturspitzen im Bereich von 1600°C bis 2000°C vermieden und die thermische NOx-Bildung deutlich vermindert. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden die Verbrennungsluft, welche besonders bevorzugt noch vorgewärmt wird, und der Brennstoff separat und besonders bevorzugt mit hohen Geschwindigkeiten in den Brenner zugeführt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren werden die rezirkulierten Rauchgase mit vorgewärmtem Oxidator vermischt, wobei die mittlere Temperatur des vorgewärmten Oxidators und des bei der Verbrennung entstehenden Gases oberhalb der Zündtemperatur des Brennstoffes ist. Die zugeführten Gase werden sodann mit dem Brennstoff in einer Oxidationszone zusammengebracht, in der die Verbrennung bevorzugt im wesentlichen flammenlos erfolgt.
Zum Zwecke der Energieeinsparung arbeitet der Prozess vorteilhaft zudem mit sehr hohen Abgasrückführraten. Der Oxidator wird dabei bevorzugt derart in den Brennraum
eingebracht, dass sich der Oxidator durch die Injektorwirkung mit den aus dem
Verbrennungsraum angesaugten Rauchgasen umhüllt und vermischt. Hierbei wird bevorzugt mit Strömungsgeschwindigkeiten von mindestens 20 m/s gearbeitet.
Daneben ist es auch möglich, dass aufgrund des speziellen Designs der Oxidator- und Brennstoffdüsen in der Brennkammer lokale Bereiche mit unterstöchiometrischen
Verbrennungsbedingungen entstehen, in welchen der Sickstoff im Brennstoff nicht zu NOx sondern zu unschädlichem N2 reagiert.
Vorteilhaft sind die beiden Bereiche der Brennkammer, in welche die Teile des Oxidators zugeführt werden, voneinander beabstandet.
Bevorzugt wird der erste Anteil des Oxidators der Brennkammer gemeinsam mit dem Brennstoff zugeführt.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren unterscheiden sich die Volumenanteile des Oxidators, welche über die beiden Bereiche zugeführt werden, voneinander. So ist es möglich, dass ein geringerer Anteil des Gases dem Brennstoff in einem ersten Bereich der Brennkammer zugemischt wird und ein größerer Anteil des Gases in einem zweiten Bereich der Brennkammer. Dabei kann dieser geringere Anteil zeitlich zuerst zugemischt werden. Auch wäre es möglich, dass dieser geringere Anteil in einem höher liegenden Bereich der Brennkammer zugemischt wird. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird wenigstens ein Anteil des Gases mit einer Temperatur zugeführt, welche größer ist als 200°C, bevorzugt größer als 400°C und bevorzugt größer als 600°C.
Vorteilhaft kann dabei in einem ersten Bereich der Brennkammer, insbesondere in einem oberen Bereich der Brennkammer, eine unterstöchiometrische Zone ausgebildet werden. Bevorzugt wird anschließend ein weiterer Teil und bevorzugt ein größerer Teil des Oxidators in einem anderen Bereich der Brennkammer und bevorzugt in einem bezogen auf den ersten Bereich tieferliegenden Bereich der Brennkammer zugemischt. Dies lässt eine erhebliche Reduzierung der Brennstoff-Nox Emissionen erwarten.
Vorteilhaft erfolgt die erste Zuführung (bzw. die Zuführung des ersten Teils) bei
Stochiometrien zwischen 0,2 und 0,9, bevorzugt 0,4 und 0,9, besonders bevorzugt zwischen 0,6 und 0,9 und besonders bevorzugt zwischen 0,7 und 0,8. Bei Stochiometrien zwischen 0,7 und 0,8 wird kaum NOx gebildet, sondern unschädliches N2. Eine Zone in der
Brennkammer mit den genannten Stochiometrien reduziert die NOx Emissionen deshalb erheblich.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird wenigstens ein Anteil des bei der
Verbrennung entstehenden Rauchgases zunächst aus der Brennkammer abgeführt und bevorzugt wieder der Brennkammer zugeführt.
Bevorzugt wird der Brennstoff der Brennkammer mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird auch die Verbrennungsluft der Brennkammer mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt. Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren werden der Brennkammer der Brennstoff und die Verbrennungsluft separat zugeführt.
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren wird der Brennstoff durch einen
Vergasungsprozess gewonnen.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zum Verbrennen eines
Brennstoffes mit einer Brennkammer, in der ein Brennstoff verbrennbar ist, gerichtet. Diese Vorrichtung weist eine erste Zuführleitung zum Zuführen eines Oxidators auf.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine zweite wenigstens abschnittsweise von der ersten Zuführleitung getrennte Zuführleitung auf, um der Brennkammer in einem weiteren Bereich der Brennkammer den Oxidator zuzuführen.
Vorzugsweise mündet die erste Zuführleitung ein einem ersten Drittel des Brennraums in diesen Brennraum. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mündet die zweite Zuführleitung in einem unteren oder einem mittleren Drittel des Brennraums in diesen Brennraum. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind innerhalb dieses
Brennraums Trennelemente vorgesehen, welche denjenigen Bereich, in den die erste Zuführleitung mündet wenigstens teilweise (baulich) von demjenigen Bereich, in den die zweite Zuführleitung mündet abgrenzt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in wenigstens einer der Zuführleitungen eine Ventileinrichtung zur Steuerung der Zuführung des Oxidators vorgesehen.
Bei einem bevorzugten Verfahren unterscheiden sich die Volumenanteile des Oxidators, welches über die beiden Bereiche zugeführt wird.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus der beigefügten Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine grob schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer Brennkammer 2. In diese Brennkammer 2 wird (Pfeil P1 ) ein Brennstoff eingeführt. Daneben wird der Brennkammer 2 ein ein Primäroxidator, wie z.B. Luft, zugeführt. Dabei weist die Vorrichtung für die Zuführung entsprechende Zuführeinrichtungen auf, die jedoch nicht gezeigt sind. Dabei erfolgt diese Zuführung unterstöchiometrisch d.h. mit λ < 1. Das Bezugszeichen B1 kennzeichnet damit einen unterstöchiometrischen Bereich der
Brennkammer 1.
In einem weiteren, beispielsweise einem tieferliegenden Bereich der Brennkammer wird ebenfalls ein Oxidator, d.h. insbesondere ein Sauerstoff enthaltendes Gas, wie z.B. Luft, zugeführt (Pfeile P3 und P4). In diesem Bereich erfolgt die Zuführung jedoch
überstöchiometrisch d.h. mit λ > 1 und insbesondere mit λ >2. Dabei können ebenfalls wieder (nicht gezeigte) Zuführleitungen vorgesehen sein.
Das Bezugszeichen B2 kennzeichnet damit einen überstöchiometrischen Bereich der Brennkammer 2. Das Bezugszeichen T kennzeichnet eine Trennlinie zwischen den beiden Bereichen. Dabei ist es möglich, dass diese Trennlinie lediglich eine geometrische Linie ist. Es ist jedoch auch möglich, dass innerhalb der Brennkammer Einrichtungen angeordnet sind, welche die beiden Bereiche B1 und B2 physisch voneinander (zumindest teilweise) abgrenzen. Es wäre auch denkbar, dass die beiden Bereiche B1 und B2, anders als in der Figur gezeigt, unterschiedlich groß sind. Dabei ist es denkbar, dass der erste Bereich B1 größer ist als der zweite Bereich B2, bevorzugt wenigstens 1 ,2 mal so groß, bevorzugt wenigstens 1 ,5 mal so groß, bevorzugt wenigstens 2 mal so groß.
Umgekehrt ist es möglich dass der zweite Bereich B2 größer ist als der erste Bereich B2, bevorzugt wenigstens 1 ,2 mal so groß, bevorzugt wenigstens 1 ,5mal so groß, bevorzugt wenigstens 2mal so groß. Weiterhin ist es auch möglich, dass die
Strömungsgeschwindigkeiten, mit denen die Luft der Brennkammer zugeführt werden, veränderbar sind. So können beispielsweise die jeweiligen Zuführleitungen veränderbare Strömungsquerschnitte aufweisen. Auch ist es möglich, die Zuführung des Brennstoffes zu regeln.
Bei der Verbrennung entstehendes Rauchgas wird, wie durch den Pfeil P5 gezeigt, aus der Brennkammer 2 ausgeführt. Auch hierfür kann eine (nicht gezeigte) Abführleitung
vorgesehen sein. Dabei ist es möglich, dass ein Teil dieses Rauchgases erneut der
Brennkammer 2 zugeführt wird. Auch ist es möglich, dass die Rückführung des Rauchgases in die Brennkammer 2 gesteuert und oder geregelt wird.
Der in die Brennkammer 2 eintretende Brennstoff wird daher zunächst einer
unterstöchiometrischen und anschließend einer überstöchiometrischen Verbrennung unterworfen.
Weiterhin wäre es auch denkbar, dass die Temperaturen der der Brennkammer zugeführten Gase verändert werden.
Die Vorrichtung 1 kann weiterhin (nicht gezeigte) Wärmetauscher aufweisen, insbesondere Gas/Gas-Wärmetauscher, welche die Temperatur der zugeführten Gase einstellen.
Dabei können jeweils Zuführleitungen vorgesehen sein, um die Teile des Gases zuzuführen. Daneben können auch Ventileinrichtungen vorgesehen sein, mittels denen die Zuführung der Anteile des die Verbrennung ermöglichenden Gases gesteuert werden kann. Auf diese Weise kann einerseits eine Steuerung der zuzuführenden Mengen des Gases gesteuert werden, daneben aber auch eine zeitliche Abfolge der Zuführung. Die Anmelderin behält sich vor, sämtliche der in den Beschreibungsunterlagen offenbarten Merkmale als erfindungswesentlich zu beanspruchen, falls diese einzeln oder in Kombination neu gegenüber dem Stand der Technik sind.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Brennkammer
B1 unterstöchiometrischer Bereich der Brennkammer
B2 überstöchiometrischer Bereich der Brennkammer
P1 - P5 Pfeile

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffes, wobei ein zu verbrennender
Brennstoff einer Brennkammer zugeführt wird und der Brennkammer ein Oxidator zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Eintrag eines ersten Teiles des Oxidators in einen ersten Bereich der
Brennkammer stattfindet, so dass in diesem unterstöchiometrische Bedingungen vorliegen und dass dieser erste Teil mit den bei der Verbrennung entstehenden Gasen gemischt wird, und dass ein zweiter Anteil des Oxidators in einem zweiten Bereich der Brennkammer zugeführt wird, und der Brennstoff dadurch vollständig abreagiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Mittelwert der Temperatur des Oxidators und der Temperatur der bei der Verbrennung entstehenden Gasen über der Zündtemperatur des Brennstoffs liegt.
3. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Reaktion des Brennstoffes in wenigstens einem Teil der Brennkammer flammenlos erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Reaktion des Brennstoffes in der gesamten Brennkammer flammenlos erfolgt.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Bereiche der Brennkammer voneinander beabstandet sind.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anteil des Oxidators der Brennkammer gemeinsam mit dem Brennstoff zugeführt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Volumenanteile des Oxidators, welche über die beiden Bereiche zugeführt werden, voneinander unterscheiden.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein geringerer Anteil des Oxidators dem Brennstoff in einem ersten Bereich der Brennkammer zugemischt wird und ein größerer Anteil des Oxidators in einem zweiten Bereich der Brennkammer.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Anteil des Oxidators mit einer Temperatur zugeführt wird, welche größer ist als 200°C, bevorzugt größer als 400°C und bevorzugt größer als 600°C.
10. Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes mit einer Brennkammer, in der ein Brennstoff verbrennbar ist und mit einer ersten Zuführleitung zum Zuführen eines Oxidators,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung eine zweite wenigstens abschnittsweise von der ersten Zuführleitung getrennte Zuführleitung aufweist, um der Brennkammer in einem weiteren Bereich der Brennkammer den Oxidator zuzuführen.
PCT/EP2013/075154 2012-11-29 2013-11-29 Verfahren zum betreiben einer brennkammer und brennkammer WO2014083176A1 (de)

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