WO2018114490A1 - Mischvorrichtung und brennerkopf für einen brenner mit reduziertem nox-ausstoss - Google Patents

Mischvorrichtung und brennerkopf für einen brenner mit reduziertem nox-ausstoss Download PDF

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WO2018114490A1
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mixing device
fuel
air
zone
burner
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PCT/EP2017/082486
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Frank Braig
Hubert Gaub
Mack STEFAN
Florian Wohnhas
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Max Weishaupt Gmbh
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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    • F23D14/60—Devices for simultaneous control of gas and combustion air
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    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
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    • F23D2205/00—Assemblies of two or more burners, irrespective of fuel type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2208/00—Control devices associated with burners

Definitions

  • the invention relates to a mixing device for a burner with reduced NOx emission, comprising: a centrally arranged first mixing device for dispensing a first fuel-air mixture into a primary flame zone, wherein the first mixing device at least a first fuel nozzle and a
  • the second mixing device comprises a plurality of second fuel nozzles. Furthermore, the invention relates to a provided with such a mixing device burner head and one with such
  • Burner head provided burner. Furthermore, the invention relates to a combustion method that can be carried out with such a mixing device, such a burner head and such a burner.
  • Such a mixing device such as a burner head and burner, and combustion methods practicable therewith, are as follows
  • burners with burner heads and mixing device accommodated therein which comprise a first mixing device for Supplying a central primary flame with a first fuel-air mixture and a second mixing device for supplying a first mixing device for Supplying a central primary flame with a first fuel-air mixture and a second mixing device for supplying a
  • the primary flame stabilizes the combustion while, via the secondary flame, an internal combustion chamber
  • the invention has set itself the task of enabling combustion under even lower nitrogen oxide production even at particularly high burner outputs.
  • the invention provides a mixing device according to claim 1 and a method according to the independent
  • the invention provides a burner head provided with such a mixing device and a burner provided therewith in accordance with the further subsidiary claims.
  • the invention provides a mixing device for a
  • Burner with reduced NOx production comprising:
  • a centrally arranged first mixing device for generating a first
  • Mixing device has at least a first fuel nozzle and a baffle plate
  • a second mixing device for generating a second fuel-air mixture for a secondary flame zone, which surrounds the primary flame zone (120), the second mixing device having a plurality of second fuel nozzles, a barrier air generating device for generating a blocking air flow in a sealing air zone, which arranged downstream of the baffle plate
  • the second mixing device is configured to deliver the second fuel-air mixture into the secondary flame zone surrounding the barrier air zone
  • third mixing means for premixing and displacing a third fuel-air mixture and delivering the premixed and wired third fuel-air mixture into a swirl flame zone disposed between the barrier air zone and the secondary flame zone.
  • the baffle plate may be a separate part or an area of a larger body or construction.
  • an annular arrangement of the mixing devices is provided, wherein the first mixing device is provided in the center, the second mixing device on the outside and the third mixing device therebetween ,
  • the barrier air generating device is arranged between the first and the third mixing device.
  • the third mixing device in particular radially, is arranged between the barrier air generation device and the second mixing device and has a swirl generator and at least one third fuel nozzle, which is arranged upstream of the swirl generator in a premixing zone, through which an air flow to the swirl generator flows to fuel from the third
  • baffle plate structure is provided, which is seen from a center of the mixing device (10) outwardly in this
  • baffle plate with at least one opening for the first fuel nozzle, b) a sealing air channel for generating the blocking air flow;
  • the barrier air duct is preferably provided with at least one first partition wall for separating the blocking air flow from the primary flame zone.
  • the barrier air duct is preferably provided with a second partition wall for separating the blocking air flow from the outlet of the swirl generator.
  • Primary flame zone be provided, the - preferably with the barrier air generating means therebetween - by a second
  • Swirl generating device is surrounded for the third mixing device.
  • the baffle plate provides for a (substantially) larger
  • Air resistance as the swirl generator and / or the outer air gap Air resistance as the swirl generator and / or the outer air gap.
  • an adjusting device is provided for increasing or decreasing an air gap, wherein the adjusting device is configured to change the size of the air gap depending on a load operating state.
  • the adjusting device is adapted to the axial position of at least a portion of the first mixing device and / or the barrier air generating device and / or the swirl generator and / or a
  • a preferred embodiment of the invention relates to a mixing device for a burner with reduced NOx production, comprising: a centrally disposed first mixing means for generating a first fuel-air mixture for a primary flame zone, wherein the first
  • Mixing device comprising at least a first fuel nozzle and a baffle plate, a second mixing means for generating a second fuel-air mixture for a secondary flame zone, which surrounds the primary flame zone preferably annular
  • said second mixing means comprises a plurality of second fuel nozzles, a barrier air generating means for generating an air-barrier stream in one Air blocking current zone, which surrounds the arranged upstream of the baffle plate primary flame zone of the first mixing device preferably annularly, wherein the second mixing means for discharging the second fuel-air mixture in the secondary flame zone which surrounds the sealing air zone preferably annular, and wherein the second mixing means preferably annular to the sealing air Generating means is disposed around, and a third mixing means, the radially between the sealing air generating means and the second
  • Mixing device is arranged and having a swirl generator and at least one third fuel nozzle, which is arranged upstream of the swirl generator in a premixing zone through which a swirl air flow flows to the swirl generator to premix fuel from the third fuel nozzle before the swirl generation with the swirling air flow.
  • Fuel supply device for supplying the first, second and third mixing device with fuel, wherein the fuel supply is controllable such that the quantitative ratio of the supplied to the second and third mixing means fuel is variable.
  • Fuel supply device wherein the fuel supply control is designed such that a fuel supply to the third mixing device is throttled or closed in a part-load operation or closed and in a
  • the fuel supply device has a control valve for changing a flow cross section of a fuel supply line of the at least one third fuel nozzle.
  • an adjusting device is provided for changing the axial position of at least a part of the first mixing device and / or the barrier air generating device, which is adapted to change the axial position depending on a load operating state.
  • control valve is coupled to the actuator.
  • the blocking air generating means comprises a ring body having a ring channel for the sealing air.
  • the annular channel is formed on a baffle plate annular body which forms the baffle plate and the annular body.
  • the swirl generator surround one around the annular channel
  • the swirl generation ring is formed on the ring body.
  • the invention provides a burner head for a burner with reduced NOx production, comprising a burner tube and a mixing device arranged in the burner tube according to one of the embodiments explained above.
  • the outer air gap for discharging the second fuel-air mixture of the second mixing device is bounded on the outside by a region of the burner tube.
  • the invention provides a burner with a mixing device according to one of the above-explained embodiments and / or a burner head as explained above.
  • the invention provides a method for
  • Combustion of a reduced NOx production fuel comprising: generating a central primary flame in a central primary flame zone by means of a first central fuel nozzle and a baffle plate;
  • premixed fuel-air mixture in a swirl air zone between the surrounding the primary flame zone barrier air flow and the
  • the method is carried out with a mixing device according to one of the above-explained embodiments, a burner head or a burner according to one of the embodiments explained above.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view in the middle through an embodiment of a
  • FIG. 2 is a perspective view of the mixing device of FIG. 1;
  • FIG. Fig. 3 is a sectional view through a burner head with the mixing device of Fig. 1 with an explanation of
  • FIG. 4 is a sectional view through the burner head in a setting for a partial load.
  • FIG 5 shows the representation of Figure 4 at a setting for a full load.
  • Fig. 6 is a perspective view of the mixing device in the
  • Fig. 7 is a perspective view similar to FIG. 6 in a
  • a mixing apparatus 10 is shown for a burner with reduced NOx production, which, as shown in Figs. 3 to 5, to be arranged in a burner tube 12 of a burner head 14 of a burner 16.
  • the mixing device 10 has a first mixing device 18, a second one
  • the fuel supply device 26 has a central
  • Fuel supply 28 in particular a gas supply line 30, on which a first fuel supply line 32 for supplying the first
  • the first mixing device 18 has at least a first fuel nozzle 38 and a baffle plate 40.
  • the at least one first fuel nozzle 38 may be arranged in the center.
  • the first fuel nozzle 38 is part of a first fuel nozzle unit 39 having a plurality of first fuel nozzles 38 (eg, three first fuel nozzles, two, four, five, or six) passing through openings 50 which are circumferentially uniform in a central area the baffle plate 40 are distributed, give fuel.
  • an ignition device 37 is provided at the first mixing device 18 in order to ignite the first fuel-air mixture produced by the first mixing device 18.
  • the first fuel nozzle 38 is connected to the first fuel supply line 32, which extends linearly and centrally through the mixing device 10. At the combustion chamber facing the end of the first
  • Fuel supply line 32 for this purpose a support body 42 is arranged, lead from which provided with openings for air inlet fuel line branches of the first fuel nozzles 38 to the openings 50 in the baffle plate.
  • the baffle plate 40 has an outer annular flange 44, a disc region 45 and a plurality of radially extending inclined blades 46 which are formed by notching out of the disc region.
  • the baffle plate 40 has a central opening 48 and the plurality of further openings 50 for the first fuel nozzles 38 in some of the blades 46 or the disc region 45.
  • the barrier air generator 24 has an annular body 52 extending axially from the baffle plate 40 downstream, i. to the left in Fig. 1, and in
  • Operation extends toward the combustion chamber and having an inner wall 54 and an outer wall 56, between which an annular channel 58 is formed.
  • the annular channel 58 is arranged in the radial direction outside the baffle plate 40, i. Seen in plan view from the left in Fig. 1, the annular channel 58 surrounds the
  • the barrier air generation device 24 is in Seen radially direction around the first mixing device 18 around.
  • the annular channel 58 has a downstream tapered region 60 and a downstream and angled outward orifice region 62.
  • the tapered region provides a venturi for increasing the flow velocity of the barrier air through the mouth region 62 is delivered obliquely outward.
  • the walls 54 and 56 simultaneously form in the flow direction, i. in operation in the combustion chamber projecting partitions for separating the
  • the ring body 52 and the baffle plate 40 may be formed on a common component - a baffle plate ring body 64 - or be designed separately. Preferably, they are connected together and secured together on the support body 42 by means of struts 66.
  • the ring body and the baffle plate 40 may be formed on a common component - a baffle plate ring body 64 - or be designed separately. Preferably, they are connected together and secured together on the support body 42 by means of struts 66.
  • the ring body and the baffle plate 40 may be formed on a common component - a baffle plate ring body 64 - or be designed separately. Preferably, they are connected together and secured together on the support body 42 by means of struts 66.
  • the ring body and the baffle plate 40 may be formed on a common component - a baffle plate ring body 64 - or be designed separately. Preferably, they are connected together and secured together on the support body 42 by means of struts 66
  • Damper discs are thus part of a baffle plate construction 132, which will be explained in more detail hereafter.
  • the second mixing device 20 has a plurality of fuel nozzle units 68 arranged at equal intervals around the first mixing device 18 and each having at least one second fuel nozzle 70.
  • each fuel nozzle unit 68 has a plurality of second ones
  • Fuel nozzles 70 are arranged side by side. For example, two second fuel nozzles 70 are provided per fuel nozzle unit 68, e.g. three fuel nozzle units 68 are provided. Each fuel nozzle unit 68 is connected to a second fuel supply line 34 having a bifurcation 72 to fuel the plurality of second fuel nozzles 70 of each fuel nozzle unit 68. The mouths of the second fuel nozzles 70 are directed downstream and obliquely outward.
  • the third mixing device 22 is arranged radially between the second mixing device 20 arranged outside and the blocking air generating device 24, and has a plurality of third fuel nozzles 74 - or in not shown
  • Embodiments a plurality of third fuel nozzle units each having a plurality of third fuel nozzles 74 - on, wherein the third fuel nozzles 74 and the third fuel nozzle units having these preferably uniformly spaced around the central first mixing means 18 around distributed.
  • the third fuel nozzles 74 and the third fuel nozzle units having these preferably uniformly spaced around the central first mixing means 18 around distributed.
  • it may also be two, four, five or more.
  • the third mixing device 22 has a swirl generator 76.
  • the third fuel nozzles 74 are arranged at a distance upstream of the swirl generator 76, so that between the third fuel nozzles 74 and the
  • Swirl generator 76 a premixing zone 78 is formed.
  • the swirl generator 76 has an annular arrangement 82 of
  • the assembly 82 has an inner support ring 84 and an outer support ring 86, between which the individual
  • Swirl-generating blades 80 are in the radial direction and obliquely to
  • the swirl generator 76 is disposed around the barrier air generation device 24 as seen in the radial direction.
  • the swirl generator 76 is part of the baffle plate structure 132. In the illustrated embodiment, the swirl generator 76 is on the
  • Ring body 52 of the sealing air generating device 24 is formed or attached externally.
  • the inner support ring 84 is formed by the outer wall 56 of the annular body 52, wherein the outer support ring 86 simultaneously forms a guide 88 for combustion air for the second mixing device 20.
  • the guide 88 is provided as a separate element.
  • the guide device 88 has a substantially axially extending annular portion 90 and an obliquely outwardly extending annular portion 92 at the downstream end. Furthermore, the mixing device 10 has a support structure 94 for fastening the mixing device 10 in the burner tube 12.
  • the support structure 94 includes a stationary central tubular support body 96 which is attached at its upstream end to the fuel supply supply 28 and a manifold 98 for dividing the fuel on the
  • Fuel supply lines 32, 34, 36 has.
  • the centrally disposed first fuel supply line 32 is formed by a tube which is slidably received within the support body 96. On the support body 42, the first fuel supply line 32, and at least the guide device 88 having displaceable central unit 99 engages an actuating device 100, by means of which the axial position of
  • the sliding central unit 99 also includes the baffle plate structure 132 with the baffle plate 40, the annular body 52 for the annular channel 58 and the swirl generator 76, on which the guide 88 is arranged or formed.
  • the upstream end of the support body 96 is by means of
  • Fixing struts 102 can be fixed.
  • a control valve 104 for supplying fuel to at least one of the mixers 18, 20, 22, here e.g. to the third mixing device 22, or to a part of one of the mixers 18, 20, 22, here e.g. to the third mixing device 22, or to a part of one of the mixers 18, 20, 22, here e.g. to the third mixing device 22, or to a part of one of the mixers 18, 20, 22, here e.g. to the third mixing device 22, or to a part of one of
  • control valve 104 controls the fuel supply to the third mixing device 22. In other variants, the control valve 104 controls the fuel supply to a subset of the second fuel nozzles 74, while a remaining group of the second
  • Fuel nozzles 74 from the control valve 104 is unaffected.
  • a plurality of control valves 104 are provided, preferably such that they are controlled jointly.
  • the control valve 104 in the illustrated embodiment, has an actuator 106 attached to the upstream end of the first fuel supply conduit 32 and a respective closure body 107, here in the form of a tapered tip projection, per one to control
  • Fuel supply line 36 which is characterized by displacement of the
  • the inlet opening 108 is fully released.
  • the adjusting device 100 has a push rod 1 10, which is connected in a manner not shown with the support body 42 to the central unit of
  • a operated with a servomotor lever connected which in turn can be controlled by a not shown fuel supply control for controlling the fuel supply device 26.
  • Figs. 3 to 5 show the burner head 14 of the burner 16, wherein the
  • the burner 16 is a fan burner with blower, not shown here, which provides for an air flow of combustion air through the burner tube 12 in the axial direction seen from the right in Fig. 3 seen to the left in Fig. 3.
  • the entire burner tube 12 is acted upon in operation by a strong axially directed air flow.
  • the blower is also controlled by a controller to adjust the amount of airflow, depending on the load. Rejuvenations in the area of the air flow path serve as Venturi devices for locally increasing the
  • the burner tube 12 is substantially circular cylindrical in shape and has a first taper point 1 12 in a central region and a second taper point 1 14 on the combustion chamber directed end.
  • Rejuvenation points 1 12 is the wall 1 16 of the burner tube in
  • an outer air gap in the form of an annular gap 1 19 is formed, which serves to dispense the generated by the second mixing device 20 second fuel-air mixture .
  • the second fuel nozzles 70 open upstream of this annular gap 1 19 near the second tapering point, so that is given by the prevailing high air flow, a good mixing of the fuel from the second fuel nozzles 70 with combustion air.
  • the combustion air is divided in the region of the combustion chamber opening 1 18, wherein in a central region combustion air is stowed through the baffle plate 40 and through the central opening 48, through slots between the blades 46 and an inner annular gap between the annular flange 44 and the annular body 52 flows. By the blades 46 of this air flow is twisted. This part of the combustion air is divided in the region of the combustion chamber opening 1 18, wherein in a central region combustion air is stowed through the baffle plate 40 and through the central opening 48, through slots between the blades 46 and an inner annular gap between the annular flange 44 and the annular body 52 flows. By the blades 46 of this air flow is twisted. This part of the combustion air is divided in the region of the combustion chamber opening 1 18, wherein in a central region combustion air is stowed through the baffle plate 40 and through the central opening 48, through slots between the blades 46 and an inner annular gap between the annular flange 44 and the annular body 52 flows. By the blades 46 of this air flow
  • Combustion air is preferably added gaseous fuel through the at least one first fuel nozzle 38, so that in a central region, which is defined in the radial direction defined by the interior of the annular body 52, a primary flame is formed, so that this area as
  • Primary flame zone 120 is designated. At the start of operation of the burner takes place at this primary flame zone 120, the ignition using the igniter 37th
  • the baffle plate construction 132 is further displaced into the combustion chamber in a partial load range, so that the primary flame zone extends further into the combustion chamber and the primary flame ensures reliable support of the secondary flame.
  • fuel is premixed by the third mixing device 22 through the third fuel nozzles 74 in the premixing zone 78 with the combustion air located there to produce a third fuel-air mixture which is twisted by the swirler 76 and in a wired state Swirl flame zone 124 is discharged to produce a premix swirl flame here.
  • sealing air is discharged into a sealing air zone 126, which surrounds the primary flame zone 120 in an annular manner and is arranged between the primary flame zone 120 and the swirl flame zone 124.
  • a baffle-based primary flame is formed in a central primary flame zone 120; this is protected and supported by an annular barrier air in the barrier air zone 126, which is surrounded by a swirl flame zone 124 in which a premix swirl flame is formed.
  • a swirl flame zone 124 is on the outside a
  • Secondary flame zone 122 is formed, in which a secondary flame is formed.
  • the premix swirl flame can be activated at high burner loads
  • the Secondary flame zone 122 simultaneously provides a combustion chamber internal exhaust gas circulation.
  • an internal exhaust gas circulation can be provided.
  • exhaust gas from the combustion chamber of the air supply of the burner can be admixed, so that even in the air flow generated by the fan in the burner tube is an exhaust gas component.
  • Figs. 4 and 6 show an adjustment of the burner head 14 and the
  • the actuator 100 is actuated via the fuel supply control such that the displaceable central unit 99 with the support body 42, the baffle plate ring body 64 and the
  • Swirl generator 76 moves downstream. In the end position shown so the outer annular gap 1 19 between the guide 88 and the end flange 1 16 is reduced, and the fuel is supplied only via the first mixing device and the second mixing device 18, 20th
  • the ring body 52 and the baffle plate 40 are further displaced in the combustion chamber.
  • Fuel supply also opened to the third mixing device 22 and the annular gap 1 19 for the second mixing device 20 increases.
  • the annular body 52 and the baffle plate 40 are arranged more inside the burner tube 12.
  • the fuel supply supply 28 branches from a mixing housing 128 of the gas supply line 30 as a first fuel supply line 32, a line for primary gas, as a second fuel supply line 34, a line for
  • a maximum of 10% of the burner power is generated or burned a maximum of 10% of the fuel; 90% are considered
  • the baffle plate construction is moved into the burner head 14 to allow for greater air passage.
  • a change in the fuel quantity ratio between the swirl gas and secondary gas can be made;
  • the supply of swirl gas to the wired air is quite
  • the fuel supplies to the different mixing devices 18, 20, 22 or regions thereof can be used as power stages of the burner 16, which can be switched on or off depending on the load request.
  • an exhaust gas recirculation line is provided in a particular embodiment, which is to be connected on the one hand to the combustion chamber and on the other hand, an air intake for the combustion air to mix the combustion air flow exhaust gas from the combustion chamber.
  • Fuel nozzle unit second fuel nozzle

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Abstract

Zur weiteren Reduzierung der NOx-Emission schafft die Erfindung eine Mischvorrichtung (10) für einen Brenner (16) mit reduzierter NOx-Erzeugung, umfassend eine zentral angeordnete erste Mischeinrichtung (18) zur Erzeugung eines ersten Brennstoff-Luftgemischs für eine Primärflammenzone (120), wobei die erste Mischeinrichtung (18) wenigstens eine erste Brennstoffdüse (38) und eine Stauscheibe (40) aufweist, eine zweite Mischeinrichtung (20) zur Erzeugung eines zweiten Brennstoff-Luftgemischs für eine Sekundärflammenzone (122), die die Primärflammenzone (120) umgibt, wobei die zweite Mischeinrichtung (20) mehrere zweite Brennstoffdüsen (70) aufweist, gekennzeichnet durch eine Sperrluft-Erzeugungseinrichtung (24) zum Erzeugen eines Luftsperrstroms in einer Luftsperrstromzone, die die stromabwärts der Stauscheibe (40) angeordnete Primärflammenzone (120) der ersten Mischeinrichtung (18) umgibt, wobei die zweite Mischeinrichtung (20) zur Abgabe des zweiten Brennstoff-Luftgemischs in die Sekundärflammenzone (122), die die Sperrluftzone (126) umgibt, ausgebildet ist und wobei die zweite Mischeinrichtung (20) um die Sperrluft-Erzeugungseinrichtung (24) herum angeordnet ist, und durch eine dritte Mischeinrichtung (22), die radial zwischen der Sperrluft-Erzeugungseinrichtung (24) und der zweiten Mischeinrichtung (20) angeordnet ist und einen Drallerzeuger (76) sowie wenigstens eine dritte Brennstoffdüse (74) aufweist, die stromaufwärts des Drallerzeugers (76) in einer Vormischzone (78) angeordnet ist, durch die ein Drallluftstrom zu dem Drallerzeuger (76) fließt, um Brennstoff aus der dritten Brennstoffdüse (74) vor der Drallerzeugung mit dem Drallluftstrom vorzumischen.

Description

Mischvorrichtung und Brennerkopf für einen Brenner mit reduziertem NOx-
Ausstoß
Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für einen Brenner mit reduziertem NOx-Ausstoß, umfassend: eine zentral angeordnete erste Mischeinrichtung zur Abgabe eines ersten Brennstoff-Luftgemischs in eine Primärflammenzone, wobei die erste Mischeinrichtung wenigstens eine erste Brennstoffdüse und eine
Stauscheibe aufweist, und eine zweite Mischeinrichtung zur Abgabe eines zweiten Brennstoff-Luftgemischs in eine Sekundärflammenzone, die die
Primärflammenzone umgibt, wobei die zweite Mischeinrichtung mehrere zweite Brennstoffdüsen aufweist. Weiter betrifft die Erfindung einen mit einer solchen Mischvorrichtung versehenen Brennerkopf sowie einen mit einem solchen
Brennerkopf versehenen Brenner. Weiter betrifft die Erfindung ein mit einer solchen Mischvorrichtung, einem solchen Brennerkopf sowie einem solchen Brenner durchführbares Verbrennungsverfahren.
Eine solche Mischvorrichtung, ein solcher Brennerkopf und ein solcher Brenner sowie damit durchführbare Verbrennungsverfahren sind aus den folgenden
Literaturstellen aus dem Stand der Technik bekannt:
D1 EP 0 913 631 A2,
D2 Firmendruckschrift "Weishaupt WKGL70 dual fuel burner Version 3LN (Low Nox) multiflam®", Weishaupt Corporation, Mississauga, Print No. 83204616, März 2004,
D3 Firmendruckschrift„Weishaupt monarch® WM-GL10 multiflam®", Druck-Nr
83192001 , März 2009, und
D4 Firmendruckschrift„Weishaupt Produkt Information über Öl-, Gas- und
Zweistoffbrenner", Druck-Nr. 8321 1401 , November 2015
In den vorerwähnten Druckschriften sind Brenner mit Brennerköpfen und darin untergebrachter Mischvorrichtung bekannt, die eine erste Mischeinrichtung zur Versorgung einer zentralen Primärflamme mit einem ersten Brennstoff- Luftgemisch und eine zweite Mischeinrichtung zum Versorgen einer
Sekundärflamme mit einem zweiten Brennstoff-Luftgemisch aufweisen und eine Verbrennung mit besonders niedriger Stickstoffoxiderzeugung ermöglichen. Es wird für weitere Einzelheiten zu dem Wirkprinzip und dem Aufbau der bekannten Brenner und Brennerköpfe ausdrücklich auf die vorerwähnten Druckschriften D1 bis D3 verwiesen. Insbesondere wird eine zentrale Primärflamme
stauscheibengestützt erzeugt, wobei ein Großteil der Brennerleistung über eine äußere Sekundärflamme bewerkstelligt wird. Die Primärflamme stabilisiert die Verbrennung während, über die Sekundärflamme eine brennrauminterne
Abgasrückführung ermöglicht wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt, eine Verbrennung unter noch niedrigerer Stickstoffoxiderzeugung auch bei besonders hohen Brennerleistungen zu ermöglichen.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Mischvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten
Verfahrensanspruch. Weiter schafft die Erfindung einen mit einer derartigen Mischvorrichtung versehenen Brennerkopf sowie einen damit versehenen Brenner gemäß den weiteren Nebenansprüchen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung eine Mischvorrichtung für einen
Brenner mit reduzierter NOx-Erzeugung, umfassend:
eine zentral angeordnete erste Mischeinrichtung zur Erzeugung eines ersten
Brennstoff-Luftgemischs für eine Primärflammenzone, wobei die erste
Mischeinrichtung wenigstens eine erste Brennstoffdüse und eine Stauscheibe aufweist,
eine zweite Mischeinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Brennstoff- Luftgemischs für eine Sekundärflammenzone, die die Primärflammenzone (120) umgibt, wobei die zweite Mischeinrichtung mehrere zweite Brennstoffdüsen aufweist, eine Sperrluft-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Sperrluftstroms in einer Sperrluftzone, die die stromabwärts der Stauscheibe angeordnete
Primärflammenzone der ersten Mischeinrichtung umgibt,
wobei die zweite Mischeinrichtung zur Abgabe des zweiten Brennstoff- Luftgemischs in die Sekundärflammenzone, die die Sperrluftzone umgibt, ausgebildet ist,
und eine dritte Mischeinrichtung zum Vormischen und Verdrallen eines dritten Brennstoff-Luftgemischs und zur Abgabe des vorgemischten und verdrahten dritten Brennstoff-Luftgemisches in eine Drallflammenzone, die zwischen der Sperrluftzone und der Sekundärflammenzone angeordnet ist.
Die Stauscheibe kann ein gesondertes Teil sein oder ein Bereich eines größeren Körpers oder einer Konstruktion.
Vorzugsweise in Draufsicht entgegen einer im Betrieb der Mischvorrichtung vorherrschenden Luftströmungsrichtung, die vorzugsweise im Wesentlichen in einer Axialrichtung eines Brennerrohres eines Brennerkopfes strömt, eine ringförmige Anordnung der Mischeinrichtungen vorgesehen, wobei die erste Mischeinrichtung im Zentrum, die zweite Mischeinrichtung außen und die dritte Mischeinrichtung dazwischen vorgesehen ist. Vorzugsweise ist zwischen der ersten und der dritten Mischeinrichtung die Sperrluft-Erzeugungseinrichtung angeordnet. Diese bevorzugte Anordnung betrifft die Anordnung in Radialrichtung gesehen, in Axialrichtung können die Einrichtungen versetzt zueinander sein.
Es ist bevorzugt, dass die dritte Mischeinrichtung, insbesondere radial, zwischen der Sperrluft-Erzeugungseinrichtung und der zweiten Mischeinrichtung angeordnet ist und einen Drallerzeuger sowie wenigstens eine dritte Brennstoffdüse aufweist, die stromaufwärts des Drallerzeugers in einer Vormischzone angeordnet ist, durch die ein Luftstrom zu dem Drallerzeuger fließt, um Brennstoff aus der dritten
Brennstoffdüse vor der Drallerzeugung mit dem Luftstrom vorzumischen.
Es ist bevorzugt, dass eine Stauscheibenkonstruktion vorgesehen ist, die von einem Zentrum der Mischvorrichtung (10) nach außen gesehen in dieser
Reihenfolge a) die Stauscheibe mit wenigstens einer Öffnung für die erste Brennstoffdüse, b) einen Sperrluftkanal zum Erzeugen des Sperrluftstroms;
c) den Drallerzeuger und
d) eine Leiteinrichtung zur Begrenzung eines äußeren Luftspalts für die zweite Mischeinrichtung),
aufweist.
Der Sperrluftkanal ist vorzugsweise mit wenigstens einer ersten Trennwand zum Trennen des Sperrluftstroms gegenüber der Primärflammenzone versehen.
Der Sperrluftkanal ist vorzugsweise mit einer zweiten Trennwand zum Trennen des Sperrluftstroms gegenüber dem Ausgang des Drallerzeugers versehen.
Es ist bevorzugt, dass die Stauscheibe zur Erzeugung eines Dralls in der
Primärflammenzone ausgebildet ist. Somit kann im Zentrum eine erste
Drallerzeugungseinrichtung der ersten Mischeinrichtung für die
Primärflammenzone vorgesehen sein, der - vorzugsweise mit der Sperrluft- Erzeugungseinrichtung dazwischen - durch eine zweiten
Drallerzeugungseinrichtung für die dritte Mischeinrichtung umgeben ist.
Vorzugsweise sorgt die Stauscheibe für einen (wesentlich) größeren
Luftwiderstand als der Drallerzeuger und/oder der äußere Luftspalt.
Es ist bevorzugt, dass eine Stelleinrichtung zum Vergrößern oder Verkleinern eines Luftspalts vorgesehen ist, wobei die Stelleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Größe des Luftspalts abhängig von einem Lastbetriebszustand zu verändern.
Vorzugsweise ist die Stelleinrichtung dazu eingerichtet, die axiale Lage zumindest eines Teils der ersten Mischeinrichtung und/oder der Sperrluft- Erzeugungseinrichtung und/oder des Drallerzeugers und/oder einer
Luftleiteinrichtung zu verändern.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für einen Brenner mit reduzierter NOx-Erzeugung, umfassend: eine zentral angeordnete erste Mischeinrichtung zur Erzeugung eines ersten Brennstoff-Luftgemischs für eine Primärflammenzone, wobei die erste
Mischeinrichtung wenigstens eine erste Brennstoffdüse und eine Stauscheibe aufweist, eine zweite Mischeinrichtung zur Erzeugung eines zweiten Brennstoff- Luftgemischs für eine Sekundärflammenzone, die die Primärflammenzone vorzugsweise ringförmig umgibt, wobei die zweite Mischeinrichtung mehrere zweite Brennstoffdüsen aufweist, eine Sperrluft-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Luftsperrstroms in einer Luftsperrstromzone, die die stromabwärts der Stauscheibe angeordnete Primärflammenzone der ersten Mischeinrichtung vorzugsweise ringförmig umgibt, wobei die zweite Mischeinrichtung zur Abgabe des zweiten Brennstoff-Luftgemischs in die Sekundärflammenzone, die die Sperrluftzone vorzugsweise ringförmig umgibt, ausgebildet ist und wobei die zweite Mischeinrichtung vorzugsweise ringförmig um die Sperrluft- Erzeugungseinrichtung herum angeordnet ist, und eine dritte Mischeinrichtung, die radial zwischen der Sperrluft-Erzeugungseinrichtung und der zweiten
Mischeinrichtung angeordnet ist und einen Drallerzeuger sowie wenigstens eine dritte Brennstoffdüse aufweist, die stromaufwärts des Drallerzeugers in einer Vormischzone angeordnet ist, durch die ein Drall luftstrom zu dem Drallerzeuger fließt, um Brennstoff aus der dritten Brennstoffdüse vor der Drallerzeugung mit dem Drallluftstrom vorzumischen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Mischvorrichtung umfasst eine
Brennstoffversorgungseinrichtung zum Versorgen der ersten, zweiten und dritten Mischeinrichtung mit Brennstoff, wobei die Brennstoffzufuhr derart steuerbar ist, dass das Mengenverhältnis des zu der zweiten und dritten Mischeinrichtung gelieferten Brennstoffs veränderbar ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Mischvorrichtung umfasst eine
Brennstoffversorgungssteuerung zum Steuern der
Brennstoffversorgungseinrichtung, wobei die Brennstoffversorgungssteuerung derart ausgebildet ist, dass eine Brennstoffzufuhr zu der dritten Mischeinrichtung in einem Teillastbetrieb gedrosselt oder geschlossen ist und in einem
Volllastbetrieb geöffnet ist. Es ist bevorzugt, dass die Brennstoffversorgungseinrichtung ein Steuerventil zum Verändern eines Strömungsquerschnitts einer Brennstoffversorgungsleitung der wenigstens einen dritten Brennstoffdüse aufweist.
Es ist bevorzugt, dass eine Stelleinrichtung zum Verändern der axialen Lage zumindest eines Teils der ersten Mischeinrichtung und/oder der Sperrluft- Erzeugungseinrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die axiale Lage abhängig von einem Lastbetriebszustand zu verändern.
Es ist bevorzugt, dass das Steuerventil mit der Stelleinrichtung gekoppelt ist.
Es ist bevorzugt, dass die Sperrluft-Erzeugungseinrichtung einen Ringkörper mit einem Ringkanal für die Sperrluft aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der Ringkanal an einem Stauscheiben-Ringkörper ausgebildet ist, der die Stauscheibe und den Ringkörper bildet.
Es ist bevorzugt, dass der Drallerzeuger einen um den Ringkanal herum
angeordneten Drallerzeugungsring mit einer ringförmigen Anordnung von
Drallerzeugungsschaufeln aufweist.
Es ist bevorzugt, dass der Drallerzeugungsring an dem Ringkörper ausgebildet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen Brennerkopf für einen Brenner mit reduzierter NOx-Erzeugung, umfassend ein Brennerrohr und eine in dem Brennerrohr angeordnete Mischvorrichtung gemäß einer der voranstehend erläuterten Ausgestaltungen.
Es ist bevorzugt, dass der äußere Luftspalt zum Abgeben des zweiten Brennstoff- Luftgemisches der zweiten Mischeinrichtung außenseitig durch einen Bereich des Brennerrohres begrenzt ist. Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung einen Brenner mit einer Mischvorrichtung gemäß einer der voranstehend erläuterten Ausgestaltungen und/oder einem Brennerkopf wie zuvor erläutert.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zur
Verbrennung eines Brennstoffes mit reduzierter NOx-Erzeugung, umfassend: Erzeugen einer zentralen Primärflamme in einer zentralen Primärflammenzone mittels einer ersten zentralen Brennstoffdüse und einer Stauscheibe;
Erzeugen einer Sekundärflamme in einer äußeren Sekundärflammenzone, die die Primärflammenzone vorzugsweise ringförmig umgibt,
Erzeugen eines Sperrluftstroms, der die Primärflammenzone vorzugsweise ringförmig umgibt, zwischen der Primärflammenzone und der
Sekundärflammenzone, und
Vormischen von Brennstoff und Luft in einer Vormischzone, Verdrallen des vorgemischten Brennstoff-Luftgemisches und Abgabe des verdrahten
vorgemischten Brennstoff-Luftgemisches in eine Drallluftzone, die zwischen dem die Primärflammenzone umgebenden Sperrluftstrom und der
Sekundärflammenzone angeordnet ist.
Vorzugsweise wird das Verfahren durchgeführt mit einer Mischvorrichtung gemäß einer der voranstehend erläuterten Ausgestaltungen, einem Brennerkopf oder einem Brenner gemäß einer der voranstehend erläuterten Ausgestaltungen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch
Kombination eines oder mehrere der vorerwähnten Ausgestaltungen mit
Merkmalen aus den Druckschriften D1 , D2, D3 und D4.
Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung mittig durch eine Ausführungsform einer
Mischvorrichtung für einen Brenner mit reduzierter NOx-Erzeugung;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Mischvorrichtung von Fig. 1 ; Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch einen Brennerkopf mit der Mischvorrichtung von Fig. 1 mit einer Erläuterung von
unterschiedlichen Flammenzonen im Betrieb des mit dem Brennerkopf versehenen Brenners;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch den Brennerkopf in einer Einstellung für eine Teillast;
Fig. 5 die Darstellung der Fig. 4 bei einer Einstellung für eine Volllast;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Mischvorrichtung in der
Teillasteinstellung von Fig. 4; und
Fig. 7 die perspektivische Darstellung vergleichbar der Fig. 6 in einer
Volllasteinstellung wie in Fig. 5.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Mischvorrichtung 10 für einen Brenner mit reduzierter NOx-Erzeugung dargestellt, die, wie in den Fig. 3 bis 5 dargestellt, in einem Brennerrohr 12 eines Brennerkopfes 14 eines Brenners 16 anzuordnen ist.
Die Mischvorrichtung 10 weist eine erste Mischeinrichtung 18, eine zweite
Mischeinrichtung 20 und eine dritte Mischeinrichtung 22 sowie eine Sperrluft- Erzeugungseinrichtung 24 und eine Brennstoffversorgungseinrichtung 26 auf.
Die Brennstoffversorgungseinrichtung 26 weist eine zentrale
Brennstoffversorgungszufuhr 28, insbesondere eine Gaszuleitung 30, auf, von der sich eine erste Brennstoffversorgungsleitung 32 zum Versorgen der ersten
Mischeinrichtung 18 mit Brennstoff, eine zweite Brennstoffversorgungsleitung 34 zum Versorgen der zweiten Mischeinrichtung 20 mit Brennstoff und eine dritte Brennstoffversorgungsleitung 36 zum Versorgen der dritten Mischeinrichtung 22 mit Brennstoff abzweigen. Die erste Mischeinrichtung 18 weist wenigstens eine erste Brennstoffdüse 38 und eine Stauscheibe 40 auf. Die wenigstens eine erste Brennstoffdüse 38 kann im Zentrum angeordnet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Brennstoffdüse 38 Teil einer ersten Brennstoffdüseneinheit 39 mit mehreren ersten Brennstoffdüsen 38 (z.B. drei erste Brennstoffdüsen, es gehen auch zwei, vier, fünf oder sechs), die durch Öffnungen 50, welche in Umfangsrichtung gleichmäßig in einem mittleren Bereich der Stauscheibe 40 verteilt sind, Brennstoff abgeben.
Weiter ist an der ersten Mischeinrichtung 18 eine Zündvorrichtung 37 vorgesehen, um das durch die erste Mischeinrichtung 18 erzeugte erste Brennstoff-Luftgemisch zu zünden.
Die erste Brennstoffdüse 38 ist an die erste Brennstoffversorgungsleitung 32 angeschlossen, die sich linear und zentral durch die Mischvorrichtung 10 erstreckt. An dem dem Brennraum zugewandten Ende der ersten
Brennstoffversorgungsleitung 32 ist hierzu ein Tragkörper 42 angeordnet, von dem aus mit Öffnungen für einen Lufteintritt versehene Brennstoffleitungszweige der ersten Brennstoffdüsen 38 zu den Öffnungen 50 in der Stauscheibe führen.
Die Stauscheibe 40 weist einen äußeren Ringflansch 44, einen Scheibenbereich 45 und mehrere sich radial erstreckende schräg angeordnete Schaufeln 46 auf, die durch Ausklinkung aus dem Scheibenbereich gebildet sind. Die Stauscheibe 40 hat eine zentrale Öffnung 48 und die mehreren weitere Öffnungen 50 für die ersten Brennstoffdüsen 38 in einigen der Schaufeln 46 oder dem Scheibenbereich 45.
Die Sperrluft-Erzeugungseinrichtung 24 weist einen Ringkörper 52 auf, der sich axial von der Stauscheibe 40 stromabwärts, d.h. nach links in Fig. 1 , und im
Betrieb in Richtung Brennraum erstreckt und eine innere Wandung 54 und eine äußere Wandung 56 aufweist, zwischen denen ein Ringkanal 58 gebildet ist. Der Ringkanal 58 ist in radialer Richtung außerhalb der Stauscheibe 40 angeordnet, d.h. in Draufsicht von links in Fig. 1 gesehen, umgibt der Ringkanal 58 die
Stauscheibe 40. Mit anderen Worten ist die Sperrluft-Erzeugungseinrichtung 24 in radialer Richtung gesehen um die erste Mischeinrichtung 18 herum angeordnet. Der Ringkanal 58 hat einen sich in stromabwärtiger Richtung verjüngenden Bereich 60 und einen sich in stromabwärtiger Richtung und schräg nach außen gerichteten Mündungsbereich 62. Durch den sich verjüngenden Bereich ist eine Venturi-Düse zur Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit der Sperrluft geschaffen, welche durch den Mündungsbereich 62 leicht schräg nach außen gerichtet abgegeben wird.
Die Wandungen 54 und 56 bilden gleichzeitig in Strömungsrichtung, d.h. im Betrieb in den Brennraum vorstehende Trennwände zum Trennen des
Mündungsbereiches der ersten Mischeinrichtung 18 von dem Mündungsbereich der dritten Mischeinrichtung 20.
Der Ringkörper 52 und die Stauscheibe 40 können an einem gemeinsamen Bauteil - einem Stauscheiben-Ringkörper 64 - ausgebildet sein oder getrennt ausgeführt sein. Vorzugsweise sind sie miteinander verbunden und gemeinsam an dem Tragkörper 42 mittels Streben 66 befestigt. Der Ringkörper und die
Stauscheibe sind somit Teil einer Stauscheibenkonstruktion 132, die hiernach noch näher erläutert wird.
Die zweite Mischeinrichtung 20 weist mehrere um die erste Mischeinrichtung 18 herum in gleichmäßigem Abstand angeordnete Brennstoffdüseneinheiten 68 mit jeweils wenigstens einer zweiten Brennstoffdüse 70 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Brennstoffdüseneinheit 68 mehrere zweite
Brennstoffdüsen 70 auf, die z.B. nebeneinander angeordnet sind. Z.B. sind zwei zweite Brennstoffdüsen 70 pro Brennstoffdüseneinheit 68 vorgesehen, wobei z.B. drei Brennstoffdüseneinheiten 68 vorgesehen sind. Jede Brennstoffdüseneinheit 68 ist mit einer zweiten Brennstoffversorgungsleitung 34 verbunden, welche eine Gabelung 72 aufweist, um die mehreren zweiten Brennstoffdüsen 70 jeder Brennstoffdüseneinheit 68 mit Brennstoff zu versorgen. Die Mündungen der zweiten Brennstoffdüsen 70 sind stromabwärts und schräg nach außen gerichtet.
Die dritte Mischeinrichtung 22 ist radial zwischen der außen angeordneten zweiten Mischeinrichtung 20 und der Sperrluft-Erzeugungseinrichtung 24 angeordnet und weist mehrere dritte Brennstoffdüsen 74 - oder in nicht dargestellten
Ausgestaltungen mehrere dritte Brennstoffdüseneinheiten jeweils mit mehreren dritten Brennstoffdüsen 74 - auf, wobei die dritten Brennstoffdüsen 74 bzw. die diese aufweisenden dritten Brennstoffdüseneinheiten vorzugsweise gleichmäßig beabstandet um die zentrale erste Mischeinrichtung 18 herum verteilt angeordnet sind. Bei einem Ausführungsbeispiel sind z.B. drei dritte Brennstoffdüsen 74 vorgesehen, es können auch zwei, vier, fünf oder mehr sein.
Weiter weist die dritte Mischeinrichtung 22 einen Drallerzeuger 76 auf. Die dritten Brennstoffdüsen 74 sind mit Abstand stromaufwärts des Drallerzeugers 76 angeordnet, so dass zwischen den dritten Brennstoffdüsen 74 und dem
Drallerzeuger 76 eine Vormischzone 78 gebildet ist.
Der Drallerzeuger 76 weist eine ringförmige Anordnung 82 von
Drallerzeugungsschaufeln 88 auf. Die Anordnung 82 weist einen inneren Tragring 84 und einen äußeren Tragring 86 auf, zwischen denen die einzelnen
Drallerzeugungsschaufeln 80 sich in radialer Richtung und schräg zur
Strömungsrichtung gerichtet erstrecken.
Der Drallerzeuger 76 ist in radialer Richtung gesehen um die Sperrluft- Erzeugungseinrichtung 24 herum angeordnet.
Vorzugsweise ist der Drallerzeuger 76 Teil der Stauscheibenkonstruktion 132. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Drallerzeuger 76 an dem
Ringkörper 52 der Sperrluft-Erzeugungseinrichtung 24 ausgebildet oder außen befestigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der innere Tragring 84 durch die äußere Wandung 56 des Ringkörpers 52 gebildet, wobei der äußere Tragring 86 gleichzeitig eine Leiteinrichtung 88 für Verbrennungsluft für die zweite Mischeinrichtung 20 bildet. In anderen nicht näher dargestellten Ausführungen ist die Leiteinrichtung 88 als gesondertes Element vorgesehen.
Die Leiteinrichtung 88 weist einen sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden Ringbereich 90 und einen sich schräg nach außen erstreckenden Ringbereich 92 am stromabwärts gerichteten Ende auf. Weiter weist die Misch Vorrichtung 10 eine Stützkonstruktion 94 zur Befestigung der Mischeinrichtung 10 in dem Brennerrohr 12 auf. Die Stützkonstruktion 94 weist einen stationären zentralen rohrförmigen Stützkörper 96 auf, der an seinem stromaufwärts gerichteten Ende an der Brennstoffversorgungszufuhr 28 befestigt ist und eine Leitungsverzweigung 98 zum Aufteilen des Brennstoffs auf die
Brennstoffversorgungsleitungen 32, 34, 36 aufweist.
Die zentral angeordnete erste Brennstoffversorgungsleitung 32 ist durch ein Rohr gebildet, welches innerhalb des Stützkörpers 96 verschiebbar aufgenommen ist. An der den Tragkörper 42, die erste Brennstoffversorgungsleitung 32, und zumindest die Leitvorrichtung 88 aufweisenden verschiebbaren Zentraleinheit 99 greift eine Stelleinrichtung 100 an, mittels der sich die axiale Lage der
Zentraleinheit 99 verändern lässt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die verschiebbare Zentraleinheit 99 auch die Stauscheibenkonstruktion 132 mit der Stauscheibe 40, dem Ringkörper 52 für dem Ringkanal 58 und dem Drallerzeuger 76, an dem die Leiteinrichtung 88 angeordnet oder ausgeformt ist.
Das stromaufwärts gerichtete Ende des Stützkörpers 96 ist mittels
Befestigungsstreben 102 festlegbar.
An der Leitungsverzweigung 98 ist ein Steuerventil 104 vorgesehen, mit dem sich eine Brennstoffzufuhr zu zumindest einer der Mischeinrichtungen 18, 20, 22, hier z.B. zu der dritten Mischeinrichtung 22, oder zu einem Teil einer der
Mischeinrichtungen 20, 22 drosseln oder zuschalten oder abschalten lässt.
Bei der hier dargestellten Ausführungsform steuert das Steuerventil 104 die Brennstoffzufuhr zu der dritten Mischeinrichtung 22. Bei anderen Varianten steuert das Steuerventil 104 die Brennstoffzufuhr zu einer Untergruppe der zweiten Brennstoffdüsen 74, während eine verbleibende Gruppe der zweiten
Brennstoffdüsen 74 von dem Steuerventil 104 unbeeinflusst bleibt. Bei anderen Varianten sind mehrere Steuerventile 104 vorgesehen, vorzugsweise derart, dass sie gemeinsam angesteuert werden. Das Steuerventil 104 weist bei der dargestellten Ausführungsform ein an das stromaufwärts gerichtete Ende der ersten Brennstoffversorgungsleitung 32 befestigtes Stellelement 106 sowie je einen Verschlusskörper 107, hier in Form eines Vorsprungs mit sich verjüngender Spitze, pro zu steuernder
Brennstoffversorgungsleitung 36 auf, der sich durch Verschiebung des
Stellelements 106 in axialer Richtung in die Eintrittsöffnung 108 der jeweiligen dritten Brennstoffversorgungsleitung 36 hineinbewegen lässt, um den
Strömungsquerschnitt der dritten Brennstoffversorgungsleitung 36 zu verringern oder die Eintrittsöffnung 108 ganz zu verschließen und sich bei Verschiebung in umgekehrter Richtung aus der Eintrittsöffnung 108 herausbewegen lässt, um den Strömungsquerschnitt der dritten Brennstoffversorgungsleitung 36 zu vergrößern, bis in der anderen Einstellung die Eintrittsöffnung 108 ganz freigegeben ist.
Die Stelleinrichtung 100 weist eine Schubstange 1 10 auf, die in nicht dargestellter Weise mit dem Tragkörper 42 verbunden ist, um die zentrale Einheit der
Mischvorrichtung axial zu verschieben. Diese axiale Verschiebung bewirkt gleichzeitig die Verstellung des Stellelements 106 des Steuerventils 104. Die Schubstange 1 10 ist im Betrieb an einen nicht dargestellten Aktuator,
beispielsweise einen mit einem Stellmotor betätigten Hebel, angeschlossen, welcher wiederum durch eine nicht dargestellte Brennstoffversorgungssteuerung zum Steuern der Brennstoffversorgungseinrichtung 26 ansteuerbar ist.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen den Brennerkopf 14 des Brenners 16, wobei die
Mischvorrichtung 10 in dem Brennerrohr 12 des Brennerkopfes 14 untergebracht ist. Der Brenner 16 ist ein Gebläsebrenner mit hier nicht dargestelltem Gebläse, welches für einen Luftstrom von Verbrennungsluft durch das Brennerrohr 12 in axialer Richtung von rechts in Fig. 3 gesehen nach links in Fig. 3 gesehen sorgt. Somit ist das gesamte Brennerrohr 12 im Betrieb durch einen starken axial gerichteten Luftstrom beaufschlagt.
Das Gebläse ist ebenfalls durch eine Steuerung gesteuert, um je nach Last die Stärke des Luftstroms einzustellen. Verjüngungen im Bereich des Luftstromweges dienen als Venturi-Einrichtungen zum lokalen Erhöhen der
Strömungsgeschwindigkeit. Das Brennerrohr 12 ist im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet und weist eine erste Verjüngungsstelle 1 12 in einem mittleren Bereich und eine zweite Verjüngungsstelle 1 14 am Brennraum gerichteten Endbereich auf. An den
Verjüngungsstellen 1 12 ist die Wandung 1 16 des Brennerrohres in
stromabwärtiger Richtung gesehen schräg nach innen verlaufend ausgebildet. Weiter ist an dem stromabwärtigen Ende ein nach innen stehender ringförmiger Endflansch 1 16 ausgebildet, dessen innerer Rand die Brennrohröffnung 1 18 definiert bzw. bildet. Die Brennraumöffnung 1 18 ist größer als der
Außendurchmesser des brennraumseitigen Endes oder Rands der Leiteinrichtung 88. Somit ist zwischen dem Endflansch 1 16 und dem Rand der Leiteinrichtung 88 ein äußerer Luftspalt in Form eines Ringspalts 1 19 gebildet, der zur Abgabe des durch die zweite Mischeinrichtung 20 erzeugten zweiten Brennstoff-Luftgemischs gebildet dient. Die zweiten Brennstoffdüsen 70 münden stromaufwärts dieses Ringspalts 1 19 nahe der zweiten Verjüngungsstelle, so dass durch die hier herrschende hohe Luftströmung eine gute Vermischung des Brennstoffes aus den zweiten Brennstoffdüsen 70 mit Verbrennungsluft gegeben ist.
Durch die hier gezeigte Konstruktion der Mischvorrichtung 10 wird im Bereich der Brennraumöffnung 1 18 die Verbrennungsluft aufgeteilt, wobei in einem zentralen Bereich Verbrennungsluft durch die Stauscheibe 40 gestaut wird und durch die zentrale Öffnung 48, durch Schlitze zwischen den Schaufeln 46 und durch einen inneren Ringspalt zwischen dem Ringflansch 44 und dem Ringkörper 52 fließt. Durch die Schaufeln 46 wird dieser Luftstrom verdrallt. Diesem Teil der
Verbrennungsluft wird vorzugsweise gasförmiger Brennstoff durch die wenigstens eine erste Brennstoffdüse 38 zugegeben, so dass sich in einem zentralen Bereich, der in radialer Richtung gesehen durch den Innenraum des Ringkörpers 52 definiert wird, eine Primärflamme ausbildet, so dass dieser Bereich als
Primärflammenzone 120 bezeichnet wird. Zum Betriebsstart des Brenners erfolgt an dieser Primärflammenzone 120 die Zündung mit Hilfe der Zündvorrichtung 37.
Durch die zweite Mischeinrichtung 20 wird über die zweiten Brennstoffdüsen 70 Brennstoff in einem äußeren Ringbereich des Verbrennungsluftstromes
zugemischt, so dass das so entstehende zweite Brennstoff-Luftgemisch durch den äußeren Ringspalt 1 19 zwischen dem Endflansch 1 16 und der Leiteinrichtung 88 hindurchtritt, um in einer Sekundärflammenzone 122, die sich außenseitig ringförmig um die Primärflammenzone 120 erstreckt, eine Sekundärflamme zu erzeugen. Die Zündung der Sekundärflamme erfolgt über die Primärflamme.
Hierzu ist in einem Teillastbereich die Stauscheibenkonstruktion 132 weiter in den Brennraum verschoben, so dass sich die Primärflammenzone weiter in den Brennraum hinein erstreckt und die Primärflamme für eine sichere Stützung der Sekundärflamme sorgt.
Insbesondere in einem Vollastbereich wird durch die dritte Mischeinrichtung 22 Brennstoff durch die dritten Brennstoffdüsen 74 in der Vormischzone 78 mit der sich dort befindlichen Verbrennungsluft vorgemischt, um ein drittes Brennstoff- Luftgemisch zu erzeugen, welches durch den Drallerzeuger 76 verdrallt wird und im verdrahten Zustand in eine Drallflammenzone 124 abgegeben wird, um hier eine Vormisch-Drallflamme zu erzeugen.
Durch die Sperrluft-Erzeugungseinrichtung wird Sperrluft in eine Sperrluftzone 126 abgegeben, die ringförmig die Primärflammenzone 120 umgibt und zwischen der Primärflammenzone 120 und der Drallflammenzone 124 angeordnet ist.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, bilden sich so im Betrieb an dem Brennraum
zugewandten Ende des Brennerkopfes 14 mehrere unterschiedliche Zonen wie folgt aus:
In einem zentralen Bereich wird eine stauscheibengestützte Primärflamme in einer zentralen Primärflammenzone 120 gebildet; diese wird durch eine ringförmige Sperrluft in der Sperrluftzone 126 geschützt und gestützt, welche durch eine Drallflammenzone 124 umgeben ist, in der sich eine Vormisch-Drallflamme ausbildet. Um die Drallflammenzone 124 herum ist außenseitig eine
Sekundärflammenzone 122 ausgebildet, in der eine Sekundärflamme gebildet wird.
Durch die Vormisch-Drallflamme lässt sich bei hohen Brennerlasten ein
günstigeres Mischverhältnis von Brennstoff zu Luft erreichen; wobei die Sekundärflammenzone 122 gleichzeitig für eine brennrauminterne Abgaszirkulation sorgt.
Als zusätzliche Maßnahme kann eine interne Abgaszirkulation vorgesehen sein. Hierzu kann Abgas aus dem Brennraum der Luftzufuhr des Brenners zugemischt werden, so dass sich bereits in dem durch das Gebläse erzeugten Luftstrom in dem Brennerrohr ein Abgasanteil befindet.
Durch die Maßnahmen der Flammenstützung, insbesondere die Sperrluft sowie die Vormisch-Drallflamme, lässt sich eine größere Flammenstabilität erreichen, so dass ein höherer Anteil an Abgas zugemischt werden kann und somit die
Flammentemperatur gesenkt werden kann.
Die Fig. 4 und 6 zeigen eine Einstellung des Brennerkopfes 14 sowie der
Mischvorrichtung 10 für einen Teillastbetrieb, während die Fig. 5 und 7 eine Einstellung für einen Volllastbetrieb zeigen.
Für einen Teillastbetrieb wird über die Brennstoffversorgungssteuerung die Stelleinrichtung 100 derart betätigt, dass sich die verschiebbare zentrale Einheit 99 mit dem Tragkörper 42, dem Stauscheiben-Ringkörper 64 und dem
Drallerzeuger 76 stromabwärts bewegt. In der gezeigten Endstellung ist so der äußere Ringspalt 1 19 zwischen der Leiteinrichtung 88 und dem Endflansch 1 16 verkleinert, und die Brennstoffzufuhr erfolgt nur über die erste Mischeinrichtung und die zweite Mischeinrichtung 18, 20.
Weiter sind der Ringkörper 52 und die Stauscheibe 40 weiter in den Brennraum verlagert.
Bei der in den Fig. 5 und 7 gezeigten Volllaststellung ist dagegen die
Brennstoffzufuhr auch zu der dritten Mischeinrichtung 22 geöffnet und der Ringspalt 1 19 für die zweite Mischeinrichtung 20 vergrößert. Außerdem sind der Ringkörper 52 und die Stauscheibe 40 mehr innerhalb des Brennerrohres 12 angeordnet. Bei der Brennstoffversorgungszufuhr 28 zweigen von einem Mischgehäuse 128 der Gaszuleitung 30 als erste Brennstoffversorgungsleitung 32 eine Leitung für Primärgas, als zweite Brennstoffversorgungsleitung 34 eine Leitung für
Sekundärgas und als dritte Brennstoffversorgungsleitung 36 eine Leitung für Drallgas ab, wobei die Menge des Drallgases über eine Drallgassteuerung steuerbar ist. Diese lässt sich über ein Antriebsgestänge steuern.
In Volllast können z.B. Brennstoffmengen von Drallgas zu Sekundärgas zwischen 40:60 und 60:40 vorgesehen sein; beispielswiese ist etwa ein Mengenverhältnis von 50:50 vorgesehen.
Ein großer Vorteil der hier gezeigten Mischvorrichtung sowie des damit durchführbaren Verbrennungsverfahrens unter Verbrennung von
unterschiedlichen Zonen liegt in einer Vergrößerung der Stabilität. Damit kann man höhere Mengen an Abgas rückführen. Somit lässt sich eine geringere Flammentemperatur auch bei hohen Leistungen erzielen.
In der Primärflamme werden vorzugsweise maximal 10% der Brennerleistung erzeugt bzw. maximal 10% des Brennstoffes verbrannt; 90% werden als
Sekundärgas oder als Sekundärgas und Drallgas zugeleitet.
Bei Volllast wird die Stauscheibenkonstruktion in den Brennerkopf 14 hinein verfahren, um einen größeren Luftdurchlass zu ermöglichen. Damit kann gleichzeitig eine Veränderung des Brennstoffmengenverhältnisses zwischen Drallgas und Sekundärgas vorgenommen werden; vorzugsweise wird in einem Teillastbetrieb die Zuführung von Drallgas zu der verdrahten Luft ganz
unterbunden. Somit können die Brennstoffversorgungen zu den unterschiedlichen Mischvorrichtungen 18, 20, 22 oder Bereichen davon als Leistungsstufen des Brenners 16 genutzt werden, die je nach Lastanforderung zugeschaltet oder abgeschaltet werden können.
In Volllast können z.B. 40-70 %, vorzugsweise 50%, des Brennstoffes in der Sekundärflamme, 30 bis 60 %, vorzugsweise 45% in der Vormisch- Drallgasflamme und 1 bis 10 %, vorzugsweise 5% in der Primärflamme verbrannt werden. Die entsprechende Brennstoffverteilung lässt sich durch relative
Dimensionierung von Strömungsquerschnitten der
Brennstoffversorgungsleitungen 32, 34, 36 erreichen sowie durch Aufbau von unterschiedlichen Unterdruckzonen an den unterschiedlichen Brennstoffdüsen 38, 70, 74 durch entsprechende Strömungsleitmaßnahmen und/oder Dimensionierung des Strömungswiderstands der unterschiedlichen Bereiche der
Stauscheibenkonstruktion erreichen.
Wenngleich hier als bevorzugte Ausführungsbeispiele Gasbrenner zum
Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen, wie insbesondere Erdgas,
beschrieben worden sind, so ist die hier gezeigte Konstruktion auch auf andere Brennerarten, insbesondere auf Kombinationsbrenner zum Verbrennen von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen anwendbar.
Für nähere Einzelheiten zu dem möglichen Aufbau des Brenners wird
ausdrücklich auf die vorerwähnten Literaturstellen D1 , D2, D3 und D4 verwiesen, die Teil der hiesigen Offenbarung darstellen. Zusätzlich ist bei einer besonderen Ausführung eine Abgasrückführungsleitung vorgesehen, die einerseits an den Brennraum und andererseits eine Luftansaugung für die Verbrennungsluft anzuschließen ist, um dem Verbrennungsluftstrom Abgas aus dem Brennraum zuzumischen.
Mischvorrichtung
Brennerrohr
Brennerkopf
Brenner
erste Mischeinrichtung
zweite Mischeinrichtung
dritte Mischeinrichtung
Sperrluft-Erzeugungseinrichtung
Brennstoffversorgungseinrichtung
Brennstoffversorgungszufuhr
Gaszuleitung
erste Brennstoffversorgungsleitung zweite Brennstoffversorgungsleitung dritte Brennstoffversorgungsleitung
Zündvorrichtung
erste Brennstoffdüse
Brennstoffdüseneinheit
Stauscheibe
Tragkörper
Ringflansch
Scheibenbereich
Schaufel
zentrale Öffnung
Öffnung in Schaufel
Ringkörper
innere Wandung
äußere Wandung
Ringkanal
verjüngender Bereich
Mündungsbereich
Stauscheiben-Ringkörper
Strebe
Brennstoffdüseneinheit zweite Brennstoffdüse
Gabelung
dritte Brennstoffdüsen
Drallerzeuger
Vormischzone
Drallschaufel
Drallschaufelanordnung
innerer Tragring
äußerer Tragring
Leiteinrichtung
axial erstreckender Ringbereich
schräg nach außen gerichteter Ringbereich
Stützkonstruktion
Stützkörper
Leitungsverzweigung
verschiebbare Zentraleinheit
Stelleinrichtung
Befestigungsstrebe
Steuerventil
Stellelement
Verschlusskörper
Eintrittsöffnung
Schubstange
erste Verjüngungsstelle
zweite Verjüngungsstelle
Endflansch
Brennraumöffnung
Ringspalt
Primärflammenzone
Sekundärflammenzone
Drallflammenzone
Sperrluftzone
Mischgehäuse
Drallgassteuerung 132 Stauscheibenkonstruktion

Claims

Ansprüche:
1 . Mischvorrichtung (10) für einen Brenner (16) mit reduzierter NOx- Erzeugung, umfassend:
eine zentral angeordnete erste Mischeinrichtung (18) zur Erzeugung eines ersten Brennstoff-Luftgemischs für eine Primärflammenzone (120), wobei die erste Mischeinrichtung (18) wenigstens eine erste Brennstoffdüse (38) und eine
Stauscheibe (40) aufweist,
eine zweite Mischeinrichtung (20) zur Erzeugung eines zweiten Brennstoff- Luftgemischs für eine Sekundärflammenzone (122), die die Primärflammenzone (120) umgibt, wobei die zweite Mischeinrichtung (20) mehrere zweite
Brennstoffdüsen (70) aufweist,
gekennzeichnet durch
eine Sperrluft-Erzeugungseinrichtung (24) zum Erzeugen eines Sperrluftstroms in einer Sperrluftzone (126), die die stromabwärts der Stauscheibe (40) angeordnete Primärflammenzone (120) der ersten Mischeinrichtung (18) umgibt,
wobei die zweite Mischeinrichtung (20) zur Abgabe des zweiten Brennstoff- Luftgemischs in die Sekundärflammenzone (122), die die Sperrluftzone (126) umgibt, ausgebildet ist,
und durch eine dritte Mischeinrichtung (22) zum Vormischen und Verdrallen eines dritten Brennstoff-Luftgemischs und zur Abgabe des vorgemischten und verdrahten dritten Brennstoff-Luftgemisches in eine Drallflammenzone (124), die zwischen der Sperrluftzone (126) und der Sekundärflammenzone (122) angeordnet ist.
2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die dritte Mischeinrichtung, insbesondere radial, zwischen der Sperrluft- Erzeugungseinrichtung (24) und der zweiten Mischeinrichtung (20) angeordnet ist und einen Drallerzeuger (76) sowie wenigstens eine dritte Brennstoffdüse (74) aufweist, die stromaufwärts des Drallerzeugers (76) in einer Vormischzone (78) angeordnet ist, durch die ein Luftstrom zu dem Drallerzeuger (76) fließt, um Brennstoff aus der dritten Brennstoffdüse (74) vor der Drallerzeugung mit dem Luftstrom vorzumischen.
3. Mischvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Stauscheibenkonstruktion (132) vorgesehen ist, die von einem Zentrum der Mischvorrichtung (10) nach außen gesehen in dieser Reihenfolge
3.1 die Stauscheibe (40) mit wenigstens einer Öffnung (50) für die erste
Brennstoffdüse (38),
3.2 einen Sperrluftkanal zum Erzeugen des Sperrluftstroms, vorzugsweise
versehen mit wenigstens einer ersten Trennwand (54) zum Trennen des Sperrluftstroms gegenüber der Primarflammenzone und/oder einer zweiten Trennwand (56) zum Trennen des Sperrluftstroms gegenüber dem
Ausgang des Drallerzeugers;
3.3 den Drallerzeuger (76) und
3.4 eine Leiteinrichtung (88) zur Begrenzung eines äußeren Luftspalts (1 19) für die zweite Mischeinrichtung (20),
aufweist.
4. Mischvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stauscheibe (40) zur Erzeugung eines Dralls in der Primärflammenzone (120) ausgebildet ist.
5. Mischvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Stelleinrichtung (100) zum Vergrößern oder Verkleinern eines Luftspalts (1 19) vorgesehen ist, wobei die Stelleinrichtung (100) dazu ausgebildet ist, die Größe des Luftspalts (1 19) abhängig von einem Lastbetriebszustand zu
verändern.
6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stelleinrichtung dazu ausgebildet ist, die Größe des Luftspalts zu verändern durch Verändern der axialen Lage zumindest eines Teils der ersten Mischeinrichtung (18) und/oder der Sperrluft-Erzeugungseinrichtung (24) und/oder des Drallerzeugers (76) und/oder einer Luftleiteinrichtung (88)
7. Mischvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine Brennstoffversorgungseinrichtung (26) zum Versorgen der ersten, zweiten und dritten Mischeinrichtung (18, 20, 22) mit Brennstoff, wobei die
Brennstoffversorgungseinrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass das Verhältnis der zu der zweiten und dritten Mischeinrichtung (20, 22) strömenden
Brennstoffmengen veränderbar ist.
8. Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch wenigstens eines mehrere oder alle der folgenden
Merkmale:
8.1 dass eine Brennstoffversorgungssteuerung zum Steuern der
Brennstoffversorgungseinrichtung (26) vorgesehen ist, wobei die
Brennstoffversorgungssteuerung derart ausgebildet ist, dass eine
Brennstoffzufuhr (28) zu der dritten Mischeinrichtung (22) in einem
Teillastbetrieb gedrosselt oder geschlossen ist und in einem Volllastbetrieb geöffnet ist;
8.2 dass die Brennstoffversorgungseinrichtung (26) ein Steuerventil (104) zum Verändern eines Strömungsquerschnitts einer Brennstoffversorgungsleitung (36) der wenigstens einen dritten Brennstoffdüse (74) aufweist; und/oder
8.3 dass ein Stellelement (106) des Steuerventils (104) mit der Stelleinrichtung (100) zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt ist.
9. Mischvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sperrluft-Erzeugungseinrichtung (24) einen Ringkörper (52) mit einem Ringkanal (58) für die Sperrluft aufweist.
10. Mischvorrichtung (10) nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch wenigstens eines, mehrere oder alle der folgenden
Merkmale:
10.1 dass der Ringkanal (58) an einem Stauscheiben-Ringkörper (64)
ausgebildet ist, der die Stauscheibe (40) und den Ringkörper (52) bildet;
10.2 dass der Drallerzeuger (76) eine um den Ringkanal (58) herum
angeordnete ringförmigen Anordnung (82) von Drallerzeugungsschaufeln (80) aufweist; und/oder
10.3 dass die Anordnung (82) von Drallerzeugungsschaufeln (80) an dem
Ringkörper (52) ausgebildet ist.
1 1 . Brennerkopf (14) für einen Brenner (16) mit reduzierter NOx-Erzeugung, umfassend ein Brennerrohr (12) und eine in dem Brennerrohr (12) angeordnete Mischvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
12. Brennerkopf (14) nach Anspruch 1 1 , mit einer Mischvorrichtung nach Anspruch 3 oder 5 oder 6 oder 7 bis 9, soweit auf Anspruch 3 oder 5 oder 6 rückbezogen,
wobei der äußere Luftspalt (1 19) zum Abgeben des zweiten Brennstoff- Luftgemisches der zweiten Mischeinrichtung (20) außenseitig durch einen Bereich des Brennerrohres (12) begrenzt ist.
13. Brenner (16) mit einer Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder einem Brennerkopf (14) nach Anspruch 1 1 oder 12.
14. Verfahren zur Verbrennung eines Brennstoffes mit reduzierter NOx- Erzeugung, umfassend:
Erzeugen einer zentralen Primärflamme in einer zentralen Primärflammenzone (120) mittels einer ersten Brennstoffdüse (38) und einer der ersten Brennstoffdüse (38) zugeordneten Stauscheibe (40);
Erzeugen einer Sekundärflamme in einer äußeren Sekundärflammenzone (122), die die Primärflammenzone (120) umgibt, Erzeugen eines Sperrluftstroms, der die Primärflammenzone (120) umgibt, zwischen der Primärflammenzone (120) und der Sekundärflammenzone (122), und
Vormischen von Brennstoff und Luft in einer Vormischzone (78), Verdrallen des vorgemischten Brennstoff-Luftgemisches und Abgabe des verdrahten
vorgemischten Brennstoff-Luftgemisches in eine Drallluftzone, die zwischen dem die Primärflammenzone (120) umgebenden Sperrluftstrom und der
Sekundärflammenzone (122) angeordnet ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
durchgeführt mit einer Mischvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder einem Brennerkopf (14) nach Anspruch 1 1 oder 12 oder einem Brenner (16) nach Anspruch 13.
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US16/473,161 US11187407B2 (en) 2016-12-22 2017-12-12 Mixing device and burner head for a burner with reduced nox emissions
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202000028400A1 (it) * 2020-11-25 2022-05-25 Baltur S P A Bruciatore e apparato industriale a ridotte emissioni

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10982846B2 (en) * 2017-06-14 2021-04-20 Webster Combustion Technology Llc Vortex recirculating combustion burner head
WO2020124075A1 (en) * 2018-12-14 2020-06-18 Power Flame Incorporated Apparatus and method for a burner assembly
CN117881926A (zh) * 2021-08-31 2024-04-12 安曼瑞士股份公司 特别是用于沥青搅拌机的干燥筒的燃气的燃烧器
IT202200017145A1 (it) * 2022-08-10 2024-02-10 Siti B & T Group Spa Bruciatore per forni industriali
CN118541568A (zh) * 2022-09-13 2024-08-23 C．I．B．优尼瓦斯股份公司 包括用于低NOx排放的增面燃烧头的末端装置和包括该末端装置的燃烧器
IT202200018690A1 (it) * 2022-09-13 2024-03-13 C I B Unigas S P A APPARATO TERMINALE COMPRENDENTE UNA TESTA DI COMBUSTIONE A STADI PER BASSE EMISSIONI DI NOx E BRUCIATORE COMPRENDENTE TALE APPARATO TERMINALE
CN115449577A (zh) * 2022-10-13 2022-12-09 郑州釜鼎热能技术有限公司 一种空煤气强旋预混蓄热体可控燃烧的紧凑式热风炉
DE102023102016A1 (de) 2023-01-27 2024-08-01 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennerkopf, Brennersystem und Verfahren zum Betreiben eines Brennersystems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE7806382U1 (de) * 1978-03-03 1978-07-27 Elco Oel- Und Gasbrennerwerk Gmbh, 7980 Ravensburg Brennkopf fuer brennanlagen
DE4118261A1 (de) * 1991-06-04 1992-12-10 Viessmann Hans Geblaesebrenner fuer heizkessel
DE19519696A1 (de) * 1994-06-17 1996-02-08 Meku Metallverarbeitung Mischeinrichtung für Brenner von Kleinfeuerungsanlagen
EP0913631A2 (de) 1997-11-03 1999-05-06 Max Weishaupt GmbH Ölfeuerungsanlage mit reduzierter Stickstoffoxid (NOx) - Emissionen
DE102007009922A1 (de) * 2007-02-27 2008-08-28 Ulrich Dreizler Hohlflamme

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5438060B2 (de) * 1971-08-23 1979-11-19
US4150631A (en) * 1977-12-27 1979-04-24 Combustion Engineering, Inc. Coal fired furance
DE3317035A1 (de) * 1983-05-10 1984-11-15 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Mehrstoffbrenner
DE4133176A1 (de) * 1991-10-07 1993-04-08 Wulff Maschf Appbau Gmbh Brenner fuer fluessige und/oder gasfoermige brennstoffe
JP3388792B2 (ja) * 1993-01-13 2003-03-24 新日本石油株式会社 バーナ
DE9321525U1 (de) * 1993-07-20 1999-01-28 Elco Klöckner Heiztechnik GmbH, 72379 Hechingen Brenner zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in Feuerungsanlagen
US5700143A (en) * 1994-01-24 1997-12-23 Hauck Manufacturing Company Combination burner with primary and secondary fuel injection
JPH09145024A (ja) * 1995-11-20 1997-06-06 Osaka Gas Co Ltd 角型先混合バーナ
US5588825A (en) * 1995-12-13 1996-12-31 Governers Of The University Of Alberta Lean premixed fuel burner
JP2000130757A (ja) * 1998-10-23 2000-05-12 Hitachi Ltd ガス化発電プラントのガスタービン燃焼器
DE60308071T3 (de) * 2002-01-31 2012-10-25 Air Products And Chemicals, Inc. Brenner für Prozessheizung mit sehr niedrigem NOx Ausstoss
BR0204969A (pt) * 2002-11-08 2004-06-15 Paulo Gerais De Camargo Rangel Irradiador de infravermelho modular a gás de combustão e respectivos dispositivos de monitoração do seu desempenho e funcionamento
CN1206471C (zh) * 2002-11-28 2005-06-15 裕富宝厨具设备（深圳）有限公司 底小火旋流鼓风式燃烧器
DE102007023299B4 (de) * 2006-05-19 2012-03-22 Ulrich Dreizler Verfahren zur Flammenmodellierung und Gebläsebrenner zur Durchführung des Verfahrens
EP2037173B1 (de) * 2007-09-14 2011-11-16 ELCO Burners GmbH Brennerkopf und Verfahren zur einstufigen Verbrennung von Brennstoff in einer vom Brennerkopf beabstandeten Verbrennungszone
CN101430090B (zh) * 2007-11-05 2012-04-25 中南大学 旋流弥散燃烧器
CN101718227A (zh) * 2009-11-01 2010-06-02 韩凤琳 热流涡轮机
GB201114894D0 (en) * 2011-08-30 2011-10-12 Doosan Power Systems Ltd Combustion apparatus
US9841189B2 (en) * 2013-01-31 2017-12-12 Honeywell International Inc. Lean premix burner having center gas nozzle
CN105169863B (zh) * 2015-08-17 2017-01-11 浙江正境环保科技有限公司 一种染整行业定型机废气一体化处理装置及其工艺

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE7806382U1 (de) * 1978-03-03 1978-07-27 Elco Oel- Und Gasbrennerwerk Gmbh, 7980 Ravensburg Brennkopf fuer brennanlagen
DE4118261A1 (de) * 1991-06-04 1992-12-10 Viessmann Hans Geblaesebrenner fuer heizkessel
DE19519696A1 (de) * 1994-06-17 1996-02-08 Meku Metallverarbeitung Mischeinrichtung für Brenner von Kleinfeuerungsanlagen
EP0913631A2 (de) 1997-11-03 1999-05-06 Max Weishaupt GmbH Ölfeuerungsanlage mit reduzierter Stickstoffoxid (NOx) - Emissionen
DE102007009922A1 (de) * 2007-02-27 2008-08-28 Ulrich Dreizler Hohlflamme

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202000028400A1 (it) * 2020-11-25 2022-05-25 Baltur S P A Bruciatore e apparato industriale a ridotte emissioni

Also Published As

Publication number Publication date
PL3559551T3 (pl) 2021-09-13
EP3559551A1 (de) 2019-10-30
US20200386401A1 (en) 2020-12-10
CN110100133A (zh) 2019-08-06
ES2857716T3 (es) 2021-09-29
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US11187407B2 (en) 2021-11-30
EP3559551B1 (de) 2021-01-27
HUE052431T2 (hu) 2021-04-28
CN110100133B (zh) 2021-07-13
DE102016125526B3 (de) 2018-05-30

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