WO2018141647A1 - Vormischverfahren, dieses verwendendes verbrennungsverfahren sowie vormischvorrichtung und damit versehener brenner - Google Patents

Vormischverfahren, dieses verwendendes verbrennungsverfahren sowie vormischvorrichtung und damit versehener brenner Download PDF

Info

Publication number
WO2018141647A1
WO2018141647A1 PCT/EP2018/051994 EP2018051994W WO2018141647A1 WO 2018141647 A1 WO2018141647 A1 WO 2018141647A1 EP 2018051994 W EP2018051994 W EP 2018051994W WO 2018141647 A1 WO2018141647 A1 WO 2018141647A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
mixture
air
lean
rich
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/051994
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Weishaupt
Tim Schloen
Original Assignee
Max Weishaupt Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Max Weishaupt Gmbh filed Critical Max Weishaupt Gmbh
Priority to EP18706403.5A priority Critical patent/EP3577394A1/de
Priority to US16/483,178 priority patent/US11421872B2/en
Priority to CN201880012247.1A priority patent/CN110582671B/zh
Publication of WO2018141647A1 publication Critical patent/WO2018141647A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—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
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • 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 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
    • 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
    • F23D14/34—Burners specially adapted for use with means for pressurising the gaseous fuel or the combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F23D14/64—Mixing devices; Mixing tubes with injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • 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 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/30—Staged fuel supply
    • 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
    • F23C2202/10—Premixing fluegas with fuel and combustion air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14004—Special features of gas burners with radially extending gas distribution spokes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14021—Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the invention relates to a Vorm ischemic method for premixing of fuel with air before combustion of a fuel-air mixture, a
  • Combustion process in which such a premixing process is carried out first, a premixing device for carrying out the process, a burner head with such a premixing device and a burner provided therewith.
  • the invention is in the field of burners for buildings, commercial and industrial and thus feasible combustion and
  • the invention aims to reliably achieve such values in the burners as of the type shown in the documents D1 to D4.
  • premixed burners with metal meshes have been proposed, such as those disclosed in U.S. Pat the documents D7 and D8 are shown.
  • Another burner with a perforated surface at the outlet of a premixed fuel-air mixture is shown in document D6.
  • a pre-mashing process is a process for premixing fuel and air occurring in such a premix burner.
  • Burners according to the invention are preferably not provided with metal mesh and also not with other reaction bodies.
  • Burner tube or flame tube is premixed and is twisted before leaving the tube.
  • the invention is directed to such burners and operating methods therefor.
  • burners of such a type are the “Nova Premix” and “Ultra C-Max” burners available from Powerflame and the burner SWRLmatic from S.T. available on the market. Johnson (www.johnsonburners.com).
  • FIGS. 5 and 6 A problem with pre-mix burners without metal mesh is shown below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • a burner head 10 is shown having a flame tube or burner tube 12 and a premixing device 14 for premixing fuel and air, only one swirl generator 16 being shown by the premix device 14.
  • Burner in particular the power of an air blower
  • the object of the invention is to provide methods and devices for reducing the NO x emissions in burners such that safe operation is possible even with different power outputs.
  • the invention provides a premixing method according to claim 1 and a premixing device after the sibling
  • the invention provides a prehinning method for premixing fuel with air prior to combustion of a fuel-air mixture, comprising:
  • the invention provides a
  • Pre-nip method for premixing fuel with air prior to combustion of a fuel-air mixture comprising:
  • Ratio above an ignitable fuel-air ratio and b1) producing a lean fuel-air mixture having a fuel-air ratio below an ignitable fuel-air ratio and mixing the rich fuel-air mixture and the lean fuel Air mixture, so as to obtain an ignitable fuel-air mixture and c) twisting of the ignitable fuel-air mixture.
  • the premix method is performed in a burner, in particular fan burners, in buildings or ships, or an industrial burner.
  • the invention relates to Vornnischmaschinen for
  • the invention relates to devices for performing the Vormischvons, except devices of
  • the particularly preferred variant can represent an embodiment of the above aspect of the premixing method, in which step b) the step
  • step a) comprises: generating an air stream and adding fuel, in particular gaseous fuel, to the air stream and
  • the Vorm isch Kunststoffe carried out in a burner head takes place at the burner head end, the combustion.
  • the premixing process is carried out in a flame tube or burner head tube.
  • step a) comprises mixing a fuel with air to form the rich fuel-air mixture along a rich mixture pre-mixing zone suitable for performing a good mixing over a distance in
  • step b1) comprises mixing a fuel with air to form the lean fuel-air mixture along a lean-mixture premix zone suitable for performing good mixing over a distance in
  • the rich mixture premix zone and the lean mixture premix zone are spatially separated such that the mixture of the rich mixture and the mixture of the lean mixture are spatially separate from one another.
  • step a) comprises:
  • step b1) comprises:
  • step a) be carried out in a direction of air flow in a rich mixture premixing zone, on whose in
  • Air flow direction front end of a fat mixture fuel supply and a rich mixture air supply takes place and at the rear end in the flow direction, the feeding of air of step b).
  • step b1) is performed in a lean mixture premixing zone extending in an air flow direction, at the front end thereof in the air flow direction, a lean mixture fuel supply and a lean mixture air supply, and at the rear end thereof in the flow direction the feeding of the rich fuel-air mixture takes place.
  • the rich fuel-air mixture of the rich mixture premix zone and the lean fuel-air mixture be mixed from the lean mixture premix zone in a mixing zone extending in the air flow direction and one in the air flow direction behind the mixing zone arranged swirl generating means for performing the step c) are supplied.
  • the lean mixture premix zone has a central region. It is preferred that the lean mixture premix zone has a plurality of outer regions distributed around the central region. It is preferred that the rich mixture premix zone has a plurality of separate channels located in a preferably annular, distributed arrangement about a central region of the lean mixture premix zone. It is preferred that the separate channels of the rich mixture premixing zone and the outer regions of the lean mixture premixing zone are arranged alternately in the circumferential direction.
  • air or lean fuel-air mixture is supplied at an upstream end of each passage and the rich one
  • Fuel-air mixture by supplying fuel in the channel
  • step c) lean fuel-air mixture from the central region is twisted and that the twisting of the ignitable
  • Fuel-air mixture takes place and / or by adding rich fuel-air mixture to the wired lean fuel-air mixture, so that ignitable fuel-air mixture is generated in the wired flow and the twisting of the combustible fuel-air Mixture occurs simultaneously with its generation.
  • step a) and / or b1) comprises:
  • the invention relates to a combustion method for combusting a fuel-air mixture, comprising carrying out the premixing method according to one of the preceding embodiments, and
  • the combustion process is carried out with the aid of a burner, preferably a forced-air burner, wherein the premix is moved is performed in a burner head tube and the combustion takes place outside of the burner head tube, downstream of the end thereof.
  • a burner preferably a forced-air burner
  • the invention relates to a premixing device, in particular a premixing device for carrying out the prehinning method according to one of the preceding embodiments.
  • the premixing device according to the invention comprises:
  • a rich mixture premixer for producing a rich fuel-air mixture
  • said rich mixture premixer comprising a rich mixture air supply means for supplying air, a rich mixture fuel supply means for supplying fuel and a fat mixture
  • a premix zone for mixing air from the rich mixture air supply means and fuel from the rich mixture fuel supply means, and a mixing zone for mixing the rich fuel-air mixture with additional air to produce an ignitable fuel-air mixture
  • a swirl generating device for swirling the ignitable fuel-air mixture.
  • the invention provides a
  • Premixing device comprising
  • a rich mixture premixer for producing a rich fuel-air mixture
  • said rich mixture premixer comprising a rich mixture air supply means for supplying air, a rich mixture fuel supply means for supplying fuel and a fat mixture Premixing zone for mixing air from the rich mixture air supply device and fuel from the rich-mixture fuel supply device,
  • the lean mixture premixer comprising a lean mixture air supply means for supplying air, a lean mixture fuel supply means for supplying fuel and a lean mixture premixing zone for mixing air from the lean phase Mixture air supply and fuel from the lean mixture fuel supply,
  • a mixing zone for mixing the rich fuel-air mixture from the rich mixture premix zone and the lean fuel-air mixture from the lean mixture premix zone to produce an ignitable fuel-air mixture
  • a swirl generating device for swirling the ignitable fuel-air mixture.
  • This particularly preferred variant represents a particularly preferred
  • both premixers together open into the mixing zone to form the rich fuel-air mixture and the lean fuel-air mixture of the ignitable fuel-air mixture.
  • adding air to the rich fuel-air mixture is preferably done by adding air contained in a lean fuel-air mixture.
  • an exhaust gas recirculation device is provided for supplying exhaust gas to the rich mixture air supply device and / or the lean mixture air supply device.
  • the grease mixture premix zone and / or the lean mixture premix zone have a plurality of channels extending in an air flow direction adjacent to each other or alternately side by side
  • the lean mixture premix zone has a central region with at least portions of the rich mixture premix zone disposed about the central region.
  • the channels are arranged distributed around the central area. Preferably is between adjacent channels each have an outer region of the lean mixture Vormischzone arranged.
  • each channel has tubular boundary walls, an upstream end having an inlet opening and a downstream end having an outlet opening.
  • a fuel nozzle is provided at a downstream end of each channel within the boundary walls.
  • the invention relates to a burner head comprising a burner tube and a premixing device arranged in the burner tube according to one of the embodiments explained above.
  • the invention relates to a burner, in particular fan burner, comprising a burner head of the embodiment described above and / or a premixing device according to one of the embodiments explained above.
  • Fig. 1 is a perspective view of a premixing device for
  • Fig. 3 is a schematic, partly in section through a
  • Burner head according to an alternative embodiment for explaining the principle of operation of the premixing devices shown here;
  • Fig. 4 is a section through the burner head of Fig. 3, wherein
  • FIG. 5 shows a burner head with a pre-mixing device according to the prior art in a desired operating state
  • Fig. 6 shows the known burner head of Fig. 5, wherein a flashback is indicated, as it may occur at lower power below the rated operating power.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a premix oven 14 for premixing fuel with air prior to combustion of a fuel-air mixture having various premix zones 36, 44.
  • Fig. 2 shows the premix device 14 in a burner head 10.
  • Figs. 3 and 4 show
  • the premix device 14 is a rich mixture premixer 30 for producing a rich
  • a swirl generating device 34 is provided for generating a swirl on the ignitable fuel-air mixture.
  • the rich mix premixer 30 has a rich mix premix zone 36 that is spatially separated from other zones of the premix oven 14.
  • the rich mixture premixer 30 has a rich mix air supply 38 and a rich mix fuel supply 40 on.
  • the rich mixture air supply 38 supplies air to the rich mixture premixing zone 36
  • the rich mixture fuel supply 40 supplies fuel to the rich mixture premixing zone 36.
  • the premixing device 14 is designed, in particular, in a burner tube 12 of a burner head 10 of a
  • Blower burner to be arranged, wherein the fan through the fluid flow along the burner tube 12 is adjusted.
  • the rich-mixture premixing zone 36 extends downstream of the rich-mixture air supply 38 and the rich-mixture fuel supply 40, so that the supplied air and the supplied fuel on the
  • premixing device 14 of the mixing zone 32 pure combustion air is supplied, so that only in the mixing zone 32, an ignitable fuel-air mixture adjusts and is twisted by the swirl generating device 34.
  • Premixing device 14 becomes the additional air that is ignitable in the mixing zone for mixing the rich fuel-air mixture
  • Fuel-air mixture is mixed, not supplied as pure combustion air, but as an excess of air in a lean fuel-air mixture, which has a fuel-air ratio below an ignitable fuel-air ratio.
  • the premixing device 14 of the illustrated embodiments for forming a further premixing zone has a lean mixture premixing device 42 which has a lean mixture premixing zone 44 spatially separated from the rich mixture premixing zone 36, in which the lean fuel-air mixture Mixture with the fuel-air ratio is formed below an ignitable fuel-air ratio.
  • This lean mixture premixer 42 and the corresponding lean mixture premixer Premixing zone 44 also open into the mixing zone, so that in the mixing zone, the rich fuel-air mixture and the lean fuel-air mixture are mixed to the ignitable fuel-air mixture, wherein the
  • Swirl generator 34 serves to create a swirl on the ignitable fuel-air mixture.
  • the lean mixture premixer 42 For producing the lean fuel-air mixture, the lean mixture premixer 42 includes a lean mixture air supply 46 for supplying air to the lean mixture premix zone 44 and a lean mixture fuel 48 for supplying fuel to the Lean mixture premix zone 44.
  • the lean mixture premixing zone 44 also extends in the flow direction over a certain distance, spatially separated from the rich mixture premixing zone 36, wherein the lean mixture air supply 46 and the lean mixture fuel 48 are formed at the upstream end and Thus, on the route of the lean mixture Vormischzone 44 results in a good mixing of fuel and air to the lean fuel-air mixture.
  • the premix zones 36, 44 extend over at least 10%, preferably at least 20%, of the longitudinal extension of the premix device 14 or of the burner tube 12.
  • Figs. 1 and 2 show a first embodiment of the
  • Embodiment of Pre-Mixing Apparatus 14 may be used to mix the rich fuel-air mixture and the lean fuel-air mixture
  • the rich mixture premix zone 36 is centrally located and the lean mixture premix zone 44 is disposed around the rich mix premix zone 36
  • the lean-mixture premixing 44th a central region 50 within a tubular inner body 52 and a plurality of outer regions 54 which extend between channels 56.
  • the interior of the channels 56 forms portions of the rich mixture premixing zone 36.
  • the channels 56 are formed by tubular boundary walls 58 which are open at their upstream end 60 to form an inlet opening 62 and are tapered at their downstream end 64 and open to form obliquely outwardly directed outlet openings 66.
  • Fuel nozzles of the lean mixture Brennstoffzu211 pilistics 48 in the form of first gas nozzle 68 is formed.
  • the first gas nozzles 68 are formed by radially aspirating tubes, which have lateral gas outlet openings.
  • fuel in particular gaseous fuel
  • the air flow which is established due to the blower through the burner tube 12, the fuel supply of the lean mixture fuel supply device 48 being shown in FIG.
  • Embodiment upstream of the inlet openings 62 of the individual formed by the channels 56 areas of the fat mixture Vormischzone 36 are initiated.
  • the upstream ends 60 constitute the grease-mixture air supply means 38.
  • the grease-mixture fuel supply means 40 is formed by fuel nozzles which open in the end region at the upstream ends 60 within the channels 56, within the boundary wall 58.
  • Fuel nozzles are formed by second gas nozzles 66 in the illustrated embodiments.
  • the fuel supply devices 40, 48 have, in addition to the gas nozzles 66, a gas distributor 68.
  • the gas distributor 68 is, for example, a gas tube which extends inside the tubular inner body 52 through the premixing device 14.
  • the illustrated pre-mixing device 14 has at its downstream end region third gas nozzles 70, which are also fed by the gas distributor 68.
  • the illustrated pre-mixing device 14 is a pre-mixing device for a dual-fuel burner. Also included is at least one fuel nozzle for liquid fuel, e.g. Oil nozzle 72, shown with a nozzle head.
  • liquid fuel e.g. Oil nozzle 72
  • the oil nozzle 72 is, for example, a central oil nozzle which opens at the nozzle head 74 in the center of the downstream end of the premixing zone 20.
  • At least one ignition electrode 74 is provided at this nozzle head 74, where the third gas nozzles 70 also open.
  • the swirl generating device 34 has at least one swirl generator 16.
  • the swirl generator 16 is formed at the downstream end of the tubular inner body 52 and has a swirl damper 76.
  • a grid 78 is provided, through the grid openings of the combustion air can flow through, but reduces a residual risk of flashbacks to an area upstream of the grid 78.
  • Fig. 2 shows that provided with the Vormischvornchtung 14 of FIG. 1
  • Burner head 10 wherein the Vormischvornchtung 14 is disposed in a flame tube or burner tube 12 of the burner head 10.
  • the burner tube 12 surrounds the channels 56 and defines the outer regions 54 of the lean mixture premixing zone 44 formed between the channels 56.
  • the gas tubes for forming the first gas nozzles 68 of the lean mixture fuel supply device 48 and the gas tubes are clear for forming the second gas nozzles 66 of the rich mixture fuel supply device 40.
  • the burner tube 12 is seated on a pivoting flange 80 which is provided with a gas inlet 82 and which is mounted on one of the fan burners as shown in FIGS
  • gaseous fuel is supplied to the first gas nozzles 68 of the lean mixture fuel supply 48 in such a ratio as to be downstream of the first gas nozzles 68 in the lean mixture premixing zone 44 passing through the upstream region of the
  • Inner body 52 is formed adjusts. As a result, a lean fuel-air mixture is generated in the lean-mixture premixing zone 44 so that it contains too little fuel and thus is not ignitable.
  • An explosive air / gas mixture and thus an ignitable fuel-air mixture is present in natural gas with a concentration of 4.5 to 13.5%, in propane with a concentration of 2.1 to 9.5% and in butane with one
  • the ignition points for natural gas are between 575 ° C to 625 ° C and for propane at 470 ° C and for butane at 365 ° C.
  • By dimensioning the first gas nozzles 68 it is ensured that only so much gaseous fuel is supplied by the first gas nozzles that a lean fuel-air mixture with a concentration below the abovementioned ignitable gas concentrations is established.
  • natural gas is supplied at less than 5%, preferably less than 4%
  • propane is supplied at less than 2%, and less than 1.5% is supplied in the case of butane.
  • a gas-air mixture is generated in the lean mixture premixing zone 44 with a combustion air ratio ⁇ of less than 0.5.
  • a portion of the lean fuel-air mixture enters through the inlet openings 62 into the channels 56, where through the second gas nozzles 66 additional
  • the second gas nozzles 66 are sized to add so much fuel that a mixture that is too rich for ignitability results. In particular, so much gas is supplied that
  • the gas from the second gas nozzles 66 mixes very well along the flow through the channels 56 with the air, which enters the inlet opening 62 as part of the lean fuel-air mixture, so that at the outlet openings 66 a very well mixed rich fuel Air mixture enters the mixing zone 32, which is formed between the outlet openings 66 and the downstream end of the premixing device 14.
  • Fuel is added to the portion of the lean fuel-air mixture flowing through the interior of the inner body 52 through the third gas nozzles 70, so that here too an ignitable mixture results only at the downstream end of the premixing device 14.
  • liquid fuel may be added through the oil nozzle 72.
  • FIGS. 3 and 4 show a further embodiment of the burner head 10 with the premixing device 14, here the grease mixture premixing zone 36 is formed centrally, for example within the inner body 52, and the lean mixture premixing zone 44 is arranged on the outside is. Again, a mixture into an ignitable mixture only near the mouth of the
  • Burner tube 12 The burners of the different embodiments can be used with purer
  • Combustion air are operated; but it is also possible to provide an exhaust gas recirculation, not shown, which feeds exhaust gases from the combustion chamber upstream of the air supply means 38, 46 shown in FIGS. 1 to 4 of the combustion air.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Um Brenner mit hoher Leistung und einem großen Laständerungsbereich bei stabilem und sicherem Betrieb mit niedriger NOx-Emission betreiben zu können, schafft die Erfindung ein Vormischverfahren zum Vormischen von Brennstoff mit Luft vor Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches, umfassend: a) Erzeugen eines fetten Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Brennstoff-Luft-Verhältnis oberhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnisses, b) Zuführen von Luft zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch, um ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch zu erhalten, und c) Verdrallen des in Schritt a) oder b) erhaltenen zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs. Weiter wird eine Vormischvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens vorgeschlagen.

Description

VORMISCHVERFAHREN, DIESES VERWENDENDES
VERBRENNUNGSVERFAHREN SOWIE VORMISCHVORRICHTUNG UND
DAMIT VERSEHENER BRENNER
Die Erfindung betrifft ein Vorm isch verfahren zum Vormischen von Brennstoff mit Luft vor Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches, ein
Verbrennungsverfahren, bei dem zunächst ein solches Vormischverfahren durchgeführt wird, eine Vormischvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, ein Brennerkopf mit einer solchen Vormischvorrichtung und einen damit versehenen Brenner.
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Brennern für Gebäude, Gewerbe und Industrie sowie von damit durchführbaren Verbrennungsverfahren und
Mischverfahren zum Mischen von Brennstoff und Luft. Zum technologischen Hintergrund wird insbesondere auf die folgenden Druckschriften verwiesen:
D1 Firmenbroschüre„WM 50 für Öl, Gas und Zweistoff",
Max Weishaupt GmbH, Druck-Nr. 83215201 , Dezember 2016;
D2 Firmenbroschüre„WM 30 für Öl, Gas und Zweistoff",
Max Weishaupt GmbH, Druck-Nr. 8321 1601 , Dezember 2016;
D3 Firmenbroschüre„WM 20 für Öl, Gas und Zweistoff",
Max Weishaupt GmbH, Druck-Nr. 8321 1501 , September 2016;
D4 Firmenbroschüre„WM 10 für Öl, Gas und Zweistoff",
Max Weishaupt GmbH, Druck-Nr. 8321 1401 , November 2015;
D5 Ausdruck aus Wikipedia, wikipedia.org, Begriffsdefinition
„Verbrennungsluftverhältnis"; D6 EP 2 713 105 A1
D7 EP 2 525 150 A1
D8 EP 2 286 149 B1 .
Aus den Broschüren gemäß den Dokumenten D1 bis D4 sind Brenner für Öl, Gas und Zweistoff (insbesondere Gas und Öl) bekannt, deren Leistungsabgabe über einen großen Bereich einstellbar ist. Zum Beispiel sind Leistungen zwischen 800 kW und 1 100 kW einstellbar; bei der kleineren Bauart WM 10 sind Leistungen zwischen 55 kW und 1250 kW einstellbar. Die Druckschriften D1 bis D4 zeigen Gebläsebrenner. Mit den Technologien, wie sie in den Dokumenten D1 bis D4 gezeigt sind, sind NOx-Werte von weniger als 80 mg/kWh für Gas und weniger als 120 mg/kWh erreichbar.
NOx-Emissionen spielen eine Rolle bezüglich des Abbaus von Ozon, der globalen Erwärmung, der Erzeugung von saurem Regen und der Bildung von Smog.
Aufgrund dessen werden die gesetzlichen Bestimmungen in unterschiedlichen Regionen auf der Welt hinsichtlich der zulässigen NOx-Emissionen immer strenger.
Während in dem Jahrzehnt zwischen 2000 und 2010 NOx-Emissionen von 150 mg/Nm3 Luft (gemessen bei 3% Sauerstoff ohne Abgasrückführung) zulässig waren, wurden seit dem Jahre 2010 vielfach bereits Emissionen von maximal 100 mg/Nm3 (Nm3 bezeichnet Normkubikmeter) gefordert. Seit dem Jahre 2015 werden in einigen Regionen bereits 60 mg/Nm3 gefordert. Es wird erwartet, dass in einigen Regionen bereits weniger als 30 mg/Nm3 gefordert werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, derartige Werte bei den Brennern, wie sie von der Bauart in den Dokumenten D1 bis D4 gezeigt sind, betriebssicher zu erreichen.
Als eine Option zum Erzielen von derart niedrigen NOx-Emissionen wurden Vormisch-Brenner mit Metallgeweben vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in den Dokumenten D7 und D8 gezeigt sind. Ein weiterer Brenner mit einer perforierten Oberfläche am Auslass einer vorgemischten Brennstoff-Luft-Mischung ist in dem Dokument D6 gezeigt.
Bei einem Vormisch-Brenner werden Brennstoff und Luft bereits innerhalb des Brennerkopfes und somit meist innerhalb eines Brennerrohres oder Flammrohres vor der Verbrennung durchmischt. Ein Vorm ischverfahren ist ein in einem solchen Vormisch-Brenner ablaufendes Verfahren zum Vormischen von Brennstoff und Luft.
Das Konzept eines Vormisch-Brenners mit einem äußeren Reaktionskörper, wie insbesondere einem Metallgewebe, bietet sehr gute NOx-Reduktionen, jedoch ist diese Bauart nur für Gas geeignet und auch nur für Brennerkapazitäten bis maximal 3 MW verwendbar. Die Brenner können nur mit hohem Luftüberschuss arbeiten (O2 > 6%). Sie haben insbesondere Probleme mit kontaminierter
Verbrennungsluft. Daher wendet sich die Erfindung Verfahren und Vorrichtungen ohne derartige Reaktionskörper zu. Bevorzugt sind erfindungsgemäße Brenner nicht mit Metallgewebe und auch nicht mit sonstigen Reaktionskörpern versehen.
Für Brenner mit höheren Leistungen werden daher Vormisch-Verfahren
untersucht, bei denen ein vorgemischtes Brennstoff-Luft-Gemisch in dem
Brennerrohr oder Flammrohr vorgemischt wird und noch vor dem Austritt aus dem Rohr verdrallt wird. Auf derartige Brenner und Betriebsverfahren hierfür ist die Erfindung gerichtet.
Beispiele für bekannte Brenner einer derartigen Bauart sind die auf dem Markt erhältlichen Brenner„Nova Premix" und„Ultra C-Max" der Firma Powerflame sowie der auf dem Markt erhältliche Brenner SWRLmatic der Firma S.T. Johnson (www.johnsonburners.com).
Ein Problem mit Vormisch-Brennern ohne Metallgitter wird im Folgenden anhand der Fig. 5 und 6 dargestellt. In den Fig. 5 und 6 ist ein Brennerkopf 10 mit einem Flammrohr oder Brennerrohr 12 und einer Vormischvorrichtung 14 zum Vormischen von Brennstoff und Luft dargestellt, wobei von der Vormischvorrichtung 14 nur ein Drallerzeuger 16 dargestellt ist.
In der Vormischvorrichtung 14 werden Brennstoff und Luft vorgemischt und mittels des Drallerzeugers 16 verdrallt, um eine gute Durchmischung zu erzielen. Fig. 5 stellt dabei den gewünschten Betriebszustand dar, wonach sich eine Flamme 20 außerhalb des Brennrohres 12 und somit außerhalb einer Vormischzone 20 in der Brennkammer 22 einstellt, wobei bevorzugt ist, dass eine interne Abgaszirkulation 24 stattfindet. Dies lässt sich durch Optimieren der Betriebsparameter des
Brenners, wie insbesondere Leistung eines Luftgebläses,
Strömungsgeschwindigkeit und hinzugefügtem Brennstoff, erreichen. Wird jedoch der Leistungspunkt, auf den der Brenner hin optimiert ist, verlassen, besteht die Gefahr eines Flammenrückschlages, wie er in Fig. 6 dargestellt ist. Dies ist insbesondere bei niedrigen Leistungen und geringen Luftströmen der Fall. Durch einen Flammenrückschlag können Innenteile des Brenners, wie insbesondere Sensoren oder dergleichen, beschädigt werden. Flammenrückschläge sollen daher möglichst vollständig vermieden werden.
Aus diesem Grunde können bisherige Vormischbrenner, die besonders niedrige NOx-Emissionen auch bei höheren Leistungen aufzeigen, nur in einem relativ schmalen Leistungsbereich um die Nennleistung herum sicher betrieben werden.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Verfahren und Vorrichtungen zur Reduzierung des NOx-Ausstoßes bei Brennern derart zu schaffen, dass auch bei unterschiedlichen Leistungsabgaben ein sicherer Betrieb ermöglicht ist.
Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Vormischverfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vormischvorrichtung nach dem nebengeordneten
Anspruch. Vorteilhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den weiteren nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schafft ein Vornnischverfahren zum Vormischen von Brennstoff mit Luft vor Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches, umfassend:
a) Erzeugen eines fetten Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Brennstoff-Luft- Verhältnis oberhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnisses, und b) Zuführen von Luft zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch, um ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch zu erhalten,
und
c) Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs.
In einer besonders bevorzugten Variante schafft die Erfindung ein
Vornnischverfahren zum Vormischen von Brennstoff mit Luft vor Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches, umfassend:
a) Erzeugen eines fetten Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Brennstoff-Luft-
Verhältnis oberhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnisses, und b1 ) Erzeugen eines mageren Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Brennstoff- Luft-Verhältnis unterhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnis und Vermischen des fetten Brennstoff-Luft-Gemischs und des mageren Brennstoff- Luft-Gemischs, um so ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch zu erhalten und c) Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs.
Vorzugsweise wird das Vormisch verfahren in einem Brenner, insbesondere Gebläsebrenner, in Gebäuden oder Schiffen, oder einem Industriebrenner durchgeführt. Insbesondere betrifft die Erfindung Vornnischverfahren zur
Verbrennung zu Heizzwecken oder zur Erwärmung in Industrieprozessen, ausgenommen in Gasturbinen. Weiter betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung des Vormischverfahrens, ausgenommen Vorrichtungen von
Gasturbinen.
Die besonders bevorzugte Variante kann stellt eine Ausführungsform des obigen Aspekts des Vormischverfahrens dar, bei der Schritt b) den Schritt
b1 ) Erzeugen eines mageren Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Brennstoff- Luft-Verhältnis unterhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnis umfasst, wobei das Zuführen von Luft zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch durch Zuführen des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches zu dem fetten Brennstoff- Luft-Gemisch erfolgt, um so das zündfähige Brennstoff-Luft-Gemisch zu erhalten.
Vorzugsweise umfasst Schritt a): Erzeugen eines Luftstroms und Hinzufügen von Brennstoff, insbesondere gasförmigen Brennstoff, zu dem Luftstrom und
Vermischen von Luft und Brennstoff entlang einer sich in Luftströmungsrichtung erstreckenden Vormischzone.
Vorzugsweise wird das Vorm ischverfahren in einem Brennerkopf durchgeführt, an dessen Brennerkopfende die Verbrennung stattfindet. Insbesondere wird das Vormischverfahren in einem Flammrohr oder Brennerkopfrohr durchgeführt.
Vorzugsweise umfasst Schritt a) Vermischen eines Brennstoffes mit Luft zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch entlang einer Fett-Gemisch-Vormischzone, die sich zur Durchführung einer guten Vermischung über eine Strecke in
Strömungsrichtung erstreckt.
Vorzugsweise umfasst Schritt b1 ) Vermischen eines Brennstoffes mit Luft zu dem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch entlang einer Mager-Gemisch-Vormischzone, die sich zur Durchführung einer guten Vermischung über eine Strecke in
Strömungsrichtung erstreckt.
Vorzugsweise sind die Fett-Gemisch-Vormischzone und die Mager-Gemisch- Vormischzone räumlich getrennt, so dass die Mischung des fetten Gemischs und die Mischung des mageren Gemischs räumlich getrennt voneinander erfolgt.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) umfasst:
Erzeugen des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches mit einem
Verbrennungsluftverhältnis λ > 1 ,5.
Zur Definition des Verbrennungsluftverhältnisses λ wird auf das Dokument D5 verwiesen. Es ist bevorzugt, dass Schritt b1 ) umfasst:
Erzeugen des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches mit einem
Verbrennungsluftverhältnis λ < 0,5.
Besonders bevorzugt wird das fette Brennstoff-Luft-Gemisch mit einem
Verbrennungsluftverhältnis 1 ,5 < λ < 20 erzeugt.
Besonders bevorzugt wird das magere Brennstoff-Luft-Gemisch mit einem
Verbrennungsluftverhältnis 0,05 < λ < 0,5 erzeugt.
Es ist bevorzugt, dass Schritt a) in einer sich in einer Luftströmungsrichtung erstreckenden Fett-Gemisch-Vormischzone durchgeführt wird, an deren in
Luftströmungsrichtung vorderen Ende eine Fett-Gemisch-Brennstoffzufuhr und eine Fett-Gemisch-Luftzufuhr erfolgt und an deren in Strömungsrichtung hinteren Ende das Zuführen von Luft des Schrittes b) erfolgt.
Es ist bevorzugt, dass Schritt b1 ) in einer sich in einer Luftströmungsrichtung erstreckenden Mager-Gemisch-Vormischzone durchgeführt wird, an deren in Luftströmungsrichtung vorderen Ende eine Mager-Gemisch-Brennstoffzufuhr und eine Mager-Gemisch-Luftzufuhr erfolgt und an deren in Strömungsrichtung hinteren Ende das Zuführen des fetten Brennstoff-Luft-Gemischs erfolgt.
Es ist bevorzugt, dass das fette Brennstoff-Luft-Gemisch aus der Fett-Gemisch- Vormischzone und das magere Brennstoff-Luft-Gemisch aus der Mager-Gemisch- Vormischzone in einer sich in Luftströmungsrichtung erstreckenden Mischzone vermischt werden und einer in Luftströmungsrichtung hinter der Mischzone angeordneten Drallerzeugungseinrichtung zum Durchführen des Schritts c) zugeführt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Mager-Gemisch-Vormischzone einen zentralen Bereich aufweist. Es ist bevorzugt, dass die Mager-Gemisch-Vormischzone mehrere äußere Bereiche aufweist, die den zentralen Bereich herum verteilt angeordnet sind. Es ist bevorzugt, dass die Fett-Gemisch-Vormischzone mehrere getrennte Kanäle aufweist, die sich in einer vorzugsweise ringförmigen, verteilten Anordnung um einen zentralen Bereich der Mager-Gemisch-Vormischzone befinden. Es ist bevorzugt, dass in Umfangsrichtung die getrennten Kanäle der Fett-Gemisch- Vormischzone und die äußeren Bereiche der Mager-Gemisch-Vormischzone alternierend angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, dass Luft oder mageres Brennstoff-Luft-Gemisch an einem stromaufwärtigen Ende eines jeden Kanals zugeführt wird und das fette
Brennstoff-Luft-Gemisch durch Zuführen von Brennstoff in dem Kanal,
insbesondere an dem stromaufwärtigen Ende, zu der Luft oder dem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch und Vermischen entlang der Erstreckung des Kanals erzeugt wird.
Es ist bevorzugt, dass in Schritt c) mageres Brennstoff-Luft-Gemisch aus dem zentralen Bereich verdrallt wird und dass das Verdrallen des zündfähigen
Brennstoff-Luft-Gemischs durch Hinzufügen zu dem verdrahten mageren
Brennstoff-Luft-Gemisch erfolgt und/oder durch Hinzufügen von fettem Brennstoff- Luft-Gemisch zu dem verdrahten mageren Brennstoff-Luft-Gemisch, so dass zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch in der verdrahten Strömung erzeugt wird und das Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs gleichzeitig mit seiner Erzeugung erfolgt.
Es ist bevorzugt, dass der Schritt a) und/oder b1 ) umfasst:
Zuführen von Abgas, so dass das fette bzw. magere Brennstoff-Luft-Gemisch ein fettes bzw. mageres Brennstoff-Luft-Abgas-Gemisch ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verbrennungsverfahren zum Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemisches, umfassend Durchführen des Vormischverfahrens nach einer der voranstehenden Ausgestaltungen und
Verbrennen des verdrahten zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs.
Vorzugsweise wird das Verbrennungsverfahren mit Hilfe eines Brenners, vorzugsweise eines Gebläsebrenners, durchgeführt, wobei das Vormisch verfahren in einem Brennerkopfrohr durchgeführt wird und das Verbrennen außerhalb des Brennerkopfrohrs, stromabwärts von dessen Ende, erfolgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vormischvorrichtung, insbesondere eine Vormischvorrichtung zum Durchführen des Vornnischverfahrens nach einem der voranstehenden Ausgestaltungen.
Die erfindungsgemäße Vormischvorrichtung umfasst:
eine Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung zum Erzeugen eines fetten Brennstoff- Luft-Gemisches, wobei die Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung eine Fett-Gemisch- Luftzufuhreinrichtung zum Zuführen von Luft, eine Fett-Gemisch- Brennstoffzufuhreinrichtung zum Zuführen von Brennstoff und eine Fett-Gemisch- Vormischzone zum Vermischen von Luft aus der Fett-Gemisch- Luftzufuhreinrichtung und Brennstoff aus der Fett-Gemisch- Brennstoffzufuhreinrichtung aufweist, sowie eine Mischzone zum Vermischen des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches mit zusätzlicher Luft, um ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, und eine Drallerzeugungseinrichtung zum Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs.
In einer besonders bevorzugten Variante schafft die Erfindung eine
Vormischvorrichtung, umfassend
eine Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung zum Erzeugen eines fetten Brennstoff- Luft-Gemisches, wobei die Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung eine Fett-Gemisch- Luftzufuhreinrichtung zum Zuführen von Luft, eine Fett-Gemisch- Brennstoffzufuhreinrichtung zum Zuführen von Brennstoff und eine Fett-Gemisch- Vormischzone zum Vermischen von Luft aus der Fett-Gemisch- Luftzufuhreinrichtung und Brennstoff aus der Fett-Gemisch- Brennstoffzufuhreinrichtung aufweist,
eine Mager-Gemisch-Vormischeinrichtung zum Erzeugen eines mageren
Brennstoff-Luft-Gemisches, wobei die Mager-Gemisch-Vormischeinrichtung eine Mager-Gemisch-Luftzufuhreinrichtung zum Zuführen von Luft, eine Mager- Gemisch-Brennstoffzufuhreinrichtung zum Zuführen von Brennstoff und eine Mager-Gemisch-Vormischzone zum Vermischen von Luft aus der Mager- Gemisch-Luftzufuhr und Brennstoff aus der Mager-Gemisch-Brennstoffzufuhr aufweist,
eine Mischzone zum Vermischen des fetten Brennstoff-Luft-Gemischs aus der Fett-Gemisch-Vormischzone und des mageren Brennstoff-Luft-Gemischs aus der Mager-Gemisch-Vormischzone, zwecks Erzeugen eines zündfähigen Brennstoff- Luft-Gemischs und
eine Drallerzeugungseinrichtung zum Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft- Gemischs.
Diese besonders bevorzugte Variante stellt eine besonders bevorzugte
Ausgestaltung der oben erwähnten erfindungsgemäßen Vormischvorrichtung dar.
Es ist demnach bevorzugt, dass neben der Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung auch eine Mager-Gemisch-Vormischeinrichtung vorgesehen ist, wobei beide Vormischeinrichtungen gemeinsam in die Mischzone münden, um das fette Brennstoff-Luft-Gemisch und das magere Brennstoff-Luft-Gennisch zum Bilden des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches zu vermischen. Mit anderen Worten erfolgt das Zufügen von Luft zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch vorzugsweise durch Hinzufügen von Luft, die in einem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch enthalten ist.
Es ist bevorzugt, dass eine Abgasrückführeinrichtung zum Zuführen von Abgas zu der Fett-Gemisch-Luftzufuhreinrichtung und/oder der Mager-Gemisch- Luftzufuhreinrichtung vorgesehen ist.
Es ist bevorzugt, dass die Fett-Gemisch-Vormischzone und/oder die Mager- Gemisch-Vormischzone mehrere sich in einer Luftströmungsrichtung erstreckende Kanäle aufweisen, die nebeneinander oder alternierend nebeneinander
angeordnet sind.
Es ist bevorzugt, dass die Mager-Gemisch-Vormischzone einen zentralen Bereich aufweist, wobei zumindest Bereiche der Fett-Gemisch-Vormischzone um den zentralen Bereich herum angeordnet sind. Insbesondere sind die Kanäle um den zentralen Bereich herum verteilt angeordnet. Vorzugsweise ist zwischen benachbarten Kanälen jeweils ein äußerer Bereich der Mager-Gemisch- Vormischzone angeordnet.
Vorzugsweise weist jeder Kanal rohrförmige Begrenzungswände auf, wobei ein stromaufwärtiges Ende eine Eintrittsöffnung aufweist und ein stromabwärtiges Ende eine Austrittsöffnung aufweist. Vorzugsweise ist an einem stromabwärtigen Ende eines jede Kanals innerhalb der Begrenzungswände eine Brennstoffdüse vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Brennerkopf umfassend ein Brennerrohr und eine in dem Brennerrohr angeordnete Vormischvorrichtung gemäß einer der zuvorstehend erläuterten Ausgestaltungen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Brenner, insbesondere Gebläsebrenner, umfassend einen Brennerkopf der zuvorstehend erläuterten Ausgestaltung und/oder eine Vormischvorrichtung nach einer der oben erläuterten Ausgestaltungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vormischvorrichtung zum
Vormischen von Brennstoff und Luft vor der Verbrennung;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Brennerkopf mit einem Brennerrohr,
innerhalb dem die Vormischvorrichtung von Fig. 1 untergebracht ist;
Fig. 3 eine schematische, teils geschnittene Darstellung durch einen
Brennerkopf gemäß einer alternativen Ausgestaltung zur Erläuterung des Funktionsprinzips der hier dargestellten Vormischvorrichtungen;
Fig. 4 einen Schnitt durch den Brennerkopf von Fig. 3, wobei
unterschiedliche Brennstoffkonzentrationen, die sich im Betrieb einstellen, dargestellt sind; Fig. 5 einen Brennerkopf mit einer Vormischvornchtung gemäß dem Stand der Technik in einem erwünschten Betriebszustand;
Fig. 6 den bekannten Brennerkopf von Fig. 5, wobei ein Flammenrückschlag angedeutet ist, wie er bei niedrigerer Leistung unterhalb der Nennbetriebsleistung auftreten kann.
Zunächst wird anhand der Darstellungen der Fig. 1 bis 4 das Prinzip von bevorzugten Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Verfahren und Vorrichtungen erläutert.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Vormischvornchtung 14 zum Vormischen von Brennstoff mit Luft vor Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches dargestellt, die verschiedene Vormischzonen 36, 44 aufweist. Fig. 2 zeigt die Vormischvornchtung 14 in einem Brennerkopf 10. Die Fig. 3 und 4 zeigen
Varianten der Vormischvornchtung 14 und des Brennerkopfes 10.
Insbesondere ist bei den gezeigten Ausführungsformen der Vormischvornchtung 14 eine Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung 30 zum Erzeugen eines fetten
Brennstoff-Luft-Gemisches, das ein Brennstoff-Luft-Verhältnis oberhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnisses hat, sowie eine Mischzone 32 zum Vermischen des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches mit zusätzlicher Luft, um ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, vorgesehen.
Weiter ist eine Drallerzeugungseinrichtung 34 zum Erzeugen eines Dralls an dem zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisch vorgesehen.
Die Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung 30 hat eine Fett-Gemisch-Vormischzone 36, die räumlich getrennt von anderen Zonen der Vormischvornchtung 14 angeordnet ist.
Weiter weist die Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung 30 eine Fett-Gemisch- Luftzuführeinrichtung 38 und eine Fett-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 40 auf. Die Fett-Gemisch-Luftzuführeinrichtung 38 führt Luft der Fett-Gemisch- Vormischzone 36 zu, und die Fett-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 40 führt Brennstoff der Fett-Gemisch-Vormischzone 36 zu.
Wie Fig. 2, 3 und 4 zeigen, ist die Vormischvorrichtung 14 insbesondere dazu ausgebildet, in einem Brennerrohr 12 eines Brennerkopfes 10 eines
Gebläsebrenners angeordnet zu werden, worin sich durch das Gebläse eine Fluidströmung entlang des Brennerrohres 12 einstellt. Die Fett-Gemisch- Vormischzone 36 erstreckt sich stromabwärts der Fett-Gemisch- Luftzuführeinrichtung 38 und der Fett-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 40, so dass sich die zugeführte Luft und der zugeführte Brennstoff auf der
Strömungsstrecke der Fett-Gemisch-Vormischzone 36 zu dem fetten Brennstoff- Luft-Gemisch vermischt.
Bei nicht näher dargestellten Ausgestaltungen der Vormischvorrichtung 14 wird der Mischzone 32 reine Verbrennungsluft zugeführt, so dass sich erst in der Mischzone 32 ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch einstellt und durch die Drallerzeugungseinrichtung 34 verdrallt wird.
Bei den in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen der
Vormischvorrichtung 14 wird die zusätzliche Luft, die in der Mischzone zum Vermischen des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches zu einem zündfähigen
Brennstoff-Luft-Gemisch vermischt wird, nicht als reine Verbrennungsluft zugeführt, sondern als Luftüberschuss in einem mageren Brennstoff-Luft- Gemisch, welches ein Brennstoff-Luft-Verhältnis unterhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnisses hat.
Hierzu weist die Vormischvorrichtung 14 der dargestellten Ausführungsformen zum Bilden einer weiteren Vormischzone eine Mager-Gemisch- Vormischeinrichtung 42 auf, die eine räumlich von der Fett-Gemisch- Vormischzone 36 getrennte Mager-Gemisch-Vormischzone 44 hat, in der das magere Brennstoff-Luft-Gemisch mit dem Brennstoff-Luft-Verhältnis unterhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnisses gebildet wird. Diese Mager- Gemisch-Vormischeinrichtung 42 und die entsprechende Mager-Gemisch- Vormischzone 44 münden ebenfalls in die Mischzone, so dass in der Mischzone das fette Brennstoff-Luft-Gemisch und das mageren Brennstoff-Luft-Gemisch zu dem zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisch gemischt werden, wobei die
Drallerzeugungseinrichtung 34 dazu dient, einen Drall an dem zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen.
Zum Erzeugen des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches weist die Mager- Gemisch-Vormischeinrichtung 42 eine Mager-Gemisch-Luftzuführeinrichtung 46 zum Zuführen von Luft zu der Mager-Gemisch-Vormischzone 44 und eine Mager- Gemisch-Brennstoffeinrichtung 48 zum Zuführen von Brennstoff zu der Mager- Gemisch-Vormischzone 44 auf.
Die Mager-Gemisch-Vormischzone 44 erstreckt sich räumlich getrennt von der Fett-Gemisch-Vormischzone 36 ebenfalls in Strömungsrichtung über eine gewisse Strecke hinweg, wobei am stromaufwärtigen Ende die Mager-Gemisch- Luftzuführeinrichtung 46 und die Mager-Gemisch-Brennstoffeinrichtung 48 ausgebildet sind und sich so auf der Strecke der Mager-Gemisch-Vormischzone 44 eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft zu dem mageren Brennstoff- Luft-Gemisch ergibt.
Beispielsweise erstrecken sich die Vormischzonen 36, 44 über wenigstens 10%, bevorzugt wenigstens 20%, der Längserstreckung der Vormischvorrichtung 14 oder des Brennerrohrs 12.
Die Fig. 1 und 2 zeigen dabei eine erste Ausführungsform der
Vormischvorrichtung 14, und die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere
Ausführungsform der Vormischvorrichtung 14. Wie durch Vergleich ersichtlich, können die unterschiedlichen Vormischzonen 36, 44 zum Mischen des fetten Brennstoff-Luft-Gemischs und des mageren Brennstoff-Luft-Gemischs
unterschiedlich angeordnet sein. Während bei der Ausgestaltung der Fig. 3 und 4 die Fett-Gemisch-Vormischzone 36 zentral angeordnet ist und die Mager- Gemisch-Vormischzone 44 um die Fett-Gemisch-Vormischzone 36 herum angeordnet ist, ist bei der in der Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Vormischvorrichtung 14 vorgesehen, dass die Mager-Gemisch-Vormischzone 44 einen zentralen Bereich 50 innerhalb eines rohrförmigen Innenkörpers 52 und mehrere äußere Bereich 54 aufweist, die sich zwischen Kanälen 56 erstrecken.
Das Innere der Kanäle 56 bildet Bereiche der Fett-Gemisch-Vormischzone 36.
Die Kanäle 56 sind durch rohrförmige Begrenzungswände 58 gebildet, die an ihrem stromaufwärtigen Ende 60 offen sind, um eine Eintrittsöffnung 62 zu bilden, und an ihrem stromabwärtigen Ende 64 abgeschrägt und offen sind, um schräg nach außen gerichtete Austrittsöffnungen 66 zu bilden.
Stromaufwärts der stromaufwärtigen Enden 60 der Kanäle 56 sind
Brennstoffdüsen der Mager-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 48 in Form von ersten Gasdüsen 68 ausgebildet.
Die ersten Gasdüsen 68 sind durch radialabstrebende Röhrchen gebildet, die seitliche Gasaustrittsöffnungen haben. So wird Brennstoff, insbesondere gasförmiger Brennstoff, dem Luftstrom zugeführt, der sich aufgrund des Gebläses durch das Brennerrohr 12 einstellt, wobei die Brennstoffzufuhr der Mager- Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 48 bei der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform stromaufwärts der Eintrittsöffnungen 62 der einzelnen durch die Kanäle 56 gebildeten Bereiche der Fett-Gemisch-Vormischzone 36 eingeleitet werden.
Die stromaufwärtigen Enden 60 bilden die Fett-Gemisch-Luftzuführeinrichtung 38. Die Fett-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 40 ist durch Brennstoffdüsen gebildet, die im Endbereich an den stromaufwärtigen Enden 60 innerhalb der Kanäle 56, und zwar innerhalb der Begrenzungswand 58, münden. Diese
Brennstoffdüsen sind in den dargestellten Ausführungsformen durch zweite Gasdüsen 66 gebildet.
Die Brennstoffzuführeinrichtungen 40, 48 weisen zusätzlich zu den Gasdüsen 66 einen Gasverteiler 68 auf. Der Gasverteiler 68 ist beispielsweise ein Gasrohr, das sich im Inneren des rohrförmigen Innenkörpers 52 durch die Vormischvorrichtung 14 erstreckt. Die dargestellte Vormischvornchtung 14 weist an ihrem stromabwärts gerichteten Endbereich dritte Gasdüsen 70 auf, die ebenfalls durch den Gasverteiler 68 gespeist werden.
Die dargestellte Vormischvornchtung 14 ist eine Vormischvornchtung für einen Zweistoff-Brenner. Hierzu ist auch wenigstens eine Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff, z.B. Öldüse 72, mit einem Düsenkopf dargestellt.
Die Öldüse 72 ist beispielsweise eine zentrale Öldüse, die im Zentrum des stromabwärtigen Endes der Vormischzone 20 an einem Düsenkopf 74 mündet.
An diesem Düsenkopf 74, wo auch die dritten Gasdüsen 70 münden, ist weiter wenigstens eine Zündelektrode 74 vorgesehen.
Die Drallerzeugungseinrichtung 34 weist wenigstens einen Drallerzeuger 16 auf. In dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Drallerzeuger 16 am stromabwärtigen Ende des rohrförmigen Innenkörpers 52 ausgebildet und weist eine Drallstauscheibe 76 auf.
Stromaufwärts der Brennstoff-Zuführ-Einrichtungen 40, 48 ist ein Gitter 78 vorgesehen, durch dessen Gitteröffnungen die Verbrennungsluft durchströmen kann, das aber eine Restgefahr von Flammenrückschlägen hin zu einem Bereich stromaufwärts des Gitters 78 verringert.
Fig. 2 zeigt den mit der Vormischvornchtung 14 gemäß Fig. 1 versehenen
Brennerkopf 10, wobei die Vormischvornchtung 14 in einem Flammenrohr oder Brennerrohr 12 des Brennerkopfes 10 angeordnet ist.
Das Brennerrohr 12 umgibt die Kanäle 56 und begrenzt die zwischen den Kanälen 56 ausgebildeten äußeren Bereiche 54 der Mager-Gemisch-Vormischzone 44. In Fig. 2 sind deutlich die Gasrohre zum Bilden der ersten Gasdüsen 68 der Mager- Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 48 und die Gasrohre zum Bilden der zweiten Gasdüsen 66 der Fett-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 40 zu sehen. Das Brennerrohr 12 sitzt auf einem Schwenkflansch 80, der mit einem Gaseinlass 82 versehen ist, und der auf einem der Gebläsebrenner, wie sie in den
Dokumenten D1 bis D4 gezeigt und im Einzelnen erläutert sind, anstelle der dort dargestellten Schwenkflansche und der dort dargestellten Brennerrohre aufgesetzt werden kann. Durch das Ersetzen der entsprechenden Brennerköpfe der
Gebläsebrenner aus den Dokumenten D1 bis D4 mit einem Brennerkopf gemäß Fig. 2 (oder Fig. 3 oder 4) ergeben sich Ausführungsformen eines
erfindungsgemäßen Brenners. Es wird für weitere Einzelheiten zu dem
entsprechenden Brenner ausdrücklich auf die Dokumente D1 bis D4 verwiesen.
Im Folgenden werden anhand der Fig. 1 und 2 ein mit dem entsprechenden Brenner und dem Brennerkopf 10 durchführbares Vormisch-Verfahren und ein dieses verwendendes Verbrennungsverfahren näher erläutert.
Im Betrieb des mit dem Brennerkopf 10 versehenen Brenners wird durch das Gebläse eine Luftströmung innerhalb des Schwenkflansches 80 und innerhalb des Flammrohrs bzw. Brennerrohrs 12 erzeugt. Durch den Gaseinlass 82 und den Gasverteiler 38 wird gasförmiger Brennstoff zu den ersten Gasdüsen 68 der Mager-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung 48 in einem derartigen Verhältnis zugeführt, dass sich stromabwärts der ersten Gasdüsen 68 in der Mager- Gemisch-Vormischzone 44, die durch den Bereich stromaufwärts der
stromaufwärtigen Enden 60 der Kanäle 56, die äußeren Bereiche 54 zwischen den Kanälen 56 und dem zentralen Bereich 50 innerhalb des rohrförmigen
Innenkörpers 52 gebildet ist, einstellt. Hierdurch wird in der Mager-Gemisch- Vormischzone 44 ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch so erzeugt, dass es zu wenig Brennstoff enthält und somit nicht zündfähig ist.
Eine explosive Luft-/Gasmischung und somit ein zündfähiges Brennstoff-Luft- Gemisch liegt bei Erdgas mit einer Konzentration von 4,5 bis 13,5% vor, bei Propan mit einer Konzentration von 2,1 bis 9,5% und bei Butan mit einer
Konzentration von 1 ,5 bis 8,5% vor. Die Zündpunkte für Erdgas liegen zwischen 575°C bis 625°C und für Propan bei 470°C und für Butan bei 365°C. Durch Dimensionierung der ersten Gasdüsen 68 wird sichergestellt, dass durch die ersten Gasdüsen nur so viel gasförmiger Brennstoff zugeführt wird, dass sich ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch mit einer Konzentration unterhalb der oben genannten zündfähigen Gaskonzentrationen einstellt. Zum Beispiel wird Erdgas mit weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 4%, zugeführt, Propan wird mit weniger als 2% zugeführt, und im Fall von Butan wird weniger als 1 ,5% zugeführt.
Insbesondere wird eine Gas-Luft-Mischung in der Mager-Gemisch-Vormischzone 44 mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ von weniger als 0,5 erzeugt.
Selbstverständlich können geringere Verbrennungsluftverhältnisse vorgesehen sein.
Es ist jedoch vorteilhaft, so viel Gas zu der Mager-Gemisch-Vormischzone 44 zuzuführen, dass gerade kein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt wird, jedoch bereits eine gute Brennstoff-Luft-Vermischung erfolgt.
Ein Teil des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches tritt durch die Eintrittsöffnungen 62 in die Kanäle 56 ein, wo durch die zweiten Gasdüsen 66 zusätzlicher
Brennstoff hinzugefügt wird. Die zweiten Gasdüsen 66 sind so dimensioniert, dass so viel Brennstoff hinzugefügt wird, dass ein Gemisch entsteht, das zu fett für eine Zündfähigkeit ist. Insbesondere wird so viel Gas zugeführt, dass sich
Gasmischungen oberhalb des oberen Wertes der oben genannten
Konzentrationen für zündfähige/explosive Gasmischungen einstellen.
Insbesondere wird eine Brennstoff-Luft-Mischung mit λ > 1 ,5 erzeugt.
Das Gas aus den zweiten Gasdüsen 66 mischt sich entlang der Durchströmung der Kanäle 56 sehr gut mit der Luft, die als Teil des mageren Brennstoff-Luft- Gemisches in die Eintrittsöffnung 62 eintritt, so dass an den Austrittsöffnungen 66 ein sehr gut durchmischtes fettes Brennstoff-Luft-Gemisch in die Mischzone 32 eintritt, die zwischen den Austrittsöffnungen 66 und dem stromabwärtigen Ende der Vormischvorrichtung 14 gebildet ist.
Durch den Drallerzeuger 16 wird der den rohrförmigen Innenkörper 52
durchströmende Teil des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches verdrallt; diese Verdrallung verdrallt auch das sich in der Mischzone 32 einstellende Gemisch, so dass insgesamt durch die Vermischung des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches und des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches ein zündfähiges Brennstoff-Luft- Gemisch erzeugt wird, an dem durch die Drallerzeugungseinrichtung 34 ein Drall erzeugt wird.
Dem durch das Innere des Innenkörpers 52 durchströmenden Anteil des mageren Brennstoff-Luft-Gemischs wird durch die dritten Gasdüsen 70 Brennstoff hinzugefügt, so dass sich hier ebenfalls erst am stromabwärtigen Ende der Vormischvorrichtung 14 ein zündfähiges Gemisch ergibt.
Weiter kann durch die Öldüse 72 flüssiger Brennstoff hinzugefügt werden.
So liegen innerhalb des Brennerrohres 12 räumlich getrennte Vormischzonen 36, 44 vor, in denen sich jeweils Brennstoff-Luft-Gemische befinden bzw. dort erzeugt und gemischt werden, deren Brennstoff-Luft- Verhältnisse außerhalb des zündfähigen Bereichs liegen. Dies vermeidet die Gefahr eines
Flammenrückschlags, selbst bei niedrigen Leistungen oder geringen
Strömungsgeschwindigkeiten.
Mit dieser Anordnung und dem hierdurch durchführbaren Vornnischverfahren kann demnach ein sicheres Verbrennungsverfahren durchgeführt werden, mit dem nur sehr wenig NOx-Emissionen entstehen und mit dem hohe Leistungen (auch oberhalb 3 MW) erzeugt werden können, wobei ein sehr großer Leistungsbereich (mehrere Größenordnungen) bei sicherem Betrieb ohne Flammenrückschlag eingestellt werden kann. Somit kann ein Low NOx-Brenner mit hohem
Dynamikumfang geschaffen werden.
In den Fig. 3 und 4 ist eine weitere Ausgestaltung des Brennerkopfes 10 mit der Vormischvorrichtung 14 dargestellt, wobei hier die Fett-Gemisch-Vormischzone 36 zentral, beispielsweise innerhalb des Innenkörpers 52, ausgebildet ist, und die Mager-Gemisch-Vormischzone 44 außen angeordnet ist. Auch hier erfolgt eine Vermischung zu einem zündfähigen Gemisch erst nahe der Mündung des
Brennerrohres 12. Die Brenner der unterschiedlichen Ausführungsformen können mit reiner
Verbrennungsluft betrieben werden; es ist aber auch möglich, eine nicht dargestellte Abgasrückführung vorzusehen, die Abgase aus dem Brennraum stromaufwärts der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Luftzuführeinrichtungen 38, 46 der Verbrennungsluft zuführt.
Bezugszeichenliste:
10 Brennerkopf
12 Brennerrohr
14 Vorm isch Vorrichtung
16 Drallerzeuger
18 Drallströmung
20 Vormischzone
22 Brennkammer
24 interne Abgaszirkulation
26 Flamme
30 Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung
32 Mischzone
34 Drallerzeugungseinrichtung
36 Fett-Gemisch-Vormischzone
38 Fett-Gemisch-Luftzuführeinrichtung
40 Fett-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung
42 Mager-Gemisch-Vormischeinrichtung
44 Mager-Gemisch-Vormischzone
46 Mager-Gemisch-Luftzuführeinrichtung
48 Mager-Gemisch-Brennstoffzuführeinrichtung
50 zentraler Bereich
52 rohrförmiger Innenkörper
54 äußere Bereich
56 Kanal
58 Begrenzungswand
60 stromaufwärtiges Ende
62 Eintrittsöffnung
64 stromabwärtiges Ende
66 Austrittsöffnung
68 erste Gasdüse
66 zweite Gasdüse
68 Gasverteiler
70 dritte Gasdüsen
72 Öldüse 74 Zündelektrode
76 Drallstauscheibe
78 Gitter
80 Schwenkflansch
82 Gaseinlass

Claims

Ansprüche:
1 . Vormischverfahren zum Vormischen von Brennstoff mit Luft vor
Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemisches, umfassend:
a) Erzeugen eines fetten Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Brennstoff-Luft- Verhältnis oberhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnisses, b) Zuführen von Luft zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch, um ein
zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch zu erhalten, und
c) Verdrallen des in Schritt a2) oder b2) erhaltenen zündfähigen Brennstoff- Luft-Gemischs.
2. Vormischverfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt b) den Schritt
b1 ) Erzeugen eines mageren Brennstoff-Luft-Gemischs mit einem Brennstoff-
Luft-Verhältnis unterhalb eines zündfähigen Brennstoff-Luft-Verhältnis umfasst, wobei das Zuführen von Luft zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch durch Zuführen des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches zu dem fetten Brennstoff- Luft-Gemisch erfolgt, um so das zündfähige Brennstoff-Luft-Gemisch zu erhalten.
3. Vormischverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt a) umfasst:
Erzeugen des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches mit einem
Verbrennungsluftverhältnis λ > 1 ,5 und/oder
dass Schritt b1 ) umfasst:
Erzeugen des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches mit einem
Verbrennungsluftverhältnis λ < 0,5.
4. Vormischverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Schritt a) in einer sich in einer Luftströmungsrichtung erstreckenden Fett- Gemisch-Vormischzone (36) durchgeführt wird, an deren in Luftströmungsrichtung vorderen Ende eine Fett-Gemisch-Brennstoffzufuhr und eine Fett-Gemisch- Luftzufuhr erfolgt und an deren in Strömungsrichtung hinteren Ende das Zuführen von Luft des Schrittes b) erfolgt, und/oder
dass Schritt b1 ) in einer sich in einer Luftströmungsrichtung erstreckenden Mager- Gemisch-Vormischzone (44) durchgeführt wird, an deren in Luftströmungsrichtung vorderen Ende eine Mager-Gemisch-Brennstoffzufuhr und eine Mager-Gemisch- Luftzufuhr erfolgt und an deren in Strömungsrichtung hinteren Ende das Zuführen zu dem fetten Brennstoff-Luft-Gemisch erfolgt.
5. Vormischverfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das fette Brennstoff-Luft-Gemisch aus der Fett-Gemisch-Vormischzone (36) und das magere Brennstoff-Luft-Gemisch aus der Mager-Gemisch-Vormischzone (44) in einer sich in Luftströmungsrichtung erstreckenden Mischzone (32) vermischt werden und einer in Luftströmungsrichtung hinter der Mischzone (32) angeordneten Drallerzeugungseinrichtung (34) zum Durchführen des Schritts c) zugeführt werden.
6. Vormischverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schritt a) oder b1 ) umfasst:
Zuführen von Abgas, so dass das fette bzw. magere Brennstoff-Luft-Gemisch ein fettes bzw. mageres Brennstoff-Luft-Abgas-Gemisch ist.
7. Vormischverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen, mehrere oder alle der folgenden Schritte:
7.1 Erzeugen eines Luftstroms und Hinzufügen von Brennstoff, insbesondere gasförmigen Brennstoff, zu dem Luftstrom und Vermischen von Luft und Brennstoff entlang einer sich in Luftströmungsrichtung erstreckenden Vormischzone (20), insbesondere als Teil von Schritt a); Durchführen des Vormischverfahrens in einem Brennerkopf (10), an dessen Brennerkopfende die Verbrennung stattfindet;
Durchführen des Vormischverfahrens in einem Flammrohr oder
Brennerkopf roh r oder einem Brennerrohr (12) eines Gebläsebrenners, Verwenden einer Fett-Gemisch-Vormischzone (36), die mehrere getrennte Kanäle (56) aufweist, die sich in einer ringförmigen verteilten Anordnung um einen zentralen Bereich der Mager-Gemisch-Vormischzone (44) befinden; Vermischen von Brennstoff und Luft in getrennten Vormischzonen (20), wobei das fette Brennstoff-Luft-Gemisch in Umfangsrichtung eines
Brennerrohres (12) verteilt angeordneten getrennten Kanälen (56) erzeugt wird und das magere Brennstoff-Luft-Gemisch in einem zentralen Bereich (50) und in äußeren Bereichen (54) einer Mager-Gemisch-Vormischzone (44) erzeugt wird, wobei die äußeren Bereiche (54) alternierend zu den Kanälen (56) angeordnet sind;
Zuführen von Luft oder mageres Brennstoff-Luft-Gemisch an einem stromaufwärtigen Ende (60) eines jeden Kanals (56) und Erzeugen des fetten Brennstoff-Luft-Gemisch durch Zuführen von Brennstoff in dem Kanal (56), insbesondere an dem stromaufwärtigen Ende (60), zu der Luft oder dem mageren Brennstoff-Luft-Gemisch und Vermischen entlang der Erstreckung des Kanals (56);
als Teil von Schritt c): Verdrallen von mageren Brennstoff-Luft-Gemisch aus einem zentralen Bereich (50) einer Mager-Gemisch-Vormischzone (44) und Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs durch Hinzufügen zu dem verdrahten mageren Brennstoff-Luft-Gemisch; und/oder
als Teil von Schritt c): Verdrallen von mageren Brennstoff-Luft-Gemisch aus einem zentralen Bereich (50) einer Mager-Gemisch-Vormischzone (44) und Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs durch Hinzufügen von fettem Brennstoff-Luft-Gemisch zu dem verdrahten mageren
Brennstoff-Luft-Gemisch, so dass zündfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch in der verdrahten Strömung (18) erzeugt wird und das Verdrallen des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs gleichzeitig mit seiner Erzeugung erfolgt.
8. Verbrennungsverfahren zum Verbrennen eines Brennstoff-Luft-Gemisches, umfassend Durchführen des Vormisch Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche und
Verbrennen des verdrahten zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemischs.
9. Vormischvorrichtung (14), insbesondere zum Durchführen des
Vormischverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend:
eine Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung (30) zum Erzeugen eines fetten
Brennstoff-Luft-Gemisches, wobei die Fett-Gemisch-Vormischeinrichtung (30) eine Fett-Gemisch-Luftzufuhreinrichtung (38) zum Zuführen von Luft, eine Fett- Gemisch-Brennstoffzufuhreinrichtung (40) zum Zuführen von Brennstoff und eine Fett-Gemisch-Vormischzone (36) zum Vermischen von Luft aus der Fett-Gemisch- Luftzufuhreinrichtung (38) und Brennstoff aus der Fett-Gemisch- Brennstoffzufuhreinrichtung (40) aufweist, sowie
eine Mischzone zum Vermischen des fetten Brennstoff-Luft-Gemisches mit zusätzlicher Luft, um ein zündfähiges Brennstoff-Luft-Gennisch zu erzeugen, und eine Drallerzeugungseinrichtung (34) zum Erzeugen eines Dralls an dem zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisch.
10. Vormischvorrichtung (14) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Mager-Gemisch-Vormischeinrichtung (42) zum Erzeugen eines mageren Brennstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist, wobei die Mager-Gemisch- Vormischeinrichtung (42) eine Mager-Gemisch-Luftzufuhreinrichtung (46) zum Zuführen von Luft, eine Mager-Gemisch-Brennstoffzufuhreinrichtung (48) zum Zuführen von Brennstoff und eine Mager-Gemisch-Vormischzone (44) zum
Vermischen von Luft aus der Mager-Gemisch-Luftzufuhr und Brennstoff aus der Mager-Gemisch-Brennstoffzufuhreinrichtung (48) aufweist, wobei sowohl die Fett- Gemisch-Vormischeinrichtung (30) als auch die Mager-Gemisch- Vormischeinrichtung (42) gemeinsam in die Mischzone (32) münden, um das fette Brennstoff-Luft-Gemisch und das magere Brennstoff-Luft-Gemisch zum Bilden des zündfähigen Brennstoff-Luft-Gemisches zu vermischen.
1 1 . Vorm isch Vorrichtung (14) nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Abgasrückführeinrichtung zum Zuführen von Abgas zu der Fett- Gemisch-Luftzufuhreinrichtung (38) und/oder der Mager-Gemisch- Luftzufuhreinrichtung (46) vorgesehen ist.
12. Vormischvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Fett-Gemisch-Vormischzone (36) und/oder die Mager-Gemisch- Vormischzone (44) mehrere sich in einer Luftströmungsrichtung erstreckende Kanäle (56) aufweisen, die nebeneinander oder alternierend nebeneinander angeordnet sind.
13. Vormischvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
gekennzeichnet durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale:
13.1 dass die Mager-Gemisch-Vormischzone (44) einen zentralen Bereich (50) aufweist, wobei zumindest Bereiche der Fett-Gemisch-Vormischzone (36) um den zentralen Bereich (50) herum angeordnet sind;
13.2 dass die Fett-Gemisch-Vormischzone (36) Kanäle (56) aufweist, die um den zentralen Bereich (50) herum verteilt angeordnet sind; und/oder
13.3 dass zwischen benachbarten Kanälen (56) jeweils ein äußerer Bereich (54) der Mager-Gemisch-Vormischzone (44) angeordnet ist;
13.4 dass jeder Kanal (56) rohrförmige Begrenzungswände (58) aufweist, wobei ein stromaufwärtiges Ende (60) des Kanals (56) eine Eintrittsöffnung (62) aufweist und ein stromabwärtiges Ende (64) des Kanals (56) eine Austrittsöffnung (66) aufweist; und/oder
13.5 dass an einem stromabwärtigen Ende (64) eines Kanals (56) der Fett- Gemisch-Vormischzone (44) innerhalb von Kanal-Begrenzungswänden (58) eine Brennstoffdüse vorgesehen ist.
14. Brennerkopf (10) umfassend ein Brennerrohr (12) und eine in dem
Brennerrohr (12) angeordnete Vormischvorrichtung (14) nach einem der
Ansprüche 9 bis 13.
15. Brenner, insbesondere Gebläsebrenner, umfassend einen Brennerkopf (10) nach Anspruch 14 und/oder eine Vormischvorrichtung (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 13.
PCT/EP2018/051994 2017-02-02 2018-01-26 Vormischverfahren, dieses verwendendes verbrennungsverfahren sowie vormischvorrichtung und damit versehener brenner WO2018141647A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18706403.5A EP3577394A1 (de) 2017-02-02 2018-01-26 Vormischverfahren, dieses verwendendes verbrennungsverfahren sowie vormischvorrichtung und damit versehener brenner
US16/483,178 US11421872B2 (en) 2017-02-02 2018-01-26 Premixing method, combustion principle using said method and premixing device and burner provided therewith
CN201880012247.1A CN110582671B (zh) 2017-02-02 2018-01-26 预混方法、燃烧方法、预混装置、燃烧器头及燃烧器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017102085.3 2017-02-02
DE102017102085.3A DE102017102085A1 (de) 2017-02-02 2017-02-02 Vormischverfahren, dieses verwendendes Verbrennungsverfahren sowie Vormischvorrichtung und damit versehener Brenner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018141647A1 true WO2018141647A1 (de) 2018-08-09

Family

ID=61256894

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/051994 WO2018141647A1 (de) 2017-02-02 2018-01-26 Vormischverfahren, dieses verwendendes verbrennungsverfahren sowie vormischvorrichtung und damit versehener brenner

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11421872B2 (de)
EP (1) EP3577394A1 (de)
CN (1) CN110582671B (de)
DE (1) DE102017102085A1 (de)
WO (1) WO2018141647A1 (de)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4329971A1 (de) * 1993-09-04 1995-03-16 Johannes W Graat Brennereinrichtung für einen gasartigen Brennstoff
DE19850958A1 (de) * 1998-11-05 2000-05-11 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Stabilisieren des Flammenrandes eines Brenners, insbesondere Drallbrenners
US20040018461A1 (en) * 2002-03-16 2004-01-29 George Stephens Burner with low NOx emissions
US20040241601A1 (en) * 2002-03-16 2004-12-02 Spicer David B. Burner tip for pre-mix burners
US20070207426A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 Maxon Corporation Industrial burner
EP2369231A1 (de) * 2010-03-09 2011-09-28 Honeywell Technologies Sarl Mischvorrichtung für einen Gasbrenner
EP2525150A1 (de) 2011-05-18 2012-11-21 Riello S.p.A. Vormischungsbrenner
EP2286149B1 (de) 2008-04-30 2013-09-11 Gas Point S.R.L. Vormischgasbrenner
EP2713105A1 (de) 2012-09-27 2014-04-02 Systema Polska Sp. zo. o Verbrennungskopf für Vormischgasbrenner und Brenner mit einem solchen Verbrennungskopf

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1264668B (de) * 1962-03-14 1968-03-28 Hans Maile Fabrik Fuer Gasbren Gasbrenner mit mittig angeordneter Zuendung
US4173118A (en) * 1974-08-27 1979-11-06 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Fuel combustion apparatus employing staged combustion
DE2812511C2 (de) * 1978-03-22 1984-05-10 Kaminag AG, Luzern Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe, insbesondere Heizöl
DE4216523C2 (de) * 1992-05-19 1997-01-23 Webasto Thermosysteme Gmbh Brenner für ein mit flüssigem Brennstoff betriebenes Heizgerät, insbesondere Fahrzeugzusatzheizgerät
US5454712A (en) * 1993-09-15 1995-10-03 The Boc Group, Inc. Air-oxy-fuel burner method and apparatus
DE69617290T2 (de) * 1995-01-13 2002-06-13 Europ Gas Turbines Ltd Verbrennungsgerät für Gasturbinenmotor
US20070089417A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-26 Khanna Vivek K Catalytic reformer with upstream and downstream supports, and method of assembling same
FR3018900B1 (fr) * 2014-03-19 2016-04-15 Yahtec Dispositif de bruleur a pre melange gaz
CN205351318U (zh) * 2015-11-27 2016-06-29 北京航天动力研究所 一种旋流强度可调式空气分级低NOx气体燃烧器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4329971A1 (de) * 1993-09-04 1995-03-16 Johannes W Graat Brennereinrichtung für einen gasartigen Brennstoff
DE19850958A1 (de) * 1998-11-05 2000-05-11 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Stabilisieren des Flammenrandes eines Brenners, insbesondere Drallbrenners
US20040018461A1 (en) * 2002-03-16 2004-01-29 George Stephens Burner with low NOx emissions
US20040241601A1 (en) * 2002-03-16 2004-12-02 Spicer David B. Burner tip for pre-mix burners
US20070207426A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 Maxon Corporation Industrial burner
EP2286149B1 (de) 2008-04-30 2013-09-11 Gas Point S.R.L. Vormischgasbrenner
EP2369231A1 (de) * 2010-03-09 2011-09-28 Honeywell Technologies Sarl Mischvorrichtung für einen Gasbrenner
EP2525150A1 (de) 2011-05-18 2012-11-21 Riello S.p.A. Vormischungsbrenner
EP2713105A1 (de) 2012-09-27 2014-04-02 Systema Polska Sp. zo. o Verbrennungskopf für Vormischgasbrenner und Brenner mit einem solchen Verbrennungskopf

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017102085A1 (de) 2018-08-02
US11421872B2 (en) 2022-08-23
EP3577394A1 (de) 2019-12-11
US20200232639A1 (en) 2020-07-23
CN110582671B (zh) 2022-09-27
CN110582671A (zh) 2019-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4416650A1 (de) Verbrennungsverfahren für atmosphärische Feuerungsanlagen
DE69024081T2 (de) Verfahren zur Verbrennung mit Gasvormischung und eine Verbrennungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP0777081B1 (de) Vormischbrenner
CH622081A5 (de)
WO2001096785A1 (de) Verfahren zum betrieb eines brenners sowie brenner mit gestufter vormischgas-eindüsung
DE102016125526B3 (de) Mischvorrichtung und Brennerkopf für einen Brenner mit reduziertem NOx-Ausstoß
DE4446945A1 (de) Gasbetriebener Vormischbrenner
WO2005095864A1 (de) Mehrfachbrenneranordnung zum betrieb einer brennkammer sowie verfahren zum betreiben der mehrfachbrenneranordnung
EP1235033B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Ringbrennkammer sowie eine Ringbrennkammer
DE10104695A1 (de) Vormischbrenner sowie Verfahren zum Betrieb eines derartigen Vormischbrenners
EP1754937B1 (de) Brennkopf und Verfahren zur Verbrennung von Brennstoff
DE102004027702A1 (de) Injektor für Flüssigbrennstoff sowie gestufter Vormischbrenner mit diesem Injektor
EP2171354B1 (de) Brenner
EP2037173B1 (de) Brennerkopf und Verfahren zur einstufigen Verbrennung von Brennstoff in einer vom Brennerkopf beabstandeten Verbrennungszone
DE1429133B1 (de) Gasbrennerduese
DE4242003A1 (de) Prozesswärmeerzeuger
DE4422535A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Feuerungsanlage
WO2018141647A1 (de) Vormischverfahren, dieses verwendendes verbrennungsverfahren sowie vormischvorrichtung und damit versehener brenner
EP3940293A1 (de) Verfahren zur gestuften verbrennung eines brennstoffes und brennkopf
EP2288852B1 (de) Verfahren zum betreiben eines vormischbrenners und ein vormischbrenner zur durchführung des verfahrens
DE19542644B4 (de) Vormischverbrennung
DE19704802A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff
EP3748228A2 (de) Brenner mit reduzierter flammentemperatur und stickoxidausstoss
EP1559955B1 (de) Brenner
EP1555484A2 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinen-Brennkammer

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18706403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018706403

Country of ref document: EP

Effective date: 20190902