WO2019224050A1 - Fuel nozzle system - Google Patents

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WO2019224050A1
WO2019224050A1 PCT/EP2019/062314 EP2019062314W WO2019224050A1 WO 2019224050 A1 WO2019224050 A1 WO 2019224050A1 EP 2019062314 W EP2019062314 W EP 2019062314W WO 2019224050 A1 WO2019224050 A1 WO 2019224050A1
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burner
fuel
nozzle system
substances
fuel nozzle
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Jens TE KAAT
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Kueppers Solutions Gmbh
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    • 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
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    • F23D2900/14641—Special features of gas burners with gas distribution manifolds or bars provided with a plurality of nozzles

Definitions

  • the invention relates to a burner with reduced flame temperature.
  • a burner For the combustion of the fuel mixed with an oxygen carrier, a burner is used with a burner head, which essentially has a tubular channel in which the oxygen carrier, for example air, flows out via a fan and thereby reacts with the fuel, for example gas, mixed, which is passed through a distribution system in a tubular channel.
  • An ignition device ignites the mixture of oxygen carrier and fuel, which initiates combustion.
  • burner heads are a burden on the environment, since they release nitrogen oxides NO x produced in the combustion into the atmosphere. Therefore, burners with torch heads have already been developed, which can reduce the production of these oxides.
  • a burner head in which the reduction of the nitrogen oxides is achieved by means of distributor devices during the supply of the fuel.
  • the distributor is located inside the front part of the supply air for the combustion air and consists of annular spaces which are perpendicular to the axis of the feed tube and limited by mutually coaxial rings which are interconnected by spacers.
  • a burner head for burners with a tubular body for the supply of an oxygen carrier in a combustion chamber in which one or more pipelines are provided for supplying a fuel into the combustion chamber, wherein the pipes in the tubular body run and supplied via a feed channel with the fuel.
  • a converging transition piece is provided at the end of the tubular body which projects into the combustion chamber, the convergence pointing into the interior of the combustion chamber.
  • At least one igniting direction located in the tubular f-body in the vicinity of the converging transition piece is provided, wherein the exit opening of each piping for supplying the fuel is within a zone of the tubular body which limits by the convergence of the transition pieces is located in the inclined wall surface of the transition piece, whereby the fuel flow passes substantially to the outside and in the zone of greater flow velocity of the oxygen carrier stream.
  • the gas flow is directed against the outside of the air flow, which is accelerated as it passes through the converging transition piece and entrains the gas flow far into the interior of the combustion chamber.
  • the acceleration of the air flow causes a suppression in the area of the combustion chamber, so that part of the flue gases produced during combustion are returned to the flame. This achieves a reduction in the flame temperature and a lower nitrogen oxide concentration.
  • generic combustion devices which convert chemical energy into thermal energy in a firing process.
  • at least one oxidizing agent preferably air or oxygen
  • a fuel in the combustion chamber in a continuous burned reaction under heat release.
  • the heated exhaust gases are released through the opening to the free environment and can be used, for example, in all types of heaters, drying plants, thermal afterburning facilities, environmental systems, hardening furnaces or in other process engineering plants.
  • purified gases such as municipal, long-distance, natural gas or liquefied petroleum gas, as well as their mixtures, come into consideration as fuel.
  • fuel oil, kerosene and other liquid or pasty fuels can be burned.
  • the burners generally known from the prior art can be divided into two categories.
  • the first category includes burners in which the oxidant with the fuel as a mixture is injected into the combustion chamber. Such burners are also referred to as premix burners.
  • burners of the second category have a separate supply of the oxidant and of the fuel up to the combustion chamber, so that mixing of the two substances only takes place there.
  • the burners of the first category have the advantage that the mixture of oxidizing agent and fuel is available in a very homogeneous mixture in the combustion chamber, the disadvantage is that absolute safety against flashbacks is not given. Such flashbacks are excluded in second category burners by the separate supply of oxidant and fuel.
  • the homogeneity of the mixture in the combustion chamber is not optimal. In any case, it is worse than the mixture obtained by first category burners.
  • the invention therefore aims to combine the advantages of burners of the second category with the advantages of the burners of the first category, that is, on the one hand to reliably exclude flashbacks, but at the same time to ensure a high homogeneity of the mixture and thus both the flame temperature , as well as to minimize the nitrogen emission.
  • the aim is to achieve the best possible combination of safety and optimal combustion.
  • a fuel nozzle system which is arranged essentially circularly and which is set up to produce a homogeneous lean and at least one inner ring a homogeneous, richer mixture, in particular a fuel / oxidizer mixture, on at least one outer ring ,
  • a homogeneous lean and at least one inner ring a homogeneous, richer mixture, in particular a fuel / oxidizer mixture
  • on at least one outer ring smaller and on the at least one inner ring larger outlet nozzles are present.
  • These two mixtures should burn as separate as possible during combustion in order to keep the flame temperature low.
  • the mixture which is leaner on the at least one outer ring and the mixture which is more greasy on the at least one inner ring flow into a common combustion chamber in which the optimum combustion takes place.
  • the leaner on the at least one outer ring and the on the at least one inner ring greasy mixture are jointly supplied to the combustion in the combustion chamber.
  • a homogeneous lean and on the at least one inner ring a homogeneous fetteres mixture is adjustable.
  • the fuel nozzle system is designed so that the outlet direction of the substances, but in particular of the Oxida- sector, can be selectively influenced.
  • the resulting different twist or differently directed mass flow leads to a possible long-term separation, ie separation or non-mixing of the inner homogeneous fat and the outer homogeneous lean mixture during combustion.
  • the flame temperature, and thus also the nitrogen oxide formation in both areas is significantly reduced, whereby an optimal, near-stoichiometric combustion still takes place with respect to the overall process, in which the interior and exterior areas are considered together.
  • the direction of the substances, in particular of the fuel can be influenced by an oblique position of the outlet nozzles. It has been found that an outflow of the fuel or gas at an angle to the air swirl also has particularly positive effects on the homogeneity of the respective fuel / oxidizer mixture.
  • an at least double-walled tube is provided between the inner and the outer ring, through which the fuel flows.
  • the advantage of this solution is that the "slipstream" of the double-walled tube prevents mixing from the inner richer area to the outer lean area.
  • two at least double-walled concentric tubes are provided, through which the fuel flows.
  • a device for igniting the burner is provided.
  • these ignition devices in particular ignition electrodes, disturb the flow of the gas and the oxidizer least and therefore do not lead to poor homogeneity.
  • a device for flame monitoring in particular a UV flame sensor, a
  • IR flame sensor or an ionization be arranged. This also means that the flow is impeded as little as possible.
  • the speed of the substances, in particular of the oxidizer in the fuel nozzle system can be selectively influenced. It is advantageous to let the outside air or the oxygen flow somewhat faster than inside.
  • Fig. 1 is an overall view of the half-cut burner
  • FIG. 2 shows an overall view of the fuel nozzle system from the front
  • Fig. 3 is an overall view of the fuel nozzle system from the rear;
  • FIG. 4 shows a cross section through a fuel nozzle system according to the invention with smaller outlet nozzles arranged on an outer ring and arranged on an inner ring;
  • Fig. 5 is a perspective view of the fuel nozzle system;
  • Fig. 6 an alternative embodiment
  • Fig. 7 shows a detail with inclined outlet nozzles.
  • a fuel nozzle system 5 of a generally designated 1 burner 1 has a housing 2 with a combustion tube 3, which has an opening 4 at the end facing away from this housing 2.
  • the housing 2 has two separate channels 6, 7, through which different substances, in particular a fuel and an oxidizer, flow, which mix in a combustion chamber 8, not shown in more detail.
  • the fuel nozzle system 5 is arranged substantially circular and arranged to produce a leaner mixture on at least one outer ring 12 and a richer mixture, in particular a fuel / oxidizer mixture, on at least one inner ring 13.
  • a richer mixture in particular a fuel / oxidizer mixture
  • it may have on at least one outer ring 12 smaller 14 and on at least one inner ring 13 larger outlet nozzles 15.
  • exit nozzles 14 can be present on the at least one outer ring 12 and more exit nozzles 15 on the at least one inner ring 13 than on the respective other ring 12, 13.
  • the outlet direction of the substances, in particular of the fuel, can by
  • Inclined position of the outlet nozzles 14, 15 or in another suitable manner, for example, by swirl elements 9 and / or guide plates 11 are selectively influenced.
  • valve flaps or the like on the outer ring 12 a leaner and on the inner ring 13 a richer mixture can be adjusted.
  • the speed of the substances, in particular of the oxidizer and / or fuel can be influenced in a targeted manner.
  • an at least double-walled tube 18 located between the inner and outer ring 12, 13 an at least double-walled tube 18 through which the fuel flows. Also, two at least double-walled concentric tubes 18, 18 'can be provided, through which the fuel flows.
  • a device 20 for igniting the burner 1 may be arranged in the cross section of an at least double-walled tube 18, 18 '.
  • a device 21 for flame monitoring of the burner 1 is provided in the middle of the circular arrangement.

Abstract

The invention relates to a fuel nozzle system which is arranged in a substantially circular manner and is designed in such a way that it produces a homogeneous lean mixture on at least one outer ring and a homogeneous richer mixture, in particular a fuel/oxidant mixture, on at least one inner ring.

Description

Brennstoffdüsensvstem  Brennstoffdüsensvstem
Die Erfindung betrifft einen Brenner mit reduzierter Flammentemperatur. The invention relates to a burner with reduced flame temperature.
Für die Verbrennung des mit einem Sauerstoffträger gemischten Brennstoffs dient ein Brenner mit einem Brennerkopf, der im Wesentlichen einen rohrförmi- gen Kanal aufweist, in welchem über ein Gebläse der Sauerstoffträger, beispiels- weise Luft, ausströmt und sich dabei mit dem Brennstoff, beispielsweise Gas, vermischt, das über ein Verteilersystem in einen rohrförmigen Kanal geleitet wird. Eine Zündeinrichtung sorgt für die Entzündung der Mischung aus Sauer- stoffträger und Brennstoff, wodurch die Verbrennung eingeleitet wird. For the combustion of the fuel mixed with an oxygen carrier, a burner is used with a burner head, which essentially has a tubular channel in which the oxygen carrier, for example air, flows out via a fan and thereby reacts with the fuel, for example gas, mixed, which is passed through a distribution system in a tubular channel. An ignition device ignites the mixture of oxygen carrier and fuel, which initiates combustion.
Derartige Brennerköpfe stellen eine Belastung für die Umwelt dar, da sie bei der Verbrennung erzeugte Stickoxide NOx in die Atmosphäre abgeben. Deshalb wur- den bereits Brenner mit Brennerköpfen entwickelt, bei denen die Produktion die- ser Oxide reduziert werden kann. Such burner heads are a burden on the environment, since they release nitrogen oxides NO x produced in the combustion into the atmosphere. Therefore, burners with torch heads have already been developed, which can reduce the production of these oxides.
Aus der italienischen Patentanmeldung 85 622 - A/90 ist ein Brennerkopf be- kannt, bei dem die Reduzierung der Stickoxide mithilfe von Verteilereinrichtun- gen bei der Zuführung des Brennstoffs erreicht wird. Der Verteiler befindet sich im Inneren des vorderen Teils des Zuführrohres für die Verbrennungsluft und be- steht aus ringförmigen Zwischenräumen, die rechtwinklig zur Achse des Zuführ- rohres verlaufen und durch zueinander koaxiale Ringe begrenzt sind, die über Abstandselemente miteinander verbunden sind. From the Italian patent application 85 622 - A / 90 a burner head is known in which the reduction of the nitrogen oxides is achieved by means of distributor devices during the supply of the fuel. The distributor is located inside the front part of the supply air for the combustion air and consists of annular spaces which are perpendicular to the axis of the feed tube and limited by mutually coaxial rings which are interconnected by spacers.
Aus der weiteren italienischen Patentanmeldung VI 91 A 42 ist ein aus einem Block bestehender Brenner bekannt, bei dem die Stickoxide dadurch abgebaut werden, dass ein Teil der während der Verbrennung erzeugten Rauchgase in das Innere des Brennerkopfes zurückgeleitet wird. In der weiteren italienischen Patentanmeldung XI 91 A 166 wird ein Brenner vor- geschlagen, bei dem zur Reduzierung der Stickoxiderzeugung eine Reihe von Öffnungen in den Außenumfang des Zuführkanals für die Verbrennungsluft ein- gearbeitet sind. From the further Italian patent application VI 91 A 42 a known from a block burner is known, in which the nitrogen oxides are degraded by the fact that a part of the flue gases generated during combustion is fed back into the interior of the burner head. In the further Italian patent application XI 91 A 166, a burner is proposed in which a number of openings are worked into the outer circumference of the supply channel for the combustion air in order to reduce the nitrogen oxide production.
Aus der DE 195 42 73 B4 ist ein Brennerkopf für Brenner mit einem rohrförmigen Körper für die Zuführung eines Sauerstoffträgers in eine Brennkammer bekannt, bei dem eine oder mehrere Rohrleitungen für die Zuführung eines Brennstoffs in die Brennkammer vorgesehen sind, wobei die Rohrleitungen in dem rohrförmigen Körper verlaufen und über einen Zuführkanal mit dem Brennstoff versorgt wer- den. Zusätzlich ist ein konvergierendes Übergangsstück am Ende des rohrförmi- gen Körpers vorgesehen, das in die Brennkammer hineinragt, wobei die Konver- genz in den Innenraum der Brennkammer weist. Weiter ist wenigstens eine Zün- deinrichtung, die in dem rohrförmigen f-Körper in der Nähe des konvergierenden Übergangsstücks liegt, vorgesehen, wobei die Austrittsöffnung jeder Rohrleitung für die Zuführung des Brennstoffs innerhalb einer Zone des rohrförmigen Körpers liegt, welche durch das Konvergieren der Übergangsstücke begrenzt ist und in der geneigten Wandfläche des Übergangstückes liegt, wodurch die Brenn- stoffströmung im Wesentlichen nach Außen und in die Zone größerer Strömungs- geschwindigkeit des Sauerstoffträgerstroms gelangt. Auf diese Weise wird der Gasfluss gegen den Außenbereich der Luftströmung gerichtet, die beim Durchtritt durch das konvergierenden Übergangsstücks beschleunigt wird und darüber den Gasfluss weit in das Innere der Brennkammer mitreißt. Gleichzeitig bewirkt die Beschleunigung der Luftströmung einen Unterdrück im Bereich der Brennkam- mer, sodass ein Teil der bei der Verbrennung erzeugten Rauchgase in die Flam- me zurückgeführt wird. Hierdurch werden eine Reduktion der Flammentempera- tur und eine geringere Stickoxidkonzentration erreicht. From DE 195 42 73 B4 a burner head for burners with a tubular body for the supply of an oxygen carrier in a combustion chamber is known in which one or more pipelines are provided for supplying a fuel into the combustion chamber, wherein the pipes in the tubular body run and supplied via a feed channel with the fuel. In addition, a converging transition piece is provided at the end of the tubular body which projects into the combustion chamber, the convergence pointing into the interior of the combustion chamber. Further, at least one igniting direction located in the tubular f-body in the vicinity of the converging transition piece is provided, wherein the exit opening of each piping for supplying the fuel is within a zone of the tubular body which limits by the convergence of the transition pieces is located in the inclined wall surface of the transition piece, whereby the fuel flow passes substantially to the outside and in the zone of greater flow velocity of the oxygen carrier stream. In this way, the gas flow is directed against the outside of the air flow, which is accelerated as it passes through the converging transition piece and entrains the gas flow far into the interior of the combustion chamber. At the same time, the acceleration of the air flow causes a suppression in the area of the combustion chamber, so that part of the flue gases produced during combustion are returned to the flame. This achieves a reduction in the flame temperature and a lower nitrogen oxide concentration.
Grundsätzlich sind gattungsgemäße Brennvorrichtungen bekannt, die in einem Brennvorgang chemische Energie in thermische Energie umwandeln. Bei diesem Brennvorgang wird wenigstens ein Oxidationsmittel, bevorzugt Luft beziehungs- weise Sauerstoff, mit einem Brennstoff in der Brennkammer in einer kontinuierli- chen Reaktion unter Wärmeabgabe verfeuert. Die erhitzten Abgase werden über die Öffnung an die freie Umgebung abgegeben und können beispielsweise in Hei- zungen aller Art, Trocknungsanlagen, thermischen Nachverbrennungseinrichtun- gen, Umweltsystemen, Härteöfen oder in sonstigen verfahrenstechnischen Anla- gen genutzt werden. Als Brennstoff kommen beispielsweise handelsübliche, ge- reinigte Gase wie Stadt-, Fern-, Erd- oder Flüssiggas sowie deren Gemische in Betracht. Auch Heizöl, Petroleum sowie andere flüssige oder pastöse Brennstoffe können verfeuert werden. Basically, generic combustion devices are known which convert chemical energy into thermal energy in a firing process. In this firing process, at least one oxidizing agent, preferably air or oxygen, with a fuel in the combustion chamber in a continuous burned reaction under heat release. The heated exhaust gases are released through the opening to the free environment and can be used, for example, in all types of heaters, drying plants, thermal afterburning facilities, environmental systems, hardening furnaces or in other process engineering plants. Commercially available, purified gases such as municipal, long-distance, natural gas or liquefied petroleum gas, as well as their mixtures, come into consideration as fuel. Also fuel oil, kerosene and other liquid or pasty fuels can be burned.
Die aus dem Stand der Technik allgemein bekannten Brenner lassen sich in zwei Kategorien einteilen. In die erste Kategorie fallen Brenner, bei denen das Oxida- tionsmittel mit dem Brennstoff als Gemisch in die Brennkammer eingedüst wird. Solche Brenner werden auch als Vorgemisch-Brenner bezeichnet. Brenner der zweiten Kategorie haben im Gegensatz dazu eine getrennte Zuleitung des Oxida- tionsmittels sowie des Brennstoffs bis zur Brennkammer, sodass eine Vermi- schung beider Stoffe erst in dieser stattfindet. Die Brenner der ersten Kategorie weisen zwar den Vorteil auf, dass das Gemisch aus Oxidationsmitteln und Brenn- stoff in einer sehr homogenen Mischung in der Brennkammer zur Verfügung steht, der Nachteil ist aber, dass eine absolute Sicherheit gegen Flammrück- schläge nicht gegeben ist. Derartige Flammrückschläge sind bei Brennern der zweiten Kategorie durch die getrennte Zuführung des Oxidationsmittels und des Brennstoffes ausgeschlossen. Jedoch ist die Homogenität des Gemisches in der Brennkammer nicht optimal. Sie ist jedenfalls schlechter als das durch Brenner der ersten Kategorie erzielte Gemisch. The burners generally known from the prior art can be divided into two categories. The first category includes burners in which the oxidant with the fuel as a mixture is injected into the combustion chamber. Such burners are also referred to as premix burners. In contrast, burners of the second category have a separate supply of the oxidant and of the fuel up to the combustion chamber, so that mixing of the two substances only takes place there. Although the burners of the first category have the advantage that the mixture of oxidizing agent and fuel is available in a very homogeneous mixture in the combustion chamber, the disadvantage is that absolute safety against flashbacks is not given. Such flashbacks are excluded in second category burners by the separate supply of oxidant and fuel. However, the homogeneity of the mixture in the combustion chamber is not optimal. In any case, it is worse than the mixture obtained by first category burners.
Die Erfindung hat daher zum Ziel, die Vorteile von Brennern der zweiten Katego- rie mit den Vorteilen der Brenner der ersten Kategorie zu vereinbaren, das heißt einerseits, zuverlässig Flammrückschläge auszuschließen, jedoch gleichzeitig eine hohe Homogenität des Gemisches sicherzustellen und damit sowohl die Flam- mentemperatur, als auch den Stickstoffausstoß herabzusetzen. Es soll eine möglichst optimale Kombination zwischen Sicherheit und optimaler Verbrennung erreicht werden. The invention therefore aims to combine the advantages of burners of the second category with the advantages of the burners of the first category, that is, on the one hand to reliably exclude flashbacks, but at the same time to ensure a high homogeneity of the mixture and thus both the flame temperature , as well as to minimize the nitrogen emission. The aim is to achieve the best possible combination of safety and optimal combustion.
Diese Aufgabe wird mit einem Brenner der eingangs bezeichneten Art erfin- dungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved with a burner of the type described according to the invention with the features of claim 1.
Es wird ein Brennstoffdüsensystem zur Verfügung gestellt, das im Wesentlichen kreisrund angeordnet ist und so eingerichtet ist, dass es auf wenigstens einem äußeren Ring ein homogenes mageres und auf wenigstens einem inneren Ring ein homogenes fetteres Gemisch, insbesondere Brennstoff-Oxidator-Gemisch, er- zeugt. Dazu ist in einer ersten Ausgestaltung vorgesehen, dass auf dem wenigs- tens einen äußerem Ring kleinere und auf dem wenigstens einen inneren Ring größere Austrittsdüsen vorhanden sind. Diese beiden Gemische sollen während der Verbrennung möglichst getrennt voneinander verbrennen, um die Flammen- temperatur niedrig zu halten. Hierzu ist weiter vorgesehen, dass das auf dem wenigstens einen äußeren Ring magerere und das auf dem wenigstens einen in- neren Ring fettere Gemisch in eine gemeinsame Brennkammer einströmen, in der die optimale Verbrennung erfolgt. A fuel nozzle system is provided which is arranged essentially circularly and which is set up to produce a homogeneous lean and at least one inner ring a homogeneous, richer mixture, in particular a fuel / oxidizer mixture, on at least one outer ring , For this purpose, it is provided in a first embodiment that on the at least one outer ring smaller and on the at least one inner ring larger outlet nozzles are present. These two mixtures should burn as separate as possible during combustion in order to keep the flame temperature low. For this purpose, it is further provided that the mixture which is leaner on the at least one outer ring and the mixture which is more greasy on the at least one inner ring flow into a common combustion chamber in which the optimum combustion takes place.
Auch ist vorgesehen, dass das auf dem wenigstens einen äußeren Ring magerere und das auf dem wenigstens einen inneren Ring fettere Gemisch gemeinsam der Verbrennung in der Brennkammer zugeführt werden. It is also provided that the leaner on the at least one outer ring and the on the at least one inner ring greasy mixture are jointly supplied to the combustion in the combustion chamber.
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf dem wenigstens ei- nem äußeren Ring durch Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtungen, Ventile, Klappen oder dergleichen ein homogenes mageres und auf dem wenigstens einen inneren Ring ein homogenes fetteres Gemisch einstellbar ist. In an alternative embodiment it is provided that on the at least one outer ring by means of control and / or regulating devices, valves, flaps or the like a homogeneous lean and on the at least one inner ring a homogeneous fetteres mixture is adjustable.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist das Brennstoffdüsensystem so ausgebildet, dass die Austrittsrichtung der Stoffe, insbesondere aber des Oxida- tors, gezielt beeinflussbar ist. Der dadurch entstehende unterschiedliche Drall be- ziehungsweise unterschiedlich gerichtete Massenstrom führt zu einer möglichst lang andauernden Separierung, das heißt Trennung beziehungsweise Nichtmi- schung des inneren homogenen fetten und des äußeren homogenen mageren Gemisches während der Verbrennung. Hierdurch wird die Flammentemperatur, und somit auch die Stickoxidbildung in beiden Bereichen deutlich reduziert, wobei bezogen auf den Gesamtprozess, bei dem der Innen- und Außenbereich gemein- sam betrachtet werden, trotzdem eine optimale, nahstöchiometrische Verbren- nung stattfindet. In a further advantageous embodiment, the fuel nozzle system is designed so that the outlet direction of the substances, but in particular of the Oxida- sector, can be selectively influenced. The resulting different twist or differently directed mass flow leads to a possible long-term separation, ie separation or non-mixing of the inner homogeneous fat and the outer homogeneous lean mixture during combustion. As a result, the flame temperature, and thus also the nitrogen oxide formation in both areas, is significantly reduced, whereby an optimal, near-stoichiometric combustion still takes place with respect to the overall process, in which the interior and exterior areas are considered together.
Weiter ist vorgesehen, dass die Richtung der Stoffe, insbesondere des Brenn- stoffs, durch eine Schrägstellung der Austrittsdüsen beeinflussbar ist. Es hat sich herausgestellt, dass eine Ausströmung des Brennstoffs beziehungsweise Gases schräg zum Luftdrall ebenfalls besonders positive Auswirkungen auf die Homoge- nität des jeweiligen Brennstoffs-/Oxidator-Gemisches hat. It is further provided that the direction of the substances, in particular of the fuel, can be influenced by an oblique position of the outlet nozzles. It has been found that an outflow of the fuel or gas at an angle to the air swirl also has particularly positive effects on the homogeneity of the respective fuel / oxidizer mixture.
Als weitere Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass zwischen dem inneren und dem äußeren Ring ein mindestens doppelwandiges Rohr vorgesehen ist, durch das der Brennstoff durchströmt. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass der "Windschatten" des doppelwandigen Rohres eine Mischung vom inneren fetteren Bereich zum äußeren mageren Bereich verhindert. As a further embodiment, it is proposed that an at least double-walled tube is provided between the inner and the outer ring, through which the fuel flows. The advantage of this solution is that the "slipstream" of the double-walled tube prevents mixing from the inner richer area to the outer lean area.
In weiterer Ausgestaltung sind zwei mindestens doppelwandige konzentrische Rohre vorgesehen, durch die der Brennstoff durchströmt. Durch den ersten Gas- kanal im inneren Rohr und den zweiten Gaskanal im äußeren Rohr ist es möglich, diese separat durch Ventile oder Steuereinrichtungen, Klappen oder dergleichen anzusteuern und hiermit das Ergebnis weiter zu optimieren. In a further embodiment, two at least double-walled concentric tubes are provided, through which the fuel flows. Through the first gas channel in the inner tube and the second gas channel in the outer tube, it is possible to control these separately by valves or control devices, flaps or the like and hereby further optimize the result.
Im Querschnitt eines mindestens doppelwandigen Rohres ist eine Einrichtung zur Zündung des Brenners vorgesehen. Bei einer solchen Anordnung stören diese Zündvorrichtungen, insbesondere Zündelektroden, die Strömung des Gases und des Oxidators am wenigsten und führen daher nicht zu mangelhafter Homogeni- tät. Weiter kann im Querschnitt eines mindestens doppelwandigen Rohres auch eine Einrichtung zur Flammenüberwachung, insbesondere ein UV-Flammenfühler, ein In the cross section of an at least double-walled tube, a device for igniting the burner is provided. With such an arrangement, these ignition devices, in particular ignition electrodes, disturb the flow of the gas and the oxidizer least and therefore do not lead to poor homogeneity. Furthermore, in the cross section of an at least double-walled tube, a device for flame monitoring, in particular a UV flame sensor, a
IR-Flammenfühler oder eine Ionisationselektrode angeordnet sein. Auch dieses führt dazu, dass die Strömung möglichst wenig behindert wird. IR flame sensor or an ionization be arranged. This also means that the flow is impeded as little as possible.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Geschwindigkeit der Stoffe, insbesondere des Oxidators im Brennstoffdüsensystem gezielt beeinflussbar ist. Vorteilhaft ist es, die Außenluft oder den Sauerstoff etwas schneller als innen strömen zu lassen. Furthermore, it is provided that the speed of the substances, in particular of the oxidizer in the fuel nozzle system can be selectively influenced. It is advantageous to let the outside air or the oxygen flow somewhat faster than inside.
Auch ist es sinnvoll die Geschwindigkeit der Stoffe, insbesondere des Brennstoffs, gezielt beeinflussen zu können. Durch eine höhere Geschwindigkeit ergibt sich eine bessere Durchmischung. Durch eine Verteilung einer Vielzahl von Austritts- Öffnungen des Brennstoffdüsensystems auf eine oder mehrere Ebenen kann sich ebenfalls eine weitere Homogenitätsverbesserung erzielen lassen. It is also useful to be able to specifically influence the speed of the substances, in particular of the fuel. A higher speed results in better mixing. By distributing a plurality of outlet openings of the fuel nozzle system on one or more levels can also achieve a further improvement in homogeneity.
Um einen möglichst einfachen und breiten Einsatz des neuen Brenners zu ermög- lichen, ist vorgesehen, dass dieser kompatibel zu handelsüblichen Industriebren- nern ausgebildet ist. Seine Herstellung lässt sich durch additive Fertigungsverfah- ren vereinfachen oder überhaupt erst ermöglichen. Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Diese zeigen in In order to make the use of the new burner as easy and broad as possible, it is envisaged that it will be compatible with commercially available industrial burners. Its manufacture can be simplified or made possible by additive manufacturing processes. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings by way of example. These show in
Fig. 1 eine Gesamtansicht des zur Hälfte aufgeschnittenen Brenners; Fig. 1 is an overall view of the half-cut burner;
Fig. 2 eine Gesamtansicht des Brennstoffdüsensystems von vorne; FIG. 2 shows an overall view of the fuel nozzle system from the front; FIG.
Fig. 3 eine Gesamtansicht des Brennstoffdüsensystems von hinten; Fig. 3 is an overall view of the fuel nozzle system from the rear;
Fig. 4 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Brennstoffdüsensy- stem mit auf einem äußeren Ring angeordneten kleineren und auf einem inneren Ring angeordneten größeren Austrittsdüsen; Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Brennstoffdüsensystems; 4 shows a cross section through a fuel nozzle system according to the invention with smaller outlet nozzles arranged on an outer ring and arranged on an inner ring; Fig. 5 is a perspective view of the fuel nozzle system;
Fig. 6 eine alternative Ausgestaltung; Fig. 6 an alternative embodiment;
Fig. 7 ein Detail mit schräg gestellten Austrittsdüsen. Fig. 7 shows a detail with inclined outlet nozzles.
Ein Brennstoffdüsensystem 5 eines allgemein mit 1 bezeichneten Brenners 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Brennrohr 3 auf, das an dem diesem Gehäuse 2 abgewandten Ende eine Öffnung 4 aufweist. Das Gehäuse 2 weist zwei voneinan- der getrennte Kanäle 6, 7 auf, durch die unterschiedliche Stoffe, insbesondere ein Brennstoff und ein Oxidator durchströmen, die sich in einer nicht näher dar- gestellten Brennkammer 8 vermischen. A fuel nozzle system 5 of a generally designated 1 burner 1 has a housing 2 with a combustion tube 3, which has an opening 4 at the end facing away from this housing 2. The housing 2 has two separate channels 6, 7, through which different substances, in particular a fuel and an oxidizer, flow, which mix in a combustion chamber 8, not shown in more detail.
Das Brennstoffdüsensystem 5 ist im Wesentlichen kreisrund angeordnet und so eingerichtet, dass es auf wenigstens einem äußeren Ring 12 ein magereres und auf wenigstens einem inneren Ring 13 ein fetteres Gemisch, insbesondere Brenn- stoff-/Oxidator-Gemisch erzeugt. Hierzu kann es auf wenigstens einem äußeren Ring 12 kleinere 14 und auf wenigstens einem inneren Ring 13 größere Austritts- düsen 15 aufweisen. The fuel nozzle system 5 is arranged substantially circular and arranged to produce a leaner mixture on at least one outer ring 12 and a richer mixture, in particular a fuel / oxidizer mixture, on at least one inner ring 13. For this purpose, it may have on at least one outer ring 12 smaller 14 and on at least one inner ring 13 larger outlet nozzles 15.
Alternativ können auf dem wenigstens einen äußeren Ring 12 weniger Austritts- düsen 14 und auf dem wenigstens einen inneren Ring 13 mehr Austrittsdüsen 15, als auf dem jeweils anderen Ring 12, 13 vorhanden sein. Alternatively, fewer exit nozzles 14 can be present on the at least one outer ring 12 and more exit nozzles 15 on the at least one inner ring 13 than on the respective other ring 12, 13.
Die Austrittsrichtung der Stoffe, insbesondere des Brennstoffs, kann durch The outlet direction of the substances, in particular of the fuel, can by
Schrägstellung der Austrittsdüsen 14, 15 oder in anderer geeigneter weise zum Beispiel durch Drallelemente 9 und/oder Führungsbleche 11 gezielt beeinflusst werden. Auch kann durch nicht näher dargestellte Steuerungs- und/oder Rege- lungseinrichtung, Ventilklappen oder dergleichen auf dem äußeren Ring 12 ein magereres und auf dem inneren Ring 13 ein fetteres Gemisch einstellbar sein. In ähnlicher Weise kann die Geschwindigkeit der Stoffe, insbesondere des Oxidators und/oder Brennstoffs gezielt beeinflusst werden. In weiterer Ausgestaltung ist eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 14, 15 des Brennstoffdüsensystems 5 auf eine oder mehrere Ebenen 16, 17 verteilt. Inclined position of the outlet nozzles 14, 15 or in another suitable manner, for example, by swirl elements 9 and / or guide plates 11 are selectively influenced. Also, by means not shown in detail control and / or regulating device, valve flaps or the like on the outer ring 12 a leaner and on the inner ring 13 a richer mixture can be adjusted. Similarly, the speed of the substances, in particular of the oxidizer and / or fuel can be influenced in a targeted manner. In a further embodiment, a plurality of outlet openings 14, 15 of the fuel nozzle system 5 on one or more levels 16, 17 distributed.
In weiterer Ausgestaltung befindet sich zwischen dem inneren und äußeren Ring 12, 13 ein mindestens doppelwandiges Rohr 18, durch das der Brennstoff strömt. Auch können zwei mindestens doppelwandige, konzentrische Rohre 18, 18' vor- gesehen sein, durch die der Brennstoff strömt. In a further embodiment located between the inner and outer ring 12, 13 an at least double-walled tube 18 through which the fuel flows. Also, two at least double-walled concentric tubes 18, 18 'can be provided, through which the fuel flows.
Im Querschnitt eines mindestens doppelwandigen Rohres 18, 18' kann eine Ein- richtung 20 zur Zündung des Brenners 1 angeordnet sein. Ebenso ist eine Ein- richtung 21 zur Flammenüberwachung des Brenners 1 vorgesehen. Schließlich ist es möglich, in der Mitte der kreisrunden Anordnung ein zentrales Rohr 22 zur Eindüsung eines weiteren Brennstoffes, eines Inertgases und/oder eines Redukti- onsmittels, insbesondere Harnstoff, direkt in die Brennkammer 8 anzuordnen. In the cross section of an at least double-walled tube 18, 18 ', a device 20 for igniting the burner 1 may be arranged. Likewise, a device 21 for flame monitoring of the burner 1 is provided. Finally, it is possible, in the middle of the circular arrangement, to arrange a central tube 22 for injecting a further fuel, an inert gas and / or a reducing agent, in particular urea, directly into the combustion chamber 8.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele be- schränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. Of course, the invention is not limited to the illustrated embodiments. Further embodiments are possible without departing from the basic idea.
Bezuaszeichenliste: Bezuaszeichenliste:
1 Brenner 1 burner
2 Gehäuse  2 housings
3 Brennrohr  3 burner tube
4 Öffnung  4 opening
5 Brennstoffdüsensystem  5 fuel nozzle system
6 Kanal Brennstoff  6 channel fuel
7 Kanal Oxidator  7 channel oxidizer
8 Brennkammer  8 combustion chamber
9 Drallelement  9 swirl element
11 Führungsblech  11 guide plate
12 äußerer Ring  12 outer ring
13 innerer Ring  13 inner ring
14 Austrittsdüse  14 outlet nozzle
15 Austrittsdüse  15 outlet nozzle
16 Ebene  16 level
17 Ebene  17 level
18 doppelwandiges konzentrisches Rohr 18 double-walled concentric tube
18' doppelwandiges konzentrisches Rohr18 'double-walled concentric tube
20 Zündung 20 ignition
21 Flammenüberwachung  21 flame monitoring
22 zentrales Rohr  22 central tube

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Brenner (1) mit einem Gehäuse (2), an dem ein Brennrohr (3) angeordnet ist, wobei das Brennrohr (3) an dem an dem Gehäuse (2) abgewandten Ende eine Öffnung (4) aufweist, und wobei das Gehäuse (2) wenigstens zwei voneinander getrennte Kanäle (6, 7) aufweist, durch die unterschiedliche Stoffe, insbesondere ein Brennstoff und ein Oxidator durchströmen, die sich in einer Brennkammer (8) vermischen, A burner (1) having a housing (2) on which a combustion tube (3) is arranged, wherein the combustion tube (3) has an opening (4) at the end facing away from the housing (2), and wherein the housing (2) at least two separate channels (6, 7) through which different substances, in particular a fuel and an oxidizer flow, which mix in a combustion chamber (8),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Stoffe in einem Brennstoffdüsensystem (5) münden, das im wesentli- chen kreisrund angeordnet ist, und so eingerichtet ist, dass es auf wenigstens ei- nem äußeren Ring (12) ein magereres, auf wenigstens einem inneren Ring (13) ein fetteres Gemisch, insbesondere Brennstoff-/Oxidator-Gemisch, erzeugt. in that the substances discharge into a fuel nozzle system (5) which is substantially circular and arranged to have a leaner on at least one outer ring (12) and a richer one on at least one inner ring (13) Mixture, in particular fuel / oxidizer mixture generated.
2. Brenner (1) nach Anspruch 1, 2. burner (1) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das auf dem wenigstens einen äußeren Ring (12) magerere und das auf dem wenigstens einen inneren Ring (13) fettere Gemisch in eine gemeinsame Brennkammer einströmen. that on the at least one outer ring (12) leaner and on the at least one inner ring (13) grease flow into a common combustion chamber.
3. Brenner (1) nach Anspruch 1 und/oder 2, 3. burner (1) according to claim 1 and / or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das auf dem wenigstens einen äußeren Ring (12) magerere und das auf dem wenigstens einen inneren Ring (13) fettere Gemisch gemeinsam der Ver- brennung zugeführt werden. in that the mixture leaner on the at least one outer ring (12) and the mixture on the at least one inner ring (13) are fed together to the combustion.
4. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, 4. burner (1) according to one or more of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Stoffe in einem Brennstoffdüsensystem (5) münden, das im wesentli- chen kreisrund angeordnet ist, und auf wenigstens einem äußeren Ring (12) klei- nere (14) und auf wenigstens einem inneren Ring (13) größere Austrittsdüsen (15) aufweist. in that the substances discharge into a fuel nozzle system (5) which is arranged substantially circularly and has smaller (14) and at least one inner ring (13) larger outlet nozzles (15) on at least one outer ring (12) ,
5. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 5. burner (1) according to one or more of claims 1 to 4, characterized
dass die Stoffe in einem Brennstoffdüsensystem (5) münden, das im wesentli- chen kreisrund angeordnet ist und auf wenigstens einem äußeren Ring (12) we- niger Austrittsdüsen (14) und auf einem wenigstens inneren Ring (13) mehr Au- strittsdüsen (15) als auf dem jeweils anderen Ring (12, 13) aufweist. that the substances in a fuel nozzle system (5) open, which is arranged substantially circular and on at least one outer ring (12) of a few outlet nozzles (14) and on a at least inner ring (13) more outlet nozzles (15 ) than on the other ring (12, 13).
6. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 6. burner (1) according to one or more of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Stoffe in einem Brennstoffdüsensystem (5) münden, das im wesentli- chen kreisrund angeordnet ist, wobei auf wenigstens einem äußeren Ring (12) durch Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtungen, Ventile, Klappen oder dgl. ein mageres und auf wenigstens einem inneren Ring (13) ein fetteres Gemisch einstellbar ist. in that the substances flow into a fuel nozzle system (5) which is arranged substantially circularly, wherein on at least one outer ring (12) by means of control and / or regulating devices, valves, flaps or the like. a lean and at least one inner Ring (13) a richer mixture is adjustable.
7. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, 7. burner (1) according to one or more of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Brennstoffdüsensystem (5) so ausgebildet ist, dass die Austrittsrichtung der Stoffe, insbesondere des Oxidators, gezielt beeinflussbar ist. the fuel nozzle system (5) is designed such that the outlet direction of the substances, in particular of the oxidizer, can be influenced in a targeted manner.
8. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, 8. burner (1) according to one or more of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Richtung der Stoffe, insbesondere des Brennstoffs, durch eine Schräg- stellung der Austrittsdüsen (14, 15) beeinflussbar ist. the direction of the substances, in particular of the fuel, can be influenced by an oblique position of the outlet nozzles (14, 15).
9. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, 9. burner (1) according to one or more of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Brennstoffdüsensystem (5) so ausgebildet ist, dass die Geschwindigkeit der Stoffe, insbesondere des Oxidators, gezielt beeinflussbar ist. the fuel nozzle system (5) is designed such that the speed of the substances, in particular of the oxidizer, can be influenced in a targeted manner.
10. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, 10. burner (1) according to one or more of claims 1 to 9, characterized
dass das Brennstoffdüsensystem (5) so ausgebildet ist, dass die Geschwindigkeit der Stoffe, insbesondere des Brennstoffs, gezielt beeinflussbar ist. the fuel nozzle system (5) is designed such that the speed of the substances, in particular of the fuel, can be influenced in a targeted manner.
11. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, 11. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Vielzahl von Austrittsöffnungen (14, 15) des Brennstoffdüsensystem (5) auf eine oder mehrere Ebenen (16, 17) verteilt sind. a multiplicity of outlet openings (14, 15) of the fuel nozzle system (5) are distributed over one or more levels (16, 17).
12. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, 12. burner (1) according to one or more of claims 1 to 11,
dass die Austrittsdüsen (14, 15), insbesondere die kleineren (14) und größeren Austrittsdüsen (15) auf verschiedenen Ebenen (16, 17) liegen. in that the outlet nozzles (14, 15), in particular the smaller (14) and larger outlet nozzles (15) lie on different planes (16, 17).
13. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, 13. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zwischen innerem und äußerem Ring (12, 13) ein mindestens doppelwandi- ges Rohr (18) vorgesehen ist, durch das der Brennstoff durchströmt. that between the inner and outer ring (12, 13) an at least doppelwandi- ges tube (18) is provided, through which the fuel flows.
14. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, 14. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 13,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zwei mindestens doppelwandige konzentrische Rohre (18, 18') vorgesehen sind, durch die der Brennstoff durchströmt. in that two at least double-walled concentric tubes (18, 18 ') are provided, through which the fuel flows.
15. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, 15. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 14,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass im Querschnitt eines mindestens doppelwandigen Rohre (18, 18') eine Einri- chtung (21) zur Zündung des Brenners (1) vorgesehen ist. in that a recess (21) for igniting the burner (1) is provided in the cross-section of an at least double-walled tube (18, 18 ').
16. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, 16. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 15,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass im Querschnitt eines mindestens doppelwandige Rohre (18, 18') eine Einri- chtung (21) zur Flammenüberwachung des Brenners (1) vorgesehen ist. in that a recess (21) for monitoring the flame of the burner (1) is provided in the cross section of an at least double-walled tubes (18, 18 ').
17. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, 17. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 16,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in der Mitte der kreisrunden Anordnung ein zentrales Rohr (22) zur that in the center of the circular arrangement a central tube (22) for
Eindüsung eines weiteren Brennstoffes, eines Inertgases und/oder eines Reduk- tionsmittels, insbesondere Harnstoff, direkt in die Brennkammer (8) vorgesehen ist. Injection of a further fuel, an inert gas and / or a reduction agent, in particular urea, directly into the combustion chamber (8) is provided.
18. Brenner (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, 18. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 15,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass das Brennstoffdüsensystem in einem additiven Fertigungsverfahren herge- stellt ist. that the fuel nozzle system is manufactured in an additive manufacturing process.
19. Brenner (1) nach einem oder meheren der Ansprüche 1 bis 18, 19. Burner (1) according to one or more of claims 1 to 18,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass dieser kompatibel zu handelüblichen Industriebrennern ausgebildet ist. that it is compatible with commercially available industrial burners.
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