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EP0536556A2 - Burner for liquid and/or gaseous fuels - Google Patents

Burner for liquid and/or gaseous fuels Download PDF

Info

Publication number
EP0536556A2
EP0536556A2 EP92115625A EP92115625A EP0536556A2 EP 0536556 A2 EP0536556 A2 EP 0536556A2 EP 92115625 A EP92115625 A EP 92115625A EP 92115625 A EP92115625 A EP 92115625A EP 0536556 A2 EP0536556 A2 EP 0536556A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
secondary air
burner
tertiary
air
burner according
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92115625A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0536556A3 (en
Inventor
Rolf Dr.Dipl.Ing. Graf
Frank Dipl.Ing. Carstens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WULFF MASCHINENFABRIK und APPARATEBAU GmbH
Original Assignee
WULFF MASCHINENFABRIK und APPARATEBAU 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 WULFF MASCHINENFABRIK und APPARATEBAU GmbH filed Critical WULFF MASCHINENFABRIK und APPARATEBAU GmbH
Publication of EP0536556A2 publication Critical patent/EP0536556A2/en
Publication of EP0536556A3 publication Critical patent/EP0536556A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23C7/008—Flow control devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2204/00—Burners adapted for simultaneous or alternative combustion having more than one fuel supply
    • F23D2204/10—Burners adapted for simultaneous or alternative combustion having more than one fuel supply gaseous and liquid fuel

Definitions

  • the invention relates to a burner for liquid and / or gaseous fuels, which has in a burner housing a primary air pipe with a fuel outlet head having a fuel supply and coaxial with the primary air pipe has a secondary air pipe with a secondary air outlet at its free end and the emerging secondary air flow is directed obliquely to the burner axis.
  • a burner is the subject of DE-A-27 24 532.
  • Burners similar to the above are currently being built and are well known. They work on the principle of stage burning.
  • the combustion air flows out of these pipes axially to the burner axis.
  • the amount of air in the primary air pipe is so small that incomplete combustion takes place in the core zone of the flame.
  • the secondary air pipe limits the secondary air outlet by a secondary air duct reducing ring which tapers in diameter towards the burner axis and merges into a diffuser ring on the outlet side.
  • Such a secondary air duct reducing ring directs the secondary air flow obliquely towards the burner axis so that the secondary air is mixed in at a certain angle to the burner axis behind the primary flame with high controlled turbulence. Since the secondary air duct reducing ring merges into a diffuser on the outlet side, the burner according to the invention does not need to have a stone diffuser arranged in the boiler to stabilize the flame in order to thermally stabilize the flame formation. A stone diffuser, due to its peculiarity of heating up, significantly increases the NO x emission without, however, significantly improving the flame stability.
  • the free cross section of the secondary air outlet can be optimally adjusted according to the flame pattern to be observed when the burner is in operation, if the axial distance between the diffuser ring and the end of the primary air pipe on the air outlet side can be changed by a secondary air adjusting device.
  • a secondary air adjusting device makes it possible to change the exit velocity of the secondary air and thus also the pulse with a constant air mass flow.
  • the Volume distribution of the air mass flows of the individual stages, i.e. the primary, secondary and tertiary air can be kept constant thanks to the invention despite the change in the pulse speed. This also allows the NO x content of the exhaust gas to be reduced and the other combustion values to be optimally coordinated.
  • the structural outlay for adjusting the outlet cross section of the primary air pipe is particularly low if the secondary air duct reducing ring is axially displaceably arranged in the secondary air pipe and the secondary air adjusting device has an actuating rod which leads out of the burner housing and is connected to the secondary air reducing ring.
  • a telescopic outer tube which can be displaced by means of the secondary air adjusting device, is arranged on the primary air tube on the air outlet side.
  • the NO x emission can be further reduced in that the tertiary air pipe limits the tertiary air outlet by a tertiary air duct reducing ring which tapers in diameter in the direction of the burner axis .
  • a tertiary air flow enables a particularly complete burnout at the edge of the flame.
  • the tertiary air emerges with high pulse velocity from the tertiary air outlet designed as an annular nozzle and surrounds the flame front with an air curtain.
  • This air curtain reduces the penetration of smoke gases from the outer backflow zone into the flame front by entraining these smoke gases, as a result of which the tertiary air is strongly rendered inert and there is an interference along the flame path.
  • This expiry of Air curtain formation occurs because the secondary air duct reducing ring deflects the secondary air and then the diffuser ring forms a negative pressure area, which represents a separating layer between the secondary air flow and the tertiary air flow.
  • the tertiary air outlet is provided between the tertiary air duct reducing ring of the tertiary air tube and the diffuser ring of the secondary air tube.
  • the tertiary air duct reducing ring of the tertiary air tube is displaceable in or on the tertiary air tube and is axially displaceable by means of a tertiary air adjusting device.
  • a baffle plate is arranged in the air outlet of the primary air pipe and a mixing body is arranged inside the primary air duct at the baffle plate.
  • a baffle plate creates a vacuum region with a backflow zone which is advantageous for flame formation.
  • the baffle plate enables extremely substoichiometric operation of the primary flame with high ignition stability and a large control range.
  • the distance between the baffle plate and the mixing body is also variable and that the mixing body and the baffle plate can be retrofitted with an adjusting device.
  • the secondary air outlet is provided behind the baffle plate as seen in the flow direction and the tertiary air outlet is provided behind the secondary air outlet as seen in the flow direction.
  • the tertiary air duct reducing ring is at an angle of 30 ° to the direction of flow and the secondary air duct reducing ring is at an angle of 20 ° to the direction of flow and if the diffuser ring is at an angle of 25 ° extended to the direction of flow.
  • the burner setting is carried out in such a way that the adjustment devices are mechanically fixed after setting optimal combustion values.
  • Via a process control it is possible to set each burner operating point individually and automatically.
  • the adjustment devices are driven by an electric motor and controlled via freely programmable electronics as a function of guide variables (power, oxygen content, nitrogen oxide content, flame stability, etc.).
  • the process electronics can thus be designed so that the burner automatically adjusts to the lowest NO x values, taking into account the perfect burnout and the required output.
  • the burner is particularly suitable for the combustion of oxygen-reduced exhaust gas (turbine exhaust gases) and combustible harmful gases. Furthermore, the burner is designed so that several combustion gases / harmful gases can be burned independently of one another or simultaneously.
  • the burner is equipped with gas chambers that distribute the gases in lances, in which they are led to the burner outlet. This means that especially low calorific gases that need a support fire and harmful gases that have to be brought to a certain temperature level can be burned. Liquid waste fuels can also be burned.
  • the burner can also be operated with flue gas recirculation to reduce nitrogen oxides without any problems, while achieving a wide control range with an absolutely stable flame.
  • the burner shown in longitudinal section in FIG. 1 has a primary air pipe 2 in a burner housing 1, in which runs coaxially a fuel feed 3 designed as an oil lance and arranged in a holding pipe 3a and having a fuel outlet head 4 at its free end, which in this exemplary embodiment is an injection nozzle.
  • Further supply pipes 5 can be arranged in the primary air pipe 2, via which fuel gas is supplied and / or, for example, flue gas is returned for further NO x reduction.
  • the fuel supply 3 can also be designed for the supply of fuel gas instead of oil.
  • a mixing body 6 is arranged on the holding pipe 3a of the fuel feed 3, which is exchangeably and is held on the holding pipe 3a of the fuel feed 3 so that it can be adjusted in the longitudinal direction of the burner.
  • it is pushed with a sleeve 7 from the front onto the holding tube 3a of the fuel supply 3 and fixed in the desired position by a clamping screw 8.
  • a baffle plate 9 behind the mixing body 6, which reduces the free outlet cross section of the primary air pipe 2 in the manner of an aperture.
  • a secondary air tube 10 is arranged coaxially with the primary air tube 2, and a tertiary air tube 11 is in turn arranged coaxially for this purpose.
  • the combustion air flows through an air inlet 12 into the primary air pipe 2, an air inlet 13 into the secondary air pipe 10 and a further air inlet 14 into the tertiary air pipe 11.
  • Throttle valves 15 are arranged in the air inlets 12, 13, 14 for adjusting the amount of combustion air.
  • the secondary air tube 10 has a secondary air outlet 16, which is not aligned coaxially to the burner axis, but obliquely to it.
  • a secondary air outlet 16 which is not aligned coaxially to the burner axis, but obliquely to it.
  • at the front end of the secondary air pipe 10 there is a diameter that tapers in the direction of flow and therefore arranged conical secondary air duct reducing ring 17, which is followed by a diffuser ring 18 in the direction of flow.
  • a swirl body 21, to which the secondary air duct reducing ring 17 is attached is arranged to be axially displaceable between the primary air pipe 2 and the secondary air pipe 10 by means of an adjusting rod 20.
  • the secondary air adjusting device 19 protrudes from the rear of the burner housing 1, so that the swirl body 21 and thus also the secondary air duct reducing ring 17 and the diffuser ring 18 can be axially displaced during operation of the burner.
  • the tertiary air tube 11 forms a tertiary air outlet 22 which, just like the secondary air outlet 16, generates an air flow directed obliquely towards the burner axis.
  • a tertiary air reducing ring 23 is provided, which is held axially displaceably in the tertiary air tube 11 by means of a cylindrical tube piece 24.
  • an actuating rod 25 of a tertiary air adjusting device 26 is fastened, with which the tertiary air reducing ring 23 can be axially displaced during operation of the burner.
  • the tertiary air outlet 22 is formed by a gap which is formed between the foremost end of the diffuser ring 18 and the foremost end of the tertiary air duct reducing ring 23.
  • the secondary air outlet 16 when viewed in the flow direction, is located behind the primary air outlet and formed by the baffle plate 9 the tertiary air outlet 22 is again seen behind the secondary air outlet 16 in the flow direction.
  • the embodiment according to FIG. 2 differs from that described above in that the secondary air outlet 16 is adjusted differently.
  • the secondary air duct reducing ring 17 is firmly connected to the secondary air pipe 10.
  • an outer tube 27 is telescopically displaceable, to which the actuating rod 20 of the secondary air adjusting device 19 leads. As can be seen in FIG. 1, the outer tube 27 projects beyond the foremost edge of the primary air tube 2. If you push the outer tube 27 further forward by means of the secondary air adjusting device 19, then the free cross section of the secondary air outlet 16 is reduced.

Landscapes

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

Abstract

Bei einem Brenner, welcher zur Erzeugung einer Stufenverbrennung mit einem Primärluftstrom, einem Sekundärluftstrom und einem Tertiärluftstrom arbeitet, dient ein Sekundärluft-Reduzierring (17) dazu, den Sekundärluftstrom schräg zur Brennerachse hin umzulenken. Eine Sekundärluft-Verstelleinrichtung (19) ermöglicht es, den Auslaßquerschnitt des Sekundärluftstromes zu verstellen. Auch der Tertiärluftstrom ist durch einen Tertiärluftreduzierring (23) entsprechend gestaltet.

Figure imgaf001
In the case of a burner which works with a primary air flow, a secondary air flow and a tertiary air flow to produce a step combustion, a secondary air reduction ring (17) serves to deflect the secondary air flow obliquely towards the burner axis. A secondary air adjustment device (19) makes it possible to adjust the outlet cross section of the secondary air flow. The tertiary air flow is also designed accordingly by means of a tertiary air reducing ring (23).
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, welcher in einem Brennergehäuse ein Primärluftrohr mit einer einen Brennstoffaustrittskopf aufweisenden Brennstoffzuführung und koaxial zu dem Primärluftrohr ein Sekundärluftrohr mit einem Sekundärluftauslaß an seinem freien Ende hat und der austretende Sekundärluftstrom schräg zur Brennerachse gerichtet ist. Ein solcher Brenner ist gegenstand der DE-A-27 24 532.The invention relates to a burner for liquid and / or gaseous fuels, which has in a burner housing a primary air pipe with a fuel outlet head having a fuel supply and coaxial with the primary air pipe has a secondary air pipe with a secondary air outlet at its free end and the emerging secondary air flow is directed obliquely to the burner axis. Such a burner is the subject of DE-A-27 24 532.

Brenner ähnlich der vorstehenden Art werden derzeit gebaut und sind allgemein bekannt. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Stufenverbrennung. Hierzu weist zur Verminderung der NOx-Emission der Brenner koaxial zueinander ein Primärluftrohr, ein Sekundärluftrohr und meist zusätzlich auch ein Tertiärluftrohr auf. Aus diesen Rohren strömt die Verbrennungsluft axial zur Brennerachse aus. Die Luftmenge im Primärluftrohr ist so gering, daß in der Kernzone der Flamme eine unvollständige Verbrennung erfolgt.Burners similar to the above are currently being built and are well known. They work on the principle of stage burning. For this purpose, in order to reduce the NO x emissions of the burners, a primary air pipe, a secondary air pipe and usually also additionally a tertiary air pipe coaxially with one another. The combustion air flows out of these pipes axially to the burner axis. The amount of air in the primary air pipe is so small that incomplete combustion takes place in the core zone of the flame.

Es hat sich gezeigt, daß auch durch die Stufenverbrennung mit bekannten Brennern sich angesichts der gestiegenen Anforderungen an die Schadstoff-Emission noch keine ausreichend weite Senkung der NOx-Emissionen bei gleichzeitig hinreichender Flammenstabilität über den gesamten Betriebsbereich erreichen läßt. Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln bei einem Brenner der eingangs genannten Art eine weitere Senkung der Nox-Emission bei optimaler Verbrennung zu erreichen.It has been shown that even with the step combustion with known burners, in view of the increased requirements for pollutant emissions, it is still not possible to achieve a sufficiently wide reduction in NO x emissions with sufficient flame stability over the entire operating range. The invention is therefore based on the problem of achieving a further reduction in the No x emission with optimal combustion with the simplest possible means in a burner of the type mentioned at the beginning.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sekundärluftrohr den Sekundärluftauslaß durch einen zur Brennerachse hin sich im Durchmesser verjüngenden Sekundärluftkanal-Reduzierring begrenzt, welcher zur Auslaßseite hin in einen Diffusorring übergeht.This problem is solved in accordance with the invention in that the secondary air pipe limits the secondary air outlet by a secondary air duct reducing ring which tapers in diameter towards the burner axis and merges into a diffuser ring on the outlet side.

Durch einen solchen Sekundärluftkanal-Reduzierring wird die Sekundärluftströmung schräg zur Brennerachse hin gerichtet, so daß die Sekundärluft unter einem bestimmten Winkel zur Brennerachse hinter der Primärflamme mit hoher gesteuerter Turbulenz eingemischt wird. Da der Sekundärluftkanal-Reduzierring zur Auslaßseite in einen Diffusor übergeht, braucht der erfindungsgemäße Brenner zur Stabilisierung der Flamme keinen im Kessel angeordneten Diffusor aus Stein zu haben, um die Flammenausbildung thermisch zu stabilisieren. Ein Diffusor aus Stein erhöht aufgrund seiner Eigenart, sich aufzuheizen, erheblich die NOx-Emission, ohne dagegen die Flammenstabilität nennenswert zu verbessern.Such a secondary air duct reducing ring directs the secondary air flow obliquely towards the burner axis so that the secondary air is mixed in at a certain angle to the burner axis behind the primary flame with high controlled turbulence. Since the secondary air duct reducing ring merges into a diffuser on the outlet side, the burner according to the invention does not need to have a stone diffuser arranged in the boiler to stabilize the flame in order to thermally stabilize the flame formation. A stone diffuser, due to its peculiarity of heating up, significantly increases the NO x emission without, however, significantly improving the flame stability.

Die Verhältnisse, welche zur NOx-Bildung führen, sind bei verschiedenen Kesseln oft sehr unterschiedlich und theoretisch schwer und meist unzureichend zu erfassen. Deshalb läßt sich eine optimale Bemessung des Querschnittes des Sekundärluftaustritts nicht sicher vorherbestimmen. Der freie Querschnitt des Sekundärluftaustritts läßt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach dem beim Betreiben des Brenners zu beobachtenden Flammenbild optimal einstellen, wenn der axiale Abstand zwischen dem Diffusorring und dem luftauslaßseitigen Ende des Primärluftrohres durch eine Sekundärluft-Verstelleinrichtung veränderbar ausgebildet ist. Eine solche Sekundärluft-Verstelleinrichtung ermöglicht es, die Austrittsgeschwindigkeit der Sekundärluft und damit auch den Impuls bei konstantem Luftmassenstrom zu verändern. Die Mengenaufteilung der Luftmassenströme der einzelnen Stufen, also der Primär-, Sekundär- und Tertiärluft, kann dank der Erfindung trotz der Veränderung der Impulsgeschwindigkeit konstant gehalten werden. Auch hierdurch lassen sich der NOx-Gehalt des Abgases vermindern und die weiteren Verbrennungswerte optimal abstimmen.The conditions that lead to NO x formation are often very different for different boilers and theoretically difficult and mostly inadequate to record. Therefore, an optimal dimensioning of the cross section of the secondary air outlet cannot be predicted with certainty. According to an advantageous development of the invention, the free cross section of the secondary air outlet can be optimally adjusted according to the flame pattern to be observed when the burner is in operation, if the axial distance between the diffuser ring and the end of the primary air pipe on the air outlet side can be changed by a secondary air adjusting device. Such a secondary air adjusting device makes it possible to change the exit velocity of the secondary air and thus also the pulse with a constant air mass flow. The Volume distribution of the air mass flows of the individual stages, i.e. the primary, secondary and tertiary air, can be kept constant thanks to the invention despite the change in the pulse speed. This also allows the NO x content of the exhaust gas to be reduced and the other combustion values to be optimally coordinated.

Der bauliche Aufwand für die Verstellung des Auslaßquerschnitts des Primärluftrohres ist besonders gering, wenn der Sekundärluftkanal-Reduzierring axial verschieblich in dem Sekundärluftrohr angeordnet ist und die Sekundärluft-Verstelleinrichtung eine aus dem Brennergehäuse herausführende, mit dem Sekundärluft-Reduzierring verbundene Stellstange hat.The structural outlay for adjusting the outlet cross section of the primary air pipe is particularly low if the secondary air duct reducing ring is axially displaceably arranged in the secondary air pipe and the secondary air adjusting device has an actuating rod which leads out of the burner housing and is connected to the secondary air reducing ring.

Alternativ hierzu kann man mit etwa gleich geringem Aufwand vorsehen, daß auf dem Primärluftrohr luftauslaßseitig ein teleskopartiges, mittels der Sekundärluft-Verstelleinrichtung verschiebbares Außenrohr angeordnet ist.Alternatively, it can be provided with approximately the same effort that a telescopic outer tube, which can be displaced by means of the secondary air adjusting device, is arranged on the primary air tube on the air outlet side.

Bei einem Brenner, bei dem koaxial zu dem Sekundärluftrohr ein zu einem Tertiärluftaustritt führendes Tertiärluftrohr angeordnet ist, kann man die NOx-Emission dadurch weiter senken, daß das Tertiärluftrohr den Tertiärluftaustritt durch einen sich in Strömungsrichtung im Durchmesser zur Brennerachse hin verjüngenden Tertiärluftkanal-Reduzierring begrenzt. Ein solcher Tertiärluftstrom ermöglicht einen besonders vollständigen Ausbrand am Flammenrand. Die Tertiärluft tritt mit hoher Impulsgeschwindigkeit aus dem als Ringdüse ausgebildeten Tertiärluftauslaß und umgibt die Flammenfront mit einem Luftschleier. Dieser Luftschleier reduziert das Eindringen von Rauchgasen aus der äußeren Rückstromzone in die Flammenfront, indem er diese Rauchgase mitreißt, wodurch die Tertiärluft stark inertisiert wird und sich eine Einmischung längs des Flammenweges ergibt. Dieser Ablauf der Luftschleierbildung erfolgt deshalb, weil der Sekundärluftkanal-Reduzierring die Sekundärluft umlenkt und anschließend der Diffusorring ein Unterdruckgebiet ausbildet, welches eine Trennschicht zwischen dem Sekundärluftstrom und dem Tertiärluftstrom darstellt.In the case of a burner in which a tertiary air pipe leading to a tertiary air outlet is arranged coaxially with the secondary air pipe, the NO x emission can be further reduced in that the tertiary air pipe limits the tertiary air outlet by a tertiary air duct reducing ring which tapers in diameter in the direction of the burner axis . Such a tertiary air flow enables a particularly complete burnout at the edge of the flame. The tertiary air emerges with high pulse velocity from the tertiary air outlet designed as an annular nozzle and surrounds the flame front with an air curtain. This air curtain reduces the penetration of smoke gases from the outer backflow zone into the flame front by entraining these smoke gases, as a result of which the tertiary air is strongly rendered inert and there is an interference along the flame path. This expiry of Air curtain formation occurs because the secondary air duct reducing ring deflects the secondary air and then the diffuser ring forms a negative pressure area, which represents a separating layer between the secondary air flow and the tertiary air flow.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Tertiärluftaustritt zwischen dem Tertiärluftkanal-Reduzierring des Tertiärluftrohres und dem Diffusorring des Sekundärluftrohres vorgesehen ist.It has proven to be advantageous if the tertiary air outlet is provided between the tertiary air duct reducing ring of the tertiary air tube and the diffuser ring of the secondary air tube.

Zur Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten ist es auch beim Tertiärluftstrom vorteilhaft, wenn der Tertiärluftkanal-Reduzierring des Tertiärluftrohres in oder auf dem Tertiärluftrohr verschieblich und mittels einer Tertiärluft-Verstelleinrichtung axial verschieblich angeordnet ist.In order to adapt to different circumstances, it is also advantageous in the case of the tertiary air flow if the tertiary air duct reducing ring of the tertiary air tube is displaceable in or on the tertiary air tube and is axially displaceable by means of a tertiary air adjusting device.

Die Gesamtfunktion des Brenners und sein Schadstoffausstoß werden günstig beeinflußt, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung im Luftauslaß des Primärluftrohres eine Stauscheibe und innerhalb des Primärluftkanals bei der Stauscheibe ein Mischkörper angeordnet ist. Eine solche Stauscheibe erzeugt einen für die Flammenausbildung vorteilhaftes Unterdruckgebiet mit einer Rückströmzone. In Verbindung mit dem Sekundärluftkanal-Reduzierring ermöglicht der Stauscheibe einen äußerst unterstöchiometrischen Betrieb der Primärflamme mit hoher Zündstabilität und großem Regelbereich.The overall function of the burner and its emission of pollutants are favorably influenced if, according to another development of the invention, a baffle plate is arranged in the air outlet of the primary air pipe and a mixing body is arranged inside the primary air duct at the baffle plate. Such a baffle plate creates a vacuum region with a backflow zone which is advantageous for flame formation. In combination with the secondary air duct reducing ring, the baffle plate enables extremely substoichiometric operation of the primary flame with high ignition stability and a large control range.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß auch der Abstand zwischen der Stauscheibe und dem Mischkörper veränderbar ausgebildet ist und der Mischkörper und die Stauscheibe mit einer Verstelleinrichtung nachrüstbar sind.It has proven to be advantageous that the distance between the baffle plate and the mixing body is also variable and that the mixing body and the baffle plate can be retrofitted with an adjusting device.

Zur weiteren Verbesserung der Funktion des Brenners trägt es bei, wenn im Sekundärluftrohr in Strömungsrichtung gesehen vor dem Sekundärluftkanal-Reduzierring ein von der Sekundärluft durchströmter Drallkörper vorgesehen ist.It helps to further improve the function of the burner if a swirl body through which the secondary air flows is provided in the secondary air pipe, viewed in the flow direction, in front of the secondary air duct reducing ring.

Zur Förderung einer optimalen Flammausbildung trägt es weiterhin bei, wenn der Sekundärluftauslaß in Strömungsrichtung gesehen hinter der Stauscheibe und der Tertiärluftauslaß in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Sekundärluftauslaß vorgesehen sind.To promote optimal flame formation, it also contributes if the secondary air outlet is provided behind the baffle plate as seen in the flow direction and the tertiary air outlet is provided behind the secondary air outlet as seen in the flow direction.

Bei Betrieb des erfindungsgemäßen Brenners hat sich als besonders vorteilhaft erweisen, wenn der Tertiärluftkanal-Reduzierring mit einem Winkel von 30° zur Strömungsrichtung und der Sekundärluftkanal-Reduzierring mit einem Winkel von 20° zur Strömungsrichtung verlaufen und wenn der Diffusorring sich mit einem Winkel von 25° zur Strömungsrichtung erweitert.During operation of the burner according to the invention it has proven to be particularly advantageous if the tertiary air duct reducing ring is at an angle of 30 ° to the direction of flow and the secondary air duct reducing ring is at an angle of 20 ° to the direction of flow and if the diffuser ring is at an angle of 25 ° extended to the direction of flow.

Standardmäßig wird die Brennereinstellung derart vorgenommen, daß die Verstelleinrichtungen nach Einstellung optimaler Verbrennungswerte mechanisch fixiert werden. Über eine Prozeßsteuerung ist es jedoch möglich, jeden Brenner-Betriebspunkt individuell und automatisch einzustellen, Dann werden die Verstelleinrichtungen elektromotorisch angetrieben und über eine frei programmierbare Elektronik als Funktion von Leitgrößen (Leistung, Sauerstoffgehalt, Stickoxidgehalt, Flammenstabilität usw.) angesteuert. Damit kann die Prozeßelektronik so ausgeführt werden, daß sich der Brenner unter Berücksichtigung des einwandfreien Ausbrands und der geforderten Leistung automatisch auf niedrigste NOx-Werte einstellt.As a standard, the burner setting is carried out in such a way that the adjustment devices are mechanically fixed after setting optimal combustion values. Via a process control, however, it is possible to set each burner operating point individually and automatically. Then the adjustment devices are driven by an electric motor and controlled via freely programmable electronics as a function of guide variables (power, oxygen content, nitrogen oxide content, flame stability, etc.). The process electronics can thus be designed so that the burner automatically adjusts to the lowest NO x values, taking into account the perfect burnout and the required output.

Aufgrund der brennerkennzeichnenden Eigenart der Mengenaufteilung der Luftmassenströme in den einzelnen Stufen mit der Möglichkeit der Optimierung der Impulsgeschwindigkeiten eignet sich der Brenner besonders zur Verbrennung von sauerstoffreduziertem Abgas (Turbinenabgase) und von brennbaren Schadgasen. Weiterhin ist der Brenner so konzipiert, daß mehrere Brenngase/Schadgase unabhängig voneinander oder simultan miteinander verbrannt werden können. Dazu wird der Brenner entsprechend mit Gaskammern ausgerüstet, die die Gase in Lanzen verteilen, in denen diese zum Brenneraustritt geführt werden. Somit können besonders niederkalorische Gase, die ein Stützfeuer benötigen und Schadgase, die auf ein bestimmtes Temperaturniveau gebracht werden müssen, verbrannt werden. Ebenso können flüssige Abfallbrennstoffe verfeuert werden.Due to the characteristic of the burner that characterizes the distribution of the air mass flows in the individual stages with the possibility of optimizing the impulse speeds the burner is particularly suitable for the combustion of oxygen-reduced exhaust gas (turbine exhaust gases) and combustible harmful gases. Furthermore, the burner is designed so that several combustion gases / harmful gases can be burned independently of one another or simultaneously. For this purpose, the burner is equipped with gas chambers that distribute the gases in lances, in which they are led to the burner outlet. This means that especially low calorific gases that need a support fire and harmful gases that have to be brought to a certain temperature level can be burned. Liquid waste fuels can also be burned.

Aus diesen Eigenschaften ergibt sich zwangsläufig, daß der Brenner ebenso mit Rauchgasrückführung zur Verminderung von Stickoxiden problemlos unter Erzielung eines weiten Regelbereiches mit absolut stabiler Flamme betrieben werden kann.From these properties it is inevitable that the burner can also be operated with flue gas recirculation to reduce nitrogen oxides without any problems, while achieving a wide control range with an absolutely stable flame.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zu ihrer weiteren Verdeutlichung sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig.1
einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner,
Fig.2
einen Längsschnitt durch einen vorderen Bereich einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners.
The invention allows numerous embodiments. For their further clarification, two of them are shown in the drawing and are described below. This shows in
Fig. 1
2 shows a longitudinal section through a burner according to the invention,
Fig. 2
a longitudinal section through a front region of a second embodiment of a burner according to the invention.

Der in Figur 1 im Längsschnitt gezeigte Brenner hat in einem Brennergehäuse 1 ein Primärluftrohr 2, in dem koaxial eine als Öllanze ausgebildete, in einem Halterohr 3a angeordnete Brennstoffzuführung 3 verläuft, welche an ihrem freien Ende einen Brennstoffaustrittskopf 4 aufweist, bei dem es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Einspritzdüse handelt.The burner shown in longitudinal section in FIG. 1 has a primary air pipe 2 in a burner housing 1, in which runs coaxially a fuel feed 3 designed as an oil lance and arranged in a holding pipe 3a and having a fuel outlet head 4 at its free end, which in this exemplary embodiment is an injection nozzle.

In dem Primärluftrohr 2 können weitere Zuführrohre 5 angeordnet sein, über die Brenngas zugeführt und/oder zur weiteren NOx-Minderung beispielsweise Rauchgas zurückgeführt wird. Die Brennstoffzuführung 3 kann statt für Öl auch für die Zuführung von Brenngas ausgebildet sein.Further supply pipes 5 can be arranged in the primary air pipe 2, via which fuel gas is supplied and / or, for example, flue gas is returned for further NO x reduction. The fuel supply 3 can also be designed for the supply of fuel gas instead of oil.

In Strömungsrichtung gesehen vor dem Brennstoffaustrittskopf 4 ist auf dem Halterohr 3a der Brennstoffzuführung 3 ein Mischkörper 6 angeordnet, welcher auswechselbar und in Längsrichtung des Brenners verstellbar auf dem Halterohr 3a der Brennstoffzuführung 3 gehalten ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist er mit einer Hülse 7 von vorn her auf das Halterohr 3a der Brennstoffzuführung 3 aufgeschoben und in der gewünschten Stellung durch eine Klemmschraube 8 fixiert. In Strömungsrichtung gesehen hinter dem Mischkörper 6 befindet sich eine Stauscheibe 9, welche nach Art einer Blende den freien Austrittsquerschnitt des Primärluftrohres 2 verringert.Viewed in the flow direction in front of the fuel outlet head 4, a mixing body 6 is arranged on the holding pipe 3a of the fuel feed 3, which is exchangeably and is held on the holding pipe 3a of the fuel feed 3 so that it can be adjusted in the longitudinal direction of the burner. In this embodiment, it is pushed with a sleeve 7 from the front onto the holding tube 3a of the fuel supply 3 and fixed in the desired position by a clamping screw 8. Seen in the direction of flow, there is a baffle plate 9 behind the mixing body 6, which reduces the free outlet cross section of the primary air pipe 2 in the manner of an aperture.

Koaxial zum Primärluftrohr 2 ist ein Sekundärluftrohr 10 und hierzu wiederum koaxial ein Tertiärluftrohr 11 angeordnet. Die Verbrennungsluft strömt über einen Lufteinlaß 12 in das Primärluftrohr 2, einen Lufteinlaß 13 in das Sekundärluftrohr 10 und einen weiteren Lufteinlaß 14 in das Tertiärluftrohr 11. In den Lufteinlässen 12, 13, 14 sind Drosselklappen 15 zur Einstellung der Verbrennungsluftmenge angeordnet.A secondary air tube 10 is arranged coaxially with the primary air tube 2, and a tertiary air tube 11 is in turn arranged coaxially for this purpose. The combustion air flows through an air inlet 12 into the primary air pipe 2, an air inlet 13 into the secondary air pipe 10 and a further air inlet 14 into the tertiary air pipe 11. Throttle valves 15 are arranged in the air inlets 12, 13, 14 for adjusting the amount of combustion air.

Wichtig für die Erfindung ist, daß das Sekundärluftrohr 10 einen Sekundärluftauslaß 16 hat, welcher nicht koaxial zur Brennerachse, sondern schräg zu ihr hin ausgerichtet ist. Hierzu ist am vorderen Ende des Sekundärluftrohres 10 ein sich in Strömungsrichtung im Durchmesser verjüngender und deshalb konischer Sekundärluftkanal-Reduzierring 17 angeordnet, dem sich in Strömungsrichtung ein Diffusorring 18 anschießt.It is important for the invention that the secondary air tube 10 has a secondary air outlet 16, which is not aligned coaxially to the burner axis, but obliquely to it. For this purpose, at the front end of the secondary air pipe 10 there is a diameter that tapers in the direction of flow and therefore arranged conical secondary air duct reducing ring 17, which is followed by a diffuser ring 18 in the direction of flow.

Ebenfalls wichtig für die Erfindung ist, daß der axiale Abstand des Sekundärluft-Reduzierringes 17 von der Vorderkante des Primärluftrohres 2 mittels einer Sekundärluft-Verstelleinrichtung 19 veränderbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Primärluftrohr 2 und dem Sekundärluftrohr 10 axial mittels einer Stellstange 20 verschieblich ein Drallkörper 21 angeordnet, an dem der Sekundärluftkanal-Reduzierring 17 befestigt ist. Wie die Figur 1 zeigt, ragt die Sekundärluft-Verstelleinrichtung 19 an der Rückseite des Brennergehäuses 1 aus diesem heraus, so daß man während des Betriebs des Brenners den Drallkörper 21 und damit auch den Sekundärluftkanal-Reduzierring 17 und den Diffusorring 18 axial verschieben kann.It is also important for the invention that the axial distance of the secondary air reducing ring 17 from the front edge of the primary air pipe 2 can be changed by means of a secondary air adjusting device 19. In this exemplary embodiment, a swirl body 21, to which the secondary air duct reducing ring 17 is attached, is arranged to be axially displaceable between the primary air pipe 2 and the secondary air pipe 10 by means of an adjusting rod 20. As shown in FIG. 1, the secondary air adjusting device 19 protrudes from the rear of the burner housing 1, so that the swirl body 21 and thus also the secondary air duct reducing ring 17 and the diffuser ring 18 can be axially displaced during operation of the burner.

Das Tertiärluftrohr 11 bildet einen Tertiärluftauslaß 22, der genau wie der Sekundärluftauslaß 16 einen schräg zur Brennerachse hin gerichteten Luftstrom erzeugt. Hierzu ist ein Tertiärluft-Reduzierring 23 vorgesehen, der mit einem zylindrischen Rohrstück 24 axial verschieblich im Tertiärluftrohr 11 gehalten ist. An diesem Rohrstück 24 ist eine Stellstange 25 einer Tertiärluft-Verstelleinrichtung 26 befestigt, mit der während des Betriebs des Brenners der Tertiärluft-Reduzierring 23 axial verschoben werden kann. Der Tertiärluftauslaß 22 ist durch einen Spalt gebildet, welcher zwischen dem vordersten Ende des Diffusorringes 18 und dem vordersten Ende des Tertiärluftkanal-Reduzierringes 23 gebildet ist.The tertiary air tube 11 forms a tertiary air outlet 22 which, just like the secondary air outlet 16, generates an air flow directed obliquely towards the burner axis. For this purpose, a tertiary air reducing ring 23 is provided, which is held axially displaceably in the tertiary air tube 11 by means of a cylindrical tube piece 24. On this pipe section 24, an actuating rod 25 of a tertiary air adjusting device 26 is fastened, with which the tertiary air reducing ring 23 can be axially displaced during operation of the burner. The tertiary air outlet 22 is formed by a gap which is formed between the foremost end of the diffuser ring 18 and the foremost end of the tertiary air duct reducing ring 23.

Wie die Figur 1 erkennen läßt, befindet sich der Sekundärluftauslaß 16 in Strömungsrichtung gesehen hinter dem durch die Stauscheibe 9 gebildeten Primärluftauslaß und der Tertiärluftauslaß 22 wiederum in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Sekundärluftauslaß 16.As can be seen in FIG. 1, the secondary air outlet 16, when viewed in the flow direction, is located behind the primary air outlet and formed by the baffle plate 9 the tertiary air outlet 22 is again seen behind the secondary air outlet 16 in the flow direction.

Die Ausführungsform nach Figur 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen durch eine anders gestaltete Verstellung des Sekundärluftauslasses 16. Der Sekundärluftkanal-Reduzierring 17 ist bei dieser Ausführungsform fest mit dem Sekundärluftrohr 10 verbunden. Auf dem Primärluftrohr 2 ist teleskopartig verschiebbar ein Außenrohr 27 angeordnet, zu dem die Stellstange 20 der Sekundärluft-Verstelleinrichtung 19 führt. Wie die Figur 1 erkennen läßt, ragt das Außenrohr 27 über die vorderste Kante des Primärluftrohres 2 hinweg. Schiebt man das Außenrohr 27
mittels der Sekundärluft-Verstelleinrichtung 19 weiter nach vorn, dann wird der freie Querschnitt des Sekundärluftauslasses 16 verringert.The embodiment according to FIG. 2 differs from that described above in that the secondary air outlet 16 is adjusted differently. In this embodiment, the secondary air duct reducing ring 17 is firmly connected to the secondary air pipe 10. On the primary air tube 2, an outer tube 27 is telescopically displaceable, to which the actuating rod 20 of the secondary air adjusting device 19 leads. As can be seen in FIG. 1, the outer tube 27 projects beyond the foremost edge of the primary air tube 2. If you push the outer tube 27
further forward by means of the secondary air adjusting device 19, then the free cross section of the secondary air outlet 16 is reduced.

Auflistung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used

11
BrennergehäuseBurner housing
22nd
PrimärluftrohrPrimary air pipe
33rd
BrennstoffzuführungFuel supply
3a3a
HalterohrHolding tube
44th
BrennstoffaustrittskopfFuel outlet head
55
ZuführrohreFeed pipes
66
MischkörperMixing body
77
HülseSleeve
88th
KlemmschraubeClamping screw
99
StauscheibeBaffle plate
1010th
SekundärluftrohrSecondary air pipe
1111
TertiärluftrohrTertiary air tube
1212
LufteinlaßAir intake
1313
LufteinlaßAir intake
1414
LufteinlaßAir intake
1515
Drosselklappethrottle
1616
SekundärluftauslaßSecondary air outlet
1717th
Sekundärluftkanal-ReduzierringSecondary air duct reducing ring
1818th
DiffusorringDiffuser ring
1919th
Sekundärluft-VerstelleinrichtungSecondary air adjustment device
2020th
StellstangeControl rod
2121
DrallkörperSwirl body
2222
TertiärluftauslaßTertiary air outlet
2323
Tertiärluftkanal-ReduzierringTertiary air duct reducing ring
2424th
RohrstückPipe piece
2525th
StellstangeControl rod
2626
Tertiärluft-VerstelleinrichtungTertiary air adjustment device
2727
AußenrohrOuter tube

Claims (14)

Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, welcher in einem Brennergehäuse (1) ein Primärluftrohr (2) mit einer einen Brennstoffaustrittskopf (4) aufweisenden Brennstoffzuführung (3) und koaxial zu dem Primärluftrohr (2) ein Sekundärluftrohr (10) mit einem Sekundärluftauslaß (16) an seinem freien Ende hat und der austretende Sekundärluftstrom schräg zur Brennerachse gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärluftrohr (10) den Sekundärluftauslaß (16) durch einen zur Brennerachse hin sich im Durchmesser verjüngenden Sekundärluftkanal-Reduzierring (17) begrenzt, welcher zur Auslaßseite hin in einen Diffusorring (18) übergeht.Burner for liquid and / or gaseous fuels, which has a primary air pipe (2) in a burner housing (1) with a fuel feed (3) having a fuel outlet head (4) and, coaxially with the primary air pipe (2), a secondary air pipe (10) with a secondary air outlet ( 16) has at its free end and the emerging secondary air flow is directed obliquely to the burner axis, characterized in that the secondary air pipe (10) limits the secondary air outlet (16) by a diameter of the secondary air duct reducing ring (17) tapering towards the burner axis, which for Exhaust side merges into a diffuser ring (18). Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen dem Sekundärluft-Reduzierring (17) und dem luftauslaßseitigen Ende des Primärluftrohres (2) durch eine Sekundärluft-Verstelleinrichtung (19) veränderbar ausgebildet ist.Burner according to claim 1, characterized in that the axial distance between the secondary air reducing ring (17) and the air outlet-side end of the primary air pipe (2) is variable by a secondary air adjusting device (19). Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärluftkanal-Reduzierring (17) axial verschieblich in dem Sekundärluftrohr (10) angeordnet ist und die Sekundärluft-Verstelleinrichtung (19) eine aus dem Brennergehäuse (1) herausführende, mit dem Sekundärluft-Reduzierring (17) verbundene Stellstange (20) hat.Burner according to claim 2, characterized in that the secondary air duct reducing ring (17) is arranged axially displaceably in the secondary air pipe (10) and the secondary air adjusting device (19) has a secondary air reducing ring (17) leading out of the burner housing (1) ) connected control rod (20). Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Primärluftrohr (2) luftauslaßseitig ein teleskopartig mittels der Sekundärluft-Verstelleinrichtung (19) verschiebbares Außenrohr (27) angeordnet ist.Burner according to Claim 2, characterized in that an outer tube (27) which can be displaced telescopically by means of the secondary air adjusting device (19) is arranged on the primary air tube (2) on the air outlet side. Brenner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem koaxial zu dem Sekundärluftrohr ein zu einem Tertiärluftaustritt führendes Tertiärluftrohr angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Tertiärluftrohr (11) den Tertiärluftaustritt (22) durch einen sich in Strömungsrichtung im Durchmesser zur Brennerachse hin verjüngenden Tertiärluftkanal-Reduzierring (23) begrenzt.Burner according to at least one of the preceding claims, in which a tertiary air pipe leading to a tertiary air outlet is arranged coaxially with the secondary air pipe characterized in that the tertiary air tube (11) limits the tertiary air outlet (22) by a tertiary air duct reducing ring (23) tapering in the flow direction in diameter towards the burner axis. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tertiärluftaustritt (22) zwischen dem Tertiärluftkanal-Reduzierring (23) des Tertiärluftrohres (11) und dem Diffusorring (18) des Sekundärluftrohres (10) vorgesehen ist.Burner according to claim 5, characterized in that the tertiary air outlet (22) is provided between the tertiary air duct reducing ring (23) of the tertiary air tube (11) and the diffuser ring (18) of the secondary air tube (10). Brenner nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tertiärluftkanal-Reduzierring (23) des Tertiärluftrohres (11) in oder auf dem Tertiärluftrohr (11) verschieblich und mittels einer Tertiärluft-Verstelleinrichtung (26) axial verschieblich angeordnet ist.Burner according to claims 5 or 6, characterized in that the tertiary air duct reducing ring (23) of the tertiary air tube (11) is displaceable in or on the tertiary air tube (11) and is axially displaceable by means of a tertiary air adjusting device (26). Brenner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftauslaß des Primärluftrohres (2) eine Stauscheibe (9) und innerhalb des Primärluftrohres (2) bei der Stauscheibe (9) ein Mischkörper (6) angeordnet ist.Burner according to at least one of the preceding claims, characterized in that a baffle plate (9) is arranged in the air outlet of the primary air pipe (2) and a mixing body (6) is arranged inside the primary air pipe (2) in the baffle plate (9). Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Stauscheibe (9) und dem Mischkörper (6) veränderbar ausgebildet ist und der Mischkörper (6) und die Stauscheibe (9) mit einer Verstelleinrichtung nachrüstbar sind.Burner according to claim 8, characterized in that the distance between the baffle plate (9) and the mixing body (6) is variable and the mixing body (6) and the baffle plate (9) can be retrofitted with an adjusting device. Brenner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärluftrohr (10) in Strömungsrichtung gesehen vor dem Sekundärluftkanal-Reduzierring (17) ein von der Sekundärluft durchströmter Drallkörper (21) vorgesehen ist.Burner according to at least one of the preceding claims, characterized in that a swirl body (21) through which the secondary air flows is provided in the secondary air pipe (10) as seen in the flow direction in front of the secondary air duct reducing ring (17). Brenner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärluftauslaß (16) in Strömungsrichtung gesehen hinter der Stauscheibe (9) und der Tertiärluftauslaß (22) in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Sekundärluftauslaß (16) vorgesehen sind.Burner according to at least one of the preceding claims, characterized in that the secondary air outlet (16), seen in the flow direction, is provided behind the baffle plate (9) and the tertiary air outlet (22), seen in the flow direction, behind the secondary air outlet (16). Brenner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tertiärluftkanal-Reduzierring (23) mit einem Winkel von 30° zur Strömungsrichtung verläuft.Burner according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tertiary air duct reducing ring (23) extends at an angle of 30 ° to the direction of flow. Brenner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärluftkanal-Reduzierring mit einem Winkel von 20° zur Strömungsrichtung verläuft.Burner according to at least one of the preceding claims, characterized in that the secondary air duct reducing ring extends at an angle of 20 ° to the direction of flow. Brenner nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusorring (18) sich mit einem Winkel von 25° zur Strömungsrichtung erweitert.Burner according to at least one of the preceding claims, characterized in that the diffuser ring (18) widens at an angle of 25 ° to the direction of flow.
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