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WO1992020964A1 - Verfahren und brenner zur schadstoffarmen verbrennung - Google Patents

Verfahren und brenner zur schadstoffarmen verbrennung Download PDF

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WO1992020964A1
WO1992020964A1 PCT/EP1992/001108 EP9201108W WO9220964A1 WO 1992020964 A1 WO1992020964 A1 WO 1992020964A1 EP 9201108 W EP9201108 W EP 9201108W WO 9220964 A1 WO9220964 A1 WO 9220964A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
air
flame tube
orifice
exhaust gas
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP1992/001108
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael G. May
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.)
SCI MERCIMMO
Original Assignee
SCI MERCIMMO
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 SCI MERCIMMO filed Critical SCI MERCIMMO
Publication of WO1992020964A1 publication Critical patent/WO1992020964A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details
    • F23D11/40—Mixing tubes; Burner heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/50—Control of recirculation rate
    • 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 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/09002—Specific devices inducing or forcing flue gas recirculation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11402—Airflow diaphragms at burner nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/11403—Flame surrounding tubes in front of burner nozzle

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous combustion of flowable fuels with air in a forced air burner, which has a burner head with a flame tube, fuel introduction means and ignition means.
  • the combustion air is supplied to the burner head in a manner known per se, at least in part in the form of air jets, through a nozzle plate which generates the air jets, as a result of which one or more vacuum areas are formed in the flame tube in the manner of an injector pump. which can suck in exhaust gases and / or combustion products from the atmosphere surrounding the flame tube.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method.
  • DE-A1-3 821 526 discloses a method and a device for combusting fuel, the fuel, namely a mineral oil, being reformed and cracked in the initial zone of the combustion chamber by hot flue gases.
  • the fuel for example heating oil, natural gas, coal dust, coal granules, etc.
  • Burner head is conveyed by means of Electrodes or pilot flame ignited and burned in the air stream.
  • gaseous and liquid fuels - for example oil, natural gas, oil and natural gas fractions - are burned in air, as is done on a large scale for direct and indirect energy generation, it is known that pollutants are produced.
  • the object of the invention is to develop a combustion method and a device suitable for carrying it out, in which a substantial reduction in the pollutant content in the exhaust gas, a safe and reliable mode of operation and a structurally simplified implementation are achieved , so that easy and correct maintenance is possible even by non-specialists.
  • a solution to this task is sought with the best cost-benefit ratio.
  • a temperature-dependent control or regulation of the opening cross-sections provided in the wall of the burner head by means of movable closure means enables a desired adjustment of the mass flow of the recirculated exhaust gases as a function of their temperature, which is particularly desirable during the starting process for a stable flame formation . Furthermore, it is provided to arrange the air jets in such a way that a multi-dimensional layering of axial, radial and circumferential types of Fuel, recirculated exhaust gas and air in the flame tube is reached. The process falls below the strictest emission limit values in the world, the Swiss emissions standards. In this case, only the burner head of the otherwise conventional forced draft burner is replaced by a burner head according to the invention with a fuel distribution which may be matched to it, which corresponds to an extremely economical solution.
  • the diameters of the air jets are preferably larger in the central area than in the peripheral area, so that the beam lengths of the air jets are advantageously adapted in this way and the central area has larger free jet lengths, as a result of which the flame is desirably stretched becomes what contributes to the reduction of nitrogen oxide formation.
  • all flowable, i.e. flowable fuels are burned, including those that can be brought into flowable form, which can be achieved by mixing solid, finely divided fuels with a flowable, possibly also inert, material, e.g. Coal dust with air or exhaust gas, coal dust with oil, etc.
  • FIG. 1 a burner head according to the invention in longitudinal section
  • FIG. 2 a front view of the burner head according to FIG. 1,
  • FIG. 3 a nozzle plate in top view
  • Figure another burner head according to the invention in a partially sectioned front view
  • FIGS 1 to 5 are schematic representations; the constructive details in the implementation may differ.
  • a burner head 1 with its flame tube 2 is shown schematically in longitudinal section in FIG.
  • the burner head 1 is installed in a suitable opening in a wall 31 of a combustion chamber, for example a boiler.
  • the interior of the combustion chamber is to the right of the wall 31 in FIG. 1.
  • the inflow of the air conveyed by the blower (not shown) and intended for combustion is indicated by the arrow 3.
  • fuel is also supplied from the same side, here liquid fuel as an example, which is atomized in a swirl nozzle 4 in the direction of an annular, known spray ring 5. A considerable part of the fuel reefing evaporates and gasifies on this spray ring 5.
  • a nozzle plate 6 has larger openings 7 and smaller openings 8, by means of which the combustion air supplied is divided into a plurality of individual jets, indicated by arrows 7 'and 8'.
  • the openings 8 are lengthened by pipe connections 13.
  • a diaphragm 10, which is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the tube, is assigned downstream of the nozzle plate 6, and the spray ring 5 is fastened to it by means of supports 11. It is important that the open cross section 10 ′ of the diaphragm 10 is larger than the sum of all cross sections that are formed by the openings 7 and 8 in the nozzle plate 6.
  • the cross section 10 ' is shaped and so large that the fuel jet atomized by the nozzle 4 does not strike the surface parts of the diaphragm 10.
  • Ignition electrodes not shown, have their spark gap X in the region 30.
  • Another, advantageous spark position is represented by the electrodes 30 '.
  • openings in the flame tube 2 and 14 closing means for the openings 12 are designated and shown. Exhaust gas from the combustion chamber can enter the flame tube 2 in controllable quantities through the openings 12.
  • a ring 22 is connected by means of pins 21 to individual bimetal strips 20, the bimetal strips 20 in turn being firmly connected to the nozzle plate 6 at their end facing away from pin 21.
  • the openings 12 in the flame tube 2 are completely or predominantly closed, and with increasing temperature they are opened more and more by the action of the bi-metal strips 20. As a result, good starting and burning behavior of the flame is always achieved.
  • a flame-holding device for example a flame-holding ring 24, can expediently be arranged downstream of the spray ring 5 in the burner heads of the above design which are subject to specific loads.
  • This ring is shown in dashed lines in Figure 1.
  • Additional flame holders which are tabs 23, which are fastened or formed on the periphery of the panel 10 (cf. also FIG. 2) and can be entangled with the plane of the panel 10. Two or more tabs 23 can be present on the inner circumference of the diaphragm 10 his; the opening 10 'can have any shape, for example circular, square (FIG. 2), hexagonal, otherwise polygonal or other.
  • Further flame holders 25 can be fastened to the spray ring 5, specifically on its circumference, which is directed against the nozzle 4.
  • the last-mentioned flame holders 25 can also be interlaced against the ring surface of the ring 5; there may be one or more flame holders.
  • FIG. 2 shows a front view of the burner head according to FIG. 1.
  • the corresponding parts are provided with the same reference numerals.
  • FIG. 3 shows a top view of a nozzle plate with the air passage openings 7 and 8 and the opening for the fuel nozzle 4.
  • the very good access possibility for exhausts recirculated radially from the outside to the central region in this embodiment is indicated by arrows 15.
  • FIGS. 4 and 5 show an embodiment of the burner according to the invention with a different shape of the air nozzles in the nozzle plate 6, in which the passage cross section of the nozzles can be changed automatically, if necessary automatically.
  • burners in particular heating burners, must always be designed for the maximum load that occurs.
  • the burner In order to enable operation in partial load, the burner must be switched on and off periodically, because a reduction in the fuel supplied results in no clean combustion and no stable flame due to the changed flow conditions in the flame tube.
  • this creates the disadvantage that increased pollutant values also occur in the exhaust gas because the burner starts up more often.
  • the invention largely avoids this disadvantage;
  • the volume flow of the combustion air can be changed, whereby an adaptation to a reduced supply of fuel is possible.
  • FIGS. 4 and 5 also show a possibility of directing the jets of the combustion air at an (usually small) angle to the longitudinal axis of the flame tube 2.
  • a fixed nozzle plate 6A which corresponds to the nozzle plate 6 in FIGS. 1 to 3, is fastened in the flame tube 2 perpendicular to the longitudinal axis. It is provided with slots 32 and one edge 33 of each slot 32 is upwards, i.e. bent into the interior of the flame tube, at an angle to the longitudinal axis of the flame tube 2. This angle ⁇ is usually only a few degrees, for example at most 15 °.
  • a slot plate 6B Under the nozzle plate 6A is a slot plate 6B, which is rotatable about the axis of the burning nozzle 4 and, aligned with the slots 32 of the nozzle plate 6A, has slots 34 which are larger than the slots 32.
  • the inner edge 35 of the slots 34 is also bent essentially parallel to the edge 33 of the plate 6A at an angle into the interior of the flame tube 2, so that a slot nozzle 7A or 8A results, as can be clearly seen in FIG.
  • the cross section of the free slot 7A, 8A can be changed by rotating the slot plate 6B.
  • the twisting the plate 6B can be done, for example, by an eccentric 36, the eccentric pin 37 of which is mounted in a bore in the nozzle plate 6A and which engages a recess 38 in the slotted plate 6B.
  • the eccentric 36 can be operated from outside the burner.
  • the slots 7A, 8A can only occupy part of the cross section of the plate 6A in the radial direction or, as shown in FIG. 4, form a connecting ring 39 in the region of the fuel nozzle 4.
  • This condition applies equally to all embodiments with round nozzles, i.e. the sum of all the circumferences of the nozzles is greater than the circumference of an imaginary circle with an area which is equal to the sum of all areas of the nozzle cross sections.
  • the mass flow of the fresh combustion air is generally smaller in parts of the area which is delimited by the flame tube 2 and the free cross section 10 'of the screen 10 and extends downstream of the screen 10 than in areas closer to the longitudinal axis of the flame tube; this is ensured since the nozzles 7 are larger than the nozzles 8.
  • the position of the nozzles 7 and 8 can be interchanged, which results in reverse flow conditions in the flame tube.
  • the nozzle 4 is advantageously designed such that the greater part of the injected fuel, namely if it is a liquid, in the above-mentioned area (in which the holding means 11 are located) for vaporization and at least partial gasification is brought.
  • the greater part of the injected fuel namely if it is a liquid
  • the holding means 11 for vaporization and at least partial gasification
  • mixtures of fuel, recirculated exhaust gas (flue gas) and air with excess fuel are formed in this area.
  • mixtures of flue gas, air and fuel with an excess of air are present in central regions of the flame tube, and this forces a radial stratification of the mixture composition, which extends in the axial direction at least over part of the length of the flame tube.
  • the guidance of the air and fuel jets is expediently adjusted so that a circumferential stratification in areas with excess air and those with insufficient air is obtained.
  • the air and the flue gases are advantageously guided in such a way that the central area of the flame tube is largely filled with exhaust gases from the area mentioned between the nozzle plate and the orifice.
  • the fuel is preferably, and as shown, central, i.e. in the longitudinal axis of the flame tube.
  • the fuel introduction means can either be designed for only one fuel, such as natural gas, heating oil, coal granules, etc., or can also operate with two or more substances, for example natural gas or heating oil and possibly also a part of natural gas and a part Heating oil can be burned at the same time, as is often desired with larger burners in the range from approx.

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Abstract

Das Verfahren zur kontinuierlichen Verbrennung von fliessfähigem Brennstoff, zum Beispiel Öl oder Gas, sieht vor, dass zwecks Verminderung der Schadstoffanteile mehrere Luftstrahlen durch eine Blendenöffnung strömen, wobei durch geeignete Anordnung dieser Luftstrahlen eine mehrdimensionale Schichtung axialer, radialer und circumferentieller Art von Brennstoff, rezirkuliertem Abgas und Luft im Flammrohr erreicht wird. Die strengsten Emissionsgrenzwerte der Welt, die Schweizer Abgasnormen, werden mittels des Verfahrens unterschritten.

Description

VERFAHREN UNO BRENNER ZUR SCHADSTOFFARMEN VERBRENNUNG.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Verbrennen von fliessfahigen Brennstoffen mit Luft in einem Gebläsebrenner, der einen Brennerkopf mit einem Flammrohr, Brennstoffeinbringungsmittel sowie Zündmittel aufweist. Dem Brennerkopf wird in an sich bekannter Weise die Verbren¬ nungsluft zumindest zum wesentlichen Teil in Form von Luft¬ strahlen durch eine Düsenplatte zugeführt, welche die Luft¬ strahlen erzeugt, wodurch nach Art einer Injektorpumpe im Flammrohr ein oder mehrere Unterdruckbereiche gebildet wer¬ den, die aus der das Flammrohr umgebenden Atmosphäre Abgase und/oder Verbrennungsendprodukte einsaugen können.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Aus¬ führung des Verfahrens.
Ein wie oben beschriebenes Verfahren lässt sich aus der WO 86/01876, veröffentlicht am 27.03.1986, entnehmen.
Ausserdem kennt man aus der DE-A1-3 821 526 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoff, wobei der Brennstoff, nämlich ein Mineralöl, in der Anfangszone des Brennraumes durch heisse Rauchgase reformiert und ge- crackt wird.
Bei der Verbrennung von Brennstoffen zur Erzeugung thermi¬ scher Energie, beispielsweise für Gebäudeheizungen, aber auch in Kraftwerken, wird in einem sogenannten Brennerkopf der Brennstoff, beispielsweise Heizöl, Erdgas, Kohlenstaub, Kohlengranulat usw. in einen Luftstrom eingeleitet, der von einem Gebläse in den Brennerkopf befördert wird, mittels Elektroden oder Zündflamme gezündet und im Luftstrom ver¬ brannt.
Bei der Verbrennung der gasförmigen und flüssigen Brenn¬ stoffe - als Beispiel seien Erdöl, Erdgas, Erdöl- und Erd¬ gasfraktionen genannt - in Luft, wie sie zur direkten und indirekten Energieerzeugung in grossem Massstab vorgenommen wird, fallen bekannterweise Schadstoffe an.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verbren¬ nungsverfahren und eine zu dessen Ausführung geeignete Vor¬ richtung zu entwickeln, bei denen eine wesentliche Verrin¬ gerung der Schadstoffanteile im Abgas, eine sichere und zu¬ verlässige Funktionsweise und eine baulich vereinfachte Verwirklichung erzielt werden, so dass eine einfache und korrekte Wartung auch durch Nichtspezialisten ermöglicht wird. Es wird eine Lösung dieser Aufgabe mit dem besten Verhältnis von Kosten zum Nutzen angestrebt.
Das erfindungsgemasse Verfahren, das diese Aufgabe zu lösen geeignet ist, bildet den Gegenstand des ersten unabhängigen Patentanspruchs, während eine besonders geeignete Vorrich¬ tung im zweiten unabhängigen Patentanspruch definiert ist. Für besondere Ausführungsformen von Verfahren und Vorrich¬ tungen sind abhängige Ansprüche aufgestellt.
Eine temperaturabhängige Steuerung oder Regelung der in der Wandung des Brennerkopfes vorgesehenen Oeffnungsquerschnit- te durch bewegbare Verschlussmittel ermöglicht eine er¬ wünschte Anpassung des Massenstromes der rückgeführten Ab¬ gase in Abhängigkeit von ihrer Temperatur, was insbesondere auch während des Startvorganges zu stabiler Ausbildung der Flamme erwünscht ist. Im weiteren ist vorgesehen, die Luft- strahlen so anzuordnen, dass eine mehrdimensionale Schich¬ tung axialer, radialer und circumferentieller Art von Brennstoff, rezirkuliertem Abgas und Luft im Flammrohr er¬ reicht wird. Die strengsten Emissionsgrenzwerte der Welt, die Schweizer Abgasnormen, werden mittels des Verfahrens unterschritten. Dabei wird lediglich der Brennerkopf des sonst herkömmlichen Gebläsebrenners durch einen erfindungs- gemässen Brennerkopf mit gegebenenfalls darauf abgestimmter Brennstoffverteilung ersetzt, was einer äusserst wirt¬ schaftlichen Lösung entspricht.
Bevorzugt werden die Durchmesser der Luftstrahlen im zen¬ tralen Bereich grösser als im peripheren Bereich ausge¬ führt, so dass hierdurch die Strahlenlängen der Luftstrah¬ len vorteilhaft angepasst werden und der zentrale Bereich grössere freie Strahllängen hat, wodurch die Flamme in wün¬ schenswerter Weise gestreckt wird, was zur Verminderung der Stickoxidbildung beiträgt.
Beim erfindungsgemässen Verfahren können sämtliche fliess¬ fahigen, d.h. strömungsfähigen Brennstoffe verbrannt werden einschliesslich solcher, die in fliessfähige Form gebracht werden können, was durch Mischen fester, feinverteilter Brennstoffe mit einem strömungsfähigen, gegebenenfalls auch inerten, Material erzielt werden kann, so z.B. Kohlenstaub zusammen mit Luft oder Abgas, Kohlenstaub mit Oel usw.
In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtungen dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 : einen erfindungsgemässen Brennerkopf im Längs¬ schnitt,
Figur 2: eine Vorderansicht des Brennerkopfes gemäss Fi¬ gur 1 ,
Figur 3: eine Düsenplatte in Draufsicht, Figur : einen anderen erfindungsgemässen Brennerkopf in teilgeschnittener Frontansicht, und
Figur 5: einen Schnitt in der Ebene V-V in Figur 4.
Die Figuren 1 bis 5 sind schematische Darstellungen; die konstruktiven Einzelheiten bei der Verwirklichung können davon abweichen.
In Figur 1 ist im Längsschnitt schematisch ein Brennerkopf 1 mit seinem Flammrohr 2 dargestellt. Der Brennerkopf 1 ist in eine geeignete Öffnung einer Wandung 31 eines Brenn¬ raumes eingebaut, beispielsweise eines Heizkessels. Das Innere des Brennraumes liegt in Figur 1 rechts von der Wan¬ dung 31. Die Einströmung der vom nicht dargestellten Geblä¬ se geförderten und zur Verbrennung bestimmten Luft ist mit dem Pfeil 3 angedeutet. Von der gleichen Seite her wird auch, wie bekannt, Brennstoff zugeführt, hier als Beispiel flüssiger Brennstoff, der in einer Dralldüse 4 in Richtung eines ringförmigen, an sich bekannten Spritzringes 5 hin zerstäubt wird. Auf diesem Spritzring 5 verdampft und ver¬ gast ein erheblicher Teil des auf reffenden Brennstoffes. Eine Düsenplatte 6 weist grössere Oeffnungen 7 und kleinere Oeffnungen 8 auf, mittels welcher die genannte zugeführte Verbrennungsluft in mehrere, durch Pfeile 7' und 8' ange¬ deutete Einzelstrahlen aufgeteilt wird. Bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, sind die Oeffnungen 8 durch ange¬ setzte Rohrstutzen 13 verlänger . Eine Blende 10, die im wesentlichen senkrecht zur Rohrlängsachse steht, ist der Düsenplatte 6 stromabwärts zugeordnet, und der Spritzring 5 ist mittels Stützen 11 an ihr befestigt. Es ist wichtig, dass der offene Querschnitt 10' der Blende 10 grösser ist als die Summe aller Querschnitte, die durch die Oeffnungen 7 und 8 in der Düsenplatte 6 gebildet werden. Ausserdem ist der Querschnitt 10' so geformt und so gross, dass der von der Düse 4 zerstäubte Brennstoffstrahl nicht auf die Flä¬ chenteile der Blende 10 auftrifft. Nicht dargestellte Zünd¬ elektroden haben ihre Funkenstrecke X im Bereich 30. Eine andere, vorteilhafte Funkenlage wird durch die Elektroden 30' dargestellt. Mit 12 sind Öffnungen im Flammrohr 2 und mit 14 Verschlussmittel für die Öffnungen 12 bezeichnet und dargestellt. Durch die Öffnungen 12 kann Abgas aus dem Brennraum in regelbaren Mengen in das Flammrohr 2 eintre¬ ten.
Zur Veränderung der Querschnitte 12 wird ein Ring 22 mit¬ tels Stiften 21 mit einzelnen Bimetallstreifen 20 verbun¬ den, wobei die Bimetallstreifen 20 ihrerseits an ihrem je¬ weils von Stift 21 abgewandten Ende mit der Düsenplatte 6 fest verbunden sind. Im Startbetrieb sind die Oeffnungen 12 im Flammrohr 2 ganz oder überwiegend verschlossen, und mit steigender Temperatur werden sie durch die Wirkung der Bi¬ metallstreifen 20 mehr und mehr geöffnet. Dadurch wird stets ein gutes Start- und Brennverhalten der Flamme er¬ reicht.
In spezifisch hochbelasteten Brennerköpfen obiger Ausfüh¬ rung kann zweckmässigerweise eine Flammhalteeinrichtung, zum Beispiel ein Flammhaltering 24, stromabwärts des Spritzringes 5 angeordnet sein. Dieser Ring ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt.
Die Stabilität der brennenden Flamme und damit eine ruhige¬ re, Schadstoffreduzierte Verbrennung wird durch weitere, zusätzliche Flammhalter erreicht. Es handelt sich um Lappen 23, die an der Peripherie der Blende 10 befestigt oder an¬ geformt sind (vgl. auch Figur 2) und gegen die Ebene der Blende 10 verschränkt sein können. Auf dem inneren Umfang der Blende 10 können zwei oder mehrere Lappen 23 vorhanden sein; dabei kann die Oeffnung 10' eine beliebige Form auf¬ weisen, z.B. kreisrund, quadratisch (Figur 2), sechseckig, sonstwie polygonal oder andere. Weitere Flammhalter 25 kön¬ nen am Spritzring 5 befestigt sein, und zwar an dessen Um¬ fang, der gegen die Düse 4 gerichtet ist. Auch die letzt¬ genannten Flammhalter 25 können gegen die Ringfläche des Ringes 5 verschränkt sein; es können ein oder mehrere Flammhalter vorhanden sein.
In Figur 2 ist eine Frontansicht des Brennerkopfes gemäss Figur 1 dargestellt. Die entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 3 zeigt in Draufsicht eine Düsenplatte mit den Luft- durchtrittsöffnungen 7 und 8 sowie die Oeffnung für die Brennstoffdüse 4. Die bei dieser Ausführung sehr gute Zu¬ trittsmöglichkeit für radial von aussen rezirkulierte Abga¬ se zum zentralen Bereich ist durch Pfeile 15 angedeutet.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform des erfin- dungsgemässen Brenners mit einer anderen Form der Luftdüsen in der Düsenplatte 6, bei der der Durchtrittsquerschnitt der Düsen von aussen, gegebenenfalls automatisch, veränder¬ bar ist.
Wie auf diesem Gebiet der Technik bekannt ist, müssen Bren¬ ner, insbesondere Heizbrenner, stets auf die vorkommende Höchstlast ausgelegt werden. Um einen Betrieb in Teillast zu ermöglichen, muss der Brenner periodisch ein- und aus¬ geschaltet werden, denn eine Verminderung des zugeführten Brennstoffes ergibt wegen der geänderten StrömungsVerhält¬ nisse im Flammrohr keine saubere Verbrennung und keine sta¬ bile Flamme mehr. Dadurch entsteht jedoch der Nachteil, dass auch dann erhöhte Schadstoffwerte im Abgas auftreten, weil der Anfahrzustand des Brenners öfter vorliegt. Die Erfindung vermeidet weitgehend diesen Nachteil; nach weiterer Erfindung kann der Mengenstrom der Verbrennungs¬ luft verändert werden, wodurch eine Anpassung an eine ver¬ ringerte Zufuhr von Brennstoff möglich wird. In den Figu¬ ren 4 und 5 ist ausserdem eine Möglichkeit dargestellt, die Strahlen der Verbrennungsluft in einem (meist geringen) Winkel zur Längsachse des Flammrohres 2 zu richten. Da¬ durch wird eine Art Drehwirbelbildung im Flammrohr 2 er¬ reicht, was die Verbrennung verbessern kann. Diese beiden Möglichkeiten, nämlich Regelung des Mengenstromes der Ver¬ brennungsluft und winkelversetzte Luftzufuhr, sind der Ein¬ fachheit halber in den Figuren 4 und 5 zu einem Bild verei¬ nigt; sie sind aber im allgemeinen getrennt zu betrachten und zu verwirklichen.
Gemäss Figuren 4 und 5 ist im Flammrohr 2 eine feste Düsen¬ platte 6A, die der Düsenplatte 6 in den Figuren 1 bis 3 entspricht, senkrecht zur Längsachse befestigt. Sie ist mit Schlitzen 32 versehen, und der eine Rand 33 jedes Schlitzes 32 ist nach oben, d.h. ins Innere des Flammroh¬ res, in einem Winkel zur Längsachse des Flammrohres 2 ab¬ gebogen. Dieser Winkel α beträgt in der Regel nur einige Grad, beispielsweise höchstens 15°.
Unter der Düsenplatte 6A liegt eine Schlitzplatte 6B an, die um die Achse der Brenndüse 4 drehbar ist und, fluchtend mit den Schlitzen 32 der Düsenplatte 6A, Schlitze 34 auf¬ weist, die grösser sind als die Schlitze 32. Der innere Rand 35 der Schlitze 34 ist im wesentlichen parallel zum Rand 33 der Platte 6A ebenfalls im Winkel ins Innere des Flammrohrs 2 abgebogen, so dass sich eine Schlitzdüse 7A bzw. 8A ergibt, wie in Figur 5 gut zu sehen ist. Durch Verdrehen der Schlitzplatte 6B kann der Querschnitt des freien Schlitzes 7A, 8A verändert werden. Das Verdrehen der Platte 6B kann beispielsweise durch einen Exzenter 36 geschehen, dessen exzentrischer Stift 37 in einer Bohrung der Düsenplatte 6A gelagert ist und der an einer Ausnehmung 38 in der Schlitzplatte 6B angreift. Der Exzenter 36 kann von ausserhalb des Brenners bedient werden.
Die Schlitze 7A, 8A können in radialer Richtung nur einen Teil des Querschnitts der Platte 6A einnehmen oder, wie in Figur 4 gezeigt, im Bereich der Brennstoffdüse 4 einen ver¬ bindenden Ring 39 bilden. Bei dieser Ausführungsform ist also im Grunde nur eine Luftzutrittsdüse vorhanden; als Be¬ dingung gilt jedoch, dass der Umfang der Düsenöffnung, d.h. des freien Luftdurchtrittsquerschnitts, grösser ist als der Umfang eines Kreises mit der gleichen Fläche. Diese Bedin¬ gung gilt gleichermassen für alle Ausführungsformen mit runden Düsen, d.h. die Summe aller Umfange der Düsen ist grösser als der Umfang eines gedachten Kreises mit einer Fläche, die gleich der Summe aller Flächen der Düsenquer¬ schnitte ist.
Beim Betrieb des erfindungsgemässen Brenners ist der Mas¬ senstrom der frischen Verbrennungsluft in Teilräumen des Bereichs, der vom Flammrohr 2 und dem freien Querschnitt 10' der Blende 10 begrenzt wird und sich stromabwärts der Blende 10 erstreckt, in der Regel kleiner als in Bereichen näher an der Längsachse des Flammrohres; dafür ist gesorgt, da die Düsen 7 grösser sind als die Düsen 8. Jedoch kann die Lage der Düsen 7 und 8 miteinander vertauscht werden, wodurch sich umgekehrte Strömungsverhältnisse im Flammrohr ergebe .
Die Düse 4 ist vorteilhaft so ausgebildet, dass der grös- sere Teil des eingespritzten Brennstoffes, nämlich wenn es sich dabei um eine Flüssigkeit handelt, im oben genannten Bereich (in dem etwa die Haltemittel 11 liegen) zur Ver- dampfung und mindestens teilweisen Vergasung gebracht wird. Dadurch werden in diesem Bereich Gemische aus Brennstoff, rezirkuliertem Abgas (Rauchgas) und Luft mit Brennstoff- überschuss gebildet. In zentralen Bereichen des Flammrohrs liegen dagegen Gemische aus Rauchgas, Luft und Brennstoff mit Luftüberschuss vor, und mann erzwingt derart eine ra¬ diale Schichtung der Gemischzusammensetzung, die sich in Axialrichtung mindestens über einen Teil der Länge des Flammrohres erstreckt.
Die Führung der Luft- und der Brennstoffstrahlen wird zweckmässig so eingestellt, dass man eine circumferentielle Schichtung in Gebiete mit Luftüberschuss und solche mit Luftmangel erhält. Die Führung der Luft und der Rauchgase erfolgt mit Vorteil so, dass der zentrale Bereich des Flammrohrs weitgehend mit Abgasen aus dem genannten Bereich zwischen Düsenplatte und Blende aufgefüllt wird. Dabei wird, vorzugsweise und wie gezeigt, der Brennstoff zentral, d.h. in der Längsachse des Flammrohrs, zugeführt.
Die Brennstoffeinbringungsmittel können entweder für nur einen Brennstoff, wie zum Beispiel Erdgas, Heizöl, Kohlen¬ granulat usw. ausgelegt sein oder aber auch einen Betrieb mit zwei oder mehr Stoffen ermöglichen, wobei zum Beispiel Erdgas oder Heizöl und gegebenenfalls auch ein Teil Erdgas und ein Teil Heizöl gleichzeitig verbrannt werden können, wie dies bei grosseren Brennern im Bereich ab ca. 1 MW Heizleistung vielfach erwünscht ist.
In der Zeichnung sind als Beispiel zwei mögliche räumliche Anordnungen der Zündfunkenstrecken X gezeigt, nämlich bei 30 und bei 30'. Es kann je nach Bauart des Brenners erfor¬ derlich sein, die Lage der Funkenstrecke X zu verändern. Dies liegt im Können des Fachmannes und kann durch einfache Versuche ermittelt werden. Brennerköpfe der beschriebenen Art zeigen gutes Startver¬ halten, erfordern keine Wartung und ergeben vernachlässig¬ bare Brenngeräusche. Auch geht der überraschend einfache Aufbau einher mit noch überraschenderen, sehr niedrigen Schadstoffbildungen und ausserst breitem Regelbereich, was von Kesselherstellern und Brennerservicestellen sehr be- grüsst wird.

Claims

PATENTANSPRUECHE
1. Verfahren zum kontinuierlichen Verbrennen von fliessfa¬ higen Brennstoffen mit Luft mittels eines Gebläsebrenners, der einen Brennerkopf mit einem Flammrohr, Brennstoffein- bringungsmittel sowie Zündmittel aufweist, und wobei dem genannten Brennerkopf zumindest ein wesentlicher Teil der Verbrennungsluft in Form von Luftstrahlen durch eine Düsen¬ platte zugeführt wird, wodurch im Flammrohr mindestens ein Unterdruckbereich nach Art einer Injektorpumpe erzeugt wird, mit dem Abgase und/oder Verbrennungsendprodukte ange¬ saugt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der ge¬ nannte Unterdruck durch eine im Flammrohr angebrachte Blen¬ de stabilisiert wird, deren Durchtrittsquerschnitt grösser ist als die Summe aller Durchtrittsquerschnitte der Düsen, dass der eingebrachte Brennstoff nicht direkt auf die dem Brennerkopf zugewandten Flächen der Blende auftrifft, und dass in den Raum vor der Blende Abgas aus dem das Flammrohr umgebenden Raum abgesaugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des angesaugten Abgases eingestellt bzw. geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an angesaugtem Abgas derart geregelt werden, dass mit zunehmender Temperatur die Menge an angesaugtem Abgas zunimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenstrom der Verbrennungsluft im Flammrohr so einge- stellt wird, dass er in Teilgebieten des vom Flammrohr und dem freien Querschnitt der Blende begrenzten und sich stromabwärts der Blende erstreckenden Bereiches kleiner ist als in näher zur Mittelachse des Flammrohres gelegenen Be¬ reichen, und dass ein grösserer Teil des eingebrachten Brennstoffes stromabwärts der Blendenöffnung zur Verdamp¬ fung und mindestens teilweisen Vergasung gebracht wird, wo¬ durch in diesem Bereich Gemische aus Brennstoff, rezirku¬ liertem Abgas und Luft mit Brennstoffüberschuss gebildet werden, wogegen in zentraleren Bereichen Gemische aus Ab¬ gas, Luft und Brennstoff mit Luftüberschuss vorliegen, so dass eine radiale Schichtung der Gemischzusammensetzung er¬ zwungen wird, die sich axial über zumindest eine Teillänge des Flammrohres erstreckt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Führung der Luft und der Brennstoff- strahlen derart getroffen wird, dass eine circumferentielle Schichtung in Gebiete mit Luftmangel und solche mit Luft¬ überschuss resultiert.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden An¬ sprüchen, bei dem der Brennstoff ins Flammrohr zentral ein¬ geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Luft und Rauchgas so erfolgt, dass der zentrale Bereich des Flammrohres weitgehend mit Abgasen aus dem genannten Be¬ reich zwischen Düsenplatte und Blende aufgefüllt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , unter Verwendung eines flüs¬ sigen Brennstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenn¬ stoff in Richtung auf einen der Blende nachgeschalteten Spritzring gelenkt wird und ein erheblicher Teil dieses Brennstoffes auf diesem Spritzring verdampft und teilweise vergast wird. 8. Vorrichtung zum kontinuierlichen Verbrennen von fliess- fähigem Brennstoff unter Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 mittels Gebläse¬ brennern, die einen Brennerkopf (1) mit einem Flammrohr (2), Brennstoffeinbringungsmittel (4), eine Düsenplatte (6) mit Düsen (7, 8) zur Luftzufuhr und Zündmittel (30, 30') aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts der genannten Düsenplatte (6) mindestens eine Blende (10) an¬ geordnet ist, wobei der freie Blendenquerschnitt (10') grösser als die Summe aller freien Luftdurchtrittsquer- schnitte der Düsenplatte (Düsen 7,
8) ist, und dass in der Wand des genannten Brennerkopfes (1 ) zwischen der Düsen¬ platte (6) und der Blende (10) Durchtrittsöffnungen (12) zum Ansaugen von Abgasen aus dem den Brennerkopf umgebenden Bereich in den Bereich zwischen Düsenplatte (6) und Blende (10) angeordnet sind, und dass ferner die Einbringung des Brennstoffes derart ausgebildet ist, dass er die stromauf- wärtige Seite der Blende (10) im Betriebszustand des Bren¬ ners nicht trifft, sondern durch den genannten freien Blen¬ denquerschnitt (10') hindurchtritt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der freie Luftdurchtrittsquerschnitt der Luftzufuhrdü¬ sen veränderlich einstellbar ausgestaltet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Luftzufuhrdüsen Schlitzdüsen (7A, 8A) sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Luftzufuhrdüsen (7, 8; 7A, 8A) mit der Längsachse des Flammrohres (2) einen Winkel (α) von vorzugsweise 0 bis 15° bildet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe des Umfangs der bzw. aller Luftzufuhrdüsen grösser ist als der Umfang des Kreises mit dem gleichen Flächeninhalt der Düse bzw. der Summe aller Düsen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Blende (10) Flammhalter (23) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flammhalter (23) Teile der Blende (10) sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Verschlussteile (14) zum Verändern der genannten Durchtrittsquerschnitte (12) des Abgases vorgesehen sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungsmechanismen (20, 21) zum Verändern der ge¬ nannten Durchtrittsquerschnitte derart vorgesehen sind, dass mit zunehmender Temperatur des genannten angesaugten Abgases der freie Durchtrittsquerschnitt zunimmt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der angesaugten Abgasmenge ein die Durchtr-ittsöffnungen (12) mehr oder weniger abdeckender Ring (22) vorgesehen ist, der über Stifte (21) mit einzel¬ nen Bimetallstreifen (20) verbunden ist, welche an ihrem vom Stift (21) abgewandten Bereich mit der Düsenplatte (6) fest verbunden sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenplatte (6) mit ins Flammrohr reichenden rohr- förmigen Ansätzen (13) versehen ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Luftzufuhreinrichtungen und der Brennstoffstrahlen derart getroffen wird, dass im Flammrohr eine circumferentielle Schichtung in Gebiete mit Luftmangel und Luftüberschuss resultiert (Figur 3).
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 8 bis 19, gekennzeichnet durch einen der Blende (6) nachgeschalteten Spritzring (5), der im Innern des Flammrohres (2) konzentrisch zu den Brennstoffeinbringungs- mitteln (4) derart angeordnet ist, dass ein erheblicher Teil des Brennstoffes auf diesen Spritzring auftrifft, dort verdampft und gegebenenfalls teilweise vergast.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass am Spritzring (5) mindestens ein Flammhalter (25) vor¬ gesehen ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass als Flammhalter mehrere, über den Umfang des Spritz¬ ringes (5) verteilte Lappen (25) vorgesehen sind, die an den Spritzring angeformt und verschränkbar sind.
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