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WO2012065691A2 - Brenner mit einstellbarer rauchgasrezirkulation - Google Patents

Brenner mit einstellbarer rauchgasrezirkulation Download PDF

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WO2012065691A2
WO2012065691A2 PCT/EP2011/005541 EP2011005541W WO2012065691A2 WO 2012065691 A2 WO2012065691 A2 WO 2012065691A2 EP 2011005541 W EP2011005541 W EP 2011005541W WO 2012065691 A2 WO2012065691 A2 WO 2012065691A2
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burner
throttle device
flue gas
combustion chamber
supply channel
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Christopher Eberstein
Michael Nold
Christian Geipel
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a burner for firing a combustion chamber, with a supply channel for supplying fuel gas or combustion air in the
  • Combustion chamber wherein the burner has an inlet opening through which flue gas can flow into the supply channel.
  • a burner of the generic type is for example from the patent
  • the burner which is arranged at the bottom of the combustion chamber of a combustion furnace, comprises a first supply channel for supplying fuel gas into the combustion chamber, with an inlet opening for
  • Inlet channel incoming, pressurized fuel gas, the flue gas is sucked and mixes with the fuel gas.
  • Combustion air can be introduced into the combustion chamber via a second supply channel.
  • the outlet openings of the two supply channels are arranged adjacent, so that the
  • the flue gas suction through the burner affects the shape of the forming flame, which can be upset or otherwise deformed, for example, so that the reaction zone concentrates in a smaller space and the maximum combustion temperature increases. Due to this effect, the nitrogen oxide lowering effect of the flue gas recirculation is neutralized, but at least attenuated. In addition, a deformed flame in the combustion chamber arranged internals, such as reformer or crevices, come too close and damage them.
  • Object of the present invention is therefore to modify a burner of the generic type so that the disadvantages of the prior art can be overcome.
  • This object is achieved in that the burner comprises an adjustable throttle device, via which the flow rate of the flue gas flowing into the supply channel is adjustable.
  • Burner setting a larger or smaller flow of flue gas are sucked from the combustion chamber.
  • the flow conditions in the combustion chamber and thus the conditions for the formation of nitrogen oxides are also affected.
  • the throttle device is preferably designed so that it can be operated in the installed state of the burner from outside the combustion chamber. With their help, the size of the flow rate of the flowing into the feed channel flue gas can be changed at any time, but especially during the burner operation.
  • the burner according to the invention can be used for firing steam reformers and cracking furnaces, but also other process furnaces. Such devices are operated stationary for longer periods. This means that the
  • a variant of the burner according to the invention provides that the throttle device is connected to a Verstellellantrieb over which it is adjustable by means of a motor. This variant makes it possible, for example, to remotely control the position of the throttle device from a control room. Furthermore, the throttle device is connected to a Verstellellantrieb over which it is adjustable by means of a motor. This variant makes it possible, for example, to remotely control the position of the throttle device from a control room. Furthermore, the throttle device is connected to a Verstellellantrieb over which it is adjustable by means of a motor.
  • Throttle device are integrated into a control loop, with which the
  • Operating conditions can always be kept at a predetermined value.
  • the throttle device is part of a control loop, it may be useful if the flow rate of the inflowing into the supply channel Flue gas linear or at least approximately linear with the position of
  • Throttle device can be changed.
  • An embodiment of the invention therefore provides that the inlet opening and / or the throttle device are designed with a shape through which an at least linear in the operation of the burner
  • the throttling device usually comes into contact with aggressive gases during burner operation, the temperatures of which can be far above 1000 ° C. To its functionality even over longer periods
  • the throttle device consists wholly or partly of refractory material and / or ceramic fibers and / or a high-temperature resistant metal.
  • the throttle device comprises a disc movably arranged in the feed channel in the longitudinal direction, whose cross-sectional shape largely corresponds to the shape of the clear
  • the throttle device comprises a rotatably mounted about the longitudinal axis of the feed channel rotary valve, by the rotation of the inlet opening can be more or less narrowed.
  • the supply channel is a channel for supplying fuel gas into the combustion chamber.
  • This variant makes it possible to make the supply channel compact, since the relatively large momentum of the inflowing fuel gas can be used to effectively suck flue gas.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a preferred variant of the burner according to the invention.
  • the burner B which is arranged at the bottom A of a combustion chamber, comprises a first supply channel Z1 for supplying fuel 1 and a second supply channel Z2, via which combustion air 2 can be introduced into a combustion chamber.
  • a gas supply pipe R is arranged, which is connected to a pressurized fuel gas source (not shown) and via the fuel gas 3 in the first supply channel Z1 can be relaxed.
  • an opening C is provided which opens to the combustion chamber and can flow through the flue gas 4 from the combustion chamber to form a gas mixture 5 with the fuel gas.
  • the outlet opening F1 the gas mixture 5 can flow into the combustion chamber, wherein it communicates with combustion air 6, the second supply channel Z2 on the
  • Exit port F2 leaves, mixes and forms a reactive gas mixture.
  • a throttle device D is arranged, which comprises a disc P and a rod S firmly connected thereto.
  • the disk P whose cross section largely corresponds to the cross section of the first supply channel Z1, is movable in the vertical direction.
  • the rod S is movably mounted in the bottom of the burner B and guided by this to the outside. This makes it possible to manipulate the rod S from outside the burner B to thereby change the vertical position of the disc P in the first supply passage Z1.
  • the cross section of the inlet opening E and thus also the flow resistance for the in the first supply channel Z1 changes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner (B) zur Befeuerung eines Brennraums, mit einem Zuführungskanal (Z1) zur Zuführung von Brenngas oder Verbrennungsluft in den Brennraum, wobei der Brenner (B) eine Eintrittsöffnung (E) aufweist, über die Rauchgas (4) in den Zuführungskanal (Z1) einströmen kann. Um den Mengenstrom des in den Zuführungskanal (Z1) einströmenden Rauchgases (4) einstellen zu können, umfasst der Brenner (B) eine verstellbare Drosseleinrichtung (D).

Description

Beschreibung
Brenner mit einstellbarer Rauchgasrezirkulation
Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Befeuerung eines Brennraums, mit einem Zuführungskanal zur Zuführung von Brenngas oder Verbrennungsluft in den
Brennraum, wobei der Brenner eine Eintrittsöffnung aufweist, über die Rauchgas in den Zuführungskanal einströmen kann.
Ein Brenner der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus der Patentschrift
DE10337526 bekannt. Er erlaubt es, die maximalen Verbrennungstemperaturen durch die Rückführung von Rauchgasen zu erniedrigen und so die thermische
Stickoxidbildung zu verringern. Hierzu umfasst der Brenner, der am Boden des Brennraums eines Verbrennungsofens angeordnet ist, einen ersten Zuführungskanal zur Zuführung von Brenngas in den Brennraum, mit einer Eintrittsöffnung für
Rauchgas, die sich zum Brennraum hin öffnet. Durch das in den ersten
Zuführungskanal einströmende, druckbeaufschlagte Brenngas wird das Rauchgas angesaugt und mischt sich mit dem Brenngas. Über einen zweiten Zuführungskanal kann Verbrennungsluft in den Brennraum eingeleitet werden. Die Austrittsöffnungen der beiden Zuführungskanäle sind benachbart angeordnet, so dass sich die
Verbrennungsluft mit dem Brenngas und dem Rauchgas außerhalb des Brenners mischt.
Die Rauchgasansaugung durch den Brenner wirkt sich auf die Form der sich ausbildenden Flamme aus, die beispielsweise gestaucht oder anderweitig deformiert werden kann, so dass die Reaktionszone sich auf einen kleineren Raumbereich konzentriert und die maximale Verbrennungstemperatur ansteigt. Aufgrund dieses Effekts wird die die Stickoxidsbildung senkende Wirkung der Rauchgasrückführung neutralisiert, zumindest jedoch abgeschwächt. Darüber hinaus kann eine deformierte Flamme im Brennraum angeordneten Einbauten, wie Reformer- oder Spaltrohren, zu nahe kommen und diese beschädigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Brenner der gattungsgemäßen Art so zu modifizieren, dass die geschilderten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Brenner eine verstellbare Drosseleinrichtung umfasst, über die der Mengenstrom des in den Zuführungskanal einströmenden Rauchgases einstellbar ist.
Je nach Position der Drosseleinrichtung kann bei sonst unveränderter
Brennereinstellung ein größerer oder kleinerer Mengenstrom an Rauchgas aus dem Brennraum angesaugt werden. Hierdurch werden auch die Strömungsverhältnisse im Brennraum und damit die Bedingungen für die Stickoxidbildung beeinflusst.
Die Drosseleinrichtung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie im eingebauten Zustand des Brenners von außerhalb des Brennraums bedienbar ist. Mit ihrer Hilfe kann die Größe des Mengenstroms des in den Zuführungskanals einströmenden Rauchgases zu jeder Zeit, insbesondere jedoch während des Brennerbetriebs, verändert werden.
Der erfindungsgemäße Brenner kann für die Befeuerung von Dampfreformern und Spaltöfen, aber auch anderer Prozessöfen eingesetzt werden. Derartige Einrichtungen werden über längere Zeiträume stationär betrieben. Dies bedeutet, dass die
Einstellungen des Brenners nach seiner Zündung und einer sich evtl. anschließenden Aufheizphase unverändert bleiben. Da unter solchen Betriebsbedingungen auch die Position der Drosseleinrichtung nur selten verändert zu werden braucht, ist sinnvollerweise eine Einrichtung vorgesehen, über die seine Position händisch einstellbar ist.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, dass die Drosseleinrichtung mit einem VerStellantrieb verbunden ist, über den es mit Hilfe eines Motors verstellbar ist. Diese Variante erlaubt es beispielsweise, die Position der Drosseleinrichtung ferngesteuert von einer Leitwarte aus zu verändern. Weiterhin kann die
Drosseleinrichtung in einen Regelkreis integriert werden, mit dem die
Stickoxidbildungsrate im Brennraum auch bei zeitlich veränderlichen
Betriebsbedingungen stets auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann.
Besonders dann, wenn die Drosseleinrichtung Teil eines Regelkreises ist, kann es sinnvoll sein, wenn der Mengenstrom des in den Zuführungskanal einströmenden Rauchgases linear oder zumindest angenähert linear mit der Position der
Drosseleinrichtung verändert werden kann. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass die Eintrittsöffnung und/oder die Drosseleinrichtung mit einer Form ausgeführt werden, durch die im Betreib des Brenners ein zumindest linearer
Zusammenhang zwischen der Position der Drosseleinrichtung und der Änderung des Mengenstroms des in den Zuführungskanal einströmenden Räuchgases entsteht.
Die Drosseleinrichtung kommt während des Brennerbetriebs gewöhnlich mit aggressiven Gasen in Berührung, deren Temperaturen weit oberhalb von 1000°C liegen können. Um seine Funktionsfähigkeit auch über längere Zeiträume
gewährleisten zu können, ist es erforderlich die Drosseleinrichtung mit Materialien auszuführen, die gegenüber der heißen Brennraumatmosphäre weitgehend unempfindlich sind. Zweckmäßigerweise besteht daher die Drosseleinrichtung ganz oder zum Teil aus Feuerfestmaterial und/oder Keramikfasern und/oder einem hochwarmfesten Metall.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, dass die Drosseleinrichtung eine im Zuführungskanal in Längsrichtung beweglich angeordnete Scheibe umfasst, deren Querschnittsform weitgehend der Form des lichten
Querschnitts des Zuführungskanals entspricht und die je nach ihrer Position die Eintrittsöffnung mehr oder weniger stark verengt.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners sieht vor, dass die Drosseleinrichtung einen um die Längsachse des Zuführungskanals drehbar gelagerten Drehschieber umfasst, durch dessen Drehung die Eintrittsöffnung mehr oder weniger stark verengt werden kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zuführungskanal um einen Kanal zur Zuführung von Brenngas in den Brennraum. Diese Variante erlaubt es, den Zuführungskanal kompakt auszuführen, da der relativ große Impuls des einströmenden Brenngases dafür genutzt werden kann, um Rauchgas effektiv anzusaugen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Brenners.
Der Brenner B, der am Boden A einer Brennkammer angeordnet ist, umfasst einen ersten Zuführungskanal Z1 zur Zuführung von Brennstoff 1 sowie einen zweiten Zuführungskanal Z2, über den Verbrennungsluft 2 in eine Brennkammer eingeleitet werden kann. Im ersten Zuführungskanal Z1 ist ein Gaszuführungsrohr R angeordnet, das mit einer unter Überdruck stehenden Brenngasquelle (nicht dargestellt) verbunden ist und über das Brenngas 3 in den ersten Zuführungskanal Z1 entspannbar ist. In der Seitenwand des ersten Zuführungskanals Z1 ist ein Durchbruch C vorgesehen, der sich zum Brennraum hin öffnet und durch den Rauchgas 4 aus dem Brennraum einströmen kann, um mit dem Brenngas 3 ein Gasgemisch 5 zu bilden. Durch die Austrittsöffnung F1 kann das Gasgemisch 5 in den Brennraum ausströmen, wobei es sich mit Verbrennungsluft 6, die den zweiten Zuführungskanal Z2 über die
Austrittsöffnung F2 verlässt, vermischt und ein reaktionsfähiges Gasgemisch bildet. Im ersten Zuführungskanal Z1 ist eine ist eine Drosseleinrichtung D angeordnet, die eine Scheibe P sowie ein mit dieser fest verbundene Stange S umfasst. Die Scheibe P, deren Querschnitt weitgehend dem Querschnitt des ersten Zuführungskanals Z1 entspricht, ist in vertikaler Richtung beweglich. Die Stange S ist im Boden des Brenners B beweglich gelagert und durch diesen nach außen geführt. Hierdurch ist es möglich, die Stange S von außerhalb des Brenners B zu manipulieren, um dadurch die vertikale Position der Scheibe P im ersten Zuführungskanal Z1 zu verändern. Je nach Position der Scheibe P ändert sich der Querschnitt der Eintrittsöffnung E und somit auch der Strömungswiderstand für das in den ersten Zuführungskanal Z1
einströmende Rauchgaus 4, so dass es möglich ist, den Mengenstrom des
Rauchgases 4 mit Hilfe des Drosselorgans D einzustellen.

Claims

Patentansprüche
1. Brenner (B) zur Befeuerung eines Brennraums, mit einem Zuführungskanal (Z1) zur Zuführung von Brenngas oder Verbrennungsluft in den Brennraum, wobei der Brenner (B) eine Eintrittsöffnung (E) aufweist, über die Rauchgas (4) in den Zuführungskanal (Z1) einströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass er eine verstellbare Drosseleinrichtung (D) umfasst, über die der Mengenstrom des in den Zuführungskanal (Z1) einströmenden Rauchgases (4) einstellbar ist.
2. Brenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) im eingebauten Zustand des Brenners von außerhalb des Brennraums bedienbar ist.
3. Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) händisch oder über einen Versteilantrieb bedienbar ist.
4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) ganz oder zum Teil aus Feuerfestmaterial und/oder Keramikfasern und/oder einem hochwarmfesten Metall besteht.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) eine im Zuführungskanal (Z1) in Längsrichtung beweglich angeordnete Scheibe (P) umfasst, deren Querschnittsform weitgehend der Form des lichten Querschnitts des Zuführungskanals (Z1) entspricht und die je nach ihrer Position die Eintrittsöffnung (E) mehr oder weniger stark verengt.
6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (D) einen um die Längsachse des Zuführungskanals (Z) drehbar gelagerten Drehschieber umfasst, durch dessen Drehung die
Eintrittsöffnung (E) mehr oder weniger stark verengt werden kann.
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