Kessel

Abstract

 Zur Verringerung der NO_x-Bildung im Flammenbereich einer Ver­brennung wird ein Teil der bei dieser Verbrennung anfallenden Abgase, gegebenenfalls gekühlt, im Gegenstrom zu den diesen Flammenbereich verlassenden Abgasen rückgeführt und der dem Flammenbereich zuströmenden Verbrennungsluft zugemischt.
Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung mit einem einen Gasbrenner (3) aufnehmenden, durch eine Brenn­raumwandung (10) begrenzten Brennraum (1) enthält eine Trenn­wand (11), die gemeinsam mit der Brennraumwandung (10) eine Führung (12) für einen im Gegenstrom (13) zu den den Wärme­tauscher (7) durchströmenden Abgasen geführten Anteil dieser Abgase bildet und in einen unterhalb des Brenners (3) befind­lichen Raum (14) mündet, von dem aus dieser Anteil der Abgase der primären und/oder sekundären Verbrennungsluft zugemischt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen zum Rückführen eines Anteiles der bei der Verbrennung eines aus Brenngas und Verbrennungsluft bestehenden Gemisches anfallenden Abgase in den Flammenbereich der Verbrennung.

[0002] Bekanntlich kann durch eine solche Rückführung von Abgasen in den Flammenbereich einer Verbrennung die Ausbildung von NO_x im Brennraum verringert werden. Eine solche wünschenswerte Reduktion der genannten Schadstoffe beruht auf der Absenkung des Sauerstoffpartialdruckes, aus der sich in weiterer Folge eine der thermisch verursachten Ausbildung von NO_x vorbeugende Reduktion der Flammentemperatur ergibt.

[0003] In konstruktiver Hinsicht war bei der Durchführung eines solchen Verfahrens die Führung jenes Anteiles der Abgase problematisch, der dem Flammenbereich zugeführt werden sollte.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Führung dieses Anteiles der Abgase derart zu gestalten, daß ihr Raumbedarf gering ist, daß sie keiner aufwendigen Vorrichtungen sowie keines Energie­aufwandes zur Förderung der Abgase bedarf und schließlich auch zur Kühlung dieses Anteiles der Abgase und zur Verwertung der darin enthaltenen Warme benutzbar ist.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß dieser Anteil der Abgase im Gegenstrom zu den den Flammen­ bereich verlassenden Abgasen geführt und der dem Flammenbereich zuströmenden Verbrennungsluft zugemischt wird.

[0006] Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird dieser Anteil der Abgase in einen unterhalb des Flammenbereiches gele­genen Raum geführt und der den Flammen über diesen Raum zu­strömenden Verbrennungsluft zugemischt.

[0007] Dadurch wird gewährleistet, daß die Abgase bereits gut vermischt mit der Verbrennungsluft in den Flammenbereich des Brenners gelangen.

[0008] Im Gegenstrombereich seiner Führung kann dieser Anteil der Abgase besonders vorteilhaft gekühlt werden, um einerseits auch dadurch die Temperatur im Flammenbereich zu verringern und anderseits aus diesem Anteil Wärme zu gewinnen und zu verwerten.

[0009] Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstreckt sich die Erfindung auch auf zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtungen.

[0010] Bei einer solchen Einrichtung, insbesondere einem Wasserheizer, mit einem einen Brenner, insbesondere einen Gasbrenner, aufnehmenden, seitlich durch eine Brennraumwandung begrenzten Brennraum, oberhalb dessen zumindest ein sich über den Querschnitt der Abgasführung erstreckender Wärmetauscher angeordnet ist, kann innerhalb dieses Brennraumes erfindungsgemäß zumindest eine Trennwand vorgesehen sein, die gemeinsam mit der Brennraumwandung eine in einem unterhalb des Brenners gelegenen Raum mündende Führung für einen im Gegenstrom zu den den Wärmetauscher durch­strömenden Abgasen geführten Anteil dieser Abgase bildet. Gemäß dieser konstruktiven Lösung strömt das Abgas aus dem Brennraum zunächst infolge seines thermischen Auftriebes in Richtung zur Abgasführung. Im Flammenbereich beträgt die Tem­peratur etwa 1200 bis 1300°C. In der von der Brennkammer­wandung und der Trennwand gebildeten Führung ist jedoch die Temperatur wesentlich geringer, so daß sich ein vergleichsweise hoher Temperaturgradient ergibt. Dieser große Temperaturunter­schied sowie der natürliche thermische Auftrieb baut unterhalb des Brenners einen Unterdruck auf, der die Rückführung der Abgase in diesen Raum begünstigt.

[0011] Vorteilhafterweise ist die Trennwand im wesentlichen parallel zur Brennraumwandung angeordnet, unabhängig davon, welche Querschnittsform der Brennraum aufweist.

[0012] Zur Kühlung des dem Flammenbereich zugeführten Anteiles der Abgase kann die Trennwand wasserführend ausgebildet sein, wodurch auch eine Rückgewinnung der in diesem Anteil der Abgase enthaltenen Wärme erleichtert wird. Ist nämlich der Wärmetauscher eines Wasserheizers in ein Umlaufsystem, z.B. einer Heizung, einbezogen und an eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung ange­schlossen, dann kann ein Anteil des Rücklaufes über diese wasserführende Trennwand zum Wärmetauscher geführt werden.

[0013] Für eine vorteilbringende Führung des Abgasanteiles ist es ferner sehr günstig, wenn sich die Trennwand mit ihrer Unter­kante bis in den Höhenbereich eines Sekundärluftverteilers erstreckt, der sich unterhalb des, z.B. aus Brennerrohren gebildeten Brenners über dessen Fläche erstreckt. Diese Anordnung gewährleistet eine gute Durchmischung und gute Verteilung des aus dem Abgasanteil und der primären und/oder sekundären Ver­brennungsluft bestehenden Gemisches.

[0014] Die Trennwand kann ferner unmittelbar unterhalb des Wärmetauschers und/oder unmittelbar unterhalb des Flammenbereiches des Brenners Durchtrittsöffnungen für den Eintritt bzw. den Austritt des in der Führung strömenden Anteiles des Abgases aufweisen.

[0015] Als besonders günstig erweist sich diese Ausbildung der Trennwand bei einem Gliederkessel, dessen Glieder den Wärmetauscher bilden und dessen Brennraum von Endgliedern begrenzt ist. Es können dann die Trennwände von zusätzlichen Kesselgliedern gebildet sein, die solche Durchtrittsöffnungen aufweisen und den beiden den Brennraum begrenzenden, die Brennraumwandung bildenden Endglie­dern des Kessels unmittelbar benachbart angefügt sind.

[0016] Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen veranschaulicht. Im einzelnen zeigt

Fig.1 das Prinzip einer erfindungsgemäßen Einrichtung schematisch,

Fig.2 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäß gestalteten Gliederkessels in einem Teilschnitt,

Fig.3 ein zusätzliches Kesselglied dieses Kessels in einer Ansicht der Schmalseite und

Fig.4 in einer Ansicht der Breitseite.

Fig.5 stellt eine Ausführungsvariante eines Wasser­heizers gleichfalls in einem schematischen Schnitt wie Fig.1 dar.

[0017] Im einzelnen zeigt Fig.1 das Prinzip eines im Sinne der Erfin­dung gestalteten Wasserheizers mit einem Brennraum 1, in dem ein aus zwei Brennerrohren 2 bestehender Brenner 3 untergebracht ist.

[0018] Diese Brennerrohre 2 werden von (nicht dargestellten ) koaxialen Gasdüsen über koaxiale Mischrohre 4 mit einem aus Brenngas und primärer Verbrennungsluft bestehenden Gemisch gespeist und aus dem Flammenbereich 5 dieses Brenners 3 strömt der Hauptteil der bei der Verbrennung entstehenden Abgase in Pfeilrichtung 6 durch den Wärmetauscher 7 in eine Abgassammelhaube 8, an die eine zu einem Kamin führende Abgasführung 9 anschließt.

[0019] Der prismatische oder zylindrische Brennraum 1 wird beidseits bzw. allseits von der Brennkammerwandung 10 begrenzt und inner­halb dieses Brennraumes 1 sind parallel zur Brennraumwandung 10 Trennwände 11 vorgesehen, die gemeinsam mit der Brennraumwandung 10 Führungen 12 für einen in Pfeilrichtung 13, also im Gegenstrom zu den in Pfeilrichtung 6 den Wärmetauscher 7 durchströmenden Abgasen, geführten Anteil dieser Abgase bilden. Diese Führungen 12 münden in den unterhalb des Brenners 3 befindlicben Bereich 14, aus dem den Brennerrohren 2 von unten Sekundärluft zuströmt und sich mit dem in Pfeilrichtung 13 rückgeführten Anteil der Abgase vermischt.

[0020] In einem mehr oder weniger großen Ausmaß kann der in den Flammen­bereich rückgeführte Anteil der Abgase auch in den Bereich der den Mischrohren 4 koaxial zugeordneten Gasdüsen und mit der von diesen Gasdüsen angesaugten, mit dem Brenngas zu vermengenden Primärluft vermischt werden.

[0021] Ein Sekundärluftverteiler 15 sorgt für eine gleichmäßige Vertei­lung des aus Verbrennungsluft und dem rückgeführten Abgasanteil bestehenden Gemisches über die gesamte Brennerfläche.

[0022] Fig.2 stellt im Prinzip einen Gliederkessel dar, bei dem der Wärmetauscher 7 von Kesselgliedern 16 und die Brennraumwandung 10 von Endgliedern 17 verkörpert werden. Die Trennwände 11 werden in diesem Fall von zusätzlichen Keselgliedern 18 gebildet, die unmittelbar unterhalb des Wärmetauschers 7 Eintrittsöffnungen 19 und unmittelbar unterhalb des Brenners 3 Austrittsöffnungen für den in Pfeilrichtung 13 in den Führungen 12 rückgeführten Anteil der Abgase aufweisen.

[0023] Fig. 3 und 4 zeigen ein solches zusätzliches Kesselglied 18 mit den wasserführenden Anschlußverbindungen 21 und 22.

[0024] Gemäß der in Fig.5 dargestellten Variante ist der Wärmetauscher 7 an die Vorlaufleitung 23 und eine Rücklaufleitung 24 eines Umlaufsystems, z.B. einer Heizung, angeschlossen und ein Teil des Rücklaufes ist - zwecks Kühlung der Trennwände 11 - über die Leitung 25 den beiden Trennwänden 11 angeschlossen und zum Wärmetauscher 7 rückgeführt. Dadurch wird nicht nur die Temperatur der rückgeführten Abgase und des Flammenbereiches verringert, um der NO_x-Bildung vorzubeugen, sondern auch Wärme aus diesem Anteil der Abgase gewonnen und verwertet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Rückführen eines Anteiles der bei der Verbrennung eines aus Brenngas und Verbrennungsluft bestehenden Gemisches anfallenden Abgase in den Flammenbereich der Ver­brennung, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Anteil im Gegen­strom zu den den Flammenbereich verlassenden Abgasen geführt und der dem Flammenbereich zuströmenden Verbrennungsluft zu­gemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Anteil der Abgase in einen unterhalb des Flammenbereiches gelegenen Raum geführt und der den Flammen über diesen Raum zuströmenden Verbrennungsluft zugemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Anteil der Abgase im Gegenstrombereich seiner Führung gekühlt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere Wasserheizer, mit einem einen Brenner, insbesondere einen Gasbrenner, aufnehmenden, seitlich durch eine Brennraumwandung begrenzten Brennraum, oberhalb dessen zumindest ein sich über den Querschnitt der Abgasführung erstreckender Wärmetauscher angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb dieses Brennraumes (1) zumindest eine Trennwand (11) vorgesehen ist, die gemeinsam mit der Brennraumwandung (10) eine in einem unterhalb des Brenners (3) gelegenen Raum (14) mündende Führung (12) für einen im Gegenstrom (13) zu den den Wärmetauscher (7) durch­strömenden Abgasen (6) geführten Anteil dieser Abgase bildet (Fig.1).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Trennwand (11) im wesentlichen parallel zur Brennraum­wandung (10) angeordnet ist (Fig. 1,2,5).

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­net, daß diese Trennwand (11) wasserführend ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 mit einem in ein Umlauf­system einbezogenen, an eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung angeschlossenen Wärmetauscher eines Wasserheizers, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anteil des Rücklaufes (24) über die wasserführende Trennwand (11) zum Wärmetauscher (7) geführt ist (Fig.5).

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand (11) mit ihrer Unter­kante bis in den Höhenbereich eines Sekundärluftverteilers (15) erstreckt, der sich unterhalb des, z.B. aus Brennerrohren (2) gebildeten Brenners (3) über dessen Fläche erstreckt (Fig.1).

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (11) unmittelbar unterhalb des Wärmetauschers (7) und/oder unmittelbar unterhalb des Flammenbereiches (5) des Brenners (3) Durchtrittsöffnungen (19 bzw. 20) für den Eintritt bzw. für den Austritt des in der Führung (12) strömenden Anteiles (13) deer Abgase aufweist (Fig.2).

10. Einrichtung nach Anspruch 9, bestehend aus einem Gieder­kessel, dessen Glieder den Wärmetauscher bilden und dessen Brenn­raum von Endgliedern begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (11) von zusätzlichen Kesselgliedern (18) gebildet sind, die solche Durchtrittsöffnungen (19 bzw. 20) aufweisen und den beiden den Brennraum (1) begrenzenden, die Brennraumwandung (10) bildenden Endgliedern (17) des Kessels unmittelbar benachbart angefügt sind (Fig. 2 bis 4).

Zeichnung