[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.
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).