Brenner

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Feuerraum mit einem Brenner zum Verbrennen von gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

[0002] Ein solcher Brenner dient der NO_x-armen Verbrennung von Brennstoffen. Bei einem bekannten Brenner (DE-OS 33 27 597) wird die Unterdrückung der Bildung von Stickoxiden dadurch erreicht, daß die Verbrennungsluft gestuft aufgegeben wird und daß durch die Verbrennungsluft eine Injektorwirkung erzeugt wird, durch die weitgehend ausgebrannte Rauchgase aus dem Feuerraum angesaugt werden. Diese Rauchgase werden dem Flammenanfang zwischen der Primärluft- und der Sekundärluftaufgabe zugeführt. Da der bekannte Brenner der Beheizung von großen Feuerräumen dient, sind zum Schutz gegen die Wärmebelastung aus dem Feuerraum das Luftleitrohr und der Rauchgasrückführkanal in die sich außerhalb des Feuerraumes befindliche Brennerkehle verlegt.

[0003] In engen Feuerräumen, wie sie durch das Flammrohr eines durch einen Brenner beheizten Flammrohrkessels gebildet sind, zeigen die den Brenner verlassenden Medienströme eine Kolbenströmung. Aus einer solchen Strömung lösen sich Teilströmungen ab, die noch nicht vollständig ausgebranntes Rauchgas enthalten. Es würde daher bei einem Einsatz eines gemäß der DE-OS 33 27 597 gestalteten Brenners für Flammrohrkessel dem Flammenanfang nicht vollständig ausgebranntes Rauchgas zugeführt. Auf diese Weise würde die angestrebte Wirkung einer weitgehenden Unterdrückung der Stickoxidbildung nicht vollständig erreicht.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Feuerraum derart zu gestalten, daß auch bei beengten Raumverhältnissen eine wirksame Unterdrückung der Stickoxidbildung erreicht wird.

[0005] Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Feuerraum erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0006] Der Leitschirm in dem erfindungsgemäßen Feuerraum bewirkt eine Strömungsführung des expandierenden Verbrennungsluft-Rauchgas-Gemisches. Dabei wird durch die Kegelform des Leitschirmes eine schlanke Flamme erzeugt und durch die Ablenkung der Flamme zur Mitte des Feuerraumes verhindert, daß die Flamme in den Rücksaugebereich zurückschlägt. In den Rücksaugebereich tritt daher nur ausgebranntes Rauchgas hinein. Die Einschnürung der Flamme wird durch ein Abknicken der innenliegenden Kante des Leitschirmes weiter verstärkt. Dadurch, daß in Ausgestaltung der Erfindung ein Teil der Gaslanzen in den Rücksaugebereich hineinragt, wird einerseits durch den austretenden Gasstrom die die Rücksaugung bewirkende Injektorwirkung erhöht. Andererseits wird erreicht, daß das Brenngas durch das Rauchgas verdünnt und damit quasi im Heizwert verringert wird, was ebenfalls zu einer Verminderung der Stickoxidbildung beiträgt.

[0007] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 zeigen im Querschnitt einen Feuerraummit einem Brenner in verschiedenen Ausführungsformen.

[0008] Von einem Flammrohrkessel ist nur der brennerseitige Teil des Flammrohres 1 dargestellt. Das Flammrohr 1 ist von einem Wassermantel 2 umgeben und durch eine Stirnwand 3 geschlossen. An die Stirnwand 3 ist ein Brenner angeflanscht, der ein Luftleitrohr 4 und Brennerlanzen umfaßt, die durch die Stirnwand 3 in den von dem Flammrohr 1 umgrenzten Feuerraum 5 hineinragen.

[0009] Das Luftleitrohr 4 dient der Zuführung von Primärluft und ist von einer Sekundärluftzuführung umgeben, die durch Verbindungsrohre 6 (Fig. 1) oder Düsenrohre 7 (Fig. 2, 3) gebildet ist. Das Luftleitrohr 4 und die Sekundärluftzuführung sind an ein Zuführungsrohr 8 angeschlossen, das auf der dem Feuerraum 5 abgewandten Seite an die Stirnwand 3 angeflanscht ist. Dieses Zuführungsrohr 8 weist einen ersten Abschnitt 9 auf, der mit einer Luftleitung 10 verbunden ist. Der Durchmesser dieses ersten Abschnittes 9 ist etwas größer als der Durchmesser des Luftleitrohres 4. Zur Stirnwand 3 hin schließt sich an den ersten Abschnitt 9 ein zweiter Abschnitt 11 von vergrößertem Querschnitt an, dessen Durchmesser größer ist als der Teilkreis, auf dem die der Zuführung von Sekundärluft dienenden Verbindungsrohre 6 und Düsenrohre 7 angeordnet sind.

[0010] Die Brennerlanzen bestehen aus einer Öllanze 12 und aus Gaslanzen 13, 14. Die Öllanze 12 ist vorzugsweise als Rücklaufzerstäuber mit einem Ölzulauf 15 und einem Ölrücklauf 16 ausgebildet und zentral innerhalb des Luftleitrohres 4 angeordnet. Die Öllanze 12 ist von einem Impeller 17 umgeben, der ebenso wie die Austrittsöffnung der Öllanze 12 innerhalb des Luftleitrohres 4 angeordnet ist.

[0011] Die Gaslanzen 13, 14 sind zu einem Teil innerhalb des Luftleitrohres 4 rings um die Öllanze 12 und zum anderen Teil auf einem Teilkreis außerhalb des Luftleitrohres 4 angeordnet. Die Gaslanzen 13, 14 sind an einen Sammelkanal 18 angeschlossen, der über eine Gasleitung 19 gespeist wird. Der Sammelkanal 18 umgibt den ersten Abschnitt 9 des Zuführungsrohres 8 und schließt sich als Verlängerung an dessen zweiten Abschnitt 11 an. Auf diese Weise ergibt sich eine raumsparende Gestaltung außerhalb des Flammrohrkessels. Die Anzahl und der Querschnitt der Gaslanzen 13, 14 ist so gewählt, daß der größere Anteil, z.B. 80 %, des zugeführten Brenngases den äußeren, das Luftleitrohr 4 umgebenden Gaslanzen 14 zugeführt wird.

[0012] Das Luftleitrohr 4 ist innerhalb des Feuerraumes 5 von einem Leitschirm 20 umgeben. Der Leitschirm 20 ist in einem axialen Abstand von der Stirnwand 3 des Feuerraumes 5 angeordnet und auf dem Luftleitrohr 4 abgestützt. Der Leitschirm 20 läuft in Richtung auf die Längsachse des Feuerraumes 5 konisch zu, wobei sein geringster Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Luftleitrohres 4. Die vordere Kante 21 des Leitschirmes 20 ist zur Längsachse des Feuerraumes 5 hin abgeknickt. Der Leitschirm 20 ragt in Richtung auf den Feuerraum 5 über die Austrittsöffnung des Luftleitrohres 4 hinaus. Dabei ist die Öllanze 12 so angeordnet, daß der die Austrittsöffnung der Öllanze 12 verlassende Brennstoffkegel 22 gerade nicht auf den Leitschirm 20 trifft.

[0013] Der Leitschirm 20 ist aus einem warmfesten metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt. Nach Fig. 1 ist der Leitschirm 20 doppelwandig ausgebildet und weist einen einseitig zum Feuerraum 5 hin offenen Hohlraum 23 auf. Der Hohlraum 23 ist zur Stirnwand 3 hin zur Bildung eines Sammelraumes 24 vergrößert und durch einen Boden 25 geschlossen. Der Hohlraum 23 ist durch die Verbindungsrohre 6 mit dem vergrößerten Abschnitt 11 des Zuführungsrohres 8 verbunden, so daß er von Sekundärluft durchströmt ist. Die Sekundärluft dient zusätzlich der Kühlung des Leitschirmes 20 und tritt anschließend in Strömungsrichtung hinter der Primärluft als Verbrennungsluft in den Feuerraum 5 ein.

[0014] Die konische Form des Leitschirmes 20 bewirkt eine Ablenkung der Flamme in Richtung auf die Längsachse des Feuerraumes 5. Die durch das Luftleitrohr 4 und den Leitschirm 20 strömende Primärluft erzeugt innerhalb des Leitschirmes 20 eine Injektorwirkung, durch die ausgebranntes Rauchgas aus dem Feuerraum 5 angesaugt wird. Wie durch die Pfeile 26 in Fig. 1 angedeutet ist, wird das Rauchgas durch den als Rauchgasrückführkanal dienenden Ringraum 27 zwischen dem Luftleitrohr 4 und dem Leitschirm 20 dem Flammenanfang zwischen der Primärluftaufgabe (durch das Luftleitrohr 4) und der Sekundärluftaufgabe (durch den Hohlraum 23) zugeführt. In den Ringraum 27 ragen die äußeren Gaslanzen 14 hinein. Das aus den Gaslanzen 14 austretende Brenngas vermischt sich mit dem rückgeführten Rauchgas, wodurch der spezifische Heizwert vermindert wird, was die Unterdrückung der Stickoxidbildung begünstigt. Gleichzeitig wird die Injektorwirkung verstärkt, wobei diese Wirkung durch ein axiales Verstellen der Gaslanzen 14 beeinflußt werden kann.

[0015] Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Brenner unterscheiden sich von dem Brenner gemäß Fig. 1 dadurch, daß die äußeren, vorzugsweise axial verstellbaren Gaslanzen 14 nur um einen Betrag in den Feuerraum 5 hineinragen, der geringer ist als der axiale Abstand des Leitschirmes 20 von der Stirnwand 3. Weiterhin ist die Sekundärluftzuführung durch die Düsenrohre 7 gebildet, deren Austrittsöffnungen weniger weit im Feuerraum 5 liegen als die Austrittsöffnungen der äußeren Gaslanzen 14. Der Durchmesser der Teilkreise, auf denen die Düsenrohre 7 und die äußeren Gaslanzen 14 angeordnet sind, ist größer als der Durchmesser des Luftleitrohres 4 und kleiner als der größte Durchmesser des Leitschirmes 20.

[0016] Gemäß Fig. 2 ist der Leitschirm 20 mit einem beidseitig offenen Hohlraum 28 versehen. Dabei liegt der Eintrittsquerschnitt dieses Hohlraumes 28 in der Verlängerung der Achsen der Düsenrohre 7 und der äußeren Gaslanzen 14. Gemäß Fig. 3 besteht der Leitschirm 20 aus einem einfachen Blechmantel, wobei der von diesem Blechmantel umschlossene Innenraum in der Verlängerung der Achsen der Düsenrohre 7 und der äußeren Gaslanzen 14 liegt. Bei dieser Ausführungsform wird der Blechmantel des Leitschirmes 20 durch ein Anblasen mit Sekundärluft gekühlt. Die Wirkungsweise der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Leitschirme 20 ist die gleiche wie die des Leitschirmes 20 des Brenners gemäß Fig. 1.

Ansprüche

1. Feuerraum mit einem Brenner zum Verbrennen von gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen, bei dem durch die Stirnwand (3) des Feuerraumes (5) eine Öllanze (12) und/oder mehrere Gaslanzen (13, 14) hindurchgeführt und die Öllanze (12) und mindestens ein Teil der Gaslanzen (13, 14) von einem der Zuführung von Primärluft dienenden Luftleitrohr (4) umgeben sind, dessen Außenumfang einen zum Feuerraum offenen Rauchgasrückführkanal begrenzt und das von einer Sekundärluftzuführung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftleitrohr (4) und die Sekundärluftzuführung in den Feuerraum (5) hineinragen, daß das Luftleitrohr (4) innerhalb des Feuerraumes (5) von einem Leitschirm (20) umgeben ist, der in einem axialen Abstand von der Stirnwand (3) des Feuerraumes (5) angeordnet ist und daß ein Teil der Gaslanzen (14) das Luftleitrohr (4) umgibt und auf einem Teilkreis angeordnet ist, dessen Durchmesser geringer ist als der größte Durchmesser des Leitschirmes (20).

2. Feuerraum nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Leitschirm (20) sich zum Inneren des Feuerraumes (5) konisch verengt.

3. Feuerraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Luftleitrohr (4) umgebenden Gaslanzen (14) in den Feuerraum (5) um einen Betrag hineinragen, der geringer ist als der axiale Abstand des Leitschirmes (20) von der Stirnwand (3) des Feuerraumes (5).

4. Feuerraum nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftzuführung aus Düsenrohren (7) besteht, die in den Feuerraum (5) um einen Betrag hineinragen, der geringer ist als der axiale Abstand des Leitschirmes (20) von der Stirnwand (3) des Feuerraumes (5) und daß die Düsenrohre (7) auf einem Teilkreis angeordnet sind, dessen Durchmesser geringer ist als der größte Durchmesser des Leitschirmes (20).

5. Feuerraum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitschirm (20) aus einem einfachen Blechmantel besteht, und daß der Zwischenraum zwischen dem Luftleitrohr (4) und dem Leitschirm (20) in der Verlängerung der Achsen der Düsenrohre (7) und der das Luftleitrohr (4) umgebenden Gaslanzen (14) angeordnet ist.

6. Feuerraum nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitschirm (20) doppelwandig ist und einen beidseitig offenen Hohlraum (28) aufweist und daß der Eintrittsquerschnitt des Hohlraumes (28) in der Verlängerung der Achsen der Düsenrohre (7) und der das Luftleitrohr (4) umgebenden Gaslanzen (14) angeordnet ist.

7. Feuerraum nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitschirm (20) doppelwandig ist und einen einseitig zum Feuerraum (5) hin offenen Hohlraum (23) aufweist, der über Verbindungsrohre (6) an die Sekundärluftzuführung angeschlossen

8. Feuerraum nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Luftleitrohr (4) umgebenden Gaslanzen (14) in den zwischen dem Luftleitrohr 4 und dem Leitschirm (20) gebildeten Ringraum (27) hineinragen.

9. Feuerraum nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Feuerraum (5) weisende Kante (21) des Leitschirmes (20) nach innen abgeknickt ist.

10. Feuerraum nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftleitrohr (4) außerhalb des Feuerraumes (5) mit einem Zuführungsrohr (8) verbunden ist, daß das Zuführungsrohr (8) auf der der Stirnwand (3) des Feuerraumes (5) zugewandten Seite einen Abschnitt (11) von vergrößertem Querschnitt aufweist und daß in Verlängerung dieses Abschnittes (11) das Zuführungsrohr (8) von einem die Gaslanzen (13, 14) speisenden, ringförmigen Sammelkanal (18) umgeben ist.

Claims

1. Combustion chamber with a burner for combustion of gaseous and/or liquid fuels, in which an oil lance (12) and/or several gas lances (13, 14) are led through the end wall (3) of the combustion chamber (5) and the oil lance (12) and at least a part of the gas lances (13, 14) are surrounded by an air duct pipe (4), which serves for the feed of primary air, the outer circumference of which bounds a flue gas return feed channel open towards the combustion chamber and which is surrounded by a secondary air feed, characterised thereby that the air duct pipe (4) and the secondary air feed project into the combustion chamber (5), that the air duct pipe (4) is surrounded within the combustion chamber (5) by a guide screen (20), which is arranged at an axial spacing from the end wall (3) of the combustion chamber (5), and that a part of the gas lances (14) surrounds the air guide pipe (4) and is arranged on a pitch circle of which the diameter is smaller than the largest diameter of the guide screen (20).

2. Combustion chamber according to claim 1, characterised thereby that the guide screen (20) conically narrows towards the interior of the combustion chamber (5).

3. Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterised thereby that the gas lances (14) surrounding the air duct pipe (4) project into the combustion chamber (5) by an amount which is smaller than the axial spacing of the guide screen (20) from the end wall (3) of the combustion chamber (5).

4. Combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterised thereby that the secondary air feed consists of nozzle tubes (7), which project into the combustion chamber (5) by an amount which is smaller than the axial spacing of the guide screen (20) from the end wall (3) of the combustion chamber (5), and that the nozzle tubes (7) are arranged on a pitch circle of which the diameter is smaller than the largest diameter of the guide screen (20).

5. Combustion chamber according to one of claims 1 to 4, characterised thereby that the guide screen (20) consists of a plain sheet metal casing and that the intermediate space between the air duct pipe (4) and the guide screen (20) is arranged in the prolongation of the axes of the nozzle tubes (7) and the gas lances (14) surrounding the air duct pipe (4).

6. Combustion chamber according to one of claims 1 to 4, characterised thereby that the guide screen (20) is double-walled and has a hollow space (28) open at both ends and that the inlet cross-section of the hollow space (28) is arranged in the prolongation of the axes of the nozzle tubes (7) and the gas lances (14) surrounding the air duct pipe (4).

7. Combustion chamber according to one of claims 1 or 2, characterised thereby that the guide screen (20) is double-walled and has a hollow space (23), which is open at one end towards the combustion chamber (5) and which is connected to the secondary air feed by way of connecting tubes (6).

8. Combustion chamber according to claim 7, characterised thereby that the gas lances (14) surrounding the air duct pipe (4) project into the annular space (27) between the air duct pipe (4) and the guide screen (20).

9. Combustion chamber according to one of claims 1 to 8, characterised thereby that the edge (21), which faces into the combustion chamber (5), of the guide screen (20) is bent over inwardly.

10. Combustion chamber according to one of claims 1 to 9, characterised thereby that the air duct pipe (4) is connected outside the combustion chamber (5) with a feed pipe (8), that the feed pipe (8) has a portion (11) of enlarged cross-section at the end facing the end wall (3) of the combustion chamber and that in prolongation of this portion (11) the feed pipe (8) is surrounded by an annular collector channel (18) supplying the gas lances (13, 14).

Revendications

1. Chambre de combustion avec brûleur, pour combustibles gazeux et/ou liquides, dans lequel une lance à fioul (12) et/ou plusieurs lances à gaz (13, 14) sont guidées à travers la paroi frontale (3) de la chambre de combustion (5), et la lance à fioul (12) et au moins une partie des lances à gaz (13, 14) étant entourées par un tube de guidage d'air (4), servant à l'amenée de l'air primaire et dont la périphérie extérieure délimite un canal de retour de gaz de fumées, ouvert en direction de la chambre de combustion et qui est entouré par une amenée d'air secondaire, caractérisée en ce que le tube de guidage d'air (4) et l'amenée d'air secondaire pénètrent dans la chambre de combustion (5), en ce que le tube de guidage d'air (4) est entouré à l'intérieur de la chambre de combustion (5) par un écran directeur (20), espacé axialement de la paroi frontale (3) de la chambre de combustion (5) et en ce qu'une partie des lances à gaz (14) entoure le tube de guidage d'air (4) et est disposée sur un cercle partiel dont le diamètre est inférieur au plus grand diamètre de l'écran directeur.

2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'écran directeur (20) va en s'effilant de façon conique, en direction de l'intérieur de la chambre de combustion (5).

3. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les lances à gaz (14) entourant le tube de guidage d'air (4) pénètrent dans la chambre de combustion (5) d'une distance inférieure à l'espacement axial entre l'écran directeur (20) et la paroi frontale (3) de la chambre de combustion (5).

4. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'amenée d'air secondaire est composée de buses (7), pénétrant dans la chambre de combustion (5) d'une distance inférieure à l'espacement axial entre l'écran directeur (20) et la paroi frontale (3) de la chambre de combustion (5) et en ce que les buses (7) sont disposées sur un cercle partiel dont le diamètre est inférieur au plus grand diamètre de l'écran directeur (20).

5. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'écran directeur (20) est composé d'une enveloppe en tôle simple, et en ce que l'espace intermédiaire entre le tube de guidage d'air (4) et l'écran directeur (20) est disposé dans le prolongement des axes des buses (7) et des lances à gaz (14) entourant le tube de guidage d'air (4).

6. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'écran directeur (20) est à double paroi et présente un espace creux (28) ouvert des deux côtés et en ce que la section transversale d'entrée de l'espace creux (28) est disposée dans le prolongement des axes des buses (7) et des lances à gaz (14) entourant le tube de guidage d'air (4).

7. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'écran directeur (20) est à double paroi et présente un espace creux (23) ouvert d'un côté en direction de la chambre de combustion (5) et raccordé, par des tubes de liaison (6), à l'amenée d'air secondaire.

8. Chambre de combustion selon la revendication 7, caractérisée en ce que les lances à gaz (14) entourant le tube de guidage d'air (4) pénètrent dans l'espace annulaire (27) formé entre le tube de guidage d'air (4) et l'écran directeur (20).

9. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'une arête (21), tournée vers l'intérieur de la chambre de combustion (5), de l'écran directeur (20) est infléchie vers l'intérieur.

10. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le tube de guidage d'air (4) est relié, à l'extérieur de la chambre de combustion (5), à un tube d'amenée (8), en ce que ce tube d'amenée (8) présente sur la face tournée vers la paroi frontale (3) de la chambre de combustion (5), un tronçon (11) à grande section transversale, et en ce que, dans le prolongement de ce tronçon (11), le tube d'amenée (8) est entouré par un canal collecteur (18) annulaire, assurant l'alimentation des lances à gaz (13, 14).

Zeichnung