Verbrennungseinrichtung für einen Zweistoffbrenner

Abstract

 Die Einrichtung hat einen Luftzuführkanal (2), der von einer Düsenplatte (3) mit ersten und zweiten Düsen (9,10) abgeschlossen ist, eine Brennstoffzuführeinrichtung (4), die durch den Zuführkanal (2) geführt ist, ein Flammrohr (5), das im Abstand vor der Düsenplatte (3) angeordnet ist, so dass eine Rauchgasrezirkulationsöffnung (6) gebildet wird, deren Querschnitt verstellbar ist und ein Rohr (7), das im Abstand vor der Düsenplatte (3) angeordnet ist und die zweiten Düsen (10) des inneren Düsenkranzes (12) und den Mündungsbereich der Brennstoffzuführeinrichtung (4) umschliesst.
Durch diese Anordnung strömen separate, aus rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft gebildete Teilströme in das Flammrohr (5), wodurch eine Flammenstabilisierung erreicht wird. Dadurch können Einbauten für eine Flammenhalterung entfallen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ver­brennungseinrichtung für einen Zweistoffbrenner, welche Einrichtung einen Zuführkanal für komprimierte Verbren­nungsluft, eine Düsenplatte mit Düsen zur Aufteilung des Verbrennungsluftstromes in eine Mehrzahl von Teilluft­strömen, eine zentral angeordnete Brennstoffzuführein­richtung für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe, wobei die Brennstoffzuführeinrichtung eine Oelzuführungs­lanze mit einer stirnseitig daran befestigten Zerstäuber­düse und eine koaxial zur Oelzuführungslanze angeordnete Gaszuführungslanze mit einer frontseitig angeordneten Gas­führungskammer hat, und eine im Abstand vor der Düsen­platte angeordnetes Flammrohr aufweist.

[0002] Brenner für flüssige und/oder gasförmige Brenn­stoffe, mit einer zentralen Brennstoffzufuhr und einen Ringraum zum Zuführen der Verbrennungsluft sind bekannt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die be­kannten Brenner so weiterzubilden, dass bei dessen Be­trieb eine gute Flammenstabilität gewährleistet ist und der NO_X-Gehalt im Rauchgas erheblich verringert wird.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kenn­zeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0005] Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind im wesentlichen darin zu sehen, dass die Einrichtung ohne feste Einbauten zur Flammenhalterung auskommt und die Flammwurzel eindeutig innerhalb des Flammrohres liegt und dass ohne diese Einbauten der Druckverlust niedrig ge­halten werden kann und deshalb die Rauchgasrezirkulations­menge grösser wird. In der Folge wird dadurch der O₂-Par­tialdruck im Rauchgas/Luftgemisch herabgesetzt, was eine niedrigere Flammentemperatur und wenig NO_X im Rauchgas zur Folge hat.

[0006] Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Rohr im Abstand vor der Düsenplatte angeordnet, so dass eine zweite Oeffnung für die Rauchgasrezirkulation ge­bildet wird. Das Rohr umschliesst die zweiten Düsen des inneren Rohrkranzes und die Gasführungskammer
und ragt über die Mündungen der zweiten Düsen und die Stirnseite der Gasführungskammer hinaus und in das Flammrohr hinein.

[0007] Die sich daraus ergebenden Vorteile sind zur Hauptsache darin zu sehen, dass die Flamme während der Startphase stabilisiert werden kann, dass eine durch Oel­rückstände im Unterdruckbereich des Flammrohres verur­sachte Verschmutzung verhindert werden kann und dass separate aus rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft gebildete Teilströme erzeugt werden können.

[0008] Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

[0009] Im folgenden wird die Erfindung anhand der bei­liegenden Zeichnungen näher erläutert.

[0010] Es zeigen:

Figur 1 einen schematisch dargestellten Schnitt eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer erfindungs­gemässen Verbrennungseinrichtung,

Figur 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles "A" in Figur 1,

Figur 3 einen Schnitt durch eine andere Ausfüh­rungsform einer Verbrennungsluftdüse,

Figur 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausfüh­rungsform einer Verbrennungsluftdüse,

Figur 5 einen Querschnitt einer anderen Ausfüh­rungsform des Flammrohres, und

Figur 6 einen Querschnitt einer weiteren Ausfüh­ rungsform des Flammrohres.

[0011] Die Figur 1 zeigt nur einen Teil einer bevorzug­ten Ausführungsform einer Verbrennungseinrichtung, die als Baugruppe ausgebildet ist und in einem Kessel 1 mon­tiert ist.

[0012] Wie die Figur 1 zeigt, hat die Verbrennungsein­richtung einen rohrförmigen Zuführkanal 2 für unter Druck stehende Verbrennungsluft, eine Düsenplatte 3, die den Zuführkanal 2 abschliesst, eine Brennstoffzuführeinrichtung 4, die zentral angeordnet durch den Zuführkanal 2 geführt und aus der Düsenplatte 3 herausgeführt ist und ein Flamm­rohr 5, das im Abstand vor der Düsenplatte 3 angeordnet ist, so dass eine erste Oeffnung 6 für die Rauchgasrezir­kulation gebildet wird.

[0013] Ferner ist stromab der Düsenplatte 3 ein Rohr 7 vorgesehen, das im Abstand vor der Düsenplatte 3 angeord­net ist, so dass eine zweite Oeffnung 8 für die Rauchgas­rezirkulation gebildet wird.

[0014] Die Düsenplatte 3 ist mit ersten und zweiten Dü­sen 9,10 versehen, die in einem äusseren und inneren Dü­senkranz 11,12 angeordnet sind (Figur 2). Die Düsen 9,10 sind rohrförmig ausgebildet. Sie haben unterschiedliche lichte Weite und können unterschiedlich lang sein.

[0015] Es wird darauf hingewiesen, dass die ersten und zweiten Düsen 9,10 mit Vorteil ein bestimmtes Länge/durch­messerverhältnis haben, z.B. im Bereich von 3:1 bis 5:1. Die Düsen 9 des äusseren Düsenkranzes 11 sind bezüglich der Achse des Zuführkanals 2 nach aussen geneigt angeord­net, während die Düsen 10 des inneren Düsenkranzes 12 pa­rallel zur Achse des Zuführkanals 2 angeordnet sind.

[0016] Die zentral angeordnete Brennstoffzuführungsein­richtung 4 enthält eine an sich bekannte Oelzuführungs­lanze 14 mit einer Zerstäüberdüse 15 und eine Gaszufüh­rungslanze 16, die als Doppelmantelrohr ausgebildet ist und frontseitig eine Gasführungskammer 17 hat. Die Oel­zuführungslanze 14 ist innerhalb der Gaszuführungslanze 16 so angeordnet, dass die Mündung der Zerstäuberdüse 15 etwa bündig mit der Stirnseite der Gasführungskammer 17 ist.

[0017] Die Gasführungskammer 17 ist zylinderförmig und weist eine Mehrzahl von Gasaustrittslöchern 18 auf, die auf einer Kreislinie liegend im äusseren Mantel ausgebil­det sind.

[0018] Bei der hier in Rede stehenden Erfindung stellt die Zuordnung der ersten und zweiten Düsen 9,10 unterein­ander sowie der Gasaustrittslöcher 18 zu den Düsen eine wesentliche Bedingung für die Funktion der Einrichtung dar. Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, sind die zweiten Düsen 10 des inneren Düsenkranzes 11 auf Lücke bezüglich den ersten Düsen 9 des äusseren Düsenkranzes 11 angeordnet und die Gasaustrittslöcher 18 sind ihrerseits auf Lücke bezüglich den zweiten Düsen 10 des inneren Düsen­kranzes 12 angeordnet. Andererseits sind die Gasaustritts­löcher 18 in einem Abstand von der Frontfläche der Düsen­platte 3 so angeordnet, dass deren Mündung bezüglich der Ebene zurückversetzt sind, die durch die Mündungen der zweiten Düsen 10 bestimmt wird. Beim erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel sind die Gasaustrittslöcher 18 um das Mass ihres Durchmessers zurückversetzt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Gesamtaustrittslöcher 18 bezüglich der genannten Ebene auch vorversetzt angeordnet sein kön­nen.

[0019] Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Rohr 7 so ausgebildet, dass es die zweiten Düsen 10 und die Gasführungskammer 17 umschliesst und über die Mün­dungen der zweiten Düsen 10 und die Stirnseite der Gas­führungskammer 17 hinaus in das Flammrohr 5 hineinragt.

[0020] Wie insbesondere Figur 1 zeigt, werden durch das Rohr 7 das rezirkulierende Rauchgas in zwei Rauchgasströ­me und die Verbrennungsluft in zwei Luftströme unterteilt, so dass zwei voneinander getrennte Ströme eines Gemisches aus Rauchgas und Verbrennungsluft in das Flammrohr 5 ein­strömen. Bei einem Gasbrenner enthält das aus dem Rohr 7 ausströmende Gemisch das Gas. Das Flammrohr 5 und das Rohr 7 sind bezüglich der Düsenplatte 3 verstellbar mon­tiert. Hierzu sind nicht dargestellte Halter vorgesehen. Mittels dieser Halter kann die rezirkulierte Rauchgas­ menge für ds Flammrohr 5 und das Rohr 7 eingestellt wer­den, so dass unterschiedliche Gasmengen in die Oeffnung 6 bzw. 8 einströmen, wie dies beispielsweise durch die Pfeile I und II in Figur 1 dargestellt ist. Ausserdem kann man die Oeffnungen 6 bzw. 8 auch an die Brennstoffart an­passen. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es von Vorteil, wenn man für den Gasbetrieb die Oeffnung 6 auf 60-80% des Querschnittes für Oelbetrieb verringert.

[0021] Neben der vorstehend beschriebenen Form können die Düsen auch wie in den Figuren 3 und 4 ausgebildet sein, d.h. eine konische Form mit einer erweiterten oder verengten Mündungsöffnung haben. Die ersten und zweiten Düsen 9,10 können neben der glatten Mantelfläche auch eine gewellte Mantelfläche aufweisen, wie dies in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist.

[0022] Die Figuren 5 und 6 zeigen Ausführungsformen des Flammrohres, deren Formen wie bereits erwähnt auch bei den Düsen 9 und 10 anwendbar ist.

Ansprüche

1. Verbrennungseinrichtung für gasförmige und/­oder flüssige Brennstoffe, welche Einrichtung einen Zu­führkanal für komprimierte Verbrennungsluft, eine Düsen­platte zur Aufteilung des Verbrennungsluftstromes in eine Mehrzahl von Teilluftströmen, eine zentral angeordnete Brennstoffzuführeinrichtung eine Oelzuführungslanze mit einer stirnseitig daran befestigten Zerstäuberdüse und/­oder eine koaxial zur Oelzuführungslanze angeordnete Gas­zuführungslanze mit einer frontseitig angeordneten und Gasaustrittsöffnungen aufweisenden Gasführungskammer hat, und ein Flammrohr aufweist, das im Abstand von der Düsen­platte angeordnet ist, so dass eine Oeffnung für die Rauchgasrezirkulation gebildet wird, dadurch gekennzeich­net, dass erste und zweite Düsen 9,10 in einem äusseren und inneren Düsenkranz (11,12) hervorstehend an der Dü­senplatte (3) so angeordnet sind, dass die zweiten Düsen (10) des inneren Düsenkranzes auf Lücke zu den ersten Düsen (9) des äusseren Düsenkranzes liegen, dass die er­sten und zweiten Düsen (9,10) des äusseren und inneren Düsenkranzes (11,12) unterschiedliche Innendurchmesser haben und dass die Brennstoffzuführungseinrichtung (4) zentrisch in der Düsenplatte (3) angeordnet ist, derart, dass das ausgebrachte Brennstoffmedium in den Bereich des Aussströmkegels der ersten und zweiten Düsen (9,10) ein­geführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass ein Rohr (7) im Abstand vor der Düsenplat­te (3) angeordnet ist, so dass eine zweite Oeffnung (8) für die Rauchgasrezirkulation gebildet wird und dass das Rohr (7) die zweiten Düsen (10) des inneren Düsen­kranzes (12) und die Gasführungskammer (17) umschliesst und die Mündungen der zweiten Düsen (10) und die Stirnseite der Gasführungskammer (17) überragt, so dass zwei aus rezirkuliertem Rauchgas und Verbrennungsluft bestehende Teilströme erzeugt werden.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Düsen (9) einen grösseren Innendurchmesser haben als die zweiten Düsen (10).

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Düsen (9) geneigt in der Düsenplatte (3) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung der ersten Dü­sen (9) und die Mündungen der zweiten Düsen (10) bezüglich der Düsenplatte (3) den gleichen oder unterschiedlichen Abstand haben.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Düsen (9) und/­oder die zweiten Düsen (10) mit Mitteln versehen sind, um der einströmenden Verbrennungsluft einen Drall zu erteilen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (9,10) konisch mit einer erweiterten oder verengten Mündungsöffnung ausge­bildet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführeinrich­tung (4) verschiebbar bezüglich der Düsenplatte (3) an­geordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäuberdüse (15) einen Kegelschichtwinkel β hat, der grösser ist als 90°.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen der Gasaus­trittslöcher (18) auf Lücke zu den zweiten Düsen (10) so angeordnet sind, dass die Strömungsrichtung des Gases und der Luft quer oder parallel zueinander gerichtet sind.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasführungskammer (17) zylindrisch ist und dass die Gasaustrittslöcher (18) auf Lücke zu den zweiten Düsen des inneren Düsenkranzes (12) in radialer Richtung in der Gasführungskammer (17) ausgebildet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Mündung des Gasaustrittsloches (18) in einem Bereich einer Ebene liegend angeordnet sind, die durch die Mündung der zweiten Düsen (10) des inneren Düsenkranzes (12) bestimmt ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammrohr (5) und das Rohr (7) bezüglich der Düsenplatte (3) verstellbar sind, um durch Aenderung der Querschnitte der Oeffnungen (6,8) die Teilströme einzustellen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Oeffnung (6) zwischen Düsenplatte (3) und Flammrohr (5) für flüssi­ge und gasförmige Brennstoffe gleich oder unterschiedlich gross ist.

Zeichnung