Verfahren zur Minimierung der Bildung thermischer Stickoxide bei einer Verbrennung

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Minimieren der Bildung thermischer Stickoxide bei einer Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches an einer Trennoberfläche (26) zwischen einer Mischzone (4) und einer Verbrennungszone (8) beschrieben, das darauf hinausläuft, daß das Verhältnis zwischen der spezifischen Brennoberflächenbelastung (q) und der Luftzahl (λ) (Gl. 1) bei einem Strahlungsbrenner (1) und das Verhältnis zwischen spezifischer Brennoberflächenbelastung (q) und dem Produkt aus Durchtrittsgeschwindigkeit (V), Primär- und Gesamtluftzahl (λp und λ) (Gl. 5) bei einem Lochplattenbrenner (51) minimiert wird.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Minimieren der Bildung thermischer Stickoxide bei einer Verbrennung gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.

[0002] Solche Verfahren sind bekannt. Es besteht seit längerer Zeit aus Umweltschutzgründen das Bedürfnis, die Bildung thermischer Stickoxide zu minimieren. Hierbei ist es bekanntgeworden, daß es generell zu günstigen Ergebnissen führt, wenn man die spezifische Belastung der Brennoberfläche klein hält. Dies beruht auf der Tatsache, daß eine kleiner werdende spezifische Belastung der Brennoberfläche zu einer niedrigeren Flammentemperatur führt. Parallel hierzu ist auch bekannt, den Anteil der Verbrennungsluft an der Verbrennung zu erhöhen, weil auch auf diese Weise eine Verminderung der Stickoxidbildung erfolgt. Die Erhöhung der an der Verbrennung teilnehmenden Luftmenge führt erstens zu einer Absenkung der Flammentemperatur, zweitens aber auch zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Verbrennungsbereich, wobei diese beiden Einflüsse sich gegenläufig auswirken. Je mehr Sauerstoff in der Verbrennungszone vorhanden ist, um so größer ist die Möglichkeit der Bildung thermischer Stickoxide, nur wirkt sich die Absenkung der Flammentemperatur erheblich größer aus als die Steigerung des Sauerstoffgehaltes in der Verbrennungszone.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, basierend auf den eben geschilderten Erkenntnissen, die Bildung thermischen Stickoxides weiter verfahrensmäßig zu minimieren.

[0004] Hierbei geht die Erfindung zunächst von der Erkenntnis aus, daß dies bei der Verbrennung beliebiger Brennstoff-Luft-Gemische geschehen kann, wobei unter Brennstoff zunächst alle Gase, wie reines Methan, Erdgas und Flüssiggas verstanden wird wie auch vergaster flüssiger Brennstoff. Weiterhin sind die speziellen Brennerformen für die Anwendung der Erfindung zunächst gleichgültig, obwohl man zwischen einer Strahlungsverbrennung, wie beispielsweise durch eine Keramikplatte oder ein Drahtgewebe, und einer Lochplattenverbrennung, wie beispielsweise durch eine mit Löchern versehene Brennerplatte oder einem Stabbrenner, unterscheiden kann. Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Verbrennungsformen liegt darin, daß bei der Verbrennung durch eine Keramikplatte oder ein Gewebe praktisch die gesamte Oberfläche der Platte oder des Gewebes an dem Verbrennungswärmeübergang durch Strahlung des Brennermaterials teilnimmt, während bei Stabbrennern oder Flächenbrennern mit großer Austrittsgeschwindigkeit eigentlich nur die Brenngemisch-Austrittsöffnungen wesentlich für den Durchtrittsquerschnitt des Gemisches und damit für die spezifische Brennerbelastung sind.

[0005] Die Lösung der oben genannten Aufgabe besteht bei dem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art erfindungsgemäß in den Kennzeichen der unabhängigen Patentansprüche.

[0006] Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahren finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.

[0007] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren der Zeichnungen im folgenden näher beschrieben, wobei

Figur 1 einen Strahlungsbrenner zeigt, der mit einer Keramikplatte ausgestattet ist,

Figur 2 einen Gebläsebrenner mit einer gewölbt gestalteten, Brenngemisch-Austrittsöffnungen aufweisenden Blechplatte,

Figur 3 einen atmosphärischen Gasbrenner, dessen Brennoberfläche aus der

Figur 4 hervorgeht,

Figur 5 ein erstes Schaubild und

Figur 6 ein zweites Schaubild.

[0008] In allen Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

[0009] Eine Verbrennung eines Gases benötigt zunächst einmal einen Brennstoff, der entweder gleich als Gas vorliegt, wie zum Beispiel in Form von Wasserstoff, Methan, Butan und dergleichen, oder in Form von Gasgemischen, wie Erdgas oder Flüssiggas. Der Brennstoff kann auch in Gestalt einer Flüssigkeit vorliegen, beispielsweise als Benzin oder Heizöl. Da Flüssigkeiten nicht selbst brennen können, müssen sie zunächst zu ihrer Verbrennung vergast werden.

[0010] Der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff kann zwar als reiner Sauerstoff, wie zum Beispiel beim Schweißbrenner zugeführt werden, liegt aber in der Regel in Form von Luft vor, die sowohl Sauerstoff wie, hier insbesondere interessierend, Stickstoff enthält.

[0011] Als Verbrennungsmethode sei zunächst die atmosphärische Verbrennung (siehe Figuren 3 und 4) genannt, bei der ein aus einer Düse austretender gasförmiger Brennstoff über einen Ringspalt um die Düse sogenannte Primärluft in ein Mischrohr ansaugt, wo die Mischung der beiden Komponenten stattfindet, und bei der das vorgemischte Gemisch an der Brennoberfläche des Brenners verbrennt, wobei hier Sekundärluft zusätzlich Zutritt hat. Die Schwierigkeit bei dieser Verbrennung liegt darin, daß die gesamte zur Gemischbildung notwendige Energie aus dem Ausströmimpuls der Gasdüse stammen muß. Falls diese Energie aus irgendwelchen Gründen nicht ausreicht, ist es bei einer Sonderform dieser Verbrennung möglich, im Zuluft- oder Abgasweg des Heizgerätes ein Gebläse vorzusehen. Man spricht dann von einer gebläseunterstützten atmosphärischen Verbrennung.

[0012] Im Unterschied dazu existiert der Gebläsebrenner beziehungsweise die mit Hilfsenergie arbeitende Verbrennung, bei der die Verbrennungsluft bei einer meist geschlossenen Brennkammer durch ein im Zuluftweg des Brenners angeordnetes Gebläse in den Verbrennungsraum gefördert wird. Der gasförmige oder vorher vergaste Brennstoff wird in der Regel stromauf des Gebläses in den Luftweg eingebracht, so daß das Gebläse mit zur Gemischbildung herangezogen werden kann. Es ist auch üblich, den Brennstoff direkt in das Gebläse einzugeben oder in ein Mischrohr stromab des Gebläses. Der wesentliche Unterschied zur atmosphärischen Verbrennung liegt darin, daß der Brennraum beziehungsweise der Brenner gegenüber der Atmosphäre unter Überdruck steht. Völlig unabhängig hiervon ist es, ob der Brenner nach oben brennt, was beim atmosphärischen Brenner stets der Fall ist, oder als Sturzbrenner entgegen der Auftriebsrichtung arbeitet.

[0013] Beim Gebläsebrenner kann unterschieden werden zwischen Strahlungsbrennern und Lochplattenbrennern (Blaubrenner), wobei bei den Strahlungsbrennern wiederum unterschieden werden kann zwischen solchen, die mit einer keramischen Strahlungsplatte arbeiten und solchen, die als Trennebene zwischen der Mischzone der Verbrennungskomponenten und der Brennzone ein Drahtgewebe aufweisen. Beiden letzteren Ausführungsformen gemeinsam ist, daß praktisch die gesamte Oberfläche der Trennoberfläche an der Verbrennung teilnimmt. In diesem Zusammenhang soll noch erwähnt werden, daß statt der beiden eben konkret genannten Trennoberflächen auch andere Materialien Verwendung finden können, beispielsweise keramische Fliese, keramischer Schaum und Sintermetall. Alle diese Materialien weisen eine mehr oder weniger große Porosität auf, wobei das Brennstoff-Luft-Gemisch durch die Poren vom Mischraum in den Brennraum übertritt. Da diese Poren sehr dicht aneinanderliegen, nimmt praktisch die gesamte Trennoberfläche an dem Verbrennungswärmeübergang teil.

[0014] Im Gegensatz dazu sind die mit Brenngemisch-Austrittsschlitzen oder -öffnungen versehenen Brenner meist mit einer metallischen Brennoberfläche unterschiedlichster Konfiguration versehen, wobei das Brenngemisch nur durch diese Austrittsöffnungen aus der Mischzone in die Verbrennungszone hinaustritt. Hierbei ist es wesentlich, daß nicht die gesamte Oberfläche der Trennoberfläche an dem Verbrennungswärmeübergang teilnimmt, sondern eben nur die Summe der Öffnungsquerschnitte aller Brenngemisch-Austrittsöffnungen. Auch diese Brenner arbeiten sekundärluftfrei.

[0015] Theoretisch wäre es auch bei atmosphärischen Gasbrennern möglich, die gesamte zur Verbrennung des Brennstoffs notwendige Luft durch das Mischrohr allein aus der Energie des Gasstrahls anzusaugen. Dies bedingt allerdings eine optimale Ausgestaltung der Strömungsverhältnisse im Mischrohr und relativ große Brenngemisch-Austrittsöffnungen, um den Strömungswiderstand im Bereich des Inneren des Brenners klein zu halten. Wenn dies auf Schwierigkeiten stößt, versucht man trotzdem, das Mischungsverhältnis zwischen Gas- und Primärluft überstöchiometrisch zu halten und teilweise zusätzlich aus Sicherheitsgründen Sekundärluft zutreten zu lassen.

[0016] Als erstes Ausführungsbeispiel wird der Strahlungsbrenner nach Figur 1 in Verbindung mit dem Schaubild nach Figur 5 betrachtet.

[0017] Ein Gebläsebrenner 1 gemäß Figur besteht aus einem Gehäuse 2, das in seinem Innenraum 3 eine Mischzone 4 bildet. Der Gebläsebrenner 1 ist an der Unterseite 5 einer Brennkammer 6 angeordnet, in deren Inneren 7 eine Verbrennungszone 8 in der Nähe des Brenners 1 gebildet wird. Dem Gebläsebrenner 1 zugeordnet ist ein beliebiger Wärmetauscher 9, beispielsweise ein Lamellenrohr-Wärmetauscher, durch dessen Rohr oder Rohre 10 aufzuheizendes Wasser geleitet wird. Oberhalb des Lamellenwärmetauschers 9 befindet sich ein Abgassammelraum 11, der über einen Abgasanschluß 12 mit einem Kamin in Verbindung steht. Der Gemischzone 4 wird ein Brennstoff-Luft-Gemisch über eine Zufuhrleitung 13 zugeführt, wobei dem eigentlichen Einlaß 14 der Zufuhrleitung 13 die Verbrennungsluft aus der Atmosphäre zugeführt wird, während der Brennstoff über eine Brennstoffleitung 15, in der ein Magnetventil 16 angeordnet ist, zugeführt wird, wobei ein Ende 17 der Brennstoffleitung 15 unmittelbar stromauf eines Gebläses 18 im Innenraum der Zufuhrleitung 13 endet. Das Gebläse 18 bildet den Übergang von der Zufuhrleitung 13 in den Innenraum 3 des Gebläsebrenners 1. Das Gebläse 18 weist ein Flügelrad 19 auf, das von einem Elektromotor 20 angetrieben ist, der seine Energie über eine Netzzuleitung 21 aus einem speisenden Netz erhält. Das Magnetventil 16 ist über eine Steuerleitung 22 mit einer Steuerung 23 verbunden, die gleichfalls über eine Leitung 24 aus dem Netz gespeist ist. Die Steuerung 23 beaufschlagt über eine Leitung 25 den Elektromotor 20.

[0018] Die Verbrennungszone 8 und die Mischzone 4 sind durch eine Trennfläche 26 getrennt, die aus einer porösen Keramikplatte, einem porösen keramischen Vlies, einem Metalldrahtgewebe, einem keramischen Schaum oder einem Sintermetall gebildet werden kann. Allen diesen Stoffen und einer Mehrzahl ähnlich wirkender Stoffe ist gemeinsam, daß die gesamte Oberfläche der Trennfläche 26 am Durchtritt des Brennstoff-Luft-Gemisches teilnimmt.

[0019] In der Verbrennungszone 8 entsteht das sogenannte thermisch gebildete Stickoxid. Genau genommen handelt es sich hier um eine Vielzahl einzelner Oxide, wie N₂O, NO, N₂O₃ und NO₂ und N₂O₅, die in einem unterschiedlichen Verhältnis zueinander stehen. Der Vereinfachung halber wird im folgenden von Stickoxid gesprochen, welches thermisch gebildet ist, das heißt, nur durch die Wärme der Verbrennung. Geschieht die Verbrennung ganz oder teilweise unter Sauerstoffmangel, so wird promptes Stickoxid gebildet, und zwar durch Umwandlung von Kohlenwasserstoff über Blausäure in Stickoxid. Diese Stickoxidbildung kann im folgenden als nicht relevant außer acht gelassen werden, da sie hauptsächlich bei teilvormischenden Brennern und in deren Anfangsbrennphase auftritt.

[0020] Im Schaubild gemäß Figur 5 ist in der Mitte ein erster Kreis dargestellt, der als Ergebnis die Stickoxidbildung zum Inhalt hat. Man erkennt durch die Pfeile 31, 32 und 33, daß drei Größen, nämlich der Sauerstoffgehalt 34, die Flammentemperatur 35 und die Verweilzeit 36 der Komponenten in der Verbrennungszone auf die Stickoxidbildung Einfluß haben. Man erkennt aber auch durch die weiteren Pfeile 37, 38 und 39, daß sich Sauerstoffgehalt 34, Flammentemperatur 35 und Verweilzeit 36 auch noch gegenseitig beeinflussen. Zunächst einmal führt ein höherer Sauerstoffgehalt 34 in der Verbrennungszone 8 generell zu einer verstärkten Stickoxidbildung, ganz einfach, weil dann mehr Sauerstoff zur Reaktion vorhanden ist. Gleichermaßen führt eine Erhöhung der Flammentemperatur 35 zu einer verstärkten Stickoxidbildung, weil mehr thermische Reaktionsenergie zur Oxidation des Stickstoffs vorhanden ist. Eine größere Verweilzeit 36 führt zum dritten gleichermaßen zur Erhöhung der Stickoxidbildung, weil die Komponenten mehr Zeit haben, miteinander reagieren zu können.

[0021] Andererseits führt aber auch eine Erhöhung des Sauerstoffgehaltes 34 zu einer Erniedrigung der Flammentemperatur 35, weil für die Verbrennung nicht notwendiger Sauerstoff durch die Verbrennungszone 8 transportiert wird und erhitzt wird, ohne daß er sich positiv auf die Verbrennung auswirkt. Weiterhin bewirkt die Erhöhung des Sauerstoffgehaltes 34 auch eine Erhöhung des Einflußbereichs der Verweilzeit 36 zur maximalen NO-Bildung. Bei erhöhter Flammentemperatur 35 ist der Einfluß der Verweilzeit 36 auf die NO-Bildung größer. Dadurch sind die 3 Grundparameter 34, 35 und 36 voneinander abhängig.

[0022] Man erkennt aus dem Diagramm nach Figur 5 weiterhin, daß sowohl die Luftzahl 40 wie auch die spezifische Belastung 41 und die Ausströmgeschwindigkeit 42 auf die Entstehung des Stickoxides Einfluß nehmen. Die Luftzahl 40 ist definiert als das Verhältnis des Gesamtluftdurchsatzes zu dem Luftdurchsatz, der für die vollständige (stöchiometrische) Verbrennung notwendig wäre. Die spezifische Belastung 41 ist definiert als die Leistung des Brenners in Watt, bezogen auf (bei einem Brenner der eben betrachteten Art) die Brennoberfläche der Trennfläche 26. Die Ausströmgeschwindigkeit 42 ist definiert als die Geschwindigkeit, mit der die Brenngemischkomponenten durch die Trennfläche 26 hindurchtreten.

[0023] Luftzahl 40, spezifische Belastung 41 und Ausströmgeschwindigkeit 42 wirken nunmehr auf den Sauerstoffgehalt 34, die Flammentemperatur 35 und die Verweilzeit 36 mehr oder weniger gegenläufig ein. Die Luftzahl 40 wirkt über den Pfeil 43 sowohl auf den Sauerstoffgehalt 34 wie auch auf die Flammentemperatur 35 ein. Bei Erhöhung der Luftzahl steigt einerseits der Sauerstoffgehalt 34, andererseits fällt aber die Flammentemperatur 35. Die Flammentemperaturänderung ist stärker in ihrer Auswirkung als die Änderung des Sauerstoffgehaltes. Andererseits wirkt die Luftzahl über den Pfeil 44 auch auf die Ausströmgeschwindigkeit 42 ein, da die Ausströmgeschwindigkeit 42 steigen muß, je mehr Luft durch die Trennfläche 26 hindurchgeschickt wird. Eine Änderung der spezifischen Belastung 41 geht über den Pfeil 45 nicht nur in die Größe der Ausströmgeschwindigkeit 42, sondern auch über den Pfeil 46 in die Höhe der Flammentemperatur 35 ein. Eine Rücknahme der spezifischen Belastung 41 ist nur zu erreichen über eine Verringerung des Brennstoffdurchsatzes, und dieses führt zu einer geringeren Ausströmgeschwindigkeit 42 durch die Trennfläche 26. Eine Verringerung der spezifischen Belastung 41 bewirkt aber auch eine Verkleinerung der Flammentemperatur 35, da weniger Brennstoff umgesetzt wird. Eine Vergrößerung der Ausströmgeschwindigkeit 42 im bestimmten Bereich bewirkt eine Verkleinerung der Flammentemperatur 35, weil ab einer bestimmten Grenze die Flammenbildung nicht mehr im Bereich der Trennoberfläche 26, sondern im Abstand davon stattfindet, und dadurch kann die Brennerplatte die Verbrennungswärme nicht abnehmen. Gleichzeitig wird mit einer Erhöhung der Ausströmgeschwindigkeit 42 die Verweilzeit 36 gemäß dem Pfeil 47 verringert. Dies bedeutet, daß sich durch eine Erhöhung der Ausströmgeschwindigkeit 42 die Bildung thermischen Stickoxides verringern, aber auch erhöhen kann. Das hängt von dem gegenseitigen Einfluß beider Parameter ab.

[0024] Als erfindungswesentlich wurde nunmehr gefunden, daß man die Bildung thermischen Stickoxides optimieren, das heißt minimieren kann, wenn man das Verbrennungsverfahren bei einem Oberflächenbrenner, also einem Strahlungsbrenner, so verlaufen läßt, daß ein Kennwert gemäß Gleichung 1 erhalten wird:


wobei KW₁ den Kennwert in Watt pro cm², q die spezifische Brennerbelastung, λ die Luftzahl und b einen Exponenten bedeutet, der bei Metallfaserbrennern bei sechs, bei Keramikplattenbrennern bei fünf liegt. Eine Einschränkung erfährt diese Erkenntnis dadurch, daß der Bereich von λ gleich oder größer 1,1 und der Bereich von q gleich oder kleiner 120 W/cm² liegt.

[0025] Die spezifische Brennerbelastung bei einem Brenner gemäß Figur 1 kann durch Variation des Durchlaßquerschnitts des Magnetventils 16 erzielt werden. Es ist dann nämlich möglich, bei konstanter Oberfläche der Trennfläche 26 mehr oder weniger Brennstoff in die Misch- und Verbrennungszone 4 und 8 zu geben. Die Luftzahl kann durch Variation der Drehzahl des Gebläses 18/19 variiert werden. Die Anweisung gemäß dem Kennwert bedeutet, daß man bestrebt ist, die Brennoberfläche der Trennfläche 26 so groß wie möglich zu machen. Die größtmögliche Oberfläche in bezug auf das Volumen hat die Kugel, so daß eine kuglige Ausbildung dieser Trennoberfläche das Optimum gemäß der Bedingung darstellt. Weiterhin ist zu ersehen, daß die Betriebsergebnisse bezüglich des Stickoxids um so günstiger werden, je weniger Brennstoff pro Flächeneinheit durch die Trennfläche 26 gegeben wird. Weiterhin ist ersichtlich, daß eine Erhöhung der Luftzahl zu besonders guten Ergebnissen führt, zumal sie mit einem Exponenten eingehen. Zu beachten ist aber, daß eine beliebige Erhöhung der Luftzahl nicht sinnvoll ist, weil dann der Wirkungsgrad des Heizgerätes stark abfällt. Der Kennwert liefert ein Optimum aus den sich zum Teil widerstrebenden Bedingungen.

[0026] Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zeigt einen Gebläsebrenner, bei dem die Trennfläche 26 durch eine kuglig gestaltete Brennerhaube 48 gebildet ist, die eine Vielzahl von Brenngemisch-Austrittsschlitzen 49 aufweist. Auch dieser Brenner arbeitet in einer bis auf die Luft- und Gaseintrittsöffnung und die Abgasauslaßöffnung geschlossenen Brennkammer.

[0027] Es wäre bei einem Brenner gemäß Figur 2 zu überlegen, ob man den Wärmetauscher 9 auf der dem Brenner zugewandten Seite konkav ausbildet oder ob man die seitliche Wand der Brennkammer 6 wassergefüllt ausbildet und mit dem Rohr 10 des Wärmetauschers 9 verbindet, um allseitig die vom Brenner abgestrahlte Wärme nutzbringend zu verwerten.

[0028] Der Brenner gemäß Figur 2 gehört zu den Strahlungsbrennern und weist zwischen den einzelnen Brenngemisch-Austrittsöffnungen 49 oder besser Porenbereiche 50 auf, die nicht am Brennstoff-Luft-Gemisch-Durchtritt teilnehmen.

[0029] Ist der Brenner im Prinzip ausgebildet als Brenner gemäß Figuren 3 und 4, gilt ein anderer Kennwert:

[0030] Der Brenner gemäß Figuren 3 und 4 ist als atmosphärischer Vormischgasbrenner 51 ausgestaltet. Eine oder mehrere Gasdüsen 52 sind an die Gasleitung 15 angeschlossen und blasen Gas in Form eines Gasstrahls in den Einlaß 53 eines Mischrohres 54 ein. Aus dem Ringspalt 55 zwischen Gasdüse 52 und Einlaß 53 wird Primärluft mitgerissen. Gas und Primärluft mischen sich im Innenraum 56 des Mischrohres 54 und treten von unten her an eine Brennerplatte 57 heran, die in Figur 4 in Ansicht dargestellt ist und die relativ große Brenngemisch-Austrittsschlitze 49 aufweist. Die Brennerplatte 57, die nicht unbedingt eben, sondern auch gekrümmt ausgebildet sein kann, bildet die Trennfläche 26, oberhalb der sich die Verbrennungszone 8 bildet und unterhalb der die Mischzone 4 vorgesehen ist. Zwischen den einzelnen in der Figur 4 dargestellten Brennern 51 kann Sekundärluft durch den Zwischenraum 58 aufsteigen und an die Flammenwurzeln der an der Oberseite der Brenngemisch-Austrittsschlitze 49 entstehenden Flammen gelangen.

[0031] Es wird angestrebt, den atmosphärischen Vormischgasbrenner 51 überstöchiometrisch zu betreiben, das heißt, über den für die vollständige (stöchiometrische) Verbrennung notwendigen Luftdurchsatz von 1,2 zu betreiben. Zwar würde dieser Luftanteil zur vollständigen Verbrennung des Gases ausreichen, aber aus später noch geschilderten Überlegungen wird dennoch Sekundärluft hinzugefügt.

[0032] Für die Brenner 51 gemäß Figuren 3 und 4 gilt das Schaubild gemäß Figur 6, das sich gegenüber dem Schaubild von der Figur 5 dadurch im wesentlichen unterscheidet, daß die Luftzahl 40 in eine Primärluftzahl 59 und eine Sekundärluftzahl 60 unterteilt ist. Beide Luftzahlen 59 und 60 wirken gemäß der Pfeile 61, 62 gegenläufig aufeinander ein, und zwar aufgrund der Variation des thermischen Auftriebs im Brennraum. Beide zusammen wirken aber gemäß dem Pfeil 43 in der beschriebenen Art und Weise auf die Bildung des Stickoxids ein.

[0033] Bei solchen atmosphärischen Vormischgasbrennern 51 wird auch die Minimierung eines Kennwertes angestrebt, und dieser Kennwert lautet gemäß Gleichung 2:

[0034] Hierin bedeuten KW₂ der Kennwert, q die spezifische Brennerbelastung, bezogen auf die Summe aller Brenngemisch-Austrittsöffnungen 49 in W/cm², V die Austrittsgeschwindigkeit der Gemischkomponenten in m/s, λ_p der Primärluftanteil und λ der Luftanteil, der zur vollständigen Verbrennung notwendig ist, sowie 0,2 einen Exponenten.

[0035] Es ist nun möglich, die Ausströmgeschwindigkeit V durch Gleichung


zu ersetzen, wobei 10 und 1 und 3600 dimensionslose Zahlen, L_min das zur vollständigen Verbrennung einer Volumeneinheit des Brennstoffs notwendige Luftvolumen bedeuten sowie Hu den Heizwert des Brenngases in kWh/m³.

[0036] Wird Gleichung 3 in Gleichung 2 eingesetzt, so ergibt sich für den Kennwert Gleichung 4:

[0037] Gleichung 4 kann umgeschrieben werden zu

[0038] Hieraus ist ersichtlich, daß der Kennwert minimiert werden kann, wenn der Heizwert des Gases klein gehalten wird und wenn der Primärluftanteil erhöht wird.

[0039] Der Heizwert Hu bezieht sich auf den jeweils unteren Heizwert, der möglicherweise zur Anwendung kommenden Gase, wie Wasserstoff, Methan, Butan oder Gasgemische hieraus.

Ansprüche

1. Verfahren zum Minimieren der Bildung thermischer Stickoxide bei einer Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches an einer Trennfläche zwischen einer Mischzone und einer Verbrennungszone, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen spezifischer Brennoberflächenbelastung (q) und Luftzahl (λ) minimiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Strahlungsverbrennung das Verhältnis zwischen spezifischer Brennoberflächenbelastung (q) und Luftzahl (λ) nach folgendem Kennwert KW₁ minimiert wird:

wobei b bei Metallfaserbrennern bei sechs und bei Keramikplattenbrennern bei fünf liegt.

3. Verfahren zum Minimieren der Bildung thermischer Stickoxide bei einer Verbrennung eines Gas-Luft-Gemisches an einer Trennoberfläche zwischen einer Mischzone und einer Verbrennungszone, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen spezifischer Brennoberflächenbelastung (q) und dem Produkt aus Durchtrittsgeschwindigkeit (V) des Brenngemisches durch die Oberfläche, Primärluftzahl (λ _P) und Gesamtluftzahl (λ) minimiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen spezifischer Brennoberflächenbelastung (q) und dem Produkt aus Durchtrittsgeschwindigkeit (V) des Brenngemisches durch die Oberfläche, Primärluftzahl (λ _P) und Gesamtluftzahl (λ) nach folgendem Kennwert KW₂ minimiert wird:

wobei Hu der Heizwert [kWhm⁻³] des zur Verwendung kommenden Gases, 360 und 1 dimensionslose Zahlen und L_min das für die vollständige (stöchiometrische) Verbrennung eines bestimmten Brennstoffvolumens notwendige Luftvolumen bedeuten.

Zeichnung