CH683635A5 - Verfahren zum Betreiben eines Brenners, insbesondere atmosphärischen Vormisch-Gasbrenners. - Google Patents

Description

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CH 683 635 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brenners insbesondere eines atmosphärischen Vormisch-Gasbrenners gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Patentanspruches.

Bei solchen Brennern ist es gelungen, durch die Anordnung von Keramik- oder Stahl- Kühlstäben oder wassergefüllten Rohren in der Brennkammer oder direkt an den Brennerstäben die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich der Brennerflamme abzuleiten und dadurch eine Überhitzung des Brenners, die zur Bildung von Stickoxiden führen kann, zu vermeiden. Eine optimale Anordnung dieser Kühlstäbe ist aber für die NOx- und auch CO-Emis-sion des Brenners von entscheidender Bedeutung.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, solche Kühlstäbe derart anzuordnen und zu bemessen, dass sie die ihnen zugedachte Aufgabe optimal zu erfüllen vermögen. Um die bestmögliche Position solcher Kühlstäbe zu gewährleisten, ist nicht nur auf die Lage und Anordnung der scharenweise gegliederten Brennstoffaustrittsöffnungen der Oberseite der Rohrwandung zu achten, sondern auch auf zahlreiche andere Parameter, wie auf die Höhe der an den Austrittsöffnungen gebildeten Flammen sowie auf den Durchmesser und den Abstand der Kühlstäbe voneinander und vom Brennerrohr.

Erfindunsgemäss ist zur Lösung der oben definierten Aufgabe das Verfahren gemäss dem unabhängigen Patentanspruch vorgesehen.

Dank dieser Anordnung sind die Kühlstäbe optimal befähigt, Wärme aus den durch Überhitzung besonders gefährdeten Bereichen des Brenners abzuleiten und dadurch der Emission von NOx und CO wirksam entgegenzutreten.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Durchmesser D des Kühlstabes maximal das 1,45-fache der Flammenhöhe h. Vorzugsweise für ungekühlte, zwischen den Flammenscharen angeordnete, Kühlstäbe soll der Durchmesser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h liegen.

Um die Wärme sicher abführen zu können, kann der Durchmesser des Kühlstabes je nachdem in welchem Bereich der Kühlstab angeordnet ist, bis zum 1,45-fachen der Flammenhöhe h betragen. Der obere Bereich des erfindungsgemässen Durchmes-ser-Bemessungsintervalles ist für ungekühlte, gegebenenfalls hohie Kühlstäbe zu verwenden.

Nach einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung soll für am Randbereich angeordnete, für nur eine Flammenschar vorgesehene Kühlstäbe der Durchmesser D zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegen.

Da die am Rand angeordneten Kühistäbe thermisch weniger belastet sind, kann der Durchmesser dieser Kühlstäbe im unteren Bereich des erfindungsgemässen Durchmesser-Bemessungsinterval-les liegen.

Nachfolgend soll anhand der Zeichnung die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein zylindrisches Brennerrohr,

Fig. 2 ein im wesentlichen im Querschnitt rechteckiges Brennerrohr und

Fig. 3 einen Brennerrost bildende Brennerrohre mit ebener Oberseite mit den erfindungsgemäss positionierten Kühlstäben.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Brennerrohr 1 mit einer Flamme 2. Die Höhe der Flamme 2 wird mit h bezeichnet. In einer Entfernung Xi von der Brennerwandung 3 und in einem Abstand X2 von der Flammenmittellinie 4 sind Kühlstäbe 5 mit einem Durchmesser D angeordnet. Diese in der Brennkammer oder direkt an den Brennerstäben 1 angeordneten Kühlstäbe 5 leiten die Wärme aus dem unmittelbaren Bereich der Brennerflamme 2 ab und vermeiden dadurch eine Überhitzung des Brenners und damit eine Bildung von Stickoxiden. Damit diese Kühlstäbe 5 ihre Aufgabe optimal erfüllen können und dadurch die Emission von NOx und CO auf ein Minimum beschränken, ist die richtige Anordnung und Dimensionierung der Kühlstäbe von entscheidender Bedeutung.

Es hat sich gezeigt, dass bei der räumlichen Anordnung der Kühlstäbe insbesondere die Flammenhöhe h ein wichtiges Vergleichsmass darstellt. Aufgrund dieser Tatsache wurde versucht, Verhältniszahlen für die Positionierung der Kühlstäbe 5 über den Brennerstäben 1 zu ermitteln, für welche die Schadstoffemission des Brenners möglichst niedrig ist. Es hat sich ergeben, dass das Verhältnis des Abstandes Xi des Kühlstabes 5 von der Oberseite der Brennenwandung 3 zur Flammenhöhe h zwischen 0,6 und 0,8 liegen muss und dass das Verhältnis des Abstandes X2 des Kühlstabes 5 von der Flammenmittellinie 4 zur Flammenhöhe h im Bereich zwischen 0,15 und 0,9 zu wählen ist. Gleichzeitig muss noch der Durchmesser D des Kühlstabes 5 mindestens ein Viertel der Fiammenhöhe h betragen. Werden diese Werte eingehalten, so ist sichergestellt, dass die Schadstoffemission im unteren, möglichen Bereich liegt und z.B. die NOx-Emis-sion einen Wert unter 75 ppm aufweist.

Als Maximalwert für den Durchmesser D des Kühlstabes 5, wobei hier die Wärmetransportfähigkeit des Stabes, also das Material, die Kühlung z.B. durch Sekundärluft, die Form wie z.B. Rohrform u.dgl., zu berücksichtigen ist, wurde der Wert mit 1,45 der Flammenhöhe h festgesetzt.

Werden diese erfindungsgemässen Verhältnisangaben als Gleichungen dargestellt, so ergibt sich:

Für den Abstand Xi der Kühlstäbe 5 von der Brennerwandung 3:

Xi = (0,6-0,8).h (1)

Für den Abstand X2 des Kühistabes 5 von der Flammenmitteliinie 4:

X2 = (0,15-0,9).h (2)

Für den Durchmesser D des Kühlstabes 5:

D = (0,25-1,45).h (3)

Für die Wahl des Durchmessers D des Kühlsta-

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bes 5 ist, wie schon erwähnt, die Wärmetransportfähigkeit aufgrund seines Materials, seiner Form (Voll- oder Hohlstab) sowie der Bereich seiner Anordnung massgebend.

Für ungekühlte, zwischen den Flammenscharen

2 angeordnete, hohle Kühlstäbe 5 soll der Durchmesser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h, für am Randbereich des Brennerstabes 1 angeordnete, volle Kühlstäbe 5 zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegen.

Aus dem Abstand X2 des Kühlstabes 5 von der Flammenmittellinie 4, der bei einem Brennerrohr gemäss Fig. 1 mit zylindrischer oder kegelförmiger Oberfläche ungefähr dem Bogenmass zwischen Flammen- und Kühlstabmittellinie 6 entspricht, kann auch der erforderliche Abstand 7 zwischen zwei benachbarten Scharen von Brennstoffaustrittsöffnungen des Brennerrohres 1 ermittelt werden.

Bei der Ausführungsform in Fig. 2 hat das Brennerrohr 1 beispielsweise einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und bloss die mit den Brennstoffaustrittsöffnungen versehene Brennerwandung 3 ist zylindrisch gekrümmt. Zwischen den beiden in Längsrichtung erstreckenden Scharen von Brennerflammen 2 sind Halteflammen 8 vorgesehen.

Im Rahmen der Erfindung können gemäss Fig. 3 auch Brennerrohre 1 mit ebener Brennerwandung 3 verwendet werden. Die Kühlstäbe 5 sind dann bei Anordnung mehrerer solcher zueinander paralleler, einen Brennerrost bildender Brennerrohre 1 zwischen diesen in einem Abstand X2 von der Flammenmittellinie 4 und in einem Abstand Xi von der ebenen Brennerwandung

3 angeordnet. Der erforderliche Abstand zwischen zwei Brennerstäben 1 ist dann durch den doppelten Abstand X2 gegeben.

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Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Brenners mit wenigstens einem langgestreckten innerhalb einer Brennkammer angeordneten Brennerrohr, dessen Rohrwandung an seiner dem Inneren der Brennkammer zugewendeten Oberseite scharenweise angeordnete Brennstoffaustrittsöffnungen für einen dem Innern des Brennerrohres zugeführten Brennstoff aufweist und mit mindestens einem, sich zumindest über die zwischen den Scharen der Hauptflammen bildenden Brennstoffaustrittsöffnungen des Brennerrohres verbleibenden Freibereiche bzw. über Halteflammen erstreckenden, aus wärmeaufnehmendem Material bestehenden Kühlstab, der in einem Abstand oberhalb der Oberseite der Rohrwandung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand Xi des Kühlstabes (5) von der Oberseite (3) des Brennerrohres 0,6 bis 0,8 der Flammenhöhe h beträgt, dass der Kühlstab (5) von der Flammenmittellinie (4) in einem Abstand X2 angeordnet ist, der zwischen 0,15 und 0,9 der Flammenhöhe h liegt und dass der Durchmesser D des Kühlstabes (5) mindestens ein Viertel der Flammenhöhe h beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D des Kühlstabes

(5) maximal das 1,45-fache der Flammenhöhe h beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für zwischen den Flammenscharen (2) angeordnete Kühlstäbe (5) der Durchmesser D zwischen 0,56 und 1,45 der Flammenhöhe h liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für am Randbereich des Brenners angeordnete, für nur eine Flammenschar (2) vorgesehene Kühlstäbe (5) der Durchmesser D zwischen 0,25 und 0,65 der Flammenhöhe h liegt.

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