DE102005038110A1

DE102005038110A1 - Industriebrenner und Verfahren zum Betreiben eines Industriebrenners

Info

Publication number: DE102005038110A1
Application number: DE102005038110A
Authority: DE
Inventors: Horst Graf von Dr. Schweinitz; Andreas Dr. Munko
Original assignee: LBE Feuerungstechnik GmbH
Current assignee: Elster GmbH
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-03-01
Also published as: EP1913306B1; WO2007017056A1; EP1913306A1

Abstract

Der Industriebrenner (10) enthält eine Mischkammer (3), die mit wenigstens einer Mündung in einen Ofenraum versehen ist, durch die im Betrieb ein zumindest teilvorgemischter Stoffstrom aus der Mischkammer (3) in den Ofenraum austritt. Eine Verbrennungsluftzuführung (18), durch die die Mischkammer im Betrieb teilweise mit Verbrennungsluft versorgt wird, und eine Brennstoffzuführung (7, 8), mit der Brennstoff im Betrieb in die Mischkammer eingebracht wird, sind vorgesehen. Die Brennstoffzuführung (7, 8) kann zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand umschalten, wobei in dem ersten Betriebszustand Brennstoff unter einem ersten Winkel (5) zur Axialrichtung der Mischkammer derart in die Mischkammer (3) eingebracht wird, dass Brennstoff und Luft in der Mischkammer vermischt werden und zumindest eine Teilreaktion vollziehen, und in dem zweiten Betriebszustand Brennstoff bei im Wesentlichen gleicher axialer Position bezüglich der Mündung (2) wie im ersten Betriebszustand zumindest zusätzlich unter einem zweiten Winkel (6) zur Axialrichtung der Mischkammer in die Mischkammer (3) eingebracht wird. Der erste Winkel (5) unterscheidet sich vom zweiten Winkel (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Industriebrenner mit geringer NOx-Emission, insbesondere zur Beheizung von Ofenräumen von Industriehöfen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Brenners.

Für die Umwandlung von Brennstoffenergie in Wärme werden sogenannte Impuls- oder Hochgeschwindigkeitsbrenner eingesetzt. Der Brennstoff und die Verbrennungsluft werden in einer meist aus keramischem Material hergestellten hochhitzebeständigen Brennkammer miteinander vermischt und gezündet. Die entstehenden heißen Verbrennungsgase strömen durch einen düsenförmigen Auslass mit hoher Geschwindigkeit in den Heizraum, der entweder durch den Ofenraum selbst oder den Innenraum eines Strahlheizrohrs gebildet ist. Der Auslass der Brennkammer kann düsenförmig eingeschnürt oder durch einen Düsenkranz gebildet sein, wobei die Achsen der Düsenöffnungen zueinander parallel oder voneinander divergierend ausgerichtet sind. Die mechanische Energie des aus der Brennkammer austretenden Gasstrahls, die zum überwiegenden Teil von dem Brennstoff stammt, dient zur Vermischung und Umwälzung der Gase im Heizraum, was wiederum den Temperaturausgleich in gewünschter Weise fördert. Ein solcher Brenner ist in der DE-A1 3422229 beschrieben.

In der EP 0 239 168 A2 ist ein Industriebrenner beschrieben, der eine außerhalb des Ofenraums angeordnete hochhitzebeständige Brennkammer aufweist. Die Brennstoffzuführungseinrichtung weist eine an der dem Verbrennungsgasauslass abgewandten Rückwand der Brennkammer mündende, primäre Brennstoffdüse und eine wärmeisolierte, durch die Brennkammer durchgeführte sekundäre Brennstoffdüse auf, die in der Nähe des Verbrennungsgasauslasses mündet. Dieser Brenner wird mit einer Zweistufenverbrennung betrieben, bei der in die dauernd mit der gesamten Verbrennungsluft beaufschlagte Brennkammer über die primäre Brennstoffdüse ein unter 50% liegender Anteil des dem Brenner insgesamt zugeführten Brennstoffs eingebracht wird. Dieser Primärbrennstoff wird mit hohem Luftüberschuss unter Ausbildung einer langen Flamme verbrannt, welche bis zu der Mündung der sekundären Brennstoffdüse in der Nähe des Auslasses der Brennkammer reicht. Die Verbrennung des über die sekundäre Brennstoffdüse eingebrachten restlichen Brennstoffs erfolgt mit geringem Luftüberschuss unmittelbar in dem Strahlheizrohr.

Aus der EP 0 685 683 B1 ist ebenfalls ein in einem zweistufigen Betrieb betreibbarer Brenner bekannt, bei welchem in einer Brennkammer in axialer Richtung voneinander getrennt zwei Brennstoffauslässe vorgesehen sind, die in einem ersten und in einem zweiten Verbrennungsbetriebszustand wahlweise mit Brennstoff beaufschlagt werden. Insbesondere wird beim Anfahren des Brenners die in die Brennkammer in axialer Richtung entfernt vom düsenförmigen Auslass der Brennkammer in den Ofenraum mündende Brennstoffzufuhreinrichtung verwendet, um Brennstoff in die Brennkammer einzubringen und eine Verbrennung in der Brennkammer vorzusehen. Im zweiten Betriebszustand wird ausschließlich der andere der Brennstoffauslässe verwendet, der den Brennstoff in unmittelbarer Nähe des Brennkammerauslasses einbringt, so dass neben der Luft unverbrannter Brennstoff unvermischt mit der Verbrennungsluft den Ofenraum erreicht. Die Vermischung des Brennstoffs und der Verbrennungsluft erfolgt erst dann im Ofenraum.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Industriebrenner, welcher bei geringer NOx-Emission konstruktiv einfach ist und flexibel zu betreiben ist und ein Verfahren zum Betreiben des Industriebrenners vorzusehen.

Diese Aufgabe wird mit einem Industriebrenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Betreiben des Industriebrenners mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Insbesondere enthält ein Industriebrenner gemäß der Erfindung eine Mischkammer, die mit wenigstens einer Mündung in einen Ofenraum versehen ist, durch die im Betrieb ein zumindest teilvorgemischter Stoffstrom aus der Mischkammer in den Ofenraum austritt. Ein Teil der Verbrennungsluft wird mittels einer Verbrennungsluftzuführung in die Mischkammer eingebracht, wobei dauerhaft die Mischkammer mit Verbrennungsluft versorgt werden kann. Außerdem kann statt reiner Luft ein Luft/Abgasgemisch, beispielsweise bei Anwendung des erfindungsgemäßen Brenners auf einem Rekuperatorbrenner, zugeführt werden. Der Brennstoff wird mittels einer Brennstoffzuführung in die Mischkammer eingebracht. Die Brennstoffzuführung ist dazu angepasst, zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand umzuschalten, wobei in dem ersten Betriebszustand Brennstoff unter einem ersten Winkel zur Axialrichtung der Mischkammer, d.h. der Rotationsachse einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Mischkammer bzw. dem Zentrum der Richtung vom Verbrennungslufteinlass zur Mündung in den Ofenraum, derart in die Mischkammer eingebracht wird, dass Brennstoff und Luft in der Mischkammer vermischt werden und ein reaktionsfähiges Gemisch bilden. Außerdem vollziehen sie zumindest eine Teilreaktion bereits in der Mischkammer, so dass eine Flamme in der Misch kammer entsteht, ehe sie durch den düsenförmigen Auslass in den Ofenraum austreten. Im zweiten Betriebszustand wird Brennstoff unter einem zweiten Winkel, der vom ersten Winkel verschieden ist, in die Mischkammer eingebracht, wobei die axiale Position, an der der Brennstoff von der Brennstoffzuführung in die Mischkammer eingebracht wird, im Wesentlichen unverändert bleibt. Das heißt, der Abstand zwischen dem Austritt der Brennstoffzuführung und der Mündung der Mischkammer in den Ofenraum in axialer Richtung der Mischkammer ist in beiden Betriebszuständen im Wesentlichen gleich. Im zweiten Betriebszustand wird der Brennstoff vorzugsweise durch sowohl die erste Brennstoffzuführung als auch die zweite Brennstoffzuführung in die Mischkammer eingebracht. Jede der Brennstoffzuführeinrichtungen enthält dabei eine oder mehrere Düsenöffnungen, die in an sich bekannter Weise schlitzartig, rund oder in anderer geeigneter geometrischer Gestalt ausgebildet sein können.

Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass im ersten Betriebszustand eine gute Durchmischung zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft in der Mischkammer stattfindet und die Verbrennung in der Mischkammer zumindest teilweise erfolgen kann. Im zweiten Betriebszustand hingegen wird durch geeignete Wahl des Anteils am Gesamtbrennstoff des unter einem ersten Winkel bzw. unter einem zweiten Winkel austretenden Brennstoffstroms, d.h. insbesondere durch Regeln der entsprechenden Brennstoffmengen und Austrittswinkel, gewährleistet, dass das Strömungsprofil und damit auch das Mischungsprofil zwischen Luft und Brennstoff sowie das Temperaturprofil in der Mischkammer derart beeinflusst werden, dass die Verbrennung hauptsächlich in die Bereiche außerhalb der Mischkammer, d.h. in den Ofenraum, verlagert ist. Gleichzeitig wird bereits in der Mischkammer gewährleistet, dass ein zumindest teilvorgemischter Stoffstrom aus der Mischkammermündung in den Ofenraum austritt, so dass dort die Verbrennung erfolgen kann. In der Mischkammer befindet sich also in allen Betriebszuständen zumindest im Hinblick auf die Stoffbilanz ein reaktionsfähiges Gemisch, wenngleich die Durchmischung insbesondere im zweiten Betriebszustand nicht ausreichend ist, um eine stabile Verbrennung bereits in der Mischkammer zu gewährleisten. Durch die Verschiebung der Verbrennung aus der Mischkammer in den Ofenraum im zweiten Betriebszustand ist es möglich, die Mischkammer selbst sowie die Mischeinrichtung, also die Brennstoff- und Luftzuführungen, weniger thermisch zu beanspruchen und damit höhere Lebensdauer der Bauteile des Industriebrenners zu gewährleisten und die Einsatztemperaturen im Ofenraum zu erhöhen.

Vorzugsweise wird dazu im zweiten Betriebszustand der Brennstoff in einem Anteil von 10% bis 100%, weiter vorzugsweise von 50% bis 100% des Gesamtbrennstoffstroms durch die zweite Brennstoffzuführeinrichtung eingebracht, wobei vorzugsweise 100% nicht eingeschlossen sind, so dass stets im zweiten Betriebszustand durch beide unter verschiedenen Winkeln in die Mischkammer mündenden Brennstoffzuführungen Brennstoff zugeführt wird. Dadurch kann das Strömungsbild und Mischungsbild des Brennstoffs und der Verbrennungsluft in der Mischungskammer besser beeinflusst und justiert werden.

Vorzugsweise ist der erste Winkel für den ersten Betriebszustand größer als der zweite Winkel. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der zweite Winkel größer als der erste Winkel ist. Einer der beiden Winkel kann 0° betragen, d.h. dass der durch eine der Brennstofflanzen austretende Brennstroffstrom in Axialrichtung in die Mischkammer eingebracht wird. Dies erlaubt eine einfache Konfiguration der Mündung der Brennstoffzuführung in die Brennkammer sowie die Möglichkeit der gezielten Beeinflussung der Strömung, so dass nicht nur die Einsatzbereiche eines Brenners vergrößert werden können und Materialschonung des Materials der Mischkammer möglich ist, sondern auch die Abgasemission, insbesondere NOx, durch gezielte Strömungsbeeinflussung verringert werden kann. Durch geschickte Wahl des Winkels zur Axialrichtung der Mischungskammer, insbesondere während des Aufheizvorgangs, d.h. des ersten Betriebszustands, kann dank verbesserter Stabilitätsbedingungen und gezielter Durchmischung von Brennstoff und Luft in der Mischungskammer eine höhere Brennerleistung erreicht werden. Die Brennstoffe sind beliebig wählbar, so dass insbesondere auch Öle oder feste Brennstoffe gundsätzlich möglich sind.

Die Brennstoffzuführung enthält vorzugsweise eine erste und eine zweite Brennstoffzuführeinrichtung, die weiter bevorzugt jeweils mit Brennstofflanzen versehen sind, die mit einer Mischeinrichtung an ihren mischkammerseitigen Enden z.B. formschlüssig oder anderweitig verbunden sind. Die für beide Brennstofflanzen gemeinsame Mischeinrichtung enthält die Düsenöffnungen unter dem ersten und dem zweiten Winkel zur Axialrichtung der Mischkammer, die mit der ersten bzw. der zweiten Brennstofflanze verbunden sind. Dies vereinfacht den Aufbau des Industriebrenners, da nur eine Mischeinrichtung erforderlich ist, welche die Richtung der Brennstoffströmung vorgibt. Gleichzeitig kann an der Mischeinrichtung eine zusätzliche Ausrüstung angebracht sein, um beispielsweise die zugeführte Luft strömungstechnisch zu beeinflussen, beispielsweise zu verwirbeln. Außerdem bleibt durch diese Anordnung sichergestellt, dass die Brennstoffeinbringung in die Mischungskammer sowohl im ersten als auch im zweiten Betriebszustand im Wesentlichen in gleichem axialen Abstand zur Mündung der Mischungskammer in den Ofenraum erfolgt.

Wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Einrichtung zur Überwachung der Verbrennung vorgesehen ist, beispielsweise als UV-Sonde oder mittels Ionisationsverfahren, so ist es möglich, die Umschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand in Abhängigkeit von dem erfassten Strömungsbild bzw. der Verbrennung in der Mischungskammer zu regeln. Insbesondere ist mit einer derartigen Überwachung des Strömungszustands in der Mischkammer eine Umschaltung zwischen der Zufuhr der Brennstoffströme für den ersten Betriebszustand bzw. den zweiten Betriebszustand auch unterhalb von 800° C, was bislang als kritischer Temperaturpunkt für Änderungen der Betriebsbedingungen nach dem Aufheizen galt, möglich.

Der Winkel, unter dem der Brennstoff im ersten und im zweiten Betriebszustand zugeführt wird, ist prinzipiell frei wählbar, solange die Winkel zueinander unterschiedlich sind. Den gleichen Effekt kann man jedoch auch bei gleichen Winkeln aber z.B. anderer Zahl, räumlicher Anordnung oder Gestalt der Düsenöffnungen bzw. allgemein durch verschiedene Impulsaufschlagung des Brennstoffs in den zwei Betriebszuständen erreichen, auch wenn die Düsen den gleichen Winkel zur Axialrichtung aufweisen. Selbst wenn die Düsen unter einem identischen Winkel angeordnet sind, kann dies dazu führen, dass der Brennstoff im ersten und zweiten Betriebszustand unter verschiedenen Winkeln in die Mischkammer gelangt.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figur beschrieben, die ein erstes Ausführungsbeispiel für den Industriebrenner zeigt.

Der in der Figur gezeigte Industriebrenner 10 ist als Rekuperatorbrenner gestaltet. Neben der Anwendung des erfindungsgemäßen Industriebrenners für einen Rekuperatorbrenner ist die Anwendung als Hochgeschwindigkeitsbrenner mit und ohne externer Luftvorwärmung, als regenerativer Brenner im Industrieofenbau und ähnliches ebenfalls denkbar.
Der in der Figur dargestellte Rekuperatorbrenner 10 besitzt eine um eine Achse X, die die Axialrichtung der Anordnung definiert, rotationssymmetrisch bzw. im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildete Mischkammer 3, die stromabwärts durch eine Mündung 2, die düsenartig gestaltet sein kann, in einen Ofenraum 1 oder Heizraum mündet. Die Begrenzung des Ofenraums 1 ist in der Figur nicht dargestellt. Stromaufwärts an die Mischkammer 3 schließt sich, in dieser Ausführungsform integral und einstückig damit ausgebildet, eine zur Mischkammer 3 koaxiale Verbrennungsluftzuführung 15 an, durch die Luft oder eine Teilluftmenge bzw. im Fall eines Rekuperatorbrenners beispielsweise ein Luft-/Abgasgemisch, in den durch die Mischkammer 3 gebildeten Mischungsraum zugeführt wird. Die Verbrennungsluftzuführung 15 wird außerdem durch ein die Mischkammer 3 außen umfassendes Rohr 16 ergänzt, durch das die Verbrennungsluft in die rohrförmige Verbrennungsluftzuführung 15 und die Mischkammer 3 zuströmt. Das Rohr 16 sowie die Verbrennungsluftzuführung 15 sind ebenfalls konzentrisch zur Rotationsachse X.
Zur Zuführung des Brennstoffs, der grundsätzlich jede Art von Brennstoff sein kann, d.h. neben gasförmigen Brennstoffen auch ölförmiger oder fester Brennstoff, sind Brennstofflanzen 12, 13 vorgesehen, die zueinander derart konzentrisch angeordnet sind, dass die Brennstofflanze 12 die Brennstofflanze 13 umgibt. Beide Brennstofflanzen 12, 13 münden in etwa gleichem Abstand in Axialrichtung von der Mündung 2 in die Mischkammer 3 an deren stromaufwärtigem Ende. Insbesondere münden die Brennstofflanzen 12, 13 etwa am Übergang zwischen der Verbrennungsluftzuführung 15 und der Mischkammer 3. Die Brennstofflanzen 12, 13 sind derart in das System integriert, dass unabhängig von der jeweils anderen Lanze Brennstoff durch eine der Lanzen hindurch geführt werden kann und die Menge der Brennstoffströmung eingestellt werden kann. Das bedeutet, dass die Brennstoffströme durch die Lanze 12 bzw. durch die Lanze 13 unabhängig voneinander frei einstellbar sind und somit ein beliebiges Mischungsverhältnis der durch die Lanzen 12, 13 zugeführten und von ihnen austretenden Brennstoffströme eingestellt werden kann.
Die Brennstofflanze 12, die die Brennstofflanze 13 umfasst, mündet durch Düsenöffnungen 14, die in einer Mischeinrichtung 4 als Durchgangsöffnungen durch die becherförmige Mischeinrichtung vorgesehen sind, in die Mischkammer 3. Die Mischeinrichtung 4 ist auf das stromabwärtige Ende der Brennstofflanzen 12, 13 aufgesetzt und daran befestigt. Dabei wird Brennstoff unter einem ersten Winkel 5 in die Mischkammer 3 ausgegeben. Der erste Winkel 5 ist der Winkel, den jeweils eine Düsenöffnung 14 mit der Rotationsachse X der Mischkammer 3 einschließt. Die Brennstofflanze 12, die Mischeinrichtung 4 und insbesondere die in dieser vorgesehenen Düsenöffnungen 14 sowie eine nicht dargestellte Steuerungs- und Regelungseinrichtung zum Zuführen von Brennstoff durch die Brennstofflanze 12 bilden eine erste Brennstoffzuführeinrichtung 7.
Die zweite Brennstofflanze 13 mündet durch ebenfalls in der Mischeinrichtung 4 vorgesehene Düsenöffnungen 11 in die Mischkammer 3, etwa in gleichem axialen Abstand von der Mündung 2 wie die Düsen 14. Allerdings sind die Düsen 11 unter einem zweiten Winkel 6 zur Rotationssymmetrieachse X der Mischkammer 3 angeordnet. Der zweite Winkel 6 ist anders als der erste Winkel 5. Insbesondere ist der Winkel 6 kleiner als der Winkel 5. Die Brennstofflanze 13, die Düsen 11 und eine nicht dargestellte Regel- und Steuerungseinrichtung zum Regeln und Steuern der Zufuhr des Brennstoffs durch die Brennstofflanze 13 bilden die zweite Brennstoffzuführeinrichtung 8.
Die Brennstoffzuführeinrichtungen 7, 8 sind insgesamt ebenfalls konzentrisch zur Rotationsachse X der Mischkammer 3 angeordnet. Die Verbrennungsluft bzw. die Mischung aus Abgas und Verbrennungsluft strömt radial außerhalb der Brennstofflanzen 12, 13 in die Mischkammer 3 und kann dabei nach Bedarf durch entsprechende Strömungsrichteinrichtungen in der Mischeinrichtung 4 passieren.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Rohr 16 umfassend und ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet ein Rippenrekuperator 9 vorgesehen, der im Gegenstrom radial außen von den aus dem Ofenraum 1 abströmenden Abgasen und radial innen zumindest vom Großteil der zuströmenden Verbrennungsluft oder eines Luft-/Abgasgemisches durchströmt ist. Die am Rekuperator 9 vorbeigeströmte Verbrennungsluft tritt in ein Wärmeaustauschverhältnis mit den Abgasen aus dem Ofenraum und wird vorgeheizt, wonach sie im Inneren des Rohrs 16 zur Verbrennungsluftzuführung 15 zurückgeführt und zumindest teilweise in die Mischkammer 3 eingeführt wird.
Wenn in einem ersten Betriebszustand, insbesondere beim Aufheizen des Ofens, Brennstoff durch die Brennstofflanze 12 über die Düsenöffnungen 14 in die Mischkammer 3 zugeführt wird, kann sie sich dort aufgrund der verhältnismäßig stark radial nach außen gerichteten Zuführungsrichtung für den Brennstoff in die Mischkammer 3 mit der Verbrennungsluft vermischen und bereits in der Mischkammer 3 ein reaktionsfähiges und zündfähiges Gemisch bilden. Durch (nicht dargestellte) Zündeinrichtungen kann das Gemisch in der Mischkammer 3 gezündet werden. Es bildet sich eine Flamme dort aus. Durch die Brennstofflanze 13 wird in diesem Betriebszustand nur eine geringe Menge oder kein Brennstoff zugeführt. Die Flamme reicht durch die Mündung 2, so dass die Hauptverbrennung stromab der Mündung 2 im Ofenraum 1 erfolgt.
Dabei stabilisiert sich die Flamme bereits im Ofenraum, da bereits während des Aufheizvorgangs aufgrund geschickter Wahl des Winkels 5, etwa im Bereich von 70–80° zur Achse X, eine stabile Durchmischung zwischen Verbrennungsluft und Brennstoff erzielt wird.
Wenn aufgrund der Erfassung der Temperatur in der Mischkammer, beispielsweise bei 800°C, oder aufgrund einer Überwachung der Strömungsvorgänge mittels Ionisation oder UV-Sonde (nicht dargestellt) in der Mischkammer 3 festgestellt wird, dass der Aufheizvorgang ausreichend durchgeführt ist, wird auf die zweite Betriebsart umgeschaltet. In dieser wird Brennstoff durch die Brennstofflanze 13 und die Düsenöffnungen 11 in die Mischkammer 3 eingebracht. Zusätzlich kann nach Bedarf auch Brennstoff, vorzugsweise zu einem geringeren Anteil, durch die Brennstofflanze 12 und die Düsen 14 in die Mischkammer 3 eingebracht werden. Da der durch die Brennstofflanze 13 zugeführte Brennstoff an den Düsenöffnungen 11 unter einem kleineren Winkel zur Rotationsachse X in die Mischkammer 3 austritt, beispielsweise unter einem Winkel von etwa 20–30°, findet keine gleichermaßen gute Durchmischung mit der radial außerhalb der Brennstoffzuführungen zuströmenden Verbrennungsluft wie im ersten Betriebszustand statt. Dennoch mischen sich Brennstoff und Luft in der Mischkammer 3, so dass ein zumindest bilanziell reaktionsfähiges Gemisch in der Mischkammer vorhanden ist. Allerdings ist die Durchmischung vorzugsweise nicht so, dass das Gemisch bereits zündfähig ist, so dass an der Mischkammermündung 2 ein vorgemischter bzw. teilvorgemischter Stoffstrom austritt, welcher im zweiten Betriebszustand innerhalb der Mischkammer 3 nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil chemisch reagiert hat. Bei Überwachung der Strömungsbedingungen in der Mischkammer 3 mittels Ionisation oder UV-Sonde ist es möglich, den Anteil des durch die Brennstofflanze 12 und die Düsenöffnungen 14 zugeführten Brennstoffs derart zu justieren, dass angepasst an den augenblicklichen Betriebszustand eine gewünschte Durchmischung bzw. eine gewünschte Strömungsbeeinflussung in der Mischkammer 3 erfolgt.
Wesentlich an der Erfindung ist, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, welche es erlaubt, Brennstoff in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners mit verschiedenen Impulsen und stets beabstandet von der Mündung einer Mischkammer in einen Ofenraum in die Mischkammer einzubringen, damit die Durchmischung mit der radial außerhalb des Brennstoffs in die Mischkammer zugeführten Verbrennungsluft gezielt beeinflusst werden kann.

1: Ofenraum
2: Mündung
3: Mischkammer
4: Mischeinrichtung
5: erster Winkel
6: zweiter Winkel
7: erste Brennstoffzuführeinrichtung
8: zweite Brennstoffzuführeinrichtung
9: Rippenrekuperater
10: Industriebrenner
11: Düsenöffnung
12: Brennstofflanze
13: Brennstofflanze
14: Düsenöffnung
15: Verbrennungsluftzuführung
16: Rohr

Claims

Industriebrenner (10), enthaltend eine Mischkammer (3), die mit wenigstens einer Mündung (2) in einen Ofenraum (1) versehen ist, durch die im Betrieb ein zumindest teilvorgemischter Stoffstrom aus der Mischkammer (3) in den Ofenraum austritt, eine Verbrennungsluftzuführung (15), mit der die Mischkammer (3) im Betrieb mit Verbrennungsluft versorgt wird, eine Brennstoffzuführung (7, 8), mit der Brennstoff im Betrieb in die Mischkammer (3) eingebracht wird, wobei die Brennstoffzuführung (7, 8) dazu angepasst ist, zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebszustand umzuschalten, wobei in dem ersten Betriebszustand Brennstoff unter einem ersten Winkel (5) zur Axialrichtung der Mischkammer derart in die Mischkammer (3) eingebracht wird, dass Brennstoff und Luft in der Mischkammer vermischt werden und zumindest eine Teilreaktion vollziehen, und in dem zweiten Betriebszustand Brennstoff bei im Wesentlichen gleicher axialer Position bezüglich der Mündung (2) wie im ersten Betriebszustand zumindest zusätzlich unter einem zweiten Winkel (6) zur Axialrichtung der Mischkammer, der vom ersten Winkel (5) verschieden ist, in die Mischkammer (3) eingebracht wird.
Industriebrenner (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzuführung (7, 8) zwei Brennstoffzuführeinrichtungen (7, 8) enthält, die mit jeweils einer oder mehreren Düsenöffnungen (11, 14) versehen sind.
Industriebrenner (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Betriebszustand Brennstoff nur durch die erste Brennstoffzuführeinrichtung (7) in die Mischkammer (3) eingebracht wird, während im zweiten Betriebszustand der Brennstoff in einem Anteil von 10% bis 100%, vorzugsweise von 50% bis 100%, des Gesamtbrennstoffstroms durch die zweite Brennstoffzuführeinrichtung (8) eingebracht wird, während der Rest des Gesamtbrennstoffstroms durch die erste Brennstoffzuführeinrichtung eingebracht wird.
Industriebrenner (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (5) größer als der zweite Winkel (6) ist.
Industriebrenner (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Brennstoffzuführeinrichtung (8) durch eine in Axialrichtung der Mischkanmer laufende und in diese mündende zweite Brennstofflanze (13) gebildet ist, welche an ihrem mischkammerseitigen Ende mit einer Mischeinrichtung (4) verbunden ist, in der die Düsenöffnungen (11) unter dem zweiten Winkel (6) zur Axialrichtung der Mischkammer (3) vorgesehen sind, und die erste Brennstoffzuführeinrichtung (7) durch eine koaxial zur zweiten Brennstofflanze (13) angebrachte und diese umschließende erste Brennstofflanze (12) gebildet ist, welche an ihrem mischkammerseitigen Ende mit der Mischeinrichtung (4) verbunden ist, in der die Düsenöffnungen (14) unter dem ersten Winkel (5) vorgesehen sind.
Industriebrenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (3) eine Einrichtung zur Überwachung der Verbrennung und/oder Mischung vorgesehen ist, insbesondere eine UV-Sonde und/oder eine Ionisationseinrichtung.
Verfahren zum Betreiben eines Industriebrenners nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischkammer (3) dauernd mit Verbrennungsluft beaufschlagt wird und die Brennstoffzuführung (7, 8) zwischen zwei Betriebszuständen umgeschaltet wird, wobei durch die Umschaltung das Strömungs-, Mischungs- und Temperaturprofil der Verbrennungsluft und des Brennstoffes in der Mischkammer (3) derart beeinflusst werden, dass im ersten Betriebszustand zumindest ein Teil der Verbrennung in der Mischkammer (3) erfolgt und in dem zweiten Betriebszustand Brennstoff und Verbrennungsluft in der Mischkammer vorgemischt und zumindest zum Teil im Ofenraum (1) verbrannt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Betriebszustand eine Teilreaktion zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft in der Mischkammer stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 unter Verwendung eines Brenners nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des durch die erste Brennstoffzuführung (7) und die Menge des durch die zweite Brennstoffzuführung (8) zugeführten Brennstoffs in Abhängigkeit von dem durch die Einrichtung zur Überwachung der Mischung/Verbrennung erfassten Strömungsverhältnis in der Mischkammer (3) geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei im ersten Betriebszustand Brennstoff nur durch die erste Brennstoffzuführung und im zweiten Betriebszustand Brennstoff nur durch die zweite Brennstoffzuführung in die Mischkammer eingebracht wird.