DE19724812A1 - Gasbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei konventionellen atmosphärischen Brennern ohne katalytische Beschichtung ist eine einfache Brennerplatte mit Ausströmöffnungen vorgesehen. Dabei ist die Brennerplatte so aufgebaut, daß das Gas möglichst schnell hindurchströmt und in einem hinreichend großen Abstand von der Brennerplatte in Flammen verbrennt. Nachteilig ist, daß bei einer Verbren­ nung eines Brenngas-Luft-Gemisches mit Flammen immer erhebliche Mengen NO_x gebildet werden.

Um den NO_x-Ausstoß zu verringern, wurden katalytische-Brenner vorgeschlagen, deren Gemischführungskanäle zumindest teilweise mit einer beispielsweise aus der US 5 248 251 A bekannten katalytischen Beschichtung versehen sind. Problematisch ist hier die Rea­ lisierung der optimalen Reaktionszeit, die das Gas benötigt, um eine katalytische Umsetzung in Gang zu setzen. Eine schnelle Durchströmung der Brennerplatte ist im Hinblick auf die Reaktionszeit nachteilig.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Brenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich bei ausreichend langer Reakti­ onszeit durch einen geringen Ausstoß an NO_x und einen einfachen Aufbau auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 er­ reicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, daß das Brenngas-Luft-Gemisch auf­ grund der Umlenkungen vor dessen Austritt aus dem Brenner entsprechend langsam den mit dem Katalysator beschichteten Bereich durchströmt und dabei zum Teil katalytisch um­ gesetzt wird. Der nach der Umsetzung des überstöchiometrischen Gemisches verbleibende Teil des Gemisches verbrennt in üblicher Weise in Flammen.

Allerdings wird nur ein Teil des Gemisches katalytisch umgesetzt, wobei mit dem verblei­ benden Teil des Brenngas-Luft-Gemisches auch die bei der katalytischen Umsetzung ent­ stehenden Abgase aus den Ausströmöffnungen des Brenners austreten. Dieses Brenngas- Luft-Abgas-Magergemisch wird in Flammen verbrannt. Dabei ergibt sich eine, verglichen mit herkömmlichen Brennern, erhebliche Verminderung des NO_x-Ausstosses.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß sich das Gemisch beim Ausströmen während einer für eine katalytische Umsetzung ausreichenden Zeit im Bereich der katalytischen Beschichtung befindet. Außerdem ergibt sich eine Trennung zwischen der katalytisch beschichteten Oberfläche und dem Gemischraum.

Durch die vorgeschlagene Gestaltung der Brennerplatte wird auch sichergestellt, daß sich die bei der Verbrennung des nicht umgesetzten Teiles des Gemisches ausbildenden Ma­ gergemischflammen in einem ausreichend großen Abstand von der Oberseite des Brenners ausbilden, so daß es zu keinem stärkeren Wärmeeintrag in die katalytische Beschichtung durch die Strahlungswärme der Flammen kommt. Außerdem kann auch der thermische Auf­ trieb in einem den Brenner aufnehmenden Brennraum zur Überwindung der auftretenden Druckverluste genutzt werden.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau des Brenners.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist sichergestellt, daß es zu einem ausreichenden Kontakt des Gemisches mit der katalytischen Beschichtung kommt.

Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil einer sehr starken Umlenkung der Gemischströmung und dadurch eine Verlängerung der Verweilzeit des Gemisches im Bereich der katalytischen Beschichtung. Dies führt zu einer vermehrten katalytischen Um­ setzung des Gemisches.

Durch die Merkmale des Anspruches 5 wird die Gefahr des Rückschlags von Flammen in den Gemischraum weitestgehend vermieden. Außerdem ist es dadurch auf einfache Weise möglich, wie aus der AT 395 759 B bekannt, die Wärme aus dem Brenner auszukoppeln.

Die Kanäle sind vorzugsweise relativ schmal ausgebildet, wobei jedoch die Breite der Kanäle maximal 2 mm betragen soll. Dadurch wird die Gefahr eines Flammenrückschlags, aufgrund der dadurch bedingten höheren Strömungsgeschwindigkeit, weitgehend vermieden und an­ dererseits die Strömungsgeschwindigkeit ausreichend niedrig gehalten, um eine ausrei­ chende Verweilzeit des Gemisches im Bereich der katalytisch beschichteten Oberflächen zu gewährleisten.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner,

Fig. 2 eine Durchsicht auf den Boden des Gemischraumes des Brenners nach der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die untere Abdeckplatte,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Brenner ohne zweite Abdeckplatte,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die obere Abdeckplatte,

Fig. 6 einen Schnitt durch die obere Brennerplatte.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Fig. gleiche Einzelheiten.

Ein in den Fig. 1 bis 6 dargestellter Brenner weist ein Gasverteilrohr 1 auf, in dem Düsen 2 eingesetzt sind oder das mit Düsenbohrungen versehen ist. Durch den Impuls der aus den Düsen 2 ausströmenden Gasstrahlen 3 wird Luft mitgerissen, so daß sich ein überstöchio­ metrisches Gemisch ergibt.

Dieses Gemisch tritt in die Diffusoren 4 der Injektoren 5 ein und gelangt in den geschlosse­ nen, allen Injektoren gemeinsamen Gemischraum 6. Dieser Gemischraum 6, an den die Injektoren 5 angeschlossen sind, ist von einer Platte 7, die den Boden des Gemischraumes 6 darstellt und mit umlaufenden Rändern versehen ist, begrenzt.

Auf den Gemischraum 6 ist eine erste Abdeckplatte 8 aufgesetzt, die im wesentlichen vier Öffnungsspalten 9 aufweist, deren Breite annähernd dem halben Enddurchmesser der Dif­ fusoren 4 entspricht. Zwischen den Spalten 9 sind halbzylinderförmige Versperrungen 10 angeordnet, die direkt über den Injektoren 5 angeordnet sind.

Unterhalb der halbzylinderförmigen Versperrungen 10, die im Querschnitt konvex gekrümmt sind, verläuft jeweils eine Kühlschlange 11.

Auf der unteren Abdeckplatte 8 ist eine obere Abdeckplatte 12 aufgesetzt, die bis auf drei Spalten 13 geschlossen ist.

Die Spalten 13 sind von im wesentlichen konkav verlaufenden Bereichen 14 begrenzt, wobei zwischen den Versperrungen 10 und den diese übergreifenden Abschnitten der konkaven Bereiche 14 Kanäle 17 ausgebildet sind, die konvex gekrümmt verlaufen und eine Dicke von zumindest 2 mm aufweisen.

Dabei befinden sich die konkaven Bereiche 14 der oberen Abdeckplatte 12 im Zentrum der Spalte 9 der unteren Abdeckplatte 8, und die Spalte 13 der oberen Abdeckplatte 12 befindet sich über den geschlossenen Bereichen der unteren Abdeckplatte 8.

Die im wesentlichen konkaven Bereiche 14 weisen in deren mittlerem Bereich einen flachen Abschnitt 15 auf. Dabei sind an der Oberseite der flachen Abschnitte 15 Kühlrohre 16 an­ geordnet.

Das aus den Diffusoren 4 austretende überstöchiometrische Gemisch strömt in den gemein­ samen Gemischraum 6 ein. Der Gemischstrahl wird an der Unterseite der Versperrungen 10 und der Kühlschlange 11 umgelenkt und strömt von dort in die Kanäle 17 ein, die von den Versperrungen 10 und den konkaven Bereichen der oberen Abdeckplatte 12 begrenzt sind.

Die Kanäle 17 sind dabei so ausgelegt, daß der Gemischstrom mit hinreichender Strö­ mungsgeschwindigkeit gegen die Unterseite der konkaven Bereiche 14 prallt und erneut umgelenkt wird, wodurch sich ein langer Weg für das Gemisch über mit einem Katalysator 18 beschichtete Oberflächen der die Kanäle 17 begrenzenden Wände ergibt, wobei die Oberseiten der Versperrungen 10 beschichtet sind.

Durch die katalytische Beschichtung kommt es bei einer ausreichenden Temperatur des Katalysators 18 zu einer katalytischen Umsetzung eines Teiles des Gemisches. Die dabei entstehende Wärme wird durch Strahlung und Konvektion ausgekoppelt, wobei der Hauptteil über Strahlung ausgekoppelt werden soll.

Aufgrund der Wärmefreisetzung an der katalytisch beschichteten Oberfläche kann sich das Gemisch unterhalb der unteren Abdeckplatte 8 zu stark erwärmen, besonders im Totwasser 19 innerhalb der Versperrungen 10. Die übertragene Wärme wird durch die Kühlrohre 11 aufgenommen, die die Versperrungen 10 auf deren gesamter Länge durchziehen.

Durch die Strahlungswärme erhitzen sich die zum Teil überdeckenden konkaven Bereiche 14 der oberen Abdeckplatte 13. Dies führt zu einer schlechteren Strahlungswärmeauskopp­ lung und zu einem größeren Rückschlagrisiko. Dies wird durch die Kühlrohre 16 verhindert, die die Wärme aus den konkaven Bereichen 14 abführen.

Für den Ablauf der Verbrennung ist die halbzylinderförmige Form der Versperrungen 10 sehr günstig, da dadurch die Ausbildung eines Flammenkegels 20, in dem der nicht katalytisch umgesetzte Teil des Gemisches verbrennt, unterstützt wird. Dies hat den Effekt, daß die Flammen 20 durch die thermische Auftriebskraft weiter von der katalytisch beschichteten Oberfläche stabilisiert wird. Dadurch wird auch der Wärmeeintrag durch die Flamme 20 be­ grenzt und eine Überhitzung des Katalysators 18 vermieden.

Ein Rückschlag der Flammen 20 in den Gemischraum 6 wird durch die relativ schmalen Ka­ näle 17 vermieden, durch die das Gemisch mit höherer Strömungsgeschwindigkeit als der Flammen austritt und so das Gemisch gekühlt wird.

Claims (6)

1. Vollvormischender atmosphärischer, eine katalytische Beschich­ tung aufweisender Gasbrenner mit einem Gemischraum (6), in den Injektoren (5) münden, deren Einlaßöffnungen koaxial zu je einer Gasdüse (2) ausgerichtet sind, wobei der Gemischraum (6) mit einer Ausströmöffnungen aufweisenden Abdeckung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausströmöffnungen kon­ vex gekrümmte Kanäle (17) vorgeordnet sind, deren dem Brenn­ raum zugewandte Oberflächen mit einem Katalysator (18) be­ schichtet sind.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (17) zwischen zwei voneinander beabstandeten Abdeck­ platten (8, 12) ausgebildet sind, wobei die Abdeckplatten (8, 12) gegeneinander versetzt angeordnete Spalten (9, 13) aufweisen und die Spalten (9, 13) von benachbarten konvexen Bereichen (10) beziehungsweise von im wesentlichen konkaven Bereichen (14) begrenzt sind.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexen Bereiche (10), die in der unteren Abdeckplatte (8) angeordnet sind, an ihrer Oberseite mit einem Katalysator (18) beschichtet sind.

4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die konvexen Bereiche (10) der unteren Abdeck­ platte (8) oberhalb der Einmündung der Injektoren (5) in den Ge­ mischsammelraum (6) angeordnet sind.

5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß unterhalb der konvexen Bereiche (14) der unteren Abdeckplatte (8) und vorzugsweise auch oberhalb der im wesent­ lichen konkaven Bereiche (10) der oberen Abdeckplatte an sich bekannte (12) Kühlrohre (11, 16) angeordnet sind.

6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle (17) eine Breite von maximal 2 mm auf­ weisen.