DE2408635A1 - Verfahren zum verbrennen eines brennstoffs und brenner hierfuer - Google Patents

Verfahren zum verbrennen eines brennstoffs und brenner hierfuer

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DE2408635A1 DE19742408635 DE2408635A DE2408635A1 DE 2408635 A1 DE2408635 A1 DE 2408635A1 DE 19742408635 DE19742408635 DE 19742408635 DE 2408635 A DE2408635 A DE 2408635A DE 2408635 A1 DE2408635 A1 DE 2408635A1
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gas
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Yasuro Takahashi
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Description

PATENTANWÄLTE DIPL. ING. WALTER MEISSNER DIPL. ING. HERBERT TISCHER DIPL. ING. PETER E. MEISSNER MÖNCHEN DIPL. ING. H.-JOACHIM PRESTING
BERLIN
1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den 2 4 U O D O HjerbeRTSTRASSE 22
49-1004
MITSUBISHI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan
Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffs und Brenner hierfür
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff mittels eines Brenners, der die Stickstoffoxidkonzentrationen in den Verbrennungsgasen verringern kann im allgemeinen und auf ein Verfahren zum Verbrennen von gasförmigen, sowie leichten und schweren flüssigen Brennstoffen, mit einer Vormischung vor dem Brenner zum Mischen eines gas- . förmigen Brennstoffs oder Dampfes mit Öl, mit oder ohne dem Zusatz eines inerten Gases oder einer solchen Flüssigkeit in zwei verschiedenen Mengen über und unter der Menge, die theoretisch für die Verbrennung notwendig ist, und zum Verbrennen der beiden Vormischungen zum Erzeugen einer sogenannten Vormischflamme, im besonderen. Bei der Verbrennung werden so die Konzentrationen von Stickstoffoxiden in den Emissionen fühlbar reduziert, wodurch ein hoher thermischer Wirkungsgrad erreicht wird»
In einer Verbrennungsflamme werden die Oxide von Stickstoff (nachstehend als "10x" bezeichnet) durch die Kombination von
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Fernsprechen 886 6037/8862382 Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bank AG, Berlln-HalarcGOO
DftS inyaniäon Berfitt Ktirfüratendamtn 130, Konto-Nr. 36 95716 COtS V/. MoEssnsr Bc-IiE! Vi'csi 122 82-
Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen in der-Verbrennungsluft erzeugt. Die G-eschwindigkeit der IOx-Produktion hängt in großem Maße von der Flammtemperatur ab, odert je höher die Flammtemperatur desto rascher ist die IIOx-Entwicklung. Ss ist deshalb zweckmäßig, die Flammtemperatur zu verringern, um die llOx-Produktion als Ergebnis der Verbrennung herabzusetzen. Dies ist in der Technik allgemein bekannt.
Übliche Brenner sind von der Art der sogenannten diffusen Flamme, wodurch Brenngas und Luft zur Verbrennung über getrennte Wege in einen Ofen eingespritzt werden»
Zum Verringern des lOx-G-ehalts der Verb rennung sga se solcher Brenner haben sich die folgenden Verfahren geeignet:
1 ο Zwei-Schritt-Verbrennung, so genannt weil ein feil der Luftzuführung für die Verbrennung aus dem Brenner ausströmt, um die überschüssige Luftrats im Brenner" zu verringern, und die restliche Luft aus einer vom Brenner unabhängigen Düse freigegeben wirdo
2. Eine inerte G-asmischung, "bei der ein inertes Gas (z.B, Verbrennungsgas) der Luft für die Verbrennung zugesetzt wird.
3 ο Einheitliche Verbrennung der überschüssigen luft, bei der mehrere Brenner mit Luftzufuhr bei einheitlicher Strömungsgeschwindigkeit aber mit uneinheitlichen Breniistoffzufuhreinrichtungen verv/endet werdeno
-eaggisg-sgar
Diese und andere, bisher vorgeschlagenen und nralrä-sierten Ver fahren wurden auf ihre KOs-Yerringerungswirkung geprüft» Die
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Ergebnisse werden in den figuren 1 Ms 3 dargestellte
Figur 1 ζβϊφ die Beziehung zwischen der Überschußluftrate innerhalb des Brenners (auf der Abskizze) und der UOx-Konzentration im Verbrennungsgas (auf der Ordinate) die durch die Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs erzeugt worden ist.
Die Figuren 2 und 3 zeigen die Ergebnisse von Experimenten mit einem leichten flüssigem Brennstoff (Kerosin) und einem schweren flüssigen Brennstoff (Schweröl).
In Verbindung mit diesen Figuren bedeutet der Ausdruck "überschüssige Luftrate innerhalb des Brenners" das Verhältnis der Menge von Luft, die Brennerdüse (bei Zweischrittverbrennung, diese Menge minus der Menge der in der letzten Verbrennung speriode geblasenen JLuft) zur Luftmenge, die theoretisch für die Verbrennung notwendig ist.
Die gestrichelten Kurven in Figur 2 stellen die Ergebnisse von Experimenten dar, die unter Verwendung gewöhnlicher Brenner durchgeführt worden sind, wobei das Verhältnis (nachstehend mit 11GM" bezeichnet) der Menge inerten Gases (Verbrennungsgas), das in der Luft zur Menge der Luft für die Verbrennung von GM1 auf GBiU vergrößert wird. Die HOx-Kenzentration steigt, wie das Diagramm zeigt, allmählich weiter an, bis die Rate überschüssiger Luft im Brenner etwa 1*2 erreicht, bleibt aber über diesem Wert praktisch konstante
Aus den Ergebnissen der Experimente ergibt sich nach Figur 1, das die Zweischritt-VerbBennung die Luftzufuhr zum Brenner beschränkt und dadurch die Bate der überschüssigen Luft im Brenner und soweit verringert, daß die HOx-Konzentration im Verbrennungsgas abnimmt.
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Es ist aueh zu erkennen, daß die Zugabe inerten Gases, z.B. Verbrennungsgas, dadurch sehr wirksam ist, daß die NOx-Konzentration im Abgas· mit der Zunahme im Prozentsatz des inerten Gases (d„h· mit der Abnahme der Bate überschüssiger Luft im Brenner) abfällt»
Bei einem Verbrennungs-Verfahren mit nicht einheitlichem Luftüberschuss werden mehrere Brenner so eingestellt, daß sie unregelmäßige Geschwindigkeiten "äer überschüssigen Luft und die Verbrennung in vielen Brennern mit einem großen Überschuß an Luft (z.B. bei e in dieser Figur) bewirkt wird«, Das Verfah*-r, ren ist nicht besonders zweckmäßig, weil die Wirkungen von hohen und niedrigen Überschüssen an Luft gegeneinander wirken und als Ganzes die sich ergebende KOx-Konzentration derart ist, daß sie von der Verbrennung mit einem mittleren Luftüberschuß z. B. bei j£ in dieser Figur aus ansteigt»
mit es einmal den Brenner
Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren aim Verbrennen von Brennstoffen und einen Brenner hierfür anzugeben, die die Nachteile der erwähnten Verfahren beseitigen.
Hierfür enthält die Erfindung erstens ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffen und einen Brenner, die die Verbrennung durch Abgabe aus einigen von mehreren Brennerdüsen einer mageren Vormischung, die aus Luft in einer Menge von mehr als das, was theoretisch für die Verbrennung notwendig ist, und einem Brennstoff (d.h. einem gasförmigen, flüssigen oder verdampften oder atomisierten flüssigen Brennstoff) besteht, und
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durch Entnahme einer reichen Mischung aus den restlichen Düsen, die aus Luft in geringerer Menge als der theoretisch notwendigen und demselben Brennstoff besteht.
Zweitens betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbrennen von Brennstoffen, wie oben angegeben, bei dem die gasförmigen Stoffe in einem vergasten Brennstoff ist, der durch thermische Dekomposition eines schweren Heizöls erhalten wird, wobei das Dekompositionsprodukt mit einem inerten Gas oder einer inerten Flüssigkeit gemischt und abgekühlt wird»
Das Verfahren nach der Erfindung wird nachstehend erläutert:
1. Bei Verwendung eines gasförmigen Brennstoffs wird das Verfahren nach der Erfindung zur Ausführung in folgender Weise herabgesetzt: Der gasförmige Brennstoff und Luft von mehr, als theoretisch zur Verbrennung notwendig ist, werden vor einem Brenner vorgemischt und das vorgemischte Gas wird aus einigen von mehreren Düsen des Brenners herausgedrückt, während gleichzeitig der gasförmige Brennstoff und Luft in einer ge- . ringeren als theoretisch notwendigen Menge vorge*ischt werden und die Vormischung aus den übrigen Düsen zur Verbrennung herausströmt. Es ist aber auch möglich, ein inertes Gas oder eine inerte !flüssigkeit einer öder beide gasförmigen Gemischen zuzugeben, bevor sie aus den Brennerdüsen zur Verbrennung ausgetreten sind*
2. Bei einem leichten Heizöl wird das Verfahren in folgender Weise praktiziert: Mindestens ein Teil des leichten Heizöls wird zu einem verbrennbaren Gas oder Dampf verdampft, mit Luft in einer geringeren als der theoretisch notwendigen Menge vorgemischt, mit oder ohne die Zugabe eines inerten Gases oder einer inerten Flüssigkeit vorgemischt und die sich ergebende Vormischung wird aus einigen von mehreren Düsen eines
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Brenners zur Verbrennung herausgelassen. Gleichzeitig wird mindestens ein Teil des leichten Heizöls zu einem brennbaren Gas oder Dampf verdampft, mit luft in einer geringeren als der theoretisch notwendigen Menge, mit oder ohne Zugabe von inertem Gas oder inerter Flüssigkeit vorgemischt, worauf die sich ergebende Gasmischung verbrannt wird, wenn sie aus den restliehen Brennerdüsen heraustritt.
3. Mit einem schweren Heizöl wird das Verfahren wie folgt abgeändert» Der Brennstoff ist zu einem brennbaren Gas oder Dampf thermisch dekomposiert, das bzw. der dann verdünnt und durch die Zugabe eines inerten Gases oder einer inerten Flüssigkeit (z.B· Wasserdampf) gekühlt wird. Ein Teil des sieh ergebenden Gases wird mit Luft in einer geringeren als der theoretisch notwendigen Menge vorgemischt und dann wird die Mischung aus einigen von mehreren Brennerdüsen herausgelassen. Gleichzeitig wird das festliche verdünnte und gekühlte Gas oder der Dampf mit Luft einer geringeren als theoretisch für die Verbrennung notwendigen Menge in Ausdrücken der Bate des Luftüberschusses (die Menge der Luft, die tatsächlichfür die Verbrennung benötigt wird, geteilt durch die theoretisch, für die vollständige Verbrennung notwendigen Menge) vorzugsweise zwischen 1,3 und 1,6. Die Menge der Luft, die geringer als die theoretisch notwendige Menge ist, ist 1,2 mal die Menge der für die vollständige Verbrennung notwendige Menge au3 allen Busen.
Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung sind:
1· Die Ergebnisse der Verbrennungsexperimente mit einem gasförmigen Brennstoff unter Verwendung eines Brenners zum Durchführen des Verfahren nach der Erfindung sind durch fortlaufende Kurven (GM1 bis GM,) in Figur 1 dargestellt« Wie zu erkennen ist, erzeugt die Benutzung des Brenners in Übereinstimmung mit der Erfindung Kurven die von den üblicher Weise
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mit einem gewöhnlichen Brenner erhaltenen (gestrichelt dar—) gestellt) sehr verschieden sind,, Die Kurven nach der Erfindung sind bergförmig mit sehr scharfen Gradienten, wert»ei die Spitzen den Luftuberschußraten von etwa 1,0 zu 1,1 entsprechen.
Ohne inertes Gas und bei einer Luftüberschußrate im Brenner nahe 1,0 ist die UOx-Konzentration im Verbrennungsgas im Vergleich mit den mit üblichen Verfahren erreichten Werten hoch. Beim Ansteigen der Luftiiberschußrate im Brenner und auch, wenn die Zugabe von inertem Gas zur Luft einen größeren Prozentsatz einnimmt, nimmt die NOx-Konzentration von einem bestimmten Grenzpunkt aus fühlbar ab und fällt unter die Werte nach den früheren Verfahren. Eventuell wird die UOx-Konzentration auf ein Minimum, reduziert, das a>er gewöhnlich nie erreicht wird.
Dies wird durch die !Datsache erklärt, daß während die gewöhnlichen Verfahren auf die sogenannte Vormisch-Flamme gerichtet sind, das Verfahren nach der Erfindung eine sogenannte Vor-Misch-Flamme erzeugt und daß die Unähnlichkeit der Flammenstruktur etwas andere Mechanismen für die NOx-Bildung mitsich— bringt.
Bei der Erfindung werden gasförmige Mischungen, die mit den Brennstoffkonzentrationen schwanken, an verschiedene Düsen eines Mehrdüsenbrenners geführt und so uneinheitliche Luftiiberschußraten in den Düsen erhalten. Die dadurch erzielten vorteilhaften Wirkungen sind wie folgt:
Der Punkt a ist der Punkt eines Düsensatzes für eine Luftüberschußrate von mehr als 1,0 und der Punkt b der des Düsensatzes für eine Luftüberschußrate von weniger als 1,0·
Die Punkte a und b ergeben niedrigere NOx-Konzentrationen als die entsprechenden Punkte bei üblichen Verfahren» Das Zusammen-
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legen der Punkte a und b ergibt eine Gesamtluftüberschußrate im Brenner am Punkt G0 Verglichen mit einer gewöhnlichen Anordnung, bei der alle Brenner auf den Punkt a eingestellt sind, ist eine Verbrennung mit geringerem Luftüberschuß mögliche Daraus fogt, daß ein mit dem Brenner nach der Erfindung ausgerüsteter Wärmeaustauscher einen sehr hohen thermischen Wirkungsgrad erreichen kann.
Die am Punkt b betätigte Düse erzeugt eine Flamme mit unzureichender Luftzufuhr oder arbeitet in einem Zustand unvollständiger Verbrennung. Der Zustand kann beispielsweise durhh Schichten einer Düse verbessert werden, die mit einer Luftüberschußrate am Punkt b arbeiten kann, wobei die Düsen am Punkt a wirksam sind oder umgekehrt. Auf diese Weise wird die am Punkt b unvollständige Verbrennung durch den Luftüberschuß am Punkt b vollständig.
Als Alternative kann die Luft im Brenner mit einem inerten Gas (z.B. dem Verbrennungsgas) gemischt werden, um den Arbeitspunkt von a zu a' oder a" und in gleicherweise den Arbeitspunkt von b zu b1 oder b" zu verschieben. Demnach wird die Durchschnittsluftüberschußrate durch den Brenner zum Punkt cf oder c" verschoben. Dadurch ist eine Verbrennung mit einem geringeren Luftüberschuß und einem höheren thermischen Wirkungsgrad möglich, als wenn die Verbrennung mit allen Brennersätzen am Punkt a1 oder a" in üblicher Weise ausgeführt würde. Darüberhinaus wird die UOx-Konzentration im Verbrennungsgas auf Null verringert.
2. Die Ergebnisse der Verbrennungsexperimente von Leichtöl (Kerosin) mit einem Brenner zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung werden in Figur 2 durch ausgezogenen Linien dargestellt. Eine Strich-Punktlinie stellt das Ergebnis eines Experiments mit Kerosin und eine andere Strich-Punktlinie das
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Ergebnis mit schwerem Heizöl dar, wobei beides in üblicher Weise ausgeführt ist. Die ausgezogene Linie A summiert das Ergebnis des Experiments,bei dem Kerosin vollständig verdampft und mit der gesamten luftmenge für die die Verbrennung vorgemischt worden ist. Die Vormischung wurde an einem Vormisch-Gasbrenner verbrannt.
Aus dem Diagramm ergibt sich, daß beim Verdampfen und Vormischen eines leichten Heizöls zur Verbrennung, wie noch beschrieben werden wird, die ΪΓΟχ-Produktion auf einen solchen Wert verringert wird, der durch die. übliche Sprühverbrennung niemals erreicht wird.
Die ausgezogenen linien A1 und A·' in Figur 2 zeigen die Wirkungen eines inerten Gases (Verbrennungsgas), das bei Verbrennung von Kerosin nach der Erfindung in luft eingeführt wird. Im Vergleich mit dem luftfreien Verbrennungsgas (A) unterstützt die luft mit einer kleinen oder großen Menge (A1) bzw. (A") dieses inerten Gases das Reduzieren der ΪΤΟχ-Konzentration im Verbrennungsgas. Je größer die Zugabe dieses Gas zur luft, desto niedriger ist die NOx-Konzentration.
Beim Verfahren nach der Erfindung kann auch die NOx-Konzentration auf sehr niedrige Werte dadurch abnehmen, wie es durch die geraden linien B, B1 und B11 dargestellt ist, daß die Verbrennung mit der Zugabe desselben Verhältnisses von Verbrennungsgas bei A, A1 bzw. AM bewirkt wird, aber mit viel kleineren luftüberschußraten oder im Zustand ungenügender luftzufuhr.
Hierdurch werden, wenn ein Brenner mit mehreren Düsen verwendet wird und einige der Düsen an den Punkten a, a1 und a11 und der Rest an den Punkten b, b1 und bfl betrieben werden, die mittlere luftüberschußraten bei c, c1 und e11 eine kleine Überschußluftverbrennung mit hohem thermischen Wirkungsgrad zulassen, während die NOx-Produktion bei einem kleinen Wert gehalten wird.
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Während der Fall beschrieben worden ist, in dem das Verbrennungsgas in Luft zum Verbrennen gemischt ist, wird praktisch dieselbe Wirkung beim Zugeben eines anderen inerten Gases oder einer inerten Flüssigkeit durch Sprühen in die Luft erzielt. '
5 ο Die Beziehung zwischen üer gesamten Menge von HOx im Verbrennungsgas und der Luftüberschußraten bei der Verbrennung von schwerem Heizöl nach verschiedenen Verbrennungsverfahren wird in Figur 3 graphisch dargestellt. Die Menge von inertem Gas als Zugabe war bei allen Experimenten dieselbe.
Im Diagramm stellt die strichpunktierte Linie das Ergebnis eines Verbrennungsexperiments dar, das mit einer gewöhnlichen Sprühpistole durchgeführt worden ist.
Die strichpunktierte Kurve zeigt das Ergebnis eines Experiments einer sogenannten Verbrennung mit difSser Flamme durch Vergasen von schwerem Öl und Abgabe des gasförmigen Brennstoffs und der aus getrennten Düsen eines gemeinsamen Brenners«
Das Diagramm zeigt, daß die Verbrenner mit Vergasung die Umkehrung von weniger Stickstoffgehalt des Brennstoffs in HOx bewirkt und somit weniger NOx-Konzentration im Abgas- erzeugt wird als durch die Verbrennung mit Sprühen« Die ausgezogene Linie, zeigt das Ergebnis der Verbrennung mit einem Brenner nach Beispiel 1 der Erfindung, das noch besehrieben werden wird.
Es ist zu sehen, das NOx in einer Weise gebildet wird, die sich von den beiden beschriebenen Fällen stark unterscheidet. Außerdem ist der absolute Stand der HOx-Konzentration bei weitem der niedrigste. Die Spitze liegt bei der Lufträte von etwa 1,0.
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Wenn die Luftübersehußrate in angrenzenden Gasdurchgängen z.B» in den Gasdurchgängen 16"a in Figur 17, die noch beschrieben wird, groß ist, z.B. am Punkt a in Figur 3, während die Rate der anderen Gasdurchgänge I6"b klein ist, Z0B0 am Punkt b, dann kann somit die gesamte Luftüberschußrate im Brenner und die HOx-Konzentration im Verbrennungsgas beispielsweise beim Punkt c -liegen,.
Das heißt, die LuftÜbersehußrate ist kleiner und der thermische Wirkungsgrad ist größer, als wenn alle Gasdurchgänge auf den Punkt a eingestellt sind» Obwohl in den Gasdurchgängen 16"b infolge des Luftmangels eine unvollständige Verbrennung stattfindet, wird die Verbrennung durch die Überschußluft in den benachbarten Gasdurchgängen 16"a vollständig gemacht» Das Verfahren und die Vorrichtung der Brenner nach der Erfindung können bei Brennern von Kesseln oder bei anderen industriellen Ofen wie auch bei Gasturbinen angewendet werden.
Andere Gegenstände, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen sind die Figuren 1 bis 3 Diagramme, die die Beziehungen zwischen den Luftüberschußraten bei Brennern und den NOx-Konzentrationen in den Verbrennungsgasen bei gasförmigen, leicht flüssigen und schwerflüssigen Brennstoffen zeigen;
Figur 4 ist eine Vorderansicht eines Brenners für gasförmigen Brennstoff nach dem Verfahren nach der Erfindung;
Figur 5 ist ein Schnitt an der Linie V-V der Figur 4;
Figur 6 ist eine Vorderansicht eines übelichen Brenners für leichtes Heizöl;
Figur 7 ist ein Schnitt an der Linie VII-VII der Figur 6;
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Figur 8 ist eine Torderansiclit eines Brenners für leichtes Heizöl bei einem Verfahren, nach der Erfindung;
Figur 9 ist ein Schnitt an der Linie IX-IX der Figur 8;
Figur 10 ist eine Vorderansicht eines abgeänderten Brenners für leichtes Heizöl bei einem Verfahren nach der Erfindung;
Figur 11 ist ein Schnitt an. der Linie XI-XI der Figur 10; Figur 12 ist ein Schnitt an der Linie XII-XII der Figur 11;
Figur 13 ist ein Längsschnitt eines Brenners für schweres Heizöl bei einem Verfahren nach der Erfindung;
Figur 14 ist ein Schnitt an der Linie XIV-XIV der Figur 13; Figur 15 ist ein Schnitt an der Linie XV-XV der Fig. 13; Figur 16 ist ein Längsschnitt eines abgeänderten Brenners für schweres Heizöl bei einem Verfahren nach der Erfindung; und
Figur 17 ist ein Querschnitt eines weiteren abgeänderten Brenners für schweres Heizöl bei dem Verfahren nach der Erfindung»
Die Konstruktionen und Betätigungen^ chani sme η der Brenner zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen beschreiben.
1 ο Der Brenner für gasförmigen Brennstoff nach der Erfindung wird in den Figuren 4 und 5 gezeigt. Er besteht aus mehreren Düsen 1, von denen jede ein Gaszufuhrrohr 2a oder 2b, ein Luftzufuhrrohr 3 zum Liefern von Luft mit oder ohne Zugabe eines inerten Gases (Verbrennungsgas), eine Vormischkammer At in der
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Luft allein oder Luft plus inertes Gas mit Heizgas gemischt wird, und eine Gasverbrennungsprellplatte 5 besitzt.
Die Gaszufuhrrohre 2a und 2b ermöglichen die Brennstoffströmung bei einheitlichen Geschwindigkeiten, so daß ungleiche Überschußluftraten erhalten werden können.
2. Der Brenner für leichtes Heizöl und seine abgeänderte Form werden in Figur 8 bis 12 gezeigt» Die Brenner enthalten mehrere Düsen 1f, von denen jede aus einer Einspritzpistole 2'a oder 2*b, einem Luftzuführrohr 3', durch das Luft zum Verbrennen oder eine Mischung von Luft und einem inertem Gas zugeführt wird, und eine Flammstabilisierungsplatte 41 enthält und sind an einem gemeinsamen Brennstoff heizer 5* angeschlossen. Außerdem wird eine Kaltwassersprühdüse 6* vorgesehen, wenn eine inerte Flüssigkeit, z.B. Wasser verwendet werden soll.
Die BrennstoffSpritzpistolen 2*a und 2'b sind so beschaffen, daß die Brennstoff mit verschiedenen Geschwindigkeiten austreten lassen. Zum Vergleich zeigen die Figuren 6 und 7 einen typischen Brenner für übliche Leichtheizöl-Verbrennung.
3. Der Brenner für schweres Heizöl und seine abgeänderte Form zeigen die Figuren 13 bis 17.
In den folgenden Beispiel 1 bis 3 wird das Verfahren nach der Erfindung erläutert, wobei schweres Öl über ein heißes Verbrennungsgas gesprüht wird, das von der Verbrennung aus gasförmigem Brennstoff stammt, somit das schwere Öl durch Kontakt vergast, und das Gas wird durch das wieder umlaufende Gas gekühlt und gibt ein brennbares Gas und wird dann in der Form von gasförmigen Mischungen mit unterschiedlichen Luftüberschußraten gemäß der Erfindung verbrannt.
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Beispiel 1 s Mit einer Vorrichtung nach, den Figuren 13 bis wird gasförmiger Brennstoff (z.B. LPG) 5 unter Druck mit Luft. 6M zur Verbrennung mit einem Mischer 21" vorgemischt. Die Mischung mittels eines Siebbrenners 2" vollständig verbrannt und ergibt ein heißes Gas 7" von etwa 2000°C» Mit Hilfe von Wasserdampf werden mehrere Sch.werolbre.nner 4M zum Sprühen von schwerem Öl 9" rund um das heiße Gas 7" gebracht und mittels Brenner 4" werden das heiße Gas 7" und die feinen Tröpfchen schweren Öls 10" (in Form, von Dunst) rasch aufgemiseht. Der Dunst feiner Tröpfchen 10", der somit durch die ölbrenner 4" versprüht wird, verdampft rasch und unterliegt thermischer Dekomposition "bei Mischung und Kontakt mit dem heißen Verbrennungsgas 7" und durch die Reaktion von wässrigem Gas mit dem Wasserdampf und bildet ein brennbares Gas, das einige feine Tröpfchen enthält» Das so im Vergasungszylinder 1" hergestellte brennbare Gas, das noch etwa HOO0O heiß ist, wird durch Blasen und Mischen des Verbrennungsgases 11" (wiederumlaufendes Gas) aus einem nicht dargestellten Ofenauslaß durch mehrere Löcher 13H gekühlt, die sich im Zylinder 22" befinden. Auf diese Weise wird ein brennbares Gas 14" bei. verhältnismäßig niedriger Temperatur von etwa 5000O erhalten» Das so zugegebene wiederumlaufende Gas 11rt senkt die lemgeratur der resultierenden Gasmischung und dient dadurch zum Verhindern einer unbeabsichtigten Zündung und der Brandgefahr im Brenner in der nächsten Stufe der Verbrennungsmiachung mit Luft,, während die Flammtemperatur im Brenner bei einem niedrigen Stand geregelt wird. Am Ausgang des Brennerzylinders 22" wird gemäß der Erfindung entweder überschüssige oder unzureichende Luft 12* durch mehrere Luftlöcher 15" im Zylinder 22" in die Gasdurchgänge 16H geblasen, so daß der vergaste Brennstoff H" und die Luft 12H zuverlässig vorgemischt werden. Die gasförmige Mischung aus vergastem Brennstoff, wiederumlaufenden Öl und Luft verbrennt schnell und ergibt eine kurze
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Vormisehflamme 23"» Die Lufteinlaßplatten 3" leiten den Strom gasförmigen Gemisches nach, unten und wirbeln ihn, so daß eine vollständige Vormischung des gasförmigen Brennstoffs bewirkt und die !Flamme des startenden Ölbrenners 17" "beim Starten stabilisiert« Der Ölbrenner 17" besitzt eine Ölleitung 18, die an der Ofenwand 19" befestigt ist.
Das Experiment hat gezeigt, daß die Wirkung der Flammtemperatur bei der Produktion von NOx durch die Yormischflamme größer als bei der Erzeugung von UOx durch eine difuse Flamme ist.
Die Verbrennung nach diesem Verfahren eines zuverlässigen gasförmigen. Yorgemiseh.es von vergastem Brennstoff, Luft und wiederumlaufenden Gasen ergibt eine Mischflamme niedriger Temperatur mit fühlbar reduzierter UOx-Produktion.
Beispiel 2 s Bs wird ein Gerät nach Figur 16 verwendet, bei den das brennbare Gas im Vergasungszylinder 1M nicht durch ein inertes Gas, wie wiederumlaufendes Gas sondern von einem durch Sprühen von Wasser aus einem Speisewasserrohr 24" durch seine Sprühlöcher 25H erzeugten Wasserdampf gekühlt.
Die vorteilhafte Wirkung, die in dieser Weise unter Verwendung des Brenners nach der Erfindung, ist der beim Beispiel .1 erhaltenen ähnlich.
Beispiel 5s Die verwendete Vorrichtung ist dieselbe wie beim Beispiel 1, ausgenommen daß die öffnung 15" die in den Gas— durchgängen 16wa offen sind, in Zahl und Größe oder in beidem aus diesen in den benachbarten Durchgängen 16"b offen sind, so daß der Brenner gasförmige Mischungen mit großen und kleinen Luftübersehußraten erzeugen kann. Demnach ist die !uftüberschußrate in den Gasdurchgängen 16"a hoch und in den benachbarten Durchgängen I6"b klein.
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Es hat sich durch Forschungen herausgestellt, daß die UOx-Produktion in einer Vormischflamme klein ist, wenn die Luftüberschußraten sehr niedrig sind (kleiner als 1,0) oder äusserst hoch ist0 Die -Produktion ist bei einer Luftüberschußrate im mittleren Bereich groß. Die beschriebene Konstruktion, bei der bestimmte G-asdurchgänge mit einem hohen Luftüberschuß beliefert werden, während- die übrigen Durchgänge einen kleinen Luftüberschuß besitzen,- macht es somit möglich, das Entstehen von HOx im Verbrennungsgas zu unterdrücken. Mit einer größeren gesamten Luftüberschußrate als 1,0 wird die UOx-Konzentration auf einen niedrigen Wert begrenzt,,
Die ist beispielsweise durch ein Experiment belegt, bei dem Propangas als Brennstoff verwendet worden ist und 53 Prozent des Brennstoffs wurden mit Luft bei:, einer Überschuß rate von 1,5 gemischt, um eine magere G-asmischung zu erhalten. Der verbleibende Brennstoff wurde bei einer Luftüberschußrate von 0,64 gemischt, um ein reiches Gemisch zu erhalten., Die gesamte Luftüberschußrate der Vormischung ist 1:1, Ein inertes Gas in der Form von wiederumlaufenden Gases und einem 7/ert von 15 Prozent der gesamten Luftmenge wurde in zwei gleiche Teile geteilt und den beiden Mischungen zugegeben. Sie ergeben somit zwei verschiedene Vormischungen, die beide bei 27O0C lagen. Diese Vormischungen wurden aus entsprechenden Düsen ausgesprüht und zusammen verbrannt. Der HOx-Gehalt des Abgases konnte auf 33 ppm reduziert werden (wie auf der Grundlage trockenen Gases gemessen worden ist)„
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffs mittels eines Brenners, das das Vormischen des
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Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffs mittels eines Brenners, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff mit Luft in einer größeren Menge als der theoretisch zur Verbrennung notwendigen Menge vorgemischt wird, daß das sich ergebende magere Gemisch aus einigen von mehreren Düsen des Brenners austritt, während gleichzeitig der Brennstoff mit Luft in einer Menge gemischt wird, die kleiner als die theoretisch notwendige Menge ist, daß das sich ergebende reiche Gemisch aus den restlichen Düsen austritt und daß die beiden gasförmigen Mischungen zusammen verbrennen.
    2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gasförmige Gemische mit einem inerten Gas gemischt werden, bevor sie aus den entsprechenden Brennerdüsen zur Verbrennung austreten,,
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gasförmigen Gemische getrennt mit einer inerten Flüssigkeit durch Sprühen gemischt werden, bevor sie aus den entsprechenden Brenndüsen zur Verbrennung austreten.
    409838/0717
    BUro Berlin
    Fernsprechen 88660 37/8862382 Bankkonto: W. Meissner, Berliner Bank AG, Berlln-Halensee Postscheckkonto:
    Drahtwort· Invention Berlin . KurfQrstendamm 130, Konto-Nr. 36 95716 000 W. Meissner Berlin West 122 82-109
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff ein vergaster Brennstoff ist und durch thermische Dekomposition eines schweren flüssigen Brennstoffs aufbereitet wird, dem ein inertes Gas oder eine inerte Flüssigkeit zugegeben wird, und daß die Mischung gekühlt wird ο
    Verfahren nach Anspruch 1,- dadurch gekennzeichnet, daß das magere Gemisch eine?- Luf tuber schußrate von 1,3 bis 1,6 und das reiche Gemisch eine Überschußrate von 0,5 bis 0,8 besitzt, bevor diese aus den entsprechenden Brenndüsen zur Verbrennung austreten·
    Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist,,die eine magere Mischung liefert, bei der der Luftanteil größer als die theoretisch für die Verbrennung notwendige Menge ist und aus bestimmten Brenndüsen austritt, und daß eine Einrichtung eine reiche Mischung liefert-, deren Luftanteil kleiner als die theoretisch für die Verbrennung notwendige Menge ist und aus anderen Düsen des Brenners austritt. . ■· "
    409838/0717
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