DE3906795A1 - Verfahren zum verbrennen von brenngas-verbrennungsluft-gemischen sowie brenner zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von Brenngas-Verbrennungsluft-Gemischen und erstreckt sich im Zusammenhang damit auch auf zur Durchführung des Verfahrens geeignete Brenner.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der weitgehend schad­ stofffreien Verbrennung eines Gemisches mit vergleichsweise hohem Luftanteil eine Stabilisierung der Brennerflammen zu gewährleisten.

Bekanntlich wird eine solche weitgehend schadstofffreie Verbrennung begünstigt, wenn der Primärluft-Anteil im Gemisch, also die sogenannte Luftzahl des Gemisches, angehoben wird. Dabei treten allerdings Probleme hinsichtlich der Stabilisie­ rung der Brennerflammen auf, weil die Brennerflammen bei der Verbrennung eines solchen Gemisches zum Abheben von den Gemischaustrittsöffnungen des Brenners neigen. Man hat schon versucht, einem solchen Abheben durch Anordnung sogenannter Halteflammen vorzubeugen, die jedoch einen bestimmten Mindest­ durchmesser ihrer Austrittsöffnungen benötigen. Wenn sich nun der Primärluftanteil erhöht, vergrößert sich auch das durch diese Gemischaustrittsöffnungen austretende Volumen und - bei konstanter Querschnittsfläche dieser Austrittsöffnungen - die Strömungsgeschwindigkeit. Dies macht sich aber sowohl bei den Brennerflammen selbst als auch bei den Halteflammen bemerk­ bar, die dann gleichfalls zum Abheben neigen.

Unter Berücksichtigung des Löschabstandes ist es aber nicht tunlich, den Querschnitt der Gemischaustrittsöffnungen für die Halteflammen in der Wandung der Brennerkammer zu ver­ größern, weil dadurch die Gefahr eines Zurückschlagens der Halteflammen in das Innere der Brennerkammer eintreten würde.

Um nun die Flammen eines mit einem Gemisch hoher Luftzahl gespeisten Brenners, bei dem mit einem Abheben der Brenner­ flammen zu rechnen ist, zu stabilisieren, wird erfindungs­ gemäß zur Lösung der obenbezeichneten Aufgabe vorgesehen, daß dem Verbrennungsbereich zumindest zweierlei anteilsmäßig verschieden zusammengesetzte Gas-Luft-Gemische zugeführt und gemeinsam verbrannt werden, wobei ein Gemisch mit geringerem Luftanteil und niedrigerer Luftzahl im Bereich der Wurzeln der bei der Verbrennung des Gemisches mit dem größeren Luft­ anteil und der höheren Luftzahl entstehenden Brennerflammen verbrannt wird.

Die Erfindung beruht demnach auf der Erkenntnis, daß ein solches Gemisch mit vergleichsweise geringer Luftzahl sehr stabil brennt und dadurch imstande ist, die mit einem Gemisch höherer Luftzahl gespeisten, schadstoffärmer brennenden, aber zum Abheben neigenden Brennerflammen nötigenfalls immer wieder zu zünden und dadurch zu stabilisieren.

Mit der Gestaltung eines erfindungsgemäßen Brenners kann im Rahmen der Erfindung sogar bewußt ein Abheben der Brenner­ flammen herbeigeführt werden, um dadurch eine zu starke Erhitzung der Brennerkammerwandung zu vermeiden.

Ein zur Durchführung des Verfahrens geeigneter Brenner, der aus zumindest einer länglichen, mit einem Brenngas-Ver­ brennungsluft-Gemisch speisbaren Brennerkammer besteht, deren oberseitige Wandung Gemischaustrittsöffnungen aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein mit Gemischaustrittsöffnungen für Halteflammen versehenes, parallel­ verlaufendes Brennerrohr od.dgl. Führung für ein Gemisch mit niedrigerer Luftzahl im Bereich der Gemischaustrittsöffnun­ gen der Brennerkammer, also im Bereich der Wurzeln der Brennerflammen vorgesehen ist.

Für die Lösung der der Erfindung zugrundegelegten Aufgabe ist es wichtig, die Gemischaustrittsöffnungen der Halteflammen des Brennerrohres möglichst nahe in den Bereich der Wurzeln der Brennerflammen zu verlegen, um dadurch die Funktion dieser Halteflammen sicherzustellen. In diesem Sinne ist es vorteil­ haft, das Brennerrohr für die Zuführung des Gemisches mit der niedrigeren Luftzahl in zumindest eine Einbuchtung der Oberseite der Brennerkammer versenkt, zwischen deren Gemisch­ austrittsöffnungen verlaufend anzuordnen.

Zum gleichen Zweck und mit guter Wirkung kann das Brenner­ rohr für die Zuführung des Gemisches mit der niedrigeren Luftzahl die Innenseite der oberseitigen Wandung der Brenner­ kammer bereichsweise tangierend innerhalb der Brennerkammer verlaufend angeordnet sein, wobei dann die Gemischaustritts­ öffnungen dieses Brennerrohres dessen oberseitige Wandung und die Wandung der Brennerkammer im tangierenden Bereich durchsetzen.

Sind der Oberseite der Brennerkammer mehrere Brennerrohre zugeordnet, sind diese symmetrisch in bezug zur Mittelebene der Brennerkammer anzuordnen.

In einer solchen symmetrischen Anordnung können die Brennerrohre sehr vorteilhaft auch längsseitig der Oberseite der Brennerkammer verlaufend angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Brenner mehrere nebeneinander und parallel zueinander verlaufende Brenner­ kammern umfaßt. Zwischen zwei einander benachbarten Brenner­ kammern kann dann ein gemeinsames Brennerrohr für die Zuführung des Gemisches mit der niedrigeren Luftzahl angeordnet werden.

Wenn die Brennerrohre zweier einander benachbarter Brennerkammern im Abstand voneinander verlaufend angeordnet sind, schließen sie vorteilhafterweise einen Freiraum für den Zutritt von Sekundärluft zu den Brennerflammen ein. Solche Brennerrohre können im Rahmen der Erfindung von eigenen, einzelnen Mischrohren gespeist sein, sie können aber auch über eine gemeinsame, innerhalb des Freiraumes verlaufende Mischkammer mit dem Gemisch höherer Luftzahl gespeist werden.

Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Erfin­ dungsgegenstandes, und zwar zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Brenners in einem Querschnitt,

Fig. 2 eine modifizierte Ausführungsform in einem Querschnitt nach II-II der Fig. 3 und

Fig. 3 einen Längsschnitt dieser Ausführungsform.

Fig. 4 ist der Querschnitt einer weiteren Aus­ führungsform nach IV-IV der Fig. 5 und

Fig. 5 zeigt deren Längsschnitt.

Fig. 6 und 7 stellen Querschnitte weiterer Ausführungs­ formen dar und

Fig. 8 zeigt dazu ein Detail, gleichfalls im Quer­ schnitt.

Dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zufolge wird eine von einem sogenannten Brennstab gebildete, an ihrer Oberseite Gemischaustrittsöffnungen aufweisende Brennerkammer 1 über ein an ihrer Stirnseite einmündendes Mischrohr 2 mit einem Brenngas-Verbrennungsluft-Gemisch gespeist. Dieses Gemisch kommt dadurch zustande, daß dem Einlaß des Mischrohres 2 gemäß Fig. 3 - eine Brenngaszufuhrdüse 3 koaxial mit einem Abstand zugeordnet ist und der aus dieser Gasdüse 3 austretende Gasstrom aus diesem Abstand primäre Verbrennungsluft in das Mischrohr 2 mitnimmt und sich darin mit ihr vermischt.

Die Zusammensetzung dieses Gemisches ist durch Wahl des Abstandes, durch Drosselung des Gasdruckes, durch Bemessung des Düsenquer­ schnittes u.dgl. Parameter derart einstellbar, daß der Luft­ anteil im Gemisch, also die Luftzahl einen bestimmten Sollwert erhält.

Das aus den Gemischaustrittsöffnungen der Brennerkammer 1 austretende Gemisch bildet nach seiner Zündung im Verbrennungs­ bereich die Brennerflammen 4.

Der Brennerkammer 1 sind nun erfindungsgemäß Brennerrohre 5 zugeordnet, die einen kleineren Querschnitt aufweisen und deren Wandung an ihrer Oberseite gleichfalls Gemischaustrittsöffnungen auf­ weist. Diese Brennerrohre 5 werden über eigene Mischrohre 6 von Gasdüsen 7 mit einem Gemisch gespeist (Fig. 3), das eine niedrigere Luftzahl aufweist als das der Brennerkammer 1 über das Mischrohr 2 zuströmende Gemisch.

An den Gemischaustrittsöffnungen dieser Brennerrohre 5 bilden sich - im selben Flammenbereich mit den Brennerflammen 4 - kleinere Flammen 8, die nachfolgend als "Halteflammen" bezeich­ net sind, weil sie dem Zweck dienen, im Falle eines Abhebens und Erlöschens der Brennerflammen 4 eine neuerliche Überzündung des Brenners und damit dessen kontinuierliche Funktion aufrecht­ zuerhalten.

Ein Brennerrohr 5 für solche Halteflammen 8 kann - gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 - in der Mitte der Brennerkammer­ oberseite verlaufen, solche Brennerrohre 5 können aber auch - gemäß der Fig. 2 und 3 - paarweise beidseits der Mittelebene der Brennerkammer 1 zwischen den Brennerflammen 4 angeordnet sein.

Damit sich die Halteflammen 8 wünschenswerterweise in der unmittelbaren Nähe der Flammenwurzeln der Brennerflammen 4 befinden, wo sie die ihnen zugedachte Funktion optimal zu erfüllen vermögen, sind die Brennerrohre 5 in Einbuchtungen 9 der oberseitigen Wandung der Brennerkammer 1 teilweise versenkt angeordnet. Wie Fig. 3 zeigt, können die Mischrohre 6 solcher Brennerrohre 5 unmittelbar in den die Gemischaustritts­ öffnungen aufweisenden Bereich übergehen.

Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform, derzufolge die Brennerrohre 5 für die Halteflammen 8 innerhalb der Brenner­ kammer 1 verlaufen und die Innenseite deren oberseitiger Wandung tangieren, wobei die Gemischaustrittsöffnungen dieser Brennerrohre 5 sowohl deren Wandung als auch die Wandung der Brennerkammer 1 im tangierenden Bereich durchsetzen.

Bei Anordnung eines Paares solcher Brennerrohre 5 können diese - ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 - beidseits der Mittelebene der Brennerkammer 1 angeordnet werden. Die Mischrohre 6 dieser Brennerrohre 5 durchsetzen bei dieser Ausführungsform die Stirnwand der Brennerkammer 1.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Brennerrohre 5 für die Halteflammen 8 längsseitig an die Oberseite der Wandung der Brennerkammer 1 ansetzen. Die Wandungen solcher Brenner­ kammern 1 können mit den Wandungen der benachbarten Brennerrohre 5 und Brennerkammern 1 gemeinsam aus einem Blech­ zuschnitt gefertigt werden und können sich über die gesamte Breite eines mehrere solche Brennerkammern 1 aufweisenden Brenners erstrecken.

Es empfiehlt sich, die Oberseite sowohl der Brennerkammern 1 als auch die der Brennerrohre 5 mit einer aufwärts gerichteten Wölbung zu profilieren , um dadurch die Halteflammen 8 in ihre ideale Position in bezug zu den Flammenwurzeln der Brennerflammen 4 zu bringen.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 6 und 7 wird darauf zu achten sein, daß den Brennerflammen 4 und Halteflammen 8 Sekun­ därluft zuströmen soll. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist der Bereich 10 zwischen den Brennerrohren 5 benachbarter Brenner­ kammern 1 derart zu gliedern, daß die Sekundärluftführung zwischen den über gesonderte Mischrohre 6 mit Gemisch gespeisten Brennerrohren 5 ungehindert erfolgen kann. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, derzufolge nur ein Mischrohr 6 eine zentrale Gemischführung 11 dieses Bereiches 10 speist, von der aus die beiden einander benachbarten Brennerrohre 5 mit dem die niedrigere Luftzahl aufweisenden Gemisch gespeist werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verbrennung von Brenngas-Verbrennungs­ luft-Gemischen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verbrennungs­ bereich zumindest zweierlei anteilsmäßig verschieden zusammen­ gesetzte Gas-Luft-Gemische zugeführt und gemeinsam verbrannt werden, wobei ein Gemisch mit geringerem Luftanteil und niedri­ gerer Luftzahl im Bereich der Wurzeln der bei der Verbrennung des Gemisches mit dem größeren Luftanteil und der höheren Luftzahl entstehenden Brennerflammen verbrannt wird.

2. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus zumindest einer länglichen, mit einem Brenngas- Verbrennungsluft-Gemisch speisbaren Brennerkammer, deren ober­ seitige Wandung Gemischaustrittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein mit Gemischaustrittsöffnungen für Halteflammen (8) versehenes, parallelverlaufendes Brenner­ rohr (5) od.dgl. Führung für ein Gemisch mit niedrigerer Luftzahl im Bereich der Gemischaustrittsöffnungen der Brenner­ kammer, also im Bereich der Wurzeln der Brennerflammen (4) verlaufend angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (5) für die Zuführung des Gemisches mit der niedrigeren Luftzahl in zumindest einer Einbuchtung (9) der Oberseite der Brennerkammer (1) versenkt zwischen deren Gemisch Austrittsöffnungen verlaufend angeordnet ist (Fig. 1 bis 3).

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennerrohr (5) für die Zuführung des Gemisches mit der niedrigeren Luftzahl die Innenseite der oberseitigen Wandung der Brennerkammer (1) tangierend innerhalb der Brennerkammer (1) verlaufend angeordnet ist, wobei die Gemischaustrittsöffnungen dieses Brennerrohres (5) dessen oberseitige Wandung und die Wandung der Brennerkammer (1) im tangierenden Bereich durch­ setzen (Fig. 4, 5).

5. Brenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Brennerrohre (5) in bezug zur Mittelebene der Brennerkammer (1) symmetrisch angeordnet sind (Fig. 2 bis 7).

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerrohre (5) längsseitig der Oberseite der Brenner­ kammer (1) verlaufend angeordnet sind (Fig. 6, 7).

7. Brenner nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch je ein zwei einander benachbarten Brennerkammern (1) gemeinsames Brennerrohr (5) für das eine niedrigere Luftzahl aufweisende Gemisch (Fig. 6).

8. Brenner nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch zwei einan­ der benachbarten Brennerkammern (1) zugeordnete, einen Freiraum (10) für den Durchtritt von Sekundärluft flankierende Brenner­ rohre (5) (Fig. 7, 8).

9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brennerrohre (5) einzeln von eigenen Mischrohren (6) gespeist sind (Fig. 7).

10. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Brennerrohre (5) über eine innerhalb des Frei­ raumes (10) verlaufenden gemeinsame Mischkammer (11) und ein dieser Mischkammer (11) zugeordnetes Mischrohr (6) mit dem die niedrigere Luftzahl aufweisenden Gemisch gespeist sind (Fig. 8) .