DE3914222A1 - Heizkessel mit atmosphaerischem brenner und optimierter sekundaerluftzufuehrung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel mit wenigstens einem atmosphärischen Brenner, wobei die Sekundärluftzuführung über schlitzförmige Öffnungen durch besondere Form und Anordnung dieser Sekundärlufteinlaßschlitze unterhalb der Brenner in optimierter Weise erfolgt.

Bei Heizkesseln mit atmosphärischen Brennern mit innerhalb einer Brennkammer angeordneten langgestrecken Brennerrohren mit Austrittsöffnungen auf der Oberseite gelangt über ein Gaszufuhrrohr ein Gasgemisch an Düsen, die in ein Injektorrohr am vorderen Teil des Brennerrohres gerichtet sind. Durch die Injektorwirkung wird Raumluft (Primärluft) angesaugt und dem Brennerrohr zugeführt. Es findet eine Vorvermischung von Gas und Primärluft statt. Über Öffnungen unter den Brennerrohren oder unter freiem Zustrom wird weitere Luft (Sekundärluft) an der Außenseite der Brennerrohre zugeführt.

Gemäß EP 01 53 281 erfolgt die Zuführung von Sekundärluft in den Brennraum durch Schlitze in einer unter den Brennerrohren angeordneten Platte. Dabei sind die Schlitze unmittelbar unter den Brennerrohren etwa in der vertikalen Fluchtebene durch die Brennerrohrmittelachse angeordnet. Unter der Platte mit Schlitzen ist eine weitere Platte mit Löchern vorgesehen. Die Löcher sind zur Vermeidung eines Kamineffektes zu den Schlitzen versetzt angeordnet. Diese Anordnung führt nicht zu einer allseits gleichmäßigen Zufuhr von Sekundärluft zu den Brennerrohren, insbesondere, wenn durch die Abgasströmung im Brennraum die Sekundärluft die Brennrohre außermittig anströmt.

In DE-PS 34 19 730 wird für die Zufuhr von Sekundärluft eine Bodenschale mit etwa gleichmäßig verteilten kreisförmigen Öffnungen vorgeschlagen. Auch hierbei ist eine allseits gleichmäßige Zufuhr von Sekundärluft zu den Brennerrohren nicht gewährleistet.

Nach G 87 03 668.1 wird zur Senkung der Flammentemperatur und damit zur Verringerung der NOx-Bildung ein am Brennerrohr angebrachter käfigartiger Wärmestrahlungskörper angegeben. Dieser Wärmestrahlungskörper beeinflußt natürlich auch das Strömungsfeld im Bereich der Brennerrohre, ließ jedoch eine Steuerung der Sekundärluftzufuhr nur in begrenztem Maß zu.

Bei der Ausführung von Brennern, Brennerrohren sowie deren Bestandteile, wie Flammenführung oder Flammenkühlkörper und Sekundärluftzuführungen kommt es auf eine optimale Kombination an, mit der der Schadstoffausstoß an CO und NOx weitestgehend reduziert wird. Der NOx-Ausstoß wird im wesentlichen von der Flammentemperatur bestimmt. In verstärktem Maß wird thermisches NOx bei Flammentemperaturen über 1400 Grad Celsius gebildet.

Aufgabe der Erfindung war daher, einen Heizkessel mit atmosphärischen Brennern anzugeben, bei dem gleichzeitig durch allseits gesteuerte Zufuhr von Sekundärluft zu den Brennerrohren die Brennerrohre selbst gekühlt werden und an allen Stellen eine gute Flammenkühlung erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Die Ansprüche 2 bis 8 beschreiben zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Heizkessels.

Der erfindungsgemäße Heizkessel enthält in einer etwa horizontalen Ebene unter einem oder mehreren Brennerrohren eine Platte mit schlitzförmigen Öffnungen, deren Längsachse etwa parallel zur Achse der Brennerrohre ist und die in einem Abstand von den vertikalen Fluchtebenen durch die Mantelaußenfläche der Brennerrohre angeordnet sind.

Bei Verwendung von mehreren Brennerrohren in einem Heizkessel ist erfindungsgemäß die Breite der schlitzförmigen Öffnungen zwischen jeweils zwei Brennerrohren doppelt so groß wie die Breite der schlitzförmigen Öffnungen zwischen einem Brennerrohr und einer Seitenwand des Brennraumes.

Zweckmäßigerweise können etwa in der vertikalen Fluchtebene durch die Mitte der schlitzförmigen Öffnungen Strömungsleitkörper angeordnet sein, die für eine noch verbesserte Gleichmäßigkeit der allseitigen Sekundärluftzuführung zu den Brennerrohren sorgen.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung des Heizkessels sind an den Längskanten der schlitzförmigen Öffnungen für die Sekundärluftzufuhr Abwinkelungen zu den Brennerrohren hin angebracht, die eine verbesserte Führung der Sekundärluftströmung zu den Brennerrohren hin bewirken.

Zur Anpassung des Schadstoffausstoßes des erfindungsgemäßen Heizkessels an die gegebenenfalls sehr unterschiedlichen Strömungsbedingungen der Abgasführung bei einzelnen Installationen, kann zweckmäßigerweise einerseits der Abstand der die schlitzförmigen Öffnungen beinhaltenden Platte von den Brennerrohren variiert werden und andererseits durch eine unter dieser ersten Platte angeordnete zweite Platte, die ebenfalls schlitzförmige Öffnungen enthält, durch seitliche Verschiebung der zweiten Platte die freie Durchströmöffnung der schlitzförmigen Sekundärluftzuführungen eingestellt werden und/ oder durch Verschiebung beider Platten eine zusätzliche Einstellung der Lage der schlitzförmigen Sekundärluftzuführung etwa relativ zu einem Strömungsleitkörper erfolgen. Durch Verwendung mehrerer, sich überlappender Platten kann außerdem der seitliche Abstand der schlitzförmigen Öffnungen für die Sekundärluftzufuhr von der vertikalen Fluchtebene der Brennerrohrdurchmesser bei gleichzeitig veränderlicher Schlitzbreite eingestellt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Länge der schlitzförmigen Öffnungen etwa der Länge des Bereiches entspricht, in dem an den Brennerrohren das Gas-Primärluftgemisch austritt und wenn die Breite einer zwischen zwei Brennerrohren gelegenen schlitzförmigen Öffnung etwa ein Drittel des Brennerrohrdurchmessers beträgt.

Bei Heizkesseln mit relativ geringem Strömungswiderstand kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, die schlitzförmigen Öffnungen durch ein Turbulenzgitter in Form eines Lochbleches oder eines Geflechts aus Draht oder Streifen abzudecken. Dabei kann im Einzelfall bis zu 70% der Querschnittsfläche der schlitzförmigen Öffnungen abgedeckt sein.

Außerdem hat das Turbulenzgitter den Vorteil die teilweise gerichtete Strömung, die aus den schlitzförmigen Öffnungen mit über der Breite und gegebenenfalls auch über der Länge unterschiedlicher Geschwindigkeit austritt, zu vergleichmäßigen und dadurch eine besser dosierte Zuführung der Sekundärluft im Bereich der Flamme zu erreichen.

Ausführungsbeispiele der optimierten Sekundärluftzuführung des erfindungsgemäßen Heizkessels sind in den Fig. 1 bis 5 schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 in einem Schnitt senkrecht zur Brennerrohrachse, die beidseitig zum Brennerrohr liegenden schlitzförmigen Öffnungen für die Sekundärluftzuführung,

Fig. 2 in einer Draufsicht auf Brennerrohre und Brennraumboden die Anordnung der schlitzförmigen Öffnungen zwischen einzelnen Brennerrohren und zwischen Brennerrohr und Brennraumseitenwänden,

Fig. 3 in einem Schnitt senkrecht zur Brennerrohrachse die Anordnung von einem Strömungsleitkörper über einer schlitzförmigen Öffnung für Sekundärluftzufuhr,

Fig. 4 einen Schnitt senkrecht zur Brennerachse mit Abwinkelungen an den Längskanten der schlitzförmigen Öffnungen,

Fig. 5 einen Schnitt senkrecht zur Brennerrohrachse mit einer Verstelleinrichtung zur Regulierung des Abstandes zwischen Brennerrohren und der die schlitzförmigen Öffnungen enthaltenden Platte,

Fig. 6 einen Schnitt senkrecht zur Achse der Brennerrohre mit einer ersten Platte mit schlitzförmigen Öffnungen für Sekundärluftzuführung und einer darunterliegenden zweiten Platte mit ebenfalls schlitzförmigen Öffnungen etwa gleicher Abmessungen, die seitlich verschiebbar angeordnet ist.

In Fig. 1 ist ein Brennerrohr 1 dargestellt, unter dem sich eine Platte 2 befindet, die schlitzförmige Öffnungen 3 enthält. Die Schlitze 3 sind in etwa gleichem Abstand beidseitig der vertikalen Fluchtebenen durch die Brennerrohrmantelfläche angeordnet. Die eingezeichneten Pfeile geben schematisch die Strömung der Sekundärluft an.

In Fig. 2 sind Brennerrohre 1, Bodenplatte 2 der Brennkammer und schlitzförmige Öffnungen 3 a, 3 b dargestellt. Die Breite b des Schlitzes 3 b zwischen zwei Brennerrohren 1 ist etwa doppelt so groß wie die Breite a der Schlitze 3 a, die zwischen jeweils einem Brennerrohr und einer Brennraumseitenwand 4 liegen.

Fig. 3 zeigt Brennerrohre 1, Bodenplatte 2 mit schlitzförmigen Öffnungen 3 a, 3 b für Sekundärluftzufuhr und einen Strömungsleitkörper 5, der etwa senkrecht über einem Schlitz 3 b angeordnet ist. Über dem Schlitz 3 b ist beispielhaft ein als Drahtgeflecht ausgeführtes Turbulenzgitter 50 schematisch dargestellt. Entsprechende Turbulenzgitter sind vorteilhaft auch über den Schlitzen 3 a angeordnet.

Fig. 4 zeigt Brennerrohre 1, Bodenplatte 2, schlitzförmigen Öffnungen 3 a, 3 b für Sekundärluftzufuhr und Abwinkelungen 6, 7, die aus der Ebene der Platte 2 auf die Brennerrohre 1 weisen.

Fig. 5 zeigt Brennerrohre 1, Bodenplatte 2 mit schlitzförmigen Öffnungen 3 a, 3 b für Sekundärluftzufuhr und Verstellelemente 8 zur Einstellung des Abstandes zwischen den Brennerrohren 1 und der Platte 2. Die Verstellelemente 8 sind in diesem Beispiel als Keile ausgeführt, mit denen, wie durch Pfeile angedeutet, durch seitliche Verschiebung die Abstandseinstellung bewirkt wird.

Fig. 6 zeigt Brennerrohre 1, eine erste Bodenplatte 2 mit schlitzförmigen Öffnungen 3 a, 3 b für die Sekundärluftzufuhr und eine zweite Bodenplatte 20 mit Schlitzen 30 a, 30 b und Einrichtungen 9 zur seitlichen Verschiebung der zweiten Platte 20.

In einer speziellen Ausführung des erfindungsgemäßen Heizkessels mit atmosphärischem Brenner und optimierter Sekundärluftzufuhr konnte bei einer Kesselbelastung von 25 kW die Brennertemperatur um 30 bis 40 % reduziert werden. Auf den Brennerrohren waren Flammenkühlelemente nach G 87 03 668.1 installiert. Bei einer Schlitzbreite von 5 mm für die Schlitze zwischen Brennerrohr und Seitenwand und 10 mm für die Schlitze zwischen jeweils zwei Brennerrohren konnte die Flammentemperatur auf Werte unter 1300 Grad Celsius abgesenkt werden.

Claims (11)

1. Heizkessel mit wenigstens einem atmosphärischen Brenner in Form eines etwa horizontal angeordneten Brennerrohres (1) wobei der Boden des Brennraumes unter den Brennern durch eine im wesentlichen horizontale Platte (2, 20) mit schlitzförmigen Öffnungen (3, 30) zur Zuführung von Sekundärluft gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Öffnungen (3, 30) auf beiden Seiten des Brennerrohres (1) in Abstand zu den vertikalen Fluchtebenen der Brennerrohrdurchmeser angeordnet sind.

2. Heizkessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der schlitzförmigen Öffnungen (3 b, 30 b) zwischen jeweils zwei Brennerrohren (1) etwa doppelt so groß ist wie die Breite (a) der schlitzförmigen Öffnungen (3 a, 30 a) zwischen einem Brennerrohr (1) und einer Seitenwand (4) des Brennraumes.

3. Heizkessel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß etwa in der vertikalen Fluchtebene durch die Längsachse der schlitzförmigen Öffnungen (3, 30) über diesen Sekundärluft auf die Brennerrohre (1) lenkende Strömungsleitkörper (5) angeordnet sind.

4. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskanten der schlitzförmigen Öffnungen (3, 30) zur Führung der Sekundärluftströmung zu den Brennerrohren hin Abwinkelungen (6, 7) aufweisen.

5. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer die schlitzförmigen Öffnungen (3, 30) enthaltenden Platte (2) Verstellelemente (8) zur Änderung des Abstandes zwischen der Platte (2) und den darüberliegenden Brennerrohren (1) angebracht sind.

6. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei relativ zueinander zur Einstellung der Schlitzbreite und/oder des Abstandes der schlitzförmigen Öffnungen zu den vertikalen Fluchtebenen der Brennerrohrdurchmesser verschiebbare Platten angebracht sind.

7. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Öffnungen (3, 30) etwa so lang sind wie der Austrittsbereich für das Gas-Primärluftgemisch an den Brennerrohren (1).

8. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der zwischen den zwei Brennerrohren (1) gelegenen schlitzförmigen Öffnungen (3 b, 30 b) etwa ein Drittel des Durchmessers der Brennerrohre beträgt.

9. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Öffnungen (3, 30) durch ein Turbulenzgitter abgedeckt sind.

10. Heizkessel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbulenzgitter bis zu 70% des Öffnungsquerschnittes der schlitzförmigen Öffnungen abdecken.

11. Heizkessel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerrohre (1) zur weiteren NOx-Reduzierung käfigartige, aufsteckbare Flammenkühlelemente aufweisen.