EP1893915B1 - Burner arrangement and operating method thereof - Google Patents
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- EP1893915B1 EP1893915B1 EP06754305A EP06754305A EP1893915B1 EP 1893915 B1 EP1893915 B1 EP 1893915B1 EP 06754305 A EP06754305 A EP 06754305A EP 06754305 A EP06754305 A EP 06754305A EP 1893915 B1 EP1893915 B1 EP 1893915B1
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- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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Definitions
- the invention relates to a burner assembly and a method of operating the burner assembly.
- Known methods for NO x reduction are therefore based, for example, on lowering the combustion temperature to reduce NO x .
- fuel and / or combustion air is classified, or inert exhaust gases are recirculated.
- a burner that works with a stage combustion is in the DE 38 30 038 described.
- the order of mixing is essential. For example, first the oxygen carrier gas is mixed with exhaust gas and then fuel is added.
- the combustion intensity is reduced to the stability limit of the combustion. This can lead to problems with the cold start behavior of the burner. Due to the low combustion intensity, ignition problems, CO formation, incomplete combustion and stability problems can occur. The lower the NO x emissions of a burner at high ambient temperatures or furnace chamber temperatures, the worse is its combustion behavior at low ambient temperatures or when operating with cold combustion air.
- the burner To start the burner and to heat the oven space to an operating temperature, the burner operates in a first operating state. Upon reaching a defined switching threshold is switched to a second operating state.
- Such a method is for example from the EP 0 343 746 A2 known.
- the burner does not work with a combustion chamber, but combustion air and fuel are passed directly into the furnace chamber, depending on the temperature in the furnace chamber.
- the burner is switched to a first operating state, in which the fuel is supplied via a first fuel supply before entering the furnace chamber of the combustion air, wherein the resulting mixture is introduced from the wall of the furnace chamber in the latter spaced apart.
- the burner is switched to a second operating state by the first fuel supply is closed, and a second fuel supply is opened.
- the second fuel supply opens at a predetermined distance from the combustion air supply and a predetermined distance from the wall of the furnace chamber in this.
- An above-mentioned method is further from the EP 0 685 683 B1 known.
- the burner is switched to a first operating state.
- fuel is supplied to a combustion chamber via a first fuel supply, which ends in the vicinity of an outlet opening of an air supply device.
- the fuel is mixed with the supplied combustion air and the resulting mixture is ignited via an ignition electrode arranged in the chamber, whereupon it burns in the combustion chamber and heats a furnace chamber associated with the combustion chamber.
- the burner is switched to a second operating state by the first fuel supply is closed and a second fuel supply is opened.
- the second fuel supply ends approximately at the height of the outlet opening of the combustion chamber. In the second operating state, the combustion chamber is no longer supplied with fuel, so that the combustion process in the combustion chamber is substantially completely suppressed.
- the burners necessary for carrying out the above known methods are structurally complex, since different fuel feeds are required for the two operating states of the burner.
- mechanical actuators are necessary which close the first fuel supply when switching to the second operating state and open the second fuel supply. The cost of such a burner is relatively high.
- the invention has for its object to provide a method for NO x -reduced combustion available, which can be operated with a structurally simple burner.
- step a the fuel / combustion air mixture in the chamber is ignited and the combustion in step b) is maintained for a first period of time.
- the ignition takes place via an ignition device, which can be arranged for example in the chamber in the vicinity of the mouth of the fuel supply.
- the ignition device may be formed, for example, as an ignition electrode.
- the ignition device is realized as a pilot burner, which then opens into the chamber 4.
- the term "in the chamber” encompasses both the interior of the chamber and the chamber inner wall. Both gaseous and liquid fuels can be used. However, preferred is the use of a gaseous fuel, in particular the use of natural gas or propane.
- combustion air is meant any oxygen carrier, but for cost reasons, the use of air is preferred, which may be added adjuvants or auxiliary gases.
- the chamber and the furnace chamber is heated to above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used. This heating phase of the burner is referred to below as the first operating state.
- step c) the fuel supply is reduced or closed for a second period of time so that the combustion in the chamber stops and remains suspended. During this second period, the temperature in the chamber rapidly drops below a first setpoint temperature.
- the first setpoint temperature is a temperature which is below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in the subsequent method step.
- step d which is referred to as the second operating state of the burner, the fuel supply is again increased so that forms an ignitable mixture in the chamber, this does not burn in the chamber, as the temperature of the chamber below the first setpoint temperature and thus below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used is.
- the temperature of the furnace chamber is still above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in this process step, combustion of the mixture on entry into the furnace chamber, and the combustion is maintained with continuous supply of the fuel / combustion air mixture.
- the fuel / combustion air mixture used in the second operating state of the burner may be the one used in the first operating state, but it is also possible that either a different mixing ratio of fuel and combustion air or another fuel is used. Since in this second operating state, in contrast to the first operating state, no combustion takes place in the chamber, the chamber serves as a pure mixing chamber.
- the inventive method can be operated with cold combustion air, but it is also possible that the combustion air is preheated before being fed into the chamber.
- This can be achieved, for example, by designing the burner used in the method as a recuperative burner, i. the combustion air is preheated before being fed into the chamber with exhaust gas from the furnace chamber, or the combustion air is preheated in an external recuperator.
- An essential advantage of the method according to the invention over known methods is that the method according to the invention can be operated with structurally very simply constructed burners.
- the fuel supply in the first and the second operating state takes place with the same fuel supply instead of. Since only one fuel supply is used, only one mechanical actuator for reducing or closing and increasing or opening the fuel supply must be used. Accordingly, the cost of burners operating in accordance with this method is lower than the cost of burners operating according to known methods.
- the temperature in the furnace chamber is still above the ignition temperature of the fuel used in the second operating state / combustion air mixture.
- the temperature in the chamber is actively lowered below the first set temperature by dissipating heat from the chamber 4 with suitable means or devices.
- the second period of time can thereby be shortened, so that the burner can be switched to the second operating state faster, which represents the continuous operating state of the burner.
- the temperature in the chamber is kept below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture by actively removing heat from the chamber with at least one suitable device the chamber during the second operating state, a certain amount of heat from the furnace chamber is supplied.
- the heat is advantageously removed from the chamber by absorbing heat from the combustion air flowing through the chamber 4 or from a non-combustible fuel / combustion air mixture.
- the heat is dissipated in this way with a means, namely the combustion air or the non-combustible fuel / combustion air mixture, without an additional Device for dissipating heat from the burner is provided.
- a means namely the combustion air or the non-combustible fuel / combustion air mixture
- the heat is removed from the chamber (4) by dissipating heat from the fuel / combustion air mixture flowing through the chamber (4).
- the heat is dissipated in this way with a means, namely the fuel / combustion air mixture, which is provided without an additional means for dissipating heat from the burner.
- the heat is dissipated with at least one cooling device which is arranged at the outer surface of the chamber.
- a cooling device can be used both during the second period of time, ie in the case of interrupted combustion, and in the second operating state, alternatively or additionally to the heat removal with the combustion air or the non-combustible fuel / combustion air mixture and / or the heat removal with the fuel / combustion air mixture.
- a cooling device may assist in keeping the temperature in the chamber during the second operating state below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used.
- One of the time periods or both periods may be a predetermined period of time.
- predetermined periods of time means that the period of time is not at execution of the method is set, but that the period of time is given taking into account at least one parameter of the high-temperature burner, the furnace chamber, the fuel or the combustion air. Due to the specification of the period of time, no measured values have to be determined in the method from which the time span can be derived. This has the advantage that no expensive measuring devices in the chamber or the oven room must be arranged.
- parameters such as, for example, the calorific value of the fuel, the heat capacity or the temperature of the combustion air or the heat radiation of the chamber and the furnace chamber are suitable.
- the first and / or the second time period can be determined.
- the first time period can be set taking into account at least one parameter so that after the first time period, the temperature in the furnace chamber above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture to be used in the second operating state.
- the temperature difference between the setpoint and the ignition temperature can be set over the first period of time.
- the second time period can be set taking into account at least one determined parameter so that after this time the temperature in the chamber is below the first target temperature, but the temperature in the furnace is above the ignition temperature of the fuel to be used in the second operating state. Combustion air mixture is.
- the combustion in the chamber 4 for the first period of time can be maintained until a second setpoint temperature is exceeded in the furnace chamber, wherein the second setpoint temperature is determined by means disposed in the furnace measuring means ,
- the second desired temperature characterizes a temperature which is above the ignition temperature of the fuel / combustion gas mixture used in the first or operating state of the burner lies.
- step c) of the method is initiated.
- Which of the two methods is preferable for specifying the first period depends on the particular case of operation of the burner. For example, in case that the operation of the burner is maintained for a long period of time and thereafter interrupted for a long period of time, the specification is appropriate taking parameters into account.
- the fuel supply via the fuel supply during the second time period may be reduced at least until the first setpoint temperature is undershot, the first setpoint temperature being measured by means of a measuring device arranged in the chamber is determined.
- the specification of the second period of time by exceeding the first setpoint temperature offers the above-mentioned advantages.
- the measuring devices which detect the temperature in the chamber or the temperature in the furnace can be, for example, those measuring devices which determine the temperature on the basis of contact with the medium to be measured.
- An example of such a measuring device is a thermocouple.
- the temperature can be measured with measuring equipment be determined, which measure the temperature indirectly via the heat radiation (pyrometer).
- the two alternative methods for specifying the time periods can be combined as desired, or only one of the two methods can be used for both periods of time.
- the combustion air is directed at feeding into the chamber with an air guide such that the combustion air exits the air guide with a swirl pulse.
- this swirl pulse of the combustion air ensures a defined mixing of the combustion air with the fuel. It is preferred that the swirl number of the combustion air at the exit from the louver is less than 1.5.
- combustion air supply is increased before increasing the fuel supply.
- a reduction of the combustion air supply during the second period of time may be particularly advantageous if the furnace chamber or the chamber is sensitive to an excessively high oxygen concentration.
- Prior art methods preferably operate at a high exit velocity of the fuel / combustion air mixture into the furnace space to achieve low NO x emissions.
- the inventive method is preferably performed with exit speeds of the fuel / combustion air mixture in the furnace chamber of 5-70 m / s, which has surprisingly been found that an increase in speed from 5 m / s to 70 m / s has no effect on the burner's NO x emissions. This has the advantage that a simpler structural design of the burner used in the process is possible.
- the invention also provides a burner assembly with the indicated in claim 14 features.
- An advantage of the burner assembly according to the invention is that it can be used according to the inventive method for NO x - reduced combustion.
- Burners known from the prior art, which are operated with a method for NO x -reduced combustion, are structurally considerably more complicated, which requires higher production costs and a greater maintenance outlay.
- the simple structural design of the burner is made possible by the inventive method described above.
- only the special structural design of the burner makes this method possible.
- the high-temperature burner has an air guiding device, which is formed upstream of the at least one fuel outlet.
- An air guiding device arranged in this way ensures good mixing of combustion air and fuel in the first and second operating states.
- the fuel supply has a fuel outlet. It is preferred that the fuel supply ends in a nozzle which is formed downstream of the louver, wherein the at least one fuel outlet is formed in this nozzle. It is advantageous that the nozzle has a plurality of Brennstoffauslässen formed at any angle between 0 and 90 ° to the axis of the chamber. With such a nozzle formed, the burner assembly can be adapted to the prevailing conditions for each application. For example, by the number and orientation of the fuel outlets, it is possible to adjust the burner arrangement ideally to the fuel to be used.
- At least one of the fuel outlets is formed axially parallel to the chamber.
- Such an axially parallel design of at least one fuel outlet ensures particularly good mixing of the fuel with the combustion air and, in the second operating state, a particularly favorable flow of the fuel / combustion air mixture into the furnace chamber.
- the nozzle has an axially parallel to the chamber formed, extending into the chamber fuel lance with at least one fuel outlet. The length of this lance is at most 50% of the length of the chamber used in the burner assembly.
- the length of the chamber itself is preferably greater than the simple diameter of the louver.
- the fuel lance has a plurality of Brennstoffauslässen formed at any angle between 0 and 90 ° to the axis of the fuel lance, preferably at least one fuel outlet is formed axially parallel to the fuel lance.
- the above-mentioned air guiding device advantageously has a plurality of combustion air openings, which may be formed with an inclination to the axis of the air guiding device, wherein it is preferred that the inclination angle is smaller than 60 °.
- This inclination may have directional components in the radial and / or circumferential direction, wherein all of the openings may either have the same inclination or the inclinations of the openings may be different.
- the combustion air after passing through the louver has a swirl number smaller than 1.5. It is particularly advantageous that the combustion air openings have an angle between 15 ° and 50 ° to the axis of the louver.
- combustion air openings are formed as slots on the circumference of the louver, and / or combustion air openings are formed in the interior of the louver as preferably circular openings.
- the inclination of the slots may differ from the inclination of the openings.
- the louver may be, for example, disc-shaped or annular.
- the combustion air openings may be uniformly distributed over the louver, but it is preferred that combustion air openings are formed as slots on the periphery of the louver, and combustion air openings are formed in the interior of the louver as preferably circular openings.
- the slots formed on the circumference of the air guiding device can be distributed uniformly around the circumference, wherein all the slots are of identical design. However, it is also possible that the slots formed on the circumference of the louver vary, for example so that every other slot is the same, but adjacent slots are different. It is also possible that slots with different angles to the axis of the louver are provided over the circumference of the louver.
- the combustion air openings formed as preferably circular openings in the inner region of the air guiding device can, as already explained above, have an inclination to the axis of the air guiding device.
- This inclination can have directional components in the radial and / or circumferential direction, wherein all of the openings can either have the same inclination or the inclinations of the openings differ could be.
- the axis-parallel alignment of the openings has the advantage that such a louver is easier to manufacture.
- the fuel supply is reduced so that combustion in the chamber stops, ie, a fuel / combustion air mixture is introduced into the chamber, which can not ignite in the chamber. But since at least the combustion air supply is at least partially maintained in this phase, heat is dissipated by the combustion air from the interior of the chamber and from the wall of the chamber itself. The temperature in the chamber itself drops much faster than the temperature of the wall of the chamber. It will therefore occur a state in which the temperature in the chamber itself is below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in the following process step, ie the second operating state, but the temperature of the wall of the chamber is above this ignition temperature.
- the fuel supply since the louver directs the combustion air such that the chamber wall of the combustion air curtain described above is passed over, which can not ignite due to the low concentration of the fuel in the veil on the wall of the chamber.
- the concentration to the interior of the chamber greatly increases and in the interior of the chamber is so high that an ignitable mixture is present.
- the temperature in the interior of the chamber is already below the ignition temperature, the mixture does not ignite in the chamber, and for reasons mentioned above, not on the chamber wall whose temperature is still above the ignition temperature at this time.
- the second time span can thus be subdivided into two sections in the above-mentioned embodiment of the air guiding device, with combustion taking place in the furnace chamber only in the first section, in which no ignitable mixture flows through the chamber.
- the combustion in the furnace chamber can be reintroduced, so that the burner can be transferred more quickly into its routine operation.
- the air guiding device may be designed as a cylinder in which the fuel feed opens, and which has a plurality of combustion air inlets.
- the air guiding device may be advantageous for optimal combustion or mixing.
- the mouth of the Chamber is formed in the furnace chamber as a rotationally symmetrical opening.
- the cross section of the opening is smaller than the cross section of the chamber, in particular smaller than 0.8 times the cross section of the chamber.
- FIG. 1 shows a first preferred embodiment of the burner of the burner assembly according to the invention.
- the burner assembly includes a high temperature burner and a controller (not shown) coupled to the burner.
- the burner has a housing 1, into which a fuel line 3a and a combustion air line 2a opens.
- the fuel line 3a passes in the housing 1 in a fuel supply 3, and the combustion air line 2a is in a combustion air supply 2 via.
- the housing 1 is followed by a chamber 4 made of a highly heat-resistant material, in which the fuel supply 3 and the combustion air duct 2 open.
- Preferred are chambers made of ceramic materials, SiC or metal alloys.
- the chamber 4 opens via an outlet 5 in a furnace chamber 6 or a (not shown) arranged in the furnace chamber 6 jet pipe of an industrial burner.
- the outlet 5 is formed by a constriction of the chamber 4 in the vicinity of the mouth of the chamber 4 in the furnace chamber 6, and is preferably rotationally symmetrical about the axis of the chamber 4.
- the cross-section of the chamber to the constriction at the outlet 5 decreases slightly.
- the cross section of the chamber may also be constant over its entire length up to the constriction.
- the chamber is completely conical and the outlet 5 connects directly to the chamber 5 without a constriction. In the event that the cross-section of the chamber decreases towards the mouth, the cross section around the 0.8-flat is less than the largest cross section of the chamber 4th
- the fuel supply 3 ends at the in FIG. 1 illustrated embodiment in a nozzle 8 with a plurality of fuel outlet openings 9.
- the nozzle 8 is cup-shaped, wherein the cross section of the nozzle 8 in the illustrated embodiment is greater than the cross section of the fuel supply 3.
- the fuel outlet openings 9 are distributed over all of the chamber facing surfaces of the nozzle 8, so that fuel axially, radially and at an angle ⁇ from the nozzle 8 into the chamber 4 exits.
- an air guiding device 10 is arranged, which in FIG. 1 is disc-shaped or annular and the fuel supply 3 coaxially surrounds.
- the louver 10 has a plurality of combustion air openings 11 which are formed at a defined angle to the axis of the louver.
- FIGS. 4a and 4b show an embodiment of the louver 10 with a patch on this nozzle 8 with fuel outlets 9.
- the combustion air openings 11 are formed on the one hand formed on the circumference of the louvers 10 slots 11b as well as in the interior of the louver arranged circular openings 11 a. Both the openings 11 a and the slots 11 b are formed at a defined angle to the axis of the louver 10. In the illustrated embodiment of the louver 10, the slots 11b and the openings 11a are regularly distributed on the louver 10.
- the louver 10 also has a bore 14 through which an ignition device 12 is guided, which ends in the vicinity of the nozzle 8.
- FIG. 2 shows a second embodiment of a burner of the burner assembly according to the invention.
- the nozzle 8 has a fuel lance 13 which extends axially parallel to the axis of the nozzle 8 in the chamber 4. Die Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 classroom. At its end, the fuel lance 13 has a plurality of fuel outlets 9a, through which fuel enters the chamber 4. At the in FIG. 2 illustrated embodiment, the fuel lance 13 at the end of radial fuel outlets 9a and an axially parallel to the axis of the fuel lance formed fuel outlet.
- the nozzle 8 has a plurality of fuel outlets 9 through which fuel passes radially into the chamber 4.
- FIG. 3 a further embodiment of the burner of the burner assembly according to the invention is shown.
- the louver 10 is not disk-shaped, but cup-shaped with a disk-shaped plate 10a and a cylinder 10b formed.
- the disc 10a has (not shown) combustion air passage openings through which combustion air passes from the combustion air supply 2 into the chamber 4.
- the cylinder 10b is surrounded by an annular gap through which combustion air enters the chamber. The combustion air passing through the annular gap on the outer surface of the cylinder 10b enters the cylinder 10b through combustion air inlets 14 and mixes therein with fuel entering the chamber through the fuel outlet 9b.
- Fuel supply 3 in a plurality of fuel outlets 9b in the chamber 4 open. It is also possible that also in the embodiment of the louver according to FIG. 3 the fuel supply 3 ends in a nozzle 8 corresponding nozzle.
- the burner is approached from a cold state, that is, that both the chamber 4 and the furnace chamber 6 have ambient temperature.
- the fuel supply and the combustion air supply are opened so far that forms an ignitable mixture in the chamber 4.
- This mixture is ignited by means of the ignition device 12, and the combustion in the chamber 4 is maintained for a first period of time t1, wherein the ignition device 12 can remain activated in this period 12.
- the temperature in the furnace chamber is detected by a measuring device (not shown in the figures).
- the next process step is initiated.
- both the temperature in the chamber 4 and the temperature in the furnace chamber 6 are above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in the second operating state of the burner.
- the fuel supply is interrupted via the fuel supply 3 for a second time period t2, and the ignition device 12 is deactivated. Due to this interruption of the fuel supply, the combustion in the chamber 4 stops and remains suspended for the second time period t2. For other versions of the method, it is of course possible that the fuel supply is reduced only so far that a non-ignitable mixture is present in the chamber.
- combustion air is further supplied to the chamber 4, which flows through the chamber 4 and dissipates heat from the chamber 4 into the furnace chamber 6. Due to the heat dissipation from the chamber 4, the temperature in the chamber 4 drops rapidly below the first set temperature.
- the time span t2 is predetermined by parameters of the burner arrangement and of the combustion air. In other words, the temperature in the chamber 4 and the furnace 6 during the period t2 is not constantly determined, the time t2 has been determined before the start of the burner and the control device specified.
- the fuel supply is completely interrupted during the time period t2.
- no fuel or ignitable fuel / combustion air mixture flows into the furnace chamber 6, which is constantly above the ignition temperature of a fuel / combustion air mixture to be used in the subsequent process step.
- no combustion takes place, so that the temperature in the furnace chamber during the period t2 decreases.
- the heat capacity of the furnace chamber 6 is significantly higher than the heat capacity of the chamber 4, the temperature in the furnace chamber 6 decreases significantly slower compared to the temperature in the chamber 4. This causes an increasing temperature difference between the chamber 4 and the furnace chamber 6 with increasing time interval t2.
- the temperature in the chamber 4 is below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in the subsequent process step.
- the temperature in the furnace chamber 6 is still well above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture.
- the burner may have a flame monitoring device which determines the flame stability in the chamber during the first period of time.
- a flame monitoring device may be, for example, an ionization electrode or a UV probe.
- this measuring device can also serve as a flame monitoring device.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung und ein Verfahren zum Betrieb der Brenneranordnung.The invention relates to a burner assembly and a method of operating the burner assembly.
Für die NOx-reduzierte Verbrennung in Hochtemperaturprozessen sind in der Vergangenheit unterschiedliche Verfahren entwickelt worden. Hohe Verbrennungstemperaturen begünstigen die NOx-Bildung, so dass bei hohen Verbrennungstemperaturen hohe NOx-Bildungsraten auftreten.Different methods have been developed in the past for NO x -reduced combustion in high-temperature processes. High combustion temperatures promote NO x formation, so that high NO x formation rates occur at high combustion temperatures.
Bekannte Verfahren zur NOx-Verringerung basieren daher beispielsweise auf dem Absenken der Verbrennungstemperatur zur NOx-Verringerung. Dazu wird insbesondere Brennstoff und/oder Verbrennungsluft gestuft, oder inerte Abgase werden rezirkuliert. Ein Brenner, der mit einer Stufenverbrennung arbeitet, ist in der
Für die Wirkungsweise dieser Verfahren ist die Reihenfolge der Vermischung wesentlich. Beispielsweise wird zunächst das Sauerstoffträgergas mit Abgas gemischt und dann Brennstoff zugegeben. Bei den bekannten Verfahren wird die Verbrennungsintensität bis an die Stabilitätsgrenze der Verbrennung reduziert. Dies kann zu Problemen beim Kaltstartverhalten des Brenners führen. Aufgrund der geringen Verbrennungsintensität kann es zu Zündproblemen, CO-Bildung, unvollständiger Verbrennung und Stabilitätsproblemen kommen. Je geringer die NOx-Emissionen eines Brenners bei hohen Umgebungstemperaturen bzw. Ofenraumtemperaturen sind, um so schlechter ist sein Brennverhalten bei niedrigen Umgebungstemperaturen oder beim Betrieb mit kalter Verbrennungsluft.For the operation of these methods, the order of mixing is essential. For example, first the oxygen carrier gas is mixed with exhaust gas and then fuel is added. In the known methods, the combustion intensity is reduced to the stability limit of the combustion. This can lead to problems with the cold start behavior of the burner. Due to the low combustion intensity, ignition problems, CO formation, incomplete combustion and stability problems can occur. The lower the NO x emissions of a burner at high ambient temperatures or furnace chamber temperatures, the worse is its combustion behavior at low ambient temperatures or when operating with cold combustion air.
Ferner sind Verfahren zur NOx-reduzierten Verbrennung bei Hochtemperaturprozessen bekannt, bei denen der Brenner in zwei verschiedenen Betriebszuständen arbeitet.Furthermore, methods for NO x reduced combustion in high temperature processes are known in which the burner operates in two different operating states.
Zum Starten des Brenners und zum Aufheizen des Ofenraums auf eine Betriebstemperatur arbeitet der Brenner in einem ersten Betriebszustand. Bei Erreichen einer definierten Umschaltschwelle wird in einen zweiten Betriebszustand geschaltet.To start the burner and to heat the oven space to an operating temperature, the burner operates in a first operating state. Upon reaching a defined switching threshold is switched to a second operating state.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
Ein oben genanntes Verfahren ist ferner aus der
Sobald der Ofenraum über die Zündtemperatur des Brennstoffes aufgeheizt ist, wird der Brenner in einen zweiten Betriebszustand geschaltet, indem die erste Brennstoffzuführung geschlossen wird und eine zweite Brennstoffzuführung geöffnet wird. Die zweite Brennstoffzuführung endet etwa auf der Höhe der Austrittsöffnung der Brennkammer. In dem zweiten Betriebszustand wird der Brennkammer kein Brennstoff mehr zugeführt, so daß der Verbrennungsvorgang in der Brennkammer im wesentlichen vollständig unterdrückt wird.As soon as the furnace chamber is heated above the ignition temperature of the fuel, the burner is switched to a second operating state by the first fuel supply is closed and a second fuel supply is opened. The second fuel supply ends approximately at the height of the outlet opening of the combustion chamber. In the second operating state, the combustion chamber is no longer supplied with fuel, so that the combustion process in the combustion chamber is substantially completely suppressed.
Ein oben genanntes Verfahren ist auch ferner aus der
Die zur Durchführung der oben genannten bekannten Verfahren notwendigen Brenner sind konstruktiv aufwendig, da für die beiden Betriebszustände des Brenners unterschiedliche Brennstoffzuführungen benötigt werden. Zudem sind mechanische Aktoren notwendig, die beim Schalten in den zweiten Betriebszustand die erste Brennstoffzuführung schließen und die zweite Brennstoffzuführung öffnen. Die Kosten für einen derartigen Brenner sind relativ hoch.The burners necessary for carrying out the above known methods are structurally complex, since different fuel feeds are required for the two operating states of the burner. In addition, mechanical actuators are necessary which close the first fuel supply when switching to the second operating state and open the second fuel supply. The cost of such a burner is relatively high.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur NOx-reduzierten Verbrennung zur Verfügung zu stellen, welches mit einem konstruktiv einfach aufgebauten Brenner betrieben werden kann.The invention has for its object to provide a method for NO x -reduced combustion available, which can be operated with a structurally simple burner.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperaturbrenners, der eine in einen Ofenraum mündende Kammer, eine in die Kammer mündende Brennstoffzuführung und eine in die Kammer mündende Verbrennungsluftzuführung aufweist, wobei:
- a) in der Kammer ein Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch gebildet und mit Hilfe einer Zündeinrichtung gezündet wird,
- b) die Verbrennung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches in der Kammer für eine erste Zeitspanne aufrechterhalten wird,
- c) dann die Brennstoffzufuhr über die Brennstoffzuführung für eine zweite Zeitspanne derart vermindert wird, daß die Verbrennung abbricht und ausgesetzt bleibt, wobei in der zweiten Zeitspanne die Temperatur in der Kammer unter eine erste Solltemperatur absinkt, und
- d) dann die Brennstoffzufuhr erhöht wird, so daß die Verbrennung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches bei Eintritt in den Ofenraum einsetzt und aufrecht erhalten bleibt, wobei die Kammer als Mischkammer betrieben wird.
- a) a fuel / combustion air mixture is formed in the chamber and ignited by means of an ignition device,
- b) the combustion of the fuel / combustion air mixture in the chamber is maintained for a first period of time,
- c) then the fuel supply via the fuel supply for a second period of time is reduced so that the combustion stops and remains exposed, wherein in the second period, the temperature in the chamber drops below a first set temperature, and
- d) then the fuel supply is increased, so that the combustion of the fuel / combustion air mixture begins on entry into the furnace chamber and is maintained, wherein the chamber is operated as a mixing chamber.
Das Verfahren ist somit in vier Verfahrensschritte unterteilt. Bei Schritt a) wird das Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch in der Kammer gezündet, und die Verbrennung in Schritt b) für eine erste Zeitspanne aufrechterhalten.The method is thus subdivided into four method steps. In step a), the fuel / combustion air mixture in the chamber is ignited and the combustion in step b) is maintained for a first period of time.
Die Zündung erfolgt über eine Zündeinrichtung, die beispielsweise in der Kammer in der Nähe der Mündung der Brennstoffzuführung angeordnet sein kann. Die Zündeinrichtung kann beispielsweise als eine Zündelektrode ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Zündeinrichtung als Zündbrenner realisiert ist, wobei dieser dann in die Kammer 4 mündet.The ignition takes place via an ignition device, which can be arranged for example in the chamber in the vicinity of the mouth of the fuel supply. The ignition device may be formed, for example, as an ignition electrode. However, it is also conceivable that the ignition device is realized as a pilot burner, which then opens into the
Im Rahmen dieser Anmeldung soll von dem Begriff "in der Kammer" sowohl der Innenraum der Kammer als auch die Kammerinnenwand umfaßt sein. Es können sowohl gasförmige als auch flüssige Brennstoffe verwendet werden. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung eines gasförmigen Brennstoffes, und zwar insbesondere die Verwendung von Erdgas oder Propan. Mit dem Begriff Verbrennungsluft ist ein beliebiger Sauerstoffträger gemeint, aus Kostengründen ist die Verwendung von Luft jedoch bevorzugt, welcher ggf. Hilfsstoffe oder Hilfsgase zugeschlagen werden können.In the context of this application, the term "in the chamber" encompasses both the interior of the chamber and the chamber inner wall. Both gaseous and liquid fuels can be used. However, preferred is the use of a gaseous fuel, in particular the use of natural gas or propane. By the term combustion air is meant any oxygen carrier, but for cost reasons, the use of air is preferred, which may be added adjuvants or auxiliary gases.
Während der ersten Zeitspanne wird die Kammer und der Ofenraum bis über die Zündtemperatur des verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches aufgeheizt. Diese Aufheizphase des Brenners wird im nachfolgenden als erster Betriebszustand bezeichnet.During the first period, the chamber and the furnace chamber is heated to above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used. This heating phase of the burner is referred to below as the first operating state.
Beim folgenden Schritt c) wird die Brennstoffzufuhr für eine zweite Zeitspanne vermindert oder geschlossen, so daß die Verbrennung in der Kammer abbricht und ausgesetzt bleibt. Während dieser zweiten Zeitspanne sinkt die Temperatur in der Kammer schnell unter eine erste Solltemperatur. Die erste Solltemperatur ist eine Temperatur, die unter der Zündtemperatur des im nachfolgenden Verfahrensschritt verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches liegt.In the following step c), the fuel supply is reduced or closed for a second period of time so that the combustion in the chamber stops and remains suspended. During this second period, the temperature in the chamber rapidly drops below a first setpoint temperature. The first setpoint temperature is a temperature which is below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in the subsequent method step.
Während der zweiten Zeitspanne sinkt zwar auch die Temperatur im Ofenraum, jedoch deutlich langsamer als die Temperatur in der Kammer, was dazu führt, daß mit fortschreitender erster Zeitspanne die Temperaturdifferenz zwischen Kammer und Ofenraum stetig zunimmt. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, daß bei Unterschreitung der ersten Solltemperatur die Temperatur in dem Ofenraum noch über der Zündtemperatur eines bei Schritt d) zu verwendenden Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches ist. Wie dies im einzelnen erreicht wird, wird weiter unten detaillierter beschrieben.During the second period, although the temperature in the furnace chamber decreases, but much slower than the temperature in the chamber, which causes the temperature difference between the chamber and furnace chamber increases steadily with progressing first period. It is essential in this context that falls below the first target temperature, the temperature in the furnace chamber still above the ignition temperature of a fuel to be used in step d) fuel / combustion air mixture is. How this is achieved in detail will be described in more detail below.
Wenn bei dem nachfolgenden Schritt d), der im folgenden als der zweite Betriebszustand des Brenners bezeichnet wird, die Brennstoffzufuhr wieder derart erhöht wird, daß sich in der Kammer ein zündfähiges Gemisch bildet, verbrennt dieses nicht in der Kammer, da die Temperatur der Kammer unter der ersten Solltemperatur und damit unter der Zündtemperatur des verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches ist. Da aber die Temperatur des Ofenraumes noch über der Zündtemperatur des bei diesem Verfahrensschritt verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches liegt, setzt eine Verbrennung des Gemisches bei Eintritt in den Ofenraum ein, und die Verbrennung bleibt bei fortdauernder Zuführung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches aufrechterhalten. Das bei dem zweiten Betriebszustand des Brenners verwendete Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch kann dem beim ersten Betriebszustand verwendeten entsprechen, es ist jedoch auch möglich, daß entweder ein anderes Mischungsverhältnis von Brennstoff und Verbrennungsluft oder ein anderer Brennstoff verwendet wird. Da in diesem zweiten Betriebszustand, im Gegensatz zum ersten Betriebszustand, keine Verbrennung in der Kammer stattfindet, dient die Kammer als reine Mischkammer.If in the subsequent step d), which is referred to as the second operating state of the burner, the fuel supply is again increased so that forms an ignitable mixture in the chamber, this does not burn in the chamber, as the temperature of the chamber below the first setpoint temperature and thus below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used is. However, since the temperature of the furnace chamber is still above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in this process step, combustion of the mixture on entry into the furnace chamber, and the combustion is maintained with continuous supply of the fuel / combustion air mixture. The fuel / combustion air mixture used in the second operating state of the burner may be the one used in the first operating state, but it is also possible that either a different mixing ratio of fuel and combustion air or another fuel is used. Since in this second operating state, in contrast to the first operating state, no combustion takes place in the chamber, the chamber serves as a pure mixing chamber.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit kalter Verbrennungsluft betrieben werden, es ist jedoch auch möglich, daß die Verbrennungsluft vor der Zuführung in die Kammer vorgewärmt wird. Dies kann man beispielsweise erreichen, indem der bei dem Verfahren verwendete Brenner als Rekuperatorbrenner ausgebildet ist, d.h. die Verbrennungsluft vor Zuführung in die Kammer mit Abgas aus dem Ofenraum vorgewärmt wird, oder die Verbrennungsluft in einem externen Rekuperator vorgewärmt wird.The inventive method can be operated with cold combustion air, but it is also possible that the combustion air is preheated before being fed into the chamber. This can be achieved, for example, by designing the burner used in the method as a recuperative burner, i. the combustion air is preheated before being fed into the chamber with exhaust gas from the furnace chamber, or the combustion air is preheated in an external recuperator.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren ist es, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit konstruktiv sehr einfach aufgebauten Brennern betrieben werden kann. Die Brennstoffzufuhr in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand findet mit derselben Brennstoffzuführung statt. Da lediglich eine Brennstoffzuführung verwendet wird, muß auch nur ein mechanischer Aktor zum Vermindern bzw. Schließen und Erhöhen bzw. Öffnen der Brennstoffzufuhr verwendet werden. Die Kosten für gemäß diesem Verfahren betriebene Brenner sind demnach geringer als die Kosten für Brenner, die nach bekannten Verfahren betrieben werden.An essential advantage of the method according to the invention over known methods is that the method according to the invention can be operated with structurally very simply constructed burners. The fuel supply in the first and the second operating state takes place with the same fuel supply instead of. Since only one fuel supply is used, only one mechanical actuator for reducing or closing and increasing or opening the fuel supply must be used. Accordingly, the cost of burners operating in accordance with this method is lower than the cost of burners operating according to known methods.
Wie bereits weiter oben erwähnt, ist es wesentlich, daß bei Unterschreitung der ersten Solltemperatur die Temperatur in dem Ofenraum noch über der Zündtemperatur des im zweiten Betriebszustand verwendenden Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches liegt.As already mentioned above, it is essential that falls below the first target temperature, the temperature in the furnace chamber is still above the ignition temperature of the fuel used in the second operating state / combustion air mixture.
Dies kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß man die Kammer mit einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit umgibt, so daß die Wärmeabfuhr aus der Kammer beschleunigt ist.This can be achieved, for example, by surrounding the chamber with a material having good thermal conductivity, so that heat removal from the chamber is accelerated.
Gegenüber einer solchen "passiven" Wärmeabführung ist es jedoch bevorzugt, daß in der zweiten Zeitspanne die Temperatur in der Kammer aktiv unter die erste Solltemperatur abgesenkt wird, indem mit geeigneten Mitteln bzw. Vorrichtungen Wärme aus der Kammer 4 abgeführt wird. Die zweite Zeitspanne kann dadurch verkürzt werden, so daß der Brenner schneller in den zweiten Betriebszustand geschaltet werden kann, der den Dauerbetriebszustand des Brenners darstellt.In contrast to such "passive" heat removal, however, it is preferred that in the second period the temperature in the chamber is actively lowered below the first set temperature by dissipating heat from the
Es ist bevorzugt, daß auch während des Aufrechterhaltens der Verbrennung in dem Ofenraum bei Schritt d) die Temperatur in der Kammer unter der Zündtemperatur des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches gehalten wird, indem mit zumindest einer geeigneten Vorrichtung Wärme aktiv aus der Kammer abgeführt wird, da der Kammer während des zweiten Betriebszustandes eine gewisse Wärmemenge aus dem Ofenraum zugeführt wird.It is preferred that, even while maintaining combustion in the furnace chamber at step d), the temperature in the chamber is kept below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture by actively removing heat from the chamber with at least one suitable device the chamber during the second operating state, a certain amount of heat from the furnace chamber is supplied.
Während der zweiten Zeitspanne wird die Wärme vorteilhafterweise aus der Kammer abgeführt, indem Wärme von der die Kammer 4 durchströmenden Verbrennungsluft oder von einem nicht zündfähigen Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch aufgenommen wird. Die Wärme wird auf diese Weise mit einem Mittel abgeführt, nämlich der Verbrennungsluft bzw. dem nicht zündfähigen Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch, das ohne eine zusätzliche Einrichtung zur Abführung von Wärme von dem Brenner bereit gestellt wird. So entstehen keine Mehrkosten durch ein zusätzliches Bauteil und der konstruktive Aufbau des Brenners bleibt sehr einfach. Um eine noch zügigere Wärmeabführung zu ermöglichen, ist es denkbar, daß während der zweiten Zeitspanne die Verbrennungsluftzufuhr gegenüber dem ersten Betriebszustand erhöht wird, oder das der Verbrennungsluft eines weiteres, die Zündfähigkeit des resultierenden Gemisches nicht erhöhendes Gas zugesetzt wird.During the second period of time, the heat is advantageously removed from the chamber by absorbing heat from the combustion air flowing through the
Vorteilhafterweise wird während des zweiten Betriebszustandes die Wärme aus der Kammer (4) abgeführt, indem Wärme von dem die Kammer (4) durchströmenden Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch abgeführt wird. Die Wärme wird auf diese Weise mit einem Mittel abgeführt, nämlich dem Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch, das ohne eine zusätzliche Einrichtung zur Abführung von Wärme von dem Brenner bereit gestellt wird.Advantageously, during the second operating state, the heat is removed from the chamber (4) by dissipating heat from the fuel / combustion air mixture flowing through the chamber (4). The heat is dissipated in this way with a means, namely the fuel / combustion air mixture, which is provided without an additional means for dissipating heat from the burner.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß während der zweiten Zeitspanne und/oder während des zweiten Betriebszustandes die Wärme mit zumindest einer Kühlvorrichtung abgeführt wird, die bei der Außenfläche der Kammer angeordnet ist. Vorteilhafterweise kann eine solche Kühlvorrichtung sowohl während der zweiten Zeitspanne, also bei unterbrochener Verbrennung, als auch im zweiten Betriebszustand eingesetzt werden, und zwar alternativ oder zusätzlich zu der Wärmeabführung mit der Verbrennungsluft oder dem nicht zündfähigen Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch und/oder der Wärmeabführung mit dem Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch. Bei Einsatz einer derartigen Kühlvorrichtung ist es möglich, die zweite Zeitspanne weiter zu verkürzen. Ferner kann eine derartige Kühlvorrichtung dabei unterstützen, die Temperatur in der Kammer während des zweiten Betriebszustandes unter der Zündtemperatur des verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches zu halten.In a further development of the invention it is proposed that during the second period of time and / or during the second operating state, the heat is dissipated with at least one cooling device which is arranged at the outer surface of the chamber. Advantageously, such a cooling device can be used both during the second period of time, ie in the case of interrupted combustion, and in the second operating state, alternatively or additionally to the heat removal with the combustion air or the non-combustible fuel / combustion air mixture and / or the heat removal with the fuel / combustion air mixture. When using such a cooling device, it is possible to further shorten the second period of time. Furthermore, such a cooling device may assist in keeping the temperature in the chamber during the second operating state below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used.
Eine der Zeitspannen oder beide Zeitspannen können vorgegebene Zeitspanne sein. In diesem Zusammenhang bedeutet "vorgegebene Zeitspannen", daß die Zeitspanne nicht bei der Durchführung des Verfahrens festgelegt wird, sondern daß die Zeitspanne unter Berücksichtigung zumindest eines Parameters des Hochtemperaturbrenners, des Ofenraumes, des Brennstoffes oder der Verbrennungsluft vorgegeben wird. Aufgrund der Vorgabe der Zeitspanne müssen im Verfahren keine Messwerte ermittelt werden, aus denen sich die Zeitspanne ableiten läßt. Dies hat den Vorteil, daß keine kostenintensiven Messeinrichtungen in der Kammer bzw. dem Ofenraum angeordnet werden müssen. Zur Vorgabe der Zeitspanne eigenen sich Parameter wie beispielsweise der Brennwert des Brennstoffes, die Wärmekapazität oder die Temperatur der Verbrennungsluft oder die Wärmeabstrahlung der Kammer und des Ofenraums. Diese Parameter werden vor der routinemäßigen Inbetriebnahme des Brenners ermittelt, und anhand dieser ermittelten Parameter kann die erste und/oder die zweite Zeitspanne festgelegt werden. Beispielsweise kann die erste Zeitspanne unter Berücksichtigung zumindest eines Parameters so vorgegeben werden, daß nach Ablauf der ersten Zeitspanne die Temperatur in dem Ofenraum oberhalb der Zündtemperatur des im zweiten Betriebzustand zu verwendenden Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches liegt. Die Temperaturdifferenz zwischen Soll- und Zündtemperatur kann über die erste Zeitspanne eingestellt werden. Entsprechend kann beispielsweise die zweite Zeitspanne unter Berücksichtigung zumindest eines ermittelten Parameters so vorgegeben werden, daß nach Ablauf dieser Zeitspanne die Temperatur in der Kammer unter der ersten Solltemperatur ist, die Temperatur in dem Ofen jedoch oberhalb der Zündtemperatur des in dem zweiten Betriebszustand zu verwendenden Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches liegt.One of the time periods or both periods may be a predetermined period of time. In this context, "predetermined periods of time" means that the period of time is not at execution of the method is set, but that the period of time is given taking into account at least one parameter of the high-temperature burner, the furnace chamber, the fuel or the combustion air. Due to the specification of the period of time, no measured values have to be determined in the method from which the time span can be derived. This has the advantage that no expensive measuring devices in the chamber or the oven room must be arranged. To specify the time interval, parameters such as, for example, the calorific value of the fuel, the heat capacity or the temperature of the combustion air or the heat radiation of the chamber and the furnace chamber are suitable. These parameters are determined prior to the routine commissioning of the burner, and based on these determined parameters, the first and / or the second time period can be determined. For example, the first time period can be set taking into account at least one parameter so that after the first time period, the temperature in the furnace chamber above the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture to be used in the second operating state. The temperature difference between the setpoint and the ignition temperature can be set over the first period of time. Accordingly, for example, the second time period can be set taking into account at least one determined parameter so that after this time the temperature in the chamber is below the first target temperature, but the temperature in the furnace is above the ignition temperature of the fuel to be used in the second operating state. Combustion air mixture is.
Alternativ zu der Vorgabe der ersten Zeitspanne unter Berücksichtigung zumindest eines Parameters kann die Verbrennung in der Kammer 4 für die erste Zeitspanne solange aufrechterhalten werden, bis eine zweite Solltemperatur in dem Ofenraum überschritten wird, wobei die zweite Solltemperatur mittels einer in dem Ofen angeordneten Messeinrichtung ermittelt wird. Die zweite Solltemperatur kennzeichnet eine Temperatur, die über der Zündtemperatur des in dem ersten bzw. dem Betriebszustand des Brenners verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gasgemisches liegt. Sobald die Messeinrichtung erfasst, daß die Temperatur in dem Ofenraum die zweite Solltemperatur überschritten hat, wird Schritt c) des Verfahrens eingeleitet. Dies bietet den Vorteil, daß das Verfahren variabler geführt werden kann. Bei vorgegebener erster Zeitspanne brennt der Brenner für genau dieses Zeitintervall, und zwar unabhängig davon, wie hoch die Temperatur zu Beginn des Verfahrens im Ofenraum oder der Kammer ist. Dies führt dazu, daß bei erhöhten Ausgangstemperaturen nach der ersten Zeitspanne höhere Temperaturen vorliegen, als dies für das Verfahren eigentlich notwendig ist. Dies bedeuten, daß entweder die zweite Zeitspanne länger beibehalten werden muß, oder aber die Wärmeabfuhr aus der Kammer bei gleichbleibender zweiter Zeitspanne gesteigert werden muß, um einen Zustand zu erreichen, in welchem in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet werden kann.As an alternative to the specification of the first time interval taking into account at least one parameter, the combustion in the
Welche der beiden Methoden zur Vorgabe der ersten Zeitspanne vorzuziehen ist, ist von dem jeweiligen Einzelfall beim Betrieb des Brenners abhängig. Für den Fall beispielsweise, daß der Betrieb des Brenners für einen langen Zeitraum aufrechterhalten wird, und im Anschluß daran für einen langen Zeitraum unterbrochen wird, bietet sich die Vorgabe unter Berücksichtigung von Parametern an.Which of the two methods is preferable for specifying the first period depends on the particular case of operation of the burner. For example, in case that the operation of the burner is maintained for a long period of time and thereafter interrupted for a long period of time, the specification is appropriate taking parameters into account.
Alternativ zu der Vorgabe der zweiten Zeitspanne anhand von zumindest einem Parameter kann es vorteilhaft sein, daß die Brennstoffzufuhr über die Brennstoffzuführung während der zweiten Zeitspanne zumindest solange vermindert bleibt, bis die erste Solltemperatur unterschritten wird, wobei die erste Solltemperatur mittels einer in der Kammer angeordneten Messeinrichtung ermittelt wird. Die Vorgabe der zweiten Zeitspanne durch ein Überschreiten der ersten Solltemperatur bietet die oben genannten Vorteile.As an alternative to the specification of the second time period on the basis of at least one parameter, it may be advantageous for the fuel supply via the fuel supply during the second time period to be reduced at least until the first setpoint temperature is undershot, the first setpoint temperature being measured by means of a measuring device arranged in the chamber is determined. The specification of the second period of time by exceeding the first setpoint temperature offers the above-mentioned advantages.
Bei den Messeinrichtungen, die die Temperatur in der Kammer bzw. die Temperatur in dem Ofen erfassen, kann es sich beispielsweise um solche Messeinrichtungen handeln, die anhand eines Kontaktes mit dem zu messenden Medium die Temperatur bestimmen. Ein Beispiel einer solchen Messeinrichtung ist ein Thermoelement. Ferner kann die Temperatur mit Messeinrichtungen bestimmt werden, die die Temperatur indirekt über die Wärmestrahlung messen (Pyrometer).The measuring devices which detect the temperature in the chamber or the temperature in the furnace can be, for example, those measuring devices which determine the temperature on the basis of contact with the medium to be measured. An example of such a measuring device is a thermocouple. Furthermore, the temperature can be measured with measuring equipment be determined, which measure the temperature indirectly via the heat radiation (pyrometer).
Die beiden alternativen Methoden zur Vorgabe der Zeitspannen können beliebig miteinander kombiniert werden, oder es kann nur eine der beiden Methoden für beide Zeitspannen verwendet werden.The two alternative methods for specifying the time periods can be combined as desired, or only one of the two methods can be used for both periods of time.
In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verbrennungsluft beim Zuführen in die Kammer mit einer Luftleiteinrichtung derart gelenkt, daß die Verbrennungsluft mit einem Drallimpuls aus der Luftleiteinrichtung austritt. In dem ersten und dem zweiten Betriebszustand sorgt dieser Drallimpuls der Verbrennungsluft für eine definierte Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff. Es ist bevorzugt, daß die Drallzahl der Verbrennungsluft beim Austritt aus der Luftleiteinrichtung kleiner als 1,5 ist.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the combustion air is directed at feeding into the chamber with an air guide such that the combustion air exits the air guide with a swirl pulse. In the first and the second operating state, this swirl pulse of the combustion air ensures a defined mixing of the combustion air with the fuel. It is preferred that the swirl number of the combustion air at the exit from the louver is less than 1.5.
Für den Fall, daß während der zweiten Zeitspanne nicht nur die Zufuhr des Brennstoffes vermindert wird, sondern auch die Zufuhr der Verbrennungsluft vermindert wird, ist es von Vorteil, daß die Verbrennungsluftzufuhr vor dem Erhöhen der Brennstoffzufuhr erhöht wird. Eine Verminderung der verbrennungsluftzufuhr während der zweiten Zeitspanne kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Ofenraum oder die Kammer empfindlich gegenüber einer zu hohen Sauerstoffkonzentration ist. Bei Verminderung der Verbrennungsluftzufuhr während der zweiten Zeitspanne kann die damit einhergehende Verminderung der Wärmeabfuhr ausgeglichen werden zum Beispiel durch Hinzufügung von Stickstoff in die Verbrennungsluft oder die Hinzuschaltung von zumindest einer, weiter oben beschriebenen, bei der Außenfläche der Kammer angeordneten Kühlvorrichtung.In the event that not only the supply of the fuel is reduced during the second period, but also the supply of the combustion air is reduced, it is advantageous that the combustion air supply is increased before increasing the fuel supply. A reduction of the combustion air supply during the second period of time may be particularly advantageous if the furnace chamber or the chamber is sensitive to an excessively high oxygen concentration. By reducing the supply of combustion air during the second period of time, the concomitant reduction in heat removal can be compensated, for example, by adding nitrogen to the combustion air or adding at least one cooling device, described above, to the outer surface of the chamber.
Aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren arbeiten bevorzugt mit einer hohen Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches in den Ofenraum, um eine geringe NOx-Emission zu erzielen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt mit Austrittsgeschwindigkeiten des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches in den Ofenraum von 5 - 70 m/s geführt, wobei sich überraschenderweise heraus gestellt hat, daß eine Erhöhung der Geschwindigkeit von 5 m/s auf 70 m/s keine Auswirkung auf die NOx-Emission des Brenners hat. Dies hat den Vorteil, daß eine einfachere bauliche Ausgestaltung des bei dem Verfahren verwendeten Brenners möglich ist.Prior art methods preferably operate at a high exit velocity of the fuel / combustion air mixture into the furnace space to achieve low NO x emissions. The inventive method is preferably performed with exit speeds of the fuel / combustion air mixture in the furnace chamber of 5-70 m / s, which has surprisingly been found that an increase in speed from 5 m / s to 70 m / s has no effect on the burner's NO x emissions. This has the advantage that a simpler structural design of the burner used in the process is possible.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schafft die Erfindung ferner eine Brenneranordnung mit den in Patentanspruch 14 aufgezeigten Merkmalen.To achieve the object, the invention also provides a burner assembly with the indicated in
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Brenneranordnung ist, daß diese gemäße dem erfindungsgemäßen Verfahren zur NOx- reduzierten Verbrennung verwendet werden kann. Aus dem Stand der Technik bekannte Brenner, die mit einem Verfahren zur NOx- reduzierten Verbrennung betrieben werden, sind baulich deutlich komplizierter, was höhere Fertigungskosten sowie einen größeren Wartungsaufwand bedingt. Die einfache konstruktive Gestaltung des Brenners wird durch das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht. Andererseits macht erst die spezielle konstruktive Ausgestaltung des Brenners dieses Verfahren möglich.An advantage of the burner assembly according to the invention is that it can be used according to the inventive method for NO x - reduced combustion. Burners known from the prior art, which are operated with a method for NO x -reduced combustion, are structurally considerably more complicated, which requires higher production costs and a greater maintenance outlay. The simple structural design of the burner is made possible by the inventive method described above. On the other hand, only the special structural design of the burner makes this method possible.
Vorteilhafterweise weist der Hochtemperaturbrenner eine Luftleiteinrichtung auf, die stromauf des zumindest einen Brennstoffauslasses ausgebildet ist. Eine derart angeordnete Luftleiteinrichtung gewährleistet eine gute Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand.Advantageously, the high-temperature burner has an air guiding device, which is formed upstream of the at least one fuel outlet. An air guiding device arranged in this way ensures good mixing of combustion air and fuel in the first and second operating states.
Wie bereits erwähnt, weist die Brennstoffzuführung einen Brennstoffauslaß auf. Es ist Bevorzugt, daß die Brennstoffzuführung in einer Düse endet, die stromab der Luftleiteinrichtung ausgebildet ist, wobei der zumindest eine Brennstoffauslaß in dieser Düse ausgebildet ist. Dabei ist es von Vorteil, daß die Düse eine Mehrzahl von Brennstoffauslässen aufweist, die in einem beliebigen Winkel zwischen 0 und 90° zu der Achse der Kammer ausgebildet sind. Mit einer derart ausgebildeten Düse kann die Brenneranordnung auf bei dem jeweiligen Anwendungszweck vorherrschenden Bedingungen angepaßt werden. So ist es zum Beispiel möglich, durch die Anzahl und Ausrichtung der Brennstoffauslässe die Brenneranordnung ideal auf den zu verwendenden Brennstoff einzustellen.As already mentioned, the fuel supply has a fuel outlet. It is preferred that the fuel supply ends in a nozzle which is formed downstream of the louver, wherein the at least one fuel outlet is formed in this nozzle. It is advantageous that the nozzle has a plurality of Brennstoffauslässen formed at any angle between 0 and 90 ° to the axis of the chamber. With such a nozzle formed, the burner assembly can be adapted to the prevailing conditions for each application. For example, by the number and orientation of the fuel outlets, it is possible to adjust the burner arrangement ideally to the fuel to be used.
Es hat sich als Vorteil herausgestellt, daß zumindest eine der Brennstoffauslässe achsparallel zu der Kammer ausgebildet ist. Durch eine derartige achsparalle Ausbildung zumindest eines Brennstoffauslasses wird eine besonders gute Durchmischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft und im zweiten Betriebszustand eine besonders günstige Strömung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches in den Ofenraum hinein gewährleistet. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders günstig herausgestellt, daß die Düse eine achsparallel zur Kammer ausgebildete, sich in die Kammer erstreckende Brennstofflanze mit zumindest einem Brennstoffauslaß aufweist. Die Länge diese Lanze beträgt maximal 50% der Länge der bei der Brenneranordnung verwendeten Kammer. Die Länge der Kammer selber ist vorzugsweise größer als der einfache Durchmesser der Luftleiteinrichtung.It has been found to be advantageous that at least one of the fuel outlets is formed axially parallel to the chamber. Such an axially parallel design of at least one fuel outlet ensures particularly good mixing of the fuel with the combustion air and, in the second operating state, a particularly favorable flow of the fuel / combustion air mixture into the furnace chamber. In this context, it has been found to be particularly favorable that the nozzle has an axially parallel to the chamber formed, extending into the chamber fuel lance with at least one fuel outlet. The length of this lance is at most 50% of the length of the chamber used in the burner assembly. The length of the chamber itself is preferably greater than the simple diameter of the louver.
Aus bereits weiter oben dargelegten Gründen ist es von Vorteil, daß die Brennstofflanze eine Mehrzahl von Brennstoffauslässen aufweist, die in einem beliebigen Winkel zwischen 0 und 90° zu der Achse der Brennstofflanze ausgebildet sind, wobei vorzugsweise zumindest ein Brennstoffauslaß achsparallel zu der Brennstofflanze ausgebildet ist.For reasons already set forth above, it is advantageous that the fuel lance has a plurality of Brennstoffauslässen formed at any angle between 0 and 90 ° to the axis of the fuel lance, preferably at least one fuel outlet is formed axially parallel to the fuel lance.
Die vorstehend bereits erwähnte Luftleiteinrichtung weist vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Verbrennungsluftöffnungen auf, die mit einer Neigung zu der Achse der Luftleiteinrichtung ausgebildet sein können, wobei es bevorzugt ist, daß der Neigungswinkel kleiner als 60° ist. Diese Neigung kann Richtungsanteile in radialer und/ oder in Umfangsrichtung aufweisen, wobei sämtliche der Öffnungen entweder die gleiche Neigung aufweisen können, oder die Neigungen der Öffnungen unterschiedlich sein können. Indem die Winkel kleiner als 60° gewählt werden, weist die Verbrennungsluft nach Durchtritt durch die Luftleiteinrichtung eine Drallzahl von kleiner als 1,5 auf. Es ist besonders vorteilhaft, daß die Verbrennungsluftöffnungen einen Winkel zwischen 15° und 50° zu der Achse der Luftleiteinrichtung aufweisen.The above-mentioned air guiding device advantageously has a plurality of combustion air openings, which may be formed with an inclination to the axis of the air guiding device, wherein it is preferred that the inclination angle is smaller than 60 °. This inclination may have directional components in the radial and / or circumferential direction, wherein all of the openings may either have the same inclination or the inclinations of the openings may be different. By choosing the angles smaller than 60 °, the combustion air after passing through the louver has a swirl number smaller than 1.5. It is particularly advantageous that the combustion air openings have an angle between 15 ° and 50 ° to the axis of the louver.
Um besonders günstige Strömungs- und Mischungsverhältnisse in der Kammer zu erreichen, ist es bevorzugt, daß Verbrennungsluftöffnungen am Umfang der Luftleiteinrichtung als Schlitze ausgebildet sind, und/oder Verbrennungsluftöffnungen im Innenbereich der Luftleiteinrichtung als vorzugsweise kreisförmige Öffnungen ausgebildet sind. In einem solchen Fall kann die Neigung der Schlitze von der Neigung der Öffnungen abweichen.In order to achieve particularly favorable flow and mixing ratios in the chamber, it is preferred that combustion air openings are formed as slots on the circumference of the louver, and / or combustion air openings are formed in the interior of the louver as preferably circular openings. In such a case, the inclination of the slots may differ from the inclination of the openings.
Die Luftleiteinrichtung kann beispielsweise scheibenförmig bzw. ringförmig ausgebildet sein. Die Verbrennungsluftöffnungen können gleichmäßig über die Luftleiteinrichtung verteilt sein, es ist jedoch bevorzugt, daß Verbrennungsluftöffnungen am Umfang der Luftleiteinrichtung als Schlitze ausgebildet sind, und Verbrennungsluftöffnungen im Innenbereich der Luftleiteinrichtung als vorzugsweise kreisförmige Öffnungen ausgebildet sind. Die am Umfang der Luftleiteinrichtung ausgebildeten Schlitze können gleichmäßig am Umfang verteilt sein, wobei sämtliche Schlitze gleich ausgebildet sind. Es ist jedoch auch möglich, daß die am Umfang der Luftleiteinrichtung ausgebildeten Schlitze variieren, und zwar beispielsweise so, daß jeder zweite Schlitz gleich ist, benachbarte Schlitze sich aber unterscheiden. Es ist auch möglich, daß über den Umfang der Luftleiteinrichtung Schlitze mit unterschiedlichen Winkeln zu der Achse der Luftleiteinrichtung vorgesehen sind. Ferner ist es denkbar, daß auf dem Umfang der Luftleiteinrichtung bei vorgegebenen Positionen, beispielsweise alle 90°, Schlitze angeordnet sind, die von den übrigen an dem Umfang angeordneten Schlitzen abweichen. Die Schlitze selber können über die Höhe der Luftleiteinrichtung mit einer konstanten Tiefe in den Umfang der Luftleiteinrichtung eingebracht sein, es ist jedoch auch möglich, daß die Tiefe der Schlitze mit der Höhe in der Luftleiteinrichtung ab- oder zunimmt.The louver may be, for example, disc-shaped or annular. The combustion air openings may be uniformly distributed over the louver, but it is preferred that combustion air openings are formed as slots on the periphery of the louver, and combustion air openings are formed in the interior of the louver as preferably circular openings. The slots formed on the circumference of the air guiding device can be distributed uniformly around the circumference, wherein all the slots are of identical design. However, it is also possible that the slots formed on the circumference of the louver vary, for example so that every other slot is the same, but adjacent slots are different. It is also possible that slots with different angles to the axis of the louver are provided over the circumference of the louver. Further, it is conceivable that at the periphery of the louver at predetermined positions, for example, every 90 °, slots are arranged, which differ from the other arranged on the circumference slots. The slots themselves can be introduced over the height of the louver at a constant depth in the periphery of the louver, but it is also possible that the depth of the slots with the height in the louver decreases or increases.
Die als vorzugsweise kreisförmige Öffnungen ausgebildeten Verbrennungsluftöffnungen im Innenbereich der Luftleiteinrichtung können, wie oben bereits ausgeführt, eine Neigung zu der Achse der Luftleiteinrichtung aufweisen. Diese Neigung kann Richtungsanteile in radialer und/ oder in Umfangsrichtung aufweisen, wobei sämtliche der Öffnungen entweder die gleiche Neigung aufweisen können, oder die Neigungen der Öffnungen unterschiedlich sein können. So ist es möglich, die Einleitung der Verbrennungsluft in die Kammer optimal an beispielsweise die Geometrie der Kammer oder den verwendeten Brennstoff anzupassen. Die achsparallele Ausrichtung der Öffnungen hat den Vorteil, daß eine derartige Luftleiteinrichtung einfacher zu fertigen ist.The combustion air openings formed as preferably circular openings in the inner region of the air guiding device can, as already explained above, have an inclination to the axis of the air guiding device. This inclination can have directional components in the radial and / or circumferential direction, wherein all of the openings can either have the same inclination or the inclinations of the openings differ could be. Thus, it is possible to optimally adapt the introduction of the combustion air into the chamber, for example, the geometry of the chamber or the fuel used. The axis-parallel alignment of the openings has the advantage that such a louver is easier to manufacture.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß zumindest 70% der von den Verbrennungsluftöffnungen bereitgestellten Verbrennuigsluftdurchtrittsfläche in dem Bereich der Luftleiteinrichtung angeordnet ist, dessen Durchmesser größer als das 0,7-fache des Durchmessers der Luftleiteinrichtung ist. Dies hat den Vorteil, daß in dem zweiten Betriebszustand in der Kammer ein Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch erzeugt wird, daß in dem Bereich der Kammerwandung eine geringe Konzentration an Brennstoff aufweist. Die Luftleiteinrichtung legt bei solcher Anordnung der Verbrennungsluftöffnungen quasi einen Schleier aus Verbrennungsluft an die Kammerwandung. Die Brennstoffkonzentration in diesem Verbrennungsluftschleier ist so gering, daß das in dem Verbrennungsluftschleier vorherrschende Gemisch nicht zündfähig ist.In this connection, it is particularly advantageous that at least 70% of the Verbrennuigsluftdurchtrittsfläche provided by the combustion air openings is arranged in the region of the louver, whose diameter is greater than 0.7 times the diameter of the louver. This has the advantage that in the second operating state in the chamber, a fuel / combustion air mixture is generated which has a low concentration of fuel in the region of the chamber wall. With such an arrangement of the combustion air openings, the louver virtually applies a haze of combustion air to the chamber wall. The fuel concentration in this combustion air curtain is so low that the mixture prevailing in the combustion air curtain is not ignitable.
Dies ermöglicht eine vorteilhafte Führung des Verfahrens, die im folgenden beschrieben wird. Zu Beginn der zweiten Zeitspanne wird die Brennstoffzufuhr derart vermindert, daß die Verbrennung in der Kammer abbricht, d.h. es wird ein Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch in die Kammer geführt, daß in der Kammer nicht zünden kann. Da aber zumindest die Verbrennungsluftzufuhr in dieser Phase zumindest zum Teil aufrechterhalten wird, wird von der Verbrennungsluft aus dem Innenraum der Kammer sowie von der Wandung der Kammer selber Wärme abgeführt. Dabei sinkt die Temperatur in der Kammer selber deutlich schneller als die Temperatur der Wandung der Kammer. Es wird also ein Zustand eintreten, in dem die Temperatur in der Kammer selber unter der Zündtemperatur des bei dem folgenden Verfahrenschritt, d.h. dem zweiten Betriebszustand, verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches liegt, die Temperatur der Wandung der Kammer jedoch über dieser Zündtemperatur liegt. Bei der oben dargelegten Ausgestaltung der Luftleiteinrichtung kann bereits zu diesem Zeitpunkt die Brennstoffzufuhr erhöht werden, da die Luftleiteinrichtung die Verbrennungsluft derart leitet, daß an der Kammerwandung der oben beschriebene Verbrennungsluftschleier vorbei geführt wird, der aufgrund der geringen Konzentration des Brennstoffes in dem Schleier an der Wandung der Kammer nicht zünden kann. In der Kammer liegt also ein Konzentrationsgefälle in Bezug auf den Brennstoff vor, und zwar derart, daß die Konzentration zum Innenraum der Kammer stark zunimmt und in dem Innenraum der Kammer so hoch ist, daß ein zündfähiges Gemisch vorliegt. Da aber die Temperatur in dem Inneren der Kammer bereits unter der Zündtemperatur ist, zündet das Gemisch nicht in der Kammer, und aus oben genannten Gründen auch nicht an der Kammerwandung, deren Temperatur zu diesem Zeitpunkt noch über der Zündtemperatur liegt. Tritt das Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch jedoch in den Ofenraum ein, so setzt die Verbrennung des Gemisches ein, da die Temperatur in dem Ofenraum über der Zündtemperatur des Gemisches liegt. Die zweite Zeitspanne kann bei der oben genannten Ausgestaltung der Luftleiteinrichtung demnach in zwei Abschnitte unterteilt werden, wobei lediglich in dem ersten Abschnitt, in dem kein zündfähiges Gemisch die Kammer durchströmt, keine Verbrennung in dem Ofenraum stattfindet. Vorteilhafterweise kann bei einer derartigen Verfahrensführung also nach einer kürzeren Zeitspanne die Verbrennung in dem Ofenraum wieder eingeleitet werden, so daß der Brenner schneller in seinen routinemäßigen Betrieb überführt werden kann.This allows an advantageous guidance of the method, which will be described below. At the beginning of the second period of time, the fuel supply is reduced so that combustion in the chamber stops, ie, a fuel / combustion air mixture is introduced into the chamber, which can not ignite in the chamber. But since at least the combustion air supply is at least partially maintained in this phase, heat is dissipated by the combustion air from the interior of the chamber and from the wall of the chamber itself. The temperature in the chamber itself drops much faster than the temperature of the wall of the chamber. It will therefore occur a state in which the temperature in the chamber itself is below the ignition temperature of the fuel / combustion air mixture used in the following process step, ie the second operating state, but the temperature of the wall of the chamber is above this ignition temperature. In the above-described embodiment of the louver Can already be increased at this time, the fuel supply, since the louver directs the combustion air such that the chamber wall of the combustion air curtain described above is passed over, which can not ignite due to the low concentration of the fuel in the veil on the wall of the chamber. In the chamber so there is a concentration gradient with respect to the fuel, in such a way that the concentration to the interior of the chamber greatly increases and in the interior of the chamber is so high that an ignitable mixture is present. However, since the temperature in the interior of the chamber is already below the ignition temperature, the mixture does not ignite in the chamber, and for reasons mentioned above, not on the chamber wall whose temperature is still above the ignition temperature at this time. However, if the fuel / combustion air mixture enters the furnace chamber, combustion of the mixture commences, since the temperature in the furnace chamber is above the ignition temperature of the mixture. The second time span can thus be subdivided into two sections in the above-mentioned embodiment of the air guiding device, with combustion taking place in the furnace chamber only in the first section, in which no ignitable mixture flows through the chamber. Advantageously, in such a process management, therefore, after a shorter period of time, the combustion in the furnace chamber can be reintroduced, so that the burner can be transferred more quickly into its routine operation.
Alternativ zu der oben genannten Ausbildung der Luftleiteinrichtung kann es vorteilhaft sein, daß die Luftleiteinrichtung als ein Zylinder ausgebildet ist, in dem die Brennstoffzuführung mündet, und der eine Mehrzahl von Verbrennungslufteinlässen aufweist. In Abhängigkeit von dem verwendeten Brennstoff oder dem gewünschten Brennverhalten der Brenneranordnung kann eine derartige Ausgestaltung der Luftleiteinrichtung für eine optimale Verbrennung bzw. Vermischung vorteilhaft sein.As an alternative to the above-mentioned construction of the air guiding device, it may be advantageous for the air guiding device to be designed as a cylinder in which the fuel feed opens, and which has a plurality of combustion air inlets. Depending on the fuel used or the desired combustion behavior of the burner arrangement, such an embodiment of the air guiding device may be advantageous for optimal combustion or mixing.
Um in dem zweiten Betriebszustand eine besonders günstige Einströmung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches in den Ofenraum zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß die Mündung der Kammer in den Ofenraum als eine rotationssymmetrische Öffnung ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß der Querschnitt der Öffnung kleiner als der Querschnitt der Kammer, insbesondere kleiner als das 0,8-fache des Querschnitts der Kammer, ist.In order to achieve a particularly favorable inflow of the fuel / combustion air mixture into the furnace chamber in the second operating state, it is advantageous that the mouth of the Chamber is formed in the furnace chamber as a rotationally symmetrical opening. In this connection, it is particularly advantageous that the cross section of the opening is smaller than the cross section of the chamber, in particular smaller than 0.8 times the cross section of the chamber.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei:
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eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Brenners der erfindungsgemäßen Brenneranordnung zeigt;Figur 1 -
eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Brenners der erfindungsgemäßen Brenneranordnung zeigt;Figur 2 -
eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispieles eines Brenners der erfindungsgemäßen Brenneranordnung zeigt;Figur 3 -
Figur 4a und 4b eine schematische Darstellung der Luftleiteinrichtung eines Brenners der erfindungsgemäßen Brenneranordnung.
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FIG. 1 a schematic representation of a first embodiment of a burner of the burner assembly according to the invention shows; -
FIG. 2 a schematic representation of a second embodiment of a burner of the burner assembly according to the invention shows; -
FIG. 3 a schematic representation of a third embodiment of a burner of the burner assembly according to the invention shows; -
FIGS. 4a and 4b a schematic representation of the louver of a burner of the burner assembly according to the invention.
Im nachfolgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele des Brenners der erfindungsgemäßen Brenneranordnung sowie die Luftleiteinrichtung des Brenners beschrieben.In the following, preferred embodiments of the burner of the burner assembly according to the invention and the louver of the burner will first be described with reference to the drawing.
Die Kammer 4 mündet über einen Auslaß 5 in einem Ofenraum 6 oder einem (nicht gezeigten) in dem Ofenraum 6 angeordneten Strahlrohr eines Industriebrenners. Der Auslaß 5 ist durch eine Einschnürung der Kammer 4 in der Nähe der Mündung der Kammer 4 in den Ofenraum 6 gebildet, und ist vorzugsweise zu der Achse der Kammer 4 rotationssymmetrisch. Bei dem in
Die Brennstoffzuführung 3 endet bei dem in
Stromauf der Düse 8 ist eine Luftleiteinrichtung 10 angeordnet, die in
Unter Bezugnahme auf die
Es wird Bezug genommen auf
Der in den
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.In the following the method according to the invention will be described in more detail with reference to the drawing.
Bei der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, daß der Brenner aus einem kalten Zustand angefahren wird, das heißt daß sowohl die Kammer 4 als auch der Ofenraum 6 Umgebungstemperatur aufweisen. Zum Anfahren aus diesem kalten Zustand werden die Brennstoffzufuhr und die Verbrennungsluftzufuhr soweit geöffnet, daß sich in der Kammer 4 ein zündfähiges Gemisch ausbildet. Dieses Gemisch wird mit Hilfe der Zündeinrichtung 12 gezündet, und die Verbrennung in der Kammer 4 wird für eine erste Zeitspanne t1 aufrechterhalten, wobei die Zündeinrichtung 12 in dieser Zeitspanne 12 aktiviert bleiben kann. Während der ersten Zeitspanne t1 wird die Temperatur in dem Ofenraum mit einer (in den Figuren nicht gezeigten) Messeinrichtung erfasst. Sobald die Temperatur in dem Ofenraum die zweite Solltemperatur überschreitet, wird der nächste Verfahrenschritt eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt liegt sowohl die Temperatur in der Kammer 4 als auch die Temperatur in dem Ofenraum 6 über der der Zündtemperatur des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches, das in dem zweiten Betriebszustand des Brenners verwendet wird.In the following description, it is assumed that the burner is approached from a cold state, that is, that both the
Zur Einleitung des nächsten Verfahrenschritts wird die Brennstoffzufuhr über die Brennstoffzuführung 3 für eine zweite Zeitspanne t2 unterbrochen, und die Zündeinrichtung 12 wird deaktiviert. Aufgrund dieser Unterbrechung der Brennstoffzufuhr bricht die Verbrennung in der Kammer 4 ab und bleibt für die zweite Zeitspanne t2 ausgesetzt. Bei anderen Ausführungen des Verfahrens ist es selbstverständlich möglich, daß die Brennstoffzufuhr lediglich so weit vermindert wird, daß ein nicht zündfähiges Gemisch in der Kammer vorliegt.To initiate the next process step, the fuel supply is interrupted via the
Während der zweiten Zeitspanne t2 wird weiterhin Verbrennungsluft der Kammer 4 zugeführt, die die Kammer 4 durchströmt und Wärme aus der Kammer 4 in den Ofenraum 6 abführt. Aufgrund der Wärmeabführung aus der Kammer 4 sinkt die Temperatur in der Kammer 4 schnell unter die erste Solltemperatur ab. Die Zeitspanne t2 ist von Parametern der Brenneranordnung sowie der Verbrennungsluft vorgegeben. Mit anderen Worten wird die Temperatur in der Kammer 4 und dem Ofen 6 während der Zeitspanne t2 nicht ständig ermittelt, die Zeitspanne t2 ist vielmehr vor Inbetriebnahme des Brenners ermittelt worden und der Steuereinrichtung vorgegeben.During the second time period t2 combustion air is further supplied to the
Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist die Brennstoffzufuhr während der Zeitspanne t2 vollständig unterbrochen. Somit strömt während dieser Zeitspanne kein Brennstoff bzw. kein zündfähiges Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch in den Ofenraum 6, der ständig über der Zündtemperatur eines bei dem nachfolgenden Verfahrenschritt zu verwendenden Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches liegt, ein. Somit findet während dieser Zeitspanne in dem Ofenraum 6 keine Verbrennung statt, so daß auch die Temperatur in dem Ofenraum während der Zeitspanne t2 sinkt. Da jedoch die Wärmekapazität des Ofenraums 6 deutlich über der Wärmekapazität der Kammer 4 liegt, sinkt die Temperatur in dem Ofenraum 6 im Vergleich zu der Temperatur in der Kammer 4 deutlich langsamer ab. Dies bedingt mit zunehmender Zeitspanne t2 eine größer werdende Temperaturdifferenz zwischen der Kammer 4 und dem Ofenraum 6. Nach Ablauf der von der Steuereinrichtung vorgegebenen Zeitspanne t2 liegt die Temperatur in der Kammer 4 unter der Zündtemperatur des in dem nachfolgenden Verfahrenschrittes verwendeten Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches, die Temperatur in dem Ofenraum 6 jedoch liegt noch deutlich über der Zündtemperatur des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches. Wenn also die Brenneranordnung in den zweiten Betriebszustand geschaltet wird, indem die Brennstoffzufuhr geöffnet wird und ein zündfähiges Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch in der Kammer 4 entsteht, zündet dieses nicht in der Kammer 4, da die Temperatur der Kammer 4 unter der Zündtemperatur des Gemisches liegt. Sobald jedoch dieses Gemisch in den Ofenraum 6 eintritt, setzt eine Verbrennung ein, da die Temperatur des Ofenraumes über der Zündtemperatur des Gemisches liegt. Solange die Brennstoffzufuhr erhalten bleibt, bleibt diese Verbrennung in dem Ofenraum 6 erhalten. Es findet auch bei Aufrechterhaltung der Verbrennung in dem Ofenraum 6 keine Verbrennung in der Kammer 4 statt, da die Temperatur der Kammer 4 während des zweiten Betriebszustandes durch das diese durchströmende Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisch unter der Zündtemperatur dieses Gemisches gehalten wird, indem mit diesem Gemisch Wärme aus der Kammer 4 abgeführt wird, die dieser in geringen Maße während des zweiten Betriebszustandes der Brenneranordnung aus dem Ofenraum 6 zugeführt wird. Die Zündeinrichtung 12 ist während des zweiten Betriebszustandes ständig deaktiviert.In the exemplary embodiment of the method described here, the fuel supply is completely interrupted during the time period t2. Thus, during this period, no fuel or ignitable fuel / combustion air mixture flows into the
Im Rahmen der Erfindung sind Abwandlungsmöglichkeiten für die Brenneranordnung und das Verfahren zum Betreiben dieser Brenneranordnung gegeben. So kann der Brenner beispielsweise eine Flammenüberwachnungseinrichtung aufweisen, die während der ersten Zeitspanne die Flammstabilität in der Kammer ermittelt. Bei einer solchen Flammenüberwachnungseinrichtung kann es sich zum Beispiel um eine Ionisationselektrode oder eine UV-Sonde handeln. Für den Fall, daß die Temperatur in der Kammer während der ersten Zeitspanne mit einer Messeinrichtung erfasst wird, kann diese Messeinrichtung gleichzeitig als Flammenüberwachnungseinrichtung dienen.In the context of the invention, modifications are possible for the burner arrangement and the method for operating this burner arrangement. For example, the burner may have a flame monitoring device which determines the flame stability in the chamber during the first period of time. Such a flame monitoring device may be, for example, an ionization electrode or a UV probe. In the event that the temperature in the chamber during the first time period is detected by a measuring device, this measuring device can also serve as a flame monitoring device.
Claims (26)
- A method of operating a high temperature burner which includes a chamber (4) communicating with a furnace space (6), a fuel supply (3) communicating with the chamber (4) and a combustion air supply (2) communicating with the chamber, wherein:a) a fuel/combustion air mixture is formed in the chamber (4) and is ignited with the aid of an ignition device (12),b) the combustion of the fuel/combustion air mixture in the chamber (4) is maintained for a first period of time (t1), characterised in thatc) the supply of fuel via the fuel supply (4) is reduced for a second period of time (t2) such that the combustion ceases and remains interrupted, wherein the temperature in the chamber (4) falls below a first desired temperature in the second period of time (t2), andd) the supply of fuel is then increased so that the combustion of the fuel/combustion air mixture commences on entry into the furnace space (6) and is maintained, wherein the chamber (4) is operated as a mixing chamber.
- A method as claimed in claim 1, characterised in that the temperature in the chamber is reduced in the second period of time (t2) to below the first desired temperature by discharging heat from the chamber (4).
- A method as claimed in claim 1 or 2, characterised in that during the maintenance of the combustion in the furnace space in step (d), the temperature in the chamber (4) is held below an ignition temperature of the fuel/combustion air mixture by discharging heat from the chamber (4).
- A method as claimed in claim 2, characterised in that the heat is discharged from the chamber (4) by heat being absorbed by the combustion air flowing through the chamber (4) or by a non-ignitable fuel/combustion air mixture.
- A method as claimed in claim 3, characterised in that the heat is discharged from the chamber (4) by heat being conducted away by the fuel/combustion air mixture flowing through the chamber (4).
- A method as claimed in one of claims 2 to 5, characterised in that the heat is discharged with at least one cooling device, which is arranged near the outer surface of the chamber (4).
- A method as claimed in one of claims 1 to 6, characterised in that the first period of time (t1) and/or the second period of time (t2) are predetermined periods of time.
- A method as claimed in claim 7, characterised in that the first period of time (t1) and/or the second period of time (t2) is or are predetermined taking into account at least one parameter of the high temperature burner, the furnace space (6), the fuel or the combustion air.
- A method as claimed in one of claims 1 to 8, characterised in that the combustion in the chamber (4) is maintained for the first period of time (t1) until a second desired temperature in the furnace space is exceeded, wherein the second desired temperature is determined by means of a measuring device disposed in the furnace (6).
- A method as claimed in one of claims 1 to 9, characterised in that the supply of fuel via the fuel supply (3) remains reduced during the second period of time (t2) at least until the temperature falls below the first desired temperature, wherein the first desired temperature is determined by means of a measuring device disposed in the chamber (4).
- A method as claimed in one of claims 1 to 10, characterised in that when supplied into the chamber (4) the combustion air is deflected with an air guiding device (10) such that the combustion air discharges from the air guiding device (10) with an angular momentum.
- A method as claimed in one of claims 1 to 11, characterised in that the supply of combustion air is also reduced during the second period of time (t2).
- A method as claimed in claim 12, characterised in that the supply of combustion air is increased before the increase in the supply of fuel.
- A burner assembly including:a high temperature burner, which includes a chamber (4) communicating with a furnace space (6), a fuel supply (3) communicating with the chamber (4) and a combustion air supply (2) communicating with the chamber (4), wherein the fuel supply (3) has at least one fuel outlet (9) through which fuel gains access to the chamber (4),a control device which is coupled to the high temperature burner and is so constructed that ita) ignites a fuel/combustion air mixture formed in the chamber (4) with the aid of an ignition device (12),b) maintains the combustion of the fuel/combustion air mixture in the chamber (4) for a first period of time (t1), and characterised in that itc) reduces the supply of fuel via the fuel supply (3) for a second period of time (t2) such that the combustion ceases and remains interrupted, wherein the temperature in the chamber (4) falls below a first desired temperature in the second period of time (t2), andd) increases the supply of fuel so that the combustion of the fuel/combustion air mixture commences on entry into the furnace space (6) and is maintained, wherein the chamber (4) is operated as a mixing chamber.
- A burner assembly as claimed in claim 14, characterised in that the high temperature burner has an air guiding device (10), which is constructed upstream of the at least one fuel outlet (9).
- A burner assembly as claimed in claim 14 or 15, characterised in that the fuel supply (3) terminates in a nozzle (8), which is constructed downstream of the air guiding device (10).
- A burner assembly as claimed in claim 16, characterised in that the nozzle (8) has a plurality of fuel outlets (9), which are constructed at any desired angle between 0° and 90° to the axis of the chamber (4).
- A burner assembly as claimed in claim 17, characterised in that at least one of the fuel outlets (9) is constructed with its axis parallel to the chamber (4).
- A burner assembly as claimed in one of claims 16 to 18, characterised in that the nozzle (8) includes a fuel lance (13) with at least one burner outlet (9a) extending into the chamber (4) and constructed with its axis parallel to the chamber (4).
- A burner assembly as claimed in claim 19, characterised in that the fuel lance (13) has a plurality of fuel outlets (9a), which are formed at any desired angle between 0° and 90° to the axis of the fuel lance, wherein preferably at least one fuel outlet (9a) is constructed with its axis parallel to the fuel lance (13).
- A burner assembly as claimed in one of claims 15 to 20, characterised in that the air guiding device (10) has a plurality of combustion air openings (11a, 11b), which are constructed at an angle of less than 60° to the axis of the air guiding device (10).
- A burner assembly as claimed in claim 21, characterised in that combustion air openings (11b) on the periphery of the air guiding device (10) are constructed in the form of slots and/or combustion air openings in the inner region of the air guiding device (10), are constructed in the form of preferably circular openings (11a).
- A burner assembly as claimed in claim 21 or 22, characterised in that at least 70% of the combustion air flow area provided by the combustion air openings (11a, 11b) is arranged in the region of the air guiding device (10), the diameter of which is greater than 0.7 times the diameter of the air guiding device (10).
- A burner assembly as claimed in claim 15, characterised in that the air guiding device (10) is constructed in the form of a cylinder, into which the fuel supply (3) discharges and which has a plurality of combustion air inlets (14).
- A burner assembly as claimed in one of claims 14 to 24, characterised in that the discharge of the chamber (4) into the furnace space is constructed in the form of a rotationally symmetrical opening (5).
- A burner assembly as claimed in claim 25, characterised in that the cross sectional area of the opening (5) is smaller than the cross sectional area of the chamber (4), in particular smaller than 0.8 times the cross sectional area
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