DE10024802A1

DE10024802A1 - Air-booster burner with chamber center jets includes air lances parallel to jet unit axis and with lance outlets normal to lances and tangential to chamber walls in all-fuel design.

Info

Publication number: DE10024802A1
Application number: DE2000124802
Authority: DE
Inventors: Mario Adam; Ewald Schmitz; Ralf Prescha
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2020-05-20
Also published as: ATA91599A; AT408267B; DE10024802B4

Abstract

Luftstufenbrenner mit einer im Zentrum eines Brennraumes (7, 71) angeordneten Brennstoffdüsenanordnung (1) und einer diese umgebenden Luftdüsenanordnung. Um eine gute Vorwärmung der Luft zu ermöglichen, ist, vorgesehen, daß die Luftdüsenanordnung parallel zu der Achse der Brennstoffdüsenanordnung (1) verlaufende Luftlanzen (10) umfaßt, die mit senkrecht dazu verlaufenden Luftausströmöffnungen (9) versehen sind, wobei die Achsen der Luftausströmöffnungen (9) im wesentlichen tangential zu der Brennstoffdüsenanordnung (1) ausgerichtet sind.Air stage burner with a fuel nozzle arrangement (1) arranged in the center of a combustion chamber (7, 71) and an air nozzle arrangement surrounding the same. In order to enable a good preheating of the air, it is provided that the air nozzle arrangement comprises air lances (10) which run parallel to the axis of the fuel nozzle arrangement (1) and which are provided with air outlet openings (9) running perpendicular thereto, the axes of the air outlet openings ( 9) are aligned essentially tangentially to the fuel nozzle arrangement (1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftstufenbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an air stage burner according to the preamble of Claim 1.

Bei bekannten derartigen Luftstufenbrennern erfolgt die Einbringung der Luft mittig, wobei meist eine einzige Luftdüse vorgesehen ist, die von einem Kranz von Brennstoffdüsen, meist Gasdüsen, umgeben ist. Durch die Anordnung mehrerer Brennstoffdüsen, eignet sich ein solcher Luftstufenbrenner meist nur für einen Gasbetrieb, da die meist kleinen Düsen für die Einbringung von Öl in den Brennraum kaum geeignet sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Luftstufenbrenner liegt auch in dem Umstand, daß die Wand, bzw. die Wände des Brennraumes durch die in den Brennraum einströmende Luft nicht gekühlt wird, bzw. die Luft durch die Wand nicht erwärmt wird.In known air stage burners of this type, the air is introduced in the center, with Usually a single air nozzle is provided, which is usually a ring of fuel nozzles Gas nozzles, is surrounded. The arrangement of several fuel nozzles makes one suitable Such air stage burner mostly only for gas operation, since the mostly small nozzles for the Introducing oil into the combustion chamber are hardly suitable. Another disadvantage of Known air stage burner also lies in the fact that the wall or walls the combustion chamber is not cooled by the air flowing into the combustion chamber, or the Air is not heated through the wall.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Luftstufenbrenner der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich auch für einen flüssigen Brennstoff, wie eben Öl eignet und bei dem eine Vorwärmung der in den Brennraum einströmenden Luft auf einfache Weise möglich ist, bis diese die Flamme(n) erreicht.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and an air step burner propose the type mentioned, which is also for a liquid fuel, such as Oil is suitable and preheating the air flowing into the combustion chamber is possible in a simple manner until it reaches the flame (s).

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Luftstufenbrenner der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.According to the invention, this is achieved in an air stage burner of the type mentioned at the outset the characterizing features of claim 1 achieved.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist sichergestellt, daß die in den Brennraum einströmende Luft in diesem erwärmt wird, bevor sie zu den Flammen gelangt, wodurch eine Unterkühlung der Flammen und damit eine unvollständige Verbrennung mit einem entsprechend hohen CO Ausstoß vermieden wird. Dabei ist aufgrund des relativ langen Weges, den die einströmende Luft aufgrund ihrer schneckenförmigen Bewegung zurücklegen muß, bis sie zu der Brennstoffdüsenanordnung und damit zu der bzw. den Flammen gelangt, eine sehr weitgehende Erwärmung aufgrund der Strahlungswärme der Flamme(n) sichergestellt.The proposed measures ensure that the in the combustion chamber incoming air is heated in it before it reaches the flames, creating a Hypothermia of the flames and thus an incomplete combustion with one correspondingly high CO emissions are avoided. It is due to the relatively long Way the incoming air due to its helical movement must travel until it to the fuel nozzle assembly and thus to the or Flames, a very extensive warming due to the radiant heat of the Flame (s) ensured.

Gleichzeitig wird auch die Wand des Brennraumes, insbesondere wenn dieser einen runden Querschnitt aufweist, durch die einströmende Luft gut gekühlt.At the same time, the wall of the combustion chamber, especially if it is rounded Cross-section, well cooled by the incoming air.

Die Düsenanordnung kann dabei durch eine Vielzahl von im Zentrum ringförmig angeordneten Brennstoffdüsen, meist Gasdüsen gebildet sein, oder aber auch nur aus einer zentral angeordneten größeren Düse gebildet sein, die dann auch gut für die Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes, wie z. B. Öl eingesetzt werden kann.The nozzle arrangement can be ring-shaped by a large number in the center arranged fuel nozzles, mostly gas nozzles, or only from one centrally arranged larger nozzle can be formed, which is also good for combustion a liquid fuel, such as. B. oil can be used.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen ist es auch möglich, Brennstoff, insbesondere Gas, und Luft mit unterschiedlichen Drücken in den Brennraum einzubringen, z. B. kann Gas mit 20 mbar Überdruck und Luft mit 5 mbar Überdruck in einem variablen Mischungsverhältnis eingebracht werden, wobei das Mischungsverhältnis zwischen einem noch nicht zündfähigen Gemisch bis hin zu maximalen Luftverhältnissen von 0,4 liegen kann. Dabei kann eine sehr gute Durchmischung von Brennstoff und Luft und damit ein niedriger CO-Wert erreicht werden. Eine derartige Vormischung ist aufgrund der Druckverhältnisse einfacher zu realisieren als eine Zugabe eines Teiles der Luft in den Gasstrom, wie dies bei vormischenden Brennern mit Gebläse erfolgt.The proposed measures also make it possible to use fuel, in particular gas, and introduce air into the combustion chamber at different pressures, e.g. B. can use gas 20 mbar overpressure and air with 5 mbar overpressure in a variable mixing ratio be introduced, the mixing ratio between a not yet ignitable Mixture up to a maximum air ratio of 0.4. It can be very good mixing of fuel and air and thus a low CO value achieved become. Such premixing is easier due to the pressure conditions realize as an addition of some of the air into the gas stream, like this at premixing burners with blowers.

Durch die Merkmale des Anspruches 2 ist es möglich, auch bei einem Brennraum mit quadratischem Querschnitt einerseits einen sehr langen Weg der in den Brennraum einströmenden Luft und andererseits eine ausreichende Kühlung der Brennraumwände sicherzustellen. Due to the features of claim 2, it is also possible to use a combustion chamber square cross-section on the one hand a very long way into the combustion chamber incoming air and on the other hand adequate cooling of the combustion chamber walls ensure.

Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich eine besonders homogene Vermischung des in den Brennraum eintretenden Brennstoffes mit der zugeführten Luft, sodaß sich sehr günstige Verhältnisse für eine optimale Verbrennung ergeben, die praktisch jenen bei voll vormischenden Brennern entsprechen.The features of claim 3 result in a particularly homogeneous mixing of the fuel entering the combustion chamber with the supplied air, so that it is very favorable conditions for optimal combustion result, practically those at full correspond to premixing burners.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show:

Fig. 1 und 2 Horizontalschnitte durch zwei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Luftstufenbrenner und Fig. 1 and 2 horizontal sections through two different embodiments of inventive air combustor and

Fig. 3 ein Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftstufenbrenners. Fig. 3 is a vertical section through a further embodiment of an air stage burner according to the invention.

Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile.The same reference numerals mean the same individual parts in all figures.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist ein im Querschnitt quadratischer Brennaum 7 vorgesehen, in dessen Zentrum eine Brennstoffdüsenanordnung 1 angeordnet ist, die durch einen Ring aus einzelnen Brennstoffdüsen 8 gebildet ist. Dabei ist die Brennstoffdüsenanordnung 1 an sich in Richtung der Achse des Brennraumes 7 ausgerichtet. Die einzelnen Düsen 8 können dagegen zur Erzielung eines Dralls schraubenlinienförmig ausgerichtet sein.In the embodiment according to FIG. 1, a combustion chamber 7 with a square cross section is provided, in the center of which a fuel nozzle arrangement 1 is arranged, which is formed by a ring made up of individual fuel nozzles 8 . The fuel nozzle arrangement 1 is itself aligned in the direction of the axis of the combustion chamber 7 . The individual nozzles 8 , on the other hand, can be aligned helically to achieve a swirl.

Weiter sind in dem Brennraum 7 Luftlanzen 10 in den Ecken des Brennraumes 7 angeordnet, die parallel zur Achse des Brennraumes stehen und mit senkrecht hierzu verlaufenden Ausströmöffnungen 9 versehen sind, die über die Höhe der Luftlanzen 10 verteilt angeordnet sind. Auch treten über die Höhe der Luftlanzen 10 einzelne, entsprechend den Achsen der Ausströmöffnungen gerichtete Luftströme 2 in den Brennraum 7 ein. Air lances 10 are furthermore arranged in the combustion chamber 7 in the corners of the combustion chamber 7 , which are parallel to the axis of the combustion chamber and are provided with outflow openings 9 running perpendicular thereto, which are arranged distributed over the height of the air lances 10 . Individual air streams 2 , which are directed in accordance with the axes of the outflow openings, also enter the combustion chamber 7 via the height of the air lances 10 .

Die Achsen der Ausströmöffnungen 9 der Luftlanzen 10 schließen mit der benachbarten Wand 11 des Brennraumes 7, die einen Wärmetauscher 3 in Form eines vom zu erwärmenden Medium durchströmten Doppelmantel begrenzt, einen Winkel ein und sind im wesentlichen auf die Mitte des Normalabstandes im Bereich einer Hauptachse des Querschnittes des Brennraumes 7 zwischen der Brennstoffdüsenanordnung 1 und der Wand 11 des Brennraumes 7 gerichtet.The axes of the outflow openings 9 of the air lances 10 enclose an angle with the adjacent wall 11 of the combustion chamber 7 , which delimits a heat exchanger 3 in the form of a double jacket through which the medium to be heated flows, and are essentially at the center of the normal distance in the region of a main axis of the Cross section of the combustion chamber 7 between the fuel nozzle assembly 1 and the wall 11 of the combustion chamber 7 directed.

Die Ausführungsform nach der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 nur dadurch, daß der Brennraum 71 einen runden Querschnitt aufweist und die Achsen der Ausströmöffnungen 9 tangential ausgerichtet sind, so daß die Luftströme 2 die Wand 11 des Brennraumes 71 sehr gut kühlen und sich daher rasch erwärmen.The embodiment according to FIG. 2 differs from that according to FIG. 1 only in that the combustion chamber 71 has a round cross section and the axes of the outflow openings 9 are oriented tangentially, so that the air flows 2 the wall 11 of the combustion chamber 71 very well cool and therefore warm up quickly.

Die Ausführungsform nach der Fig. 3 zeigt einen quadratischen Brennraum 7, in dessen Bodenplatte 6 eine aus einer einzigen Düse 81 gebildete Brennstoffdüsenanordnung 1 zentral eingesetzt ist.The embodiment according to FIG. 3 shows a square combustion chamber 7 , in the base plate 6 of which a fuel nozzle arrangement 1 formed from a single nozzle 81 is inserted centrally.

In Fig. 3 sind auch die Vorlauf- und Rücklaufanschlüsse 4 bzw. 5 des Wärmetauschers 3 dargestellt.In Fig. 3, the flow and return connections 4 and 5 respectively of the heat exchanger 3 is shown.

Beim Betrieb des Luftstufenbrenners strömt im Mittelbereich des Brennraumes 7, 71, Brennstoff ein, wobei dieser vorteilhafterweise durch eine Dralleinrichtung, z. B. schraubenlinienförmig verlaufende Düsen 8 oder nicht dargestellte Leitbleche, mit einem Drall in den Brennraum 7, 71 einströmen. Gleichzeitig strömt auch Luft über die Luftlanzen 10, bzw. deren Ausströmöffnungen 9, vorteilhafterweise mit geringerem Überdruck als der Brennstoff, z. B. Gas, ein.When the air stage burner is operating, fuel flows into the central region of the combustion chamber 7 , 71 , this advantageously being provided by a swirl device, e.g. B. helical nozzles 8 or baffles, not shown, with a swirl flow into the combustion chamber 7 , 71 . At the same time, air also flows over the air lances 10 or their outflow openings 9 , advantageously with a lower overpressure than the fuel, e.g. B. gas, a.

Aufgrund der Einströmrichtung der Luftstrahlen 2 bewegen sich diese entlang einer Schneckenlinie gegen die Brennstoffdüsenanordnung 1 zu und vermischt sich mit dem einströmenden Gas. Dadurch entsteht ein sehr homogenes Gemisch, das sehr gut verbrannt werden kann. Dabei kühlt einerseits die einströmende Luft die Wand 11 des Brennraumes und schützt diese daher vor einer thermischen Überbeanspruchung und es erwärmt sich dabei auch die Luft, sodaß diese sehr gut vorgewärmt zu der, bzw. den Flamme(n) gelangt, wodurch eine unvollkommene Verbrennung und damit ein hoher CO Ausstoß vermieden wird.Due to the inflow direction of the air jets 2, they move along a screw line towards the fuel nozzle arrangement 1 and mix with the inflowing gas. This creates a very homogeneous mixture that can be burned very well. On the one hand, the incoming air cools the wall 11 of the combustion chamber and therefore protects it from thermal overload and the air is also heated, so that it is very well preheated and reaches the flame (s), resulting in imperfect combustion and to avoid high CO emissions.

Dabei kann bei einer Ausbildung der Brennstoffdüsenanordnung 1 mit nur einer Düse 81 auch Öl verbrannt werden.If the fuel nozzle arrangement 1 is designed with only one nozzle 81 , oil can also be burned.

Claims

1. Air stage burner with a fuel nozzle arrangement ( 1 ) arranged in the center of a combustion chamber ( 7 , 71 ) and an air nozzle arrangement surrounding it, characterized in that the air nozzle arrangement comprises air lances ( 10 ) running parallel to the axis of the fuel nozzle arrangement ( 1 ), with vertical Air outlet openings ( 9 ) extending therefor are provided, the axes of the air outlet openings ( 9 ) being oriented essentially tangentially to the fuel nozzle arrangement ( 1 ).

2. Air stage burner according to claim 1, characterized in that the combustion chamber ( 7 ) has a square cross section and the axes of the air outlet openings ( 9 ) enclose an angle with the side walls ( 11 ) of the combustion chamber ( 7 ), and substantially towards the center of the Normal distance between the wall ( 11 ) of the combustion chamber ( 7 ) and the fuel nozzle arrangement ( 1 ) are directed in the region of a main axis of the cross section of the combustion chamber ( 7 ).

3. Air stage burner according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel nozzle arrangement ( 1 ) has a swirl device.