DE19704721B4

DE19704721B4 - Process and combustion head for the combustion of liquid or gaseous fuels

Info

Publication number: DE19704721B4
Application number: DE19704721A
Authority: DE
Inventors: Ekkehart Freund; Thomas Schmidt; Jürgen Stittrich
Original assignee: E C B GmbH
Current assignee: Elco Burners GmbH
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: EP0857915A2; NO980247D0; EP0857915A3; NO980247L; DE59707408D1; DE19704721A1; NO311855B1; ATE218687T1; EP0857915B1

Abstract

Part of the air current for combustion is guided through a twisting body(6). An underpressure is produced on the downstream section of the flame tube through guides and openings in the flame tube. The exhaust gas from combustion is mixed with the combustion air. The exhaust gas is mixed with the fuel which has vaporised in the combustion chamber but has not yet ignited and a flame front is produced at a distance in front of the burner head. The flame tube comprises a cylindrical section(8) with a further cylindrical section (3) downstream containing the openings (5) and inwardly projecting guides.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brennkopf, der an Brennern für Gas und/oder Ölfeuerungsanlagen verwendet werden kann sowie ein Verfahren zur Verbrennung von flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen in den genannten Anlagen.The The invention relates to a burner head attached to burners for gas and / or oil fired installations can be used as well as a process for the combustion of liquid or gaseous Fuels in said plants.

Die Immission von Verbrennungsgasen aus Gas und Ölfeuerungsanlagen verursacht erhebliche Umweltbelastungen durch bei der Verbrennung entstehende Schadstoffe. Die Bildung einiger Schadstoffe kann durch Primärmaßnahmen an der Feuerführung bzw. am Brenner beeinflusst und wirksam reduziert werden. Bei der Reduzierung der Umweltbelastungen kommt der Zuführung der Verbrennungsluft, der des Einsatzes des Brennstoffes sowie der Mischung mit rückgeführten Abgasen große Bedeutung zu.The Immission caused by combustion gases from gas and oil firing systems significant environmental impact due to combustion Pollutants. The formation of some pollutants can be achieved through primary measures at the fire control or influenced on the burner and effectively reduced. In the Reduction of environmental pollution comes from the supply of combustion air, use of fuel and mixture with recirculated exhaust gases size Meaning too.

DE 42 37 086 A1 offenbart einen Brenner für fließfähige Brennstoffe, bei dem zur Rezirkulation Gase aus der unmittelbaren Umgebung des Brennrohrs, aus dem Feuerraum des Heizkessels verwendet werden. Rezirkulierendes Gas wird über im Brennrohr selbst und in einem im Brennrohr vorgesehenen Lufttrichter angeordneten Bohrungen einer Mischzone des Brennrohrs zugeführt. Die Mischzone befindet sich, in Richtung stromabwärts gesehen, im ersten Viertel des Brennrohrs. Die Verbrennung von Brennstoff erfolgt innerhalb des Brennrohrs. DE 42 37 086 A1 discloses a burner for flowable fuels in which gases are used for recirculation from the immediate vicinity of the combustion tube, from the combustion chamber of the boiler. Recirculating gas is supplied via a bore arranged in the combustion tube itself and in an air duct provided in the venturi bores a mixing zone of the combustion tube. The mixing zone is, seen downstream, in the first quarter of the burner tube. The combustion of fuel takes place within the combustion tube.

DE 39 23 238 C2 offenbart einen Brennerkopf mit einer im Brennerrohr angeordneten Stauscheibe, mit der in herkömmlicher Weise eine Flammenform innerhalb des Brennerrohrs erzeugt wird. Innerhalb der Verbrennungskammer erzeugtes Abgas wird außen am Brennerrohr zurückgeführt und mit sekundär zugeführter Verbrennungsluft vermischt. DE 39 23 238 C2 discloses a burner head with a baffle plate arranged in the burner tube, with which a flame shape is generated within the burner tube in a conventional manner. Exhaust gas generated within the combustion chamber is recirculated outside the burner tube and mixed with secondarily supplied combustion air.

DE 43 24 298 A1 offenbart einen Brennerkopf mit einer im Brennerrohr angeordneten Stauscheibe und stromabwärts der Stauscheibe sich vom Brennerrohr nach innen erstreckenden und das Brennerrohr durchbrechenden Leiteinrichtungen. Eine Flammenfront wird innerhalb des Brennerrohrs erzeugt. DE 43 24 298 A1 discloses a burner head with a baffle plate disposed in the burner tube and downstream of the baffle plate extending from the burner tube inwardly and the burner tube through-breaking guide devices. A flame front is created inside the burner tube.

DE 39 36 461 A1 offenbart einen Ölbrenner, bei dem über Öffnungen durch ein Brennerrohr hindurch Abgas aus dem Brennraum in das Brennrohr gesaugt werden, wo das Abgas auf die im Brennerrohr erzeugte Flamme trifft. DE 39 36 461 A1 discloses an oil burner in which exhaust gases are sucked through openings through a burner tube from the combustion chamber into the combustion tube, where the exhaust gas strikes the flame generated in the burner tube.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens sowie eines Brennkopfes, welches die NOx-Bildung bei der Verbrennung erheblich verringert sowie eine Verbrennung des Brennstoffes bei möglichst niedriger Flammentemperatur sowie geringem Energieeinsatz möglich macht.task the invention is the provision of a method and a burner head, which significantly reduces NOx formation during combustion and combustion of the fuel at the lowest possible flame temperature and low energy consumption possible power.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren und den Brennkopf gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.The The object is achieved by the method and the burner head according to the independent claims. The under claims indicate further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß wird die Ausbildung einer Flammenfront nicht unmittelbar am Brennkopf, wie bei konventionellen Brennern üblich, sondern in einem gewissen Abstand vor dem Brennkopf erzeugt. Des weiteren wird vorteilhaft eine Herabsetzung der Flammentemperatur bewirkt und somit die NOx-Bildung stark vermindert. Insbesondere bei dem Verbrennen von flüssigen Brennstoffen kommt es zu einer vergrößerten Einmischfläche von Abgasen in den Ölnebel sowie zu einer verstärkten Vorverdampfung des Ölnebels.According to the invention Forming a flame front not directly on the combustion head, as in conventional burners usual, but generated at a certain distance in front of the combustion head. Of Further, it is advantageous to lower the flame temperature causes and thus greatly reduces the NOx formation. Especially in the burning of liquid Fuels it comes to an enlarged mixing surface of Exhaust gases in the oil mist as well as to a reinforced Pre-evaporation of the oil mist.

Mit diesem Brennkopf wird es möglich, in dem Brennkopf eine Drallströmung zu erzeugen sowie in den Brennkopf Abgas zurückzuführen, so dass eine bessere Vermischung von Luft, Brennstoff und Abgas möglich wird. Des weiteren wird es möglich, eine stabile Flammenfront vor dem Brennkopf zu erzeugen. Der Abstand zwischen Flammenfront und Brenner ist gekennzeichnet durch eine Mischzone aus Abgasen, Verbrennungsluft und Brennstoffen, die wesentlich geringere Temperaturen aufweist als die brennende Flamme. Mittels dieses Brennkopfes kann der NOx-Gehalt der Abgase aus mit diesem Brennkopf ausgerüsteten Gas-, Heizöl- oder Mehrstofffeuerungen, und somit die Umweitbelastung, gesenkt werden.With This burner head makes it possible in the firing head a swirl flow to produce as well as in the combustion head exhaust gas, so that a better Mixing of air, fuel and exhaust gas is possible. Furthermore, will it possible, one to produce stable flame front in front of the burner head. The distance between flame front and burner is characterized by a Mixing zone of exhaust gases, combustion air and fuels, which is essential lower temperatures than the burning flame. through This burner head can reduce the NOx content of the exhaust gases with this burner head equipped Gas, heating oil or Mehrstofffeuerungen, and thus the Umweitbelastung lowered become.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist ein Drallkörper vorgesehen, der axial verschiebbar sein kann. Damit wird eine Optimierung der Drallströmung erreicht.at a preferred embodiment is a swirl body provided, which can be axially displaceable. This will be an optimization the swirl flow reaches.

Eine bevorzugte Ausführung ist auch die Anordnung von Durchlässen in dem Drallkörper, durch die die Luft axial zugeführt werden kann, die den Abstand der Flammenfront vom Brennkopf positiv beeinflusst.A preferred embodiment is also the arrangement of passages in the swirl body through which the air is supplied axially can be positive for the distance of the flame front from the combustion head affected.

An dem Flammrohr sind bevorzugt die Leiteinrichtungen in dreieckiger Form ausgebildet und in Richtung der vor dem Brennraum befindlichen Mischzone ausgerichtet. Diese Form von Leiteinrichtungen führt zu einer wirkungsvollen und effektiven Ausbildung von Wirbelzöpfen, die die Durchmischung der Abgase, Verbrennungsluft und des Brennstoffes fördern. Als besonders effektiver Winkel zwischen den Leiteinrichtungen und dem Flammrohr hat sich ein Winkel zwischen 30 und 40 Grad ergeben.At the flame tube are preferably the guide devices in triangular Form formed and located in the direction of the front of the combustion chamber Aligned mixing zone. This form of guide leads to a effective and effective training of pegs, the the mixing of the exhaust gases, combustion air and the fuel promote. As a particularly effective angle between the guide and the flame tube has an angle between 30 and 40 degrees.

Bei der Verwendung von Gasdüsen, welche im Flammrohr angeordnet sind, hat es sich als für die Vermischung ebenfalls positiv herausgestellt, dass die Gasdüsenöffnungen zu der Wandung des Flammrohrs ausgerichtet ist.at the use of gas nozzles, which are arranged in the flame tube, it has to be for mixing also positively found that the gas nozzle openings to the wall of the flame tube is aligned.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der beiden Zeichnungen erläutert. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Brennkopf, 2 die schematische Ausbildung einer Flamme durch den erfindungsgemäßen Brennkopf hervorgerufen.An embodiment will be explained with reference to the two drawings. 1 shows a longitudinal section through a burner head, 2 the schematic formation of a flame caused by the burner head according to the invention.

In 1 ist ein Brennkopf zur Verbrennung von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen dargestellt. Der Brennkopf ist an Brennern der unterschiedlichsten Bauart einsetzbar. Ein derartiger Brenner kann beispielsweise Bestandteil von Feuerungsanlagen für Warmwasserkessel, Dampferzeuger, Thermalölerhitzer, Heisgaserzeuger oder anderer Wärmeerzeuger sein. Der in den Brennraum 17 hereinragende Brennkopf besteht aus einem Flammrohr, das sich aus zwei zylindrischen Abschnitten 3 sowie einem sich verjüngenden Abschnitt 8 zusammensetzt. Kurz vor oder in dem Abschnitt 8 ist in axialer Richtung ein verschiebbarer Drallkörper 6 angeordnet. Der dem Brennraum 17 am nächsten gelegene zylindrische Abschnitt des Flammrohres 3 ist mit in das Innere des Flammrohres 3 hineinragenden Körpern oder Leiteinrichtungen 4, die vorzugsweise als dreieckige Flügel ausgebildet sind, sowie Aussparungen oder Durchbrechnungen 5 versehen. Die Zuführung der Brennstoffe erfolgt durch die Leitung 13 sowie die Zerstäubungsdüse 1 bei flüssigen bzw. durch die Zuführung 12 sowie die Gasdüsen 2 bei gasförmigen Brennstoffen.In 1 a burner head for the combustion of gaseous and liquid fuels is shown. The burner head can be used on burners of various designs. Such a burner may for example be part of furnaces for hot water boilers, steam generators, thermal oil heaters, hot gas generators or other heat generators. The in the combustion chamber 17 projecting burner head consists of a flame tube, which consists of two cylindrical sections 3 and a tapered section 8th composed. Just before or in the section 8th is a displaceable swirl body in the axial direction 6 arranged. The the combustion chamber 17 nearest cylindrical section of the flame tube 3 is with in the interior of the flame tube 3 protruding bodies or baffles 4 , which are preferably formed as triangular wings, as well as recesses or Durchbrechnungen 5 Mistake. The supply of fuels is carried by the line 13 and the atomizing nozzle 1 in liquid or by the supply 12 as well as the gas nozzles 2 for gaseous fuels.

Mit dem Drallkörper 6 wird eine innere Drallströmung erzeugt. Durch die achsiale Einstellung des Drallkörpers kann ein optimiertes Verhältnis von Axialluft-Impuls zu Drall-Impuls erzeugt werden. Bei der Anströmung der Flügel 4 durch die Verbrennungsluft 11 wird ein Unterdruck erzeugt, der zur Ansaugung von Abgasen aus dem Feuerraum bzw. Brennraum 17 durch die Öffnungen 5 führt. Die Flügel 4 im Luftstrom bzw. Luftgasstrom wirken als Wirbelgeneratoren. Dadurch bilden sich stromab hinter jedem Flügel zwei gegenläufige Wirbelzöpfe aus.With the swirl body 6 an internal swirl flow is generated. Due to the axial adjustment of the swirl body, an optimized ratio of axial air pulse to swirl pulse can be generated. At the approach of the wings 4 through the combustion air 11 A negative pressure is generated, which is used for the intake of exhaust gases from the combustion chamber or combustion chamber 17 through the openings 5 leads. The wings 4 in the air stream or air stream act as vortex generators. As a result, two opposing vertebrae form downstream of each wing.

Der oder die Drallkörper 6 sind an einer oder mehreren verschiebbaren Halterungen 10 befestigt.The swirling body (s) 6 are on one or more sliding brackets 10 attached.

In 2 ist schematisch die Ausbildung der Mischzone 16 bzw. der Flamme 18 dargestellt. Der Brennkopf wird durch die Wand des Feuerraumes mittels einer Brennermuffel 9 geführt. Die Abgasrezirkulation wird bewirkt durch das Einströmen von Gas durch die Öffnungen 5 einerseits wie auch durch das Einsaugen von Abgas (durch die Pfeile 14 dargestellt) in die nicht brennende Verdampfungs- bzw. Vermischungszone 16. Die Herausbildung einer Flammenfront 15 erfolgt erst in gewissem Abstand vom Brennkopf im Brennraum 17. Die heiße Flamme 18 bildet sich erst ab dieser Flammenfront 15 aus und verbrennt das Abgas-, Verbrennungsluft- und Brennstoffgemisch. Erreicht wird dies durch die kombinierte Wirkung von innerem Drallimpulsstrom, Axialluftstrom und der intensiven Turbulenz der Wirbelzöpfe. Eine örtliche Stabilisierung kann unterstützt werden durch einen Pilotbrenner oder Stützbrenner 7 (in 2 nicht dargestellt). Die Ausbildung der Flammenfront 15 vor dem Brennkopf führt in Verbindung mit der Abgaseinsaugung durch die Öffnungen 5 im Flammrohr und der Erhöhung der Mischintensität durch die Wirbelgeneratoren zur Herabsetzung der Flammentemperatur und damit zu stark verminderter NO_x-Bildung.In 2 is schematically the formation of the mixing zone 16 or the flame 18 shown. The firing head is passed through the wall of the firebox by means of a burner muffle 9 guided. The exhaust gas recirculation is caused by the inflow of gas through the openings 5 on the one hand as well as by the suction of exhaust gas (by the arrows 14 shown) in the non-burning evaporation or mixing zone 16 , The formation of a flame front 15 takes place only at a certain distance from the combustion head in the combustion chamber 17 , The hot flame 18 forms only from this flame front 15 off and burns the exhaust, combustion air and fuel mixture. This is achieved by the combined effect of internal swirl pulse current, axial air flow and the intense vortex turbulence. Local stabilization can be assisted by a pilot burner or backup burner 7 (in 2 not shown). The formation of the flame front 15 in front of the combustion head leads in connection with the exhaust gas intake through the openings 5 in the flame tube and increasing the mixing intensity through the vortex generators to reduce the flame temperature and thus greatly reduced NO _x formation.

Claims

Method for burning liquid and / or gaseous fuels with one in the combustion chamber ( 17 ) of a boiler projecting burner head of a burner whose flame tube ( 3 ) arranged therein at least one atomizing nozzle ( 1 ) for the supply of liquid fuel and / or at least one gas nozzle ( 2 ) for the supply of gaseous fuel, characterized in that exhaust gas ( 14 ) from the combustion in the combustion chamber ( 17 ) into the combustion chamber ( 17 ) entering, not yet ignited fuel in a mixing zone ( 16 ) is mixed.

The method of claim 1, wherein a flame front is generated at a distance in front of the combustion head.

Method according to Claim 1 or 2, in which the exhaust gas ( 14 ) with the not yet ignited fuel in a downstream of the burner head formed region of the mixing zone ( 16 ) is mixed.

Method according to one of the preceding claims, in which at a downstream portion of the flame tube ( 3 ) by guiding devices ( 4 ) of the flame tube ( 3 ) a turbulence is generated to the exhaust gas ( 14 ) with the not yet ignited fuel in the region of the mixing zone formed downstream of the burner head ( 16 ) to mix.

Method according to Claim 4, in which by means of the guide devices ( 4 ) are generated in each case two opposing vortex heads, the exhaust gas ( 14 ) into the mixing zone ( 16 ), where it is mixed with the not yet ignited fuel.

Method according to one of the preceding claims, in which openings ( 5 ) in a downstream section of the flame tube ( 3 ) Exhaust gas ( 14 ) from the combustion in the combustion chamber ( 17 ) in a flame tube ( 3 ) formed area of the mixing zone ( 16 ) is sucked.

The method of claim 6, wherein the through the openings ( 5 ) sucked exhaust gas ( 14 ) is mixed with the combustion head supplied combustion air.

Method according to one of the preceding claims, wherein a part of an air flow of combustion air through one in the flame tube ( 3 ) arranged swirl body ( 6 ) to be led.

Burning head, with: a flame tube ( 3 ), at least one atomizing nozzle ( 1 ) for the supply of liquid fuel and / or at least one gas nozzle ( 2 ) for the supply of gaseous fuel, and inwardly projecting, in a downstream portion of the flame tube ( 3 ) arranged guide devices ( 4 ), characterized in that the guide devices ( 4 ) are designed to act as vortex generators to flow downstream of the conduits ( 4 ) Exhaust gas ( 14 ) to mix from a combustion in a combustion chamber with not yet ignited fuel entering the combustion chamber.

A burner head as claimed in claim 9, wherein the baffles ( 4 ) are designed so that in a stream of combustion air supplied from the combustion head downstream of the guide devices ( 4 ) Form pegs.

A burner head according to claim 9 or 10, wherein the flame tube ( 3 ) an approximately cylindrical section ( 3 ) which enters a tapered section ( 8th ), to the downstream of another, approximately cylindrical section ( 3 ), and the guiding devices ( 4 ) in the further cylindrical section ( 3 ) are arranged.

A burner head according to any one of claims 9 to 11, wherein the baffles ( 4 ) are triangular and are designed such that they are aligned when used to the combustion chamber.

Firing head according to one of Claims 9 to 12, in which the angle between the guide ( 4 ) and flame tube ( 3 ) Is 30 ° to 40 °.

A burner head according to any one of claims 9 to 13, wherein perforations ( 5 ) in the flame tube ( 3 ) are arranged, and the guide devices ( 4 ) are designed so that when using the burner head, the guide devices ( 4 ) flowing to the combustion head, the combustion air to generate a negative pressure, the exhaust gas ( 14 ) from the combustion in the combustion chamber through the openings ( 5 ) is able to suck.

Firing head according to Claim 14 as far as dependent on Claim 10, in which the perforations ( 5 ) in the further cylindrical section ( 3 ) are arranged.

Firing head according to one of claims 9 to 15, in which in the flame tube ( 3 ) at least one swirl body ( 6 ) is arranged.

A burner head according to claim 16, wherein the swirl body ( 6 ) is axially displaceable.

A burner head according to claim 16 or 17, wherein at the swirl body ( 6 ) Passages are arranged.

A burner head according to any one of claims 9 to 18, in which openings of the at least one gas nozzle ( 2 ) to the wall of the flame tube ( 3 ) are aligned.

Firing head according to one of Claims 9 to 19, in which in the flame tube ( 3 ) a pilot burner ( 7 ) is arranged.