DE19960093A1

DE19960093A1 - Gas burner for flame-free burning of gas-air mixture; has space free of foreign bodies reaction zone for combustion mixture and pore body forming zone with narrow openings to prevent backfiring

Info

Publication number: DE19960093A1
Application number: DE1999160093
Authority: DE
Inventors: Marcus Bienzle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-07-05

Abstract

The burner has a reaction zone (Y) for a combustion mixture and a pore body (14), which forms a zone with narrow openings to prevent backfiring. The reaction zone is formed in a space (20) that is free of solid bodies is arranged between an exit surface (16) of the reaction zone and an entrance zone (18) of the pore body. Preferably, two combustion components are provided, of which the first component is conducted through the pore body into the free space and the second component is conducted directly into the free space. An Independent claim is included for a method for flame-free combustion of a gas-air mixture.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie von einem Verfahren zum flammenlosen Verbrennen eines Gas-Luft-Gemisches nach dem Oberbegriff des weiteren unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a gas burner according to the Preamble of claim 1 and a method for flameless burning of a gas-air mixture after Preamble of the further independent claim.

State of the art

Bei einem bekannten Gasbrenner der gattungsmäßigen Art (DE 43 22 109 A1) ist ein von einem Gas-Luft-Gemisch und dem Abgas axial durchströmtes Brennergehäuse mit porösem Material gefüllt, dessen Porösität sich in Flußrichtung des Gas-Luft-Gemisches zonenweise ändert. Im Eingangsbereich des Brennergehäuses sind die Poren so eng bemessen, daß das Gemisch nicht reagieren und die gewünschte Rückschlagsicherung gewährleistet ist. An der Grenzschicht zu einer anderen Zone mit entsprechend größer bemessenen Poren sitzt dann der Verbrennungsvorgang ein, wobei die Grenzschicht thermisch hoch belastet wird.In a known gas burner of the generic type (DE 43 22 109 A1) is one of a gas-air mixture and that Flue gas with axial flow through the burner housing with porous Material filled, the porosity in the flow direction of the Gas-air mixture changes zone by zone. In the entrance area of the Burner housing, the pores are so narrow that the Mixture does not react and the desired Protection against kickback is guaranteed. At the boundary layer to another zone with correspondingly larger dimensions The pores then sit in the combustion process, the Boundary layer is subjected to high thermal loads.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Gasbrenner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches weist ein vorteilhaftes Verhältnis des Bauvolumens zum Volumen der Reaktionszone bzw. zur Größe der Reaktionsfläche am Porenkörper auf, wobei die Reaktionsfläche nicht mehr allein abhängig vom Durchmesser des Brenners ist. Der erfindungsgemäße Brenner ermöglicht eine Absenkung der Temperatur, wodurch eine geringere Materialbelastung entsteht. Die Nachverbrennung im Porenkörper gewährleistet eine Reduzierung des CO-Gehaltes im Abgas. Ferner wird eine genauere Ausdehnung der Reaktionszone im festkörperfreien Raum erzielt, wodurch sich diese besser stabilisieren läßt.The gas burner according to the invention with the characteristic Features of the main claim has an advantageous Ratio of the construction volume to the volume of the reaction zone or the size of the reaction surface on the pore body, where the reaction area no longer depends on Diameter of the burner. The burner according to the invention allows lowering the temperature, thereby creating a less material stress arises. The afterburning in Porous body ensures a reduction in the CO content in the exhaust gas. Furthermore, a more precise expansion of the Achieved reaction zone in the solid-free space, whereby can stabilize them better.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich der Modulationsbereich der Verbrennung erweitern und durch das Auseinanderziehen der Reaktionszone die Verbrennungstemperatur absenken, wodurch die Materialbelastung und NO_x-Bildung verringert wird. Die getrennte Zuführung von zwei Verbrennungskomponenten ermöglicht bzw. erleichtert eine einfache Abgaszurückführung. Durch gezielte Luftsteuerung bzw. Luftzahlbeeinflussung kann außerdem die Lage und Ausdehnung der Reaktionszone im Reaktionsraum beeinflußt werden. Im Porenkörper kann das Gas-Luft-Gemisch flammenlos ausreagieren, wodurch auch der CO-Gehalt des Abgases in zulässigen Grenzen gehalten wird.The modulation range of the combustion can be expanded by the method according to the invention and the combustion temperature can be lowered by pulling the reaction zone apart, as a result of which the material load and NO _x formation are reduced. The separate supply of two combustion components enables or facilitates simple exhaust gas recirculation. The position and extent of the reaction zone in the reaction space can also be influenced by targeted air control or air number influence. The gas-air mixture in the pore body can react without flames, which also keeps the CO content of the exhaust gas within permissible limits.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brenners und des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments of the burner according to the invention and the method according to the invention possible.

Die Breite der zwischen dem Verteilerrohr und dem Porenkörper liegenden Reaktionszone stellt ein Abstimmungsmerkmal auf verschiedene Porositäten des umgebenen Porenkörpers dar. Der die Reaktionszone nach außen umschließende Porenkörper verhindert ein Abdriften der Verbrennungszone und dadurch eine Einschränkung des Modulationsbereiches. Die Verwendung zweier unterschiedlicher Verbrennungskomponenten ermöglicht die Reduzierung des NOx-Gehaltes im Abgas. Außerdem ist dadurch eine einfache Abgasrückführung möglich.The width of the between the manifold and the Porous body lying reaction zone sets Tuning feature for different porosities of the surrounded porous body. The reaction zone to the outside enclosing pore body prevents the Combustion zone and thereby a restriction of the Modulation range. The use of two different combustion components enables Reduction of the NOx content in the exhaust gas. Besides, this is simple exhaust gas recirculation possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Gas-Brenners.An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the following description explained. The only figure shows a schematic Representation of the gas burner according to the invention.

Description of the embodiment

Der Gasbrenner hat als Kernstück ein Verteilerrohr 10, das aus Metall besteht und mit über seine Länge und seinen Umfang verteilten radialen Öffnungen 12 versehen ist. Bei einer alternativen Ausführung kann das Verteilerrohr 10 auch als ein feinporiger Keramikkörper ausgebildet sein. Das Verteilerrohr 10 ragt zentral in einen Porenkörper 14 hinein, der topfförmig ausgebildet ist und dessen Poren so bemessen sind, daß ein Brennstoff-Luftgemisch darin reagieren kann. Zwischen der Mantelwand 16 des Verteilerrohrs 10 und der Innenwand 18 des Porenkörpers 14 ist ein festkörperfreier Ringraum 20 gebildet, dessen radiale Breite b auf die Porösität des Porenkörpers 14 abgestimmt ist.The core of the gas burner is a distributor pipe 10 , which is made of metal and is provided with radial openings 12 distributed over its length and circumference. In an alternative embodiment, the distributor pipe 10 can also be designed as a fine-pored ceramic body. The distributor pipe 10 projects centrally into a pore body 14 which is cup-shaped and whose pores are dimensioned such that a fuel-air mixture can react therein. Between the jacket wall 16 of the distributor tube 10 and the inner wall 18 of the pore body 14 , an annular space 20 free of solid bodies is formed, the radial width b of which is matched to the porosity of the pore body 14 .

Durch das Verteilerrohr 10 wird eine erste Verbrennungskomponente, vorzugsweise Luft mit oder ohne einen Abgasanteil, in den Ringraum 20 gefördert. Am stirnseitigen Eingang des Ringraumes 20 sind um das Verteilerrohr 10 herum und parallel zu diesem mehrere Düsen 22 angeordnet durch die hindurch eine zweite Verbrennungskomponente, vorzugsweise ein unterstöschiometrisch vorgemischtes Brennstoff-Luftgemisch in den Ringraum 20 axial eingedüst wird. Im Ringraum 20 entsteht so ein reaktionsfähiges Gemisch, daß durch eine Vorrichtung 24 entzündet werden kann.A first combustion component, preferably air with or without an exhaust gas component, is conveyed into the annular space 20 through the distributor pipe 10 . At the front entrance of the annular space 20 , a plurality of nozzles 22 are arranged around the distributor pipe 10 and parallel to it, through which a second combustion component, preferably a sub-stoichiometric premixed fuel-air mixture, is axially injected into the annular space 20 . In the annular space 20 , a reactive mixture is created that can be ignited by a device 24 .

Die nach der Zündung entstehende Reaktionszone im Ringraum 20 wird vom Porenkörper 14 großflächig umschlossen und durch gezielte Luftsteuerung beziehungsweise Luftzahlbeeinflussung kann die Lage und Ausdehnung der Reaktionszone im Ringraum 20 beeinflußt werden. Die Öffnungen 12 im Verteilerrohr 10 sind so bemessen, daß die Reaktion im Ringraum 20 nicht in das Verteilerrohr 10 zurückschlagen kann. Durch die großflächige Berührung der Reaktionszone mit dem Verteilerrohr 10 wird die darin zugeführte Verbrennungskomponente gut vorgewärmt, was sich ebenfalls positiv auf eine möglichst schadstoffarme, stabile Verbrennung auswirkt.The reaction zone in the annular space 20 which arises after the ignition is enclosed by the pore body 14 over a large area and the position and extent of the reaction zone in the annular space 20 can be influenced by targeted air control or influencing the air number. The openings 12 in the distributor pipe 10 are dimensioned such that the reaction in the annular space 20 cannot strike back into the distributor pipe 10 . Due to the large-area contact of the reaction zone with the distributor pipe 10 , the combustion component supplied therein is preheated well, which likewise has a positive effect on stable, low-pollutant combustion.

Die Anordnung kann so getroffen sein, daß sich im Ringraum 20 im Bereich Y eine Hauptreaktionszone ergibt und im Porenkörper 14 das Gemisch flammenlos ausreagiert.The arrangement can be such that there is a main reaction zone in the annular space 20 in the region Y and the mixture in the pore body 14 reacts flamelessly.

Claims

1. Gas burner with a reaction zone for a combustion mixture and with a pore body, which is preceded by a zone with narrowly dimensioned through openings as a non-return valve, characterized in that between an outflow surface ( 16 ) of the zone and an inflow surface ( 18 ) of the pore body ( 14 ) solid-free space ( 20 ) is arranged in which the reaction zone forms.

2. Gas burner according to claim 1, characterized in that a first combustion component and a second combustion component are provided, wherein the first combustion component over the non-return valve in the solids-free space (20) and the second combustion component is directly introduced into the solids free space (20).

3. Gas burner according to claim 2, characterized in that the first combustion component is difficult or difficult is flammable and that the second combustion component preferably a pre-mixed, substoichiometric Is gas-air mixture.

4. Gas burner according to claim 1, characterized in that the upstream zone is designed as a supply manifold ( 10 ) which extends centrally into the pore body ( 14 ) and distributed over its outer surface, in the between the manifold ( 10 ) and Porous body ( 14 ) formed annular space ( 20 ) opening radial openings ( 12 ) is provided.

5. Gas burner according to claim 4, characterized in that nozzles ( 22 ) are provided for axially introducing the second combustion component into the space ( 20 ).

6. Gas burner according to claim 5, characterized in that the nozzles ( 22 ) are evenly distributed around the distributor pipe ( 10 ) around the entrance of the room ( 20 ).

7. Gas burner according to claim 1, characterized in that in the solid-free space ( 20 ) an annular space forms as the main reaction zone and that in the adjacent pore body ( 14 ) a flameless combustion of the combustion mixture occurs.

8. Method for flameless combustion of a gas-air mixture in a reaction zone of a burner with a pore body, which is preceded by a zone with narrow passage openings as a check valve, characterized by the following features:

a) a non-flammable or hardly flammable first combustion component is fed to the reaction zone via the upstream zone and the anti-kickback device,
b) a second combustion component in the form of a gas or a premixed fuel gas-air mixture is injected directly into the reaction zone ( 20 ).

9. The method according to claim 8, characterized in that air, exhaust gas or a as the first combustion component Mixture of both and as a second combustion component a substoichiometric mixture of fuel and air is used.