DE2658847A1

DE2658847A1 - Brennereinrichtung

Info

Publication number: DE2658847A1
Application number: DE19762658847
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Aoki; Hiroshige Ikebe; Takeshi Sakai; Dogi So; Shoichi Tsuzi
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1977-10-06
Also published as: US4135874A; DE2660865C3; GB1570151A; DE2658847C3; DE2658847B2

Description

Ishikawajima-Harima Jukogyo Kabushiki Kaisha, Tokio/japan

Brennereinrichttmg

In der ganzen Welt werden zunehmend höhere Anforderungen an die Umweltfreundlichkeit von abgaserzeugenden Anlagen durch Emissionsschutzgesetze gestellt. Beispielsweise ist in Japan im Jahre 1975 das zweite Emissionsschutzgesetz für stationäre Abgasquellen in Kraft getreten, welches Beschränkungen der Emission von Stickoxyden in die Atmosphäre vorschreibt. Im Jahre 1978 wird in Japan ein noch stren^res Emissionsschutzgesetz erwartet, welches die Gesamtmenge an Schadstoffemissionen scharf begrenzt. Dann werden außerordentlich strenge Auflagen für Brennereinrichtungen an Kesseln od. dgl. in Kraft treten, die hohe Abgas— mengen erzeugen. Daher sind ausgedehnte Analysen und Versuche im Gange, mit denen Einrichtungen zur Minimierung des Schadstoffanteils im Abgas entwickelt werden sollen. Jedoch wurden ungeheuere technische und wirtschaftliche Vorteile erzielt, wenn die Schadstoffemission alleine durch Verbesserungen der Verbrennungsverhältnisse entsprechend abgesenkt werden könnte. So wäre eine Brennereinrichtung von außer—

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— 9 mm

ordentlichem Vorteil, die nur eine sehr geringe Menge von Stickoxyden unterhalb von 20 ppm (Teile pro Million) ohne zusätzliche Einrichtungen wie Filteranlagen od. dgl. erzeugt.

Um den Anteil an Stickoxyden im Abgas aus Brennereinrichtungen für Kessel oder sonstige Öfen zu vermindern, ist es bekannt, die Verbrennung zweistufig durchzuführen und/oder Abgas wieder der Verbrennung zuzuführen.

Bei der zweistufigen Verbrennung wird dem Brenner selbst in der Regel Luft in einer Menge zugeführt, die geringer als die theoretisch erforderliche Luftmenge ist, um so die Erzeugung von Stickoxyden zu begrenzen, und wird stromab des Brenners Sekundärluft zugeführt, um so die vollständige Verbrennung herbeizuführen. Unter Sekundärluft ist im vorliegenden Zusammenhang das Gesamtvolumen an der Brennereinrichtung zugeführter Luft abzüglich der dem Brenner selbst zugeführten Luft zu verstehen, wobei die Sekundärluft durch Luftdüsen injiziert wird, die stromab der Verbrennungszone an der Brennkammer angeordnet sind. Bei zweistufiger Verbrennung werden zuweilen Stickoxyde erzeugt, jedoch ist ihre Menge sehr gering und wird als vernachlässigbar angesehen.

Bei der Rückführung von Abgas wird Abgas stromauf des Luftvorwärmers der Brennereinrichtung durch ein Rezirkulationsgebläse od. dgl. zwangsweise wieder zurückgefördert und mit Verbrennungsluft vermischt, so daß die Temperatur der Flammen zur Steuerung der Entwicklung von Stickoxyden vermindert werden kann.

In Fig. 1 ist ein Beispiel einer bekannten Brennereinrichtung veranschaulicht, bei der sowohl eine zweistufige Verbrennung als auch Rückführung der Abgase vorgesehen sind. In Fig. 1 sind mit a ein Kessel, mit b Brenner, mit c Injektionsdüsen für Sekundärluft, mit d ein Luftvorwärmer, mit e ein Schorn-

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stein, mit f ein Luftgebläse, mit g ein Abgasrückförderge— blase, mit h ein Gasmischer und mit i, j und k Luftklappen zur Zugregulierung bezeichnet.

Das Luftgebläse f fördert Luft in den Luftvorwärmer d_f wo die Luft erwärmt wird. Die vorgewärmte Verbrennungsluft wird im Gasmischer h mit dem Abgas gemischt, welches stromauf des Luftvorwärmers d abgesaugt und durch das Abgasrückfördergebläse g in den Mischer h gefördert wird. Die gemischte Luft wird den Brennern d und den Luftinjektionsdüsen c zugeführt, von denen aus die für die Sekundärverbrennung erforderliche Sekundärluft in den Kessel oder Brennraum a injiziert wird. Da sowohl zweistufige Verbrennung als auch Abgasrezirkulation angewendet wird, kann eine Erzeugung von Stickoxyden wirksamer unterdrückt werden, als wenn nur eine dieser beiden Möglichkeiten Verwendung fände.

Um jedoch den Gehalt an Stickoxyden bei der zweistufigen Verbrennung zu minimieren, muß das Luftverhältnis am Brenner b in der Größenordnung von 0,6 bis 0,7 liegen. Als Folge hiervon wird eine große Menge von unverbrannten Verbindungen, in der Hauptsache von Kohlenmonoxyd im Falle von Brennstoffen auf Kohlenwasserstoffbasis erzeugt. Wenn solch eine große Menge von unverbrannten Verbindungen in der sekundären Verbrennungsstufe unter großer Wärmeentwicklung verbrannt werden, so wird eine beträchtliche Menge an Stickoxyden erzeugt. In manchen Fällen stellt die in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugte Menge an Stickoxyden einen wesentlichen Teil der aus dem Schornstein e in die Umgebung gelangenden Stickoxyde dar. Versuchsergebnisse hierzu mit einem einzelnen Brenner und einem Modellbrennraum sind in den Fig. 2 bzw. 3 veranschaulicht.

Fig. 2 zeigt den Zusammenhang oder das Verhältnis zwischen der Menge an Stickoxyden, die am Brenner oder in der unmittelbaren Nachbarschaft des Brenners erzeugt werden, und derjenigen

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Menge, die in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugt wird. In diesem Falle wurde ein Gasbrenner mit Vorförderung verwendet und wurde die dem Brenner zuzüglich der der sekundären Verbrennungsstufe zugeführte Gesamtverbrennungsluft in einem konstanten Luftverhältnis v.on 1,1 gehalten. Es ist ersichtlich, daß die in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugte Menge an Stickoxyden erheblich größer ist als diejenige, die am Brenner erzeugt wird, wenn das Luftverhältnis am Brenner unter 0,75 liegt.

In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen dem Luftverhältnis am Brenner und dem Verhältnis der am Brenner erzeugten Menge an Stickoxyden bei konstantem Gesamtluftverhältnis von 1,1 zur Gesamtmenge der Stickoxyde veranschaulicht, wobei die Gesamtmenge der Stickoxyde sich aus der Summe der am Brenner und in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugten Stickoxyde ergibt. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, nimmt die Gesamtmenge von Stickoxyden mit abnehmendem Luftverhältnis am Brenner ab, jedoch steigt die Gesamtmenge der Stickoxyde bei einem Luftverhältnis am Brenner unterhalb von 0,8 an, da die Erhöhung der in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugten Menge an Stickoxyden.die Verminderung der am Brenner erzeugten Stickoxydmenge übersteigt.

Insoweit zusammenfassend ist also festzustellen, daß die aus der Brennkammer ausgetragenen Stickoxyde teilweise am Brenner oder in der Nachbarschaft des Brenners und zum restlichen Teil in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugt werden, wobei das Verhältnis zwischen den am Brenner und in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugten Stickoxydmengen von den Verbrennungsbedingungen abhängt.

Selbstverständlich trägt die Abgasrezirkulation zur Verminderung der sowohl am Brenner als auch in der sekundären Ver— brennungsstufe erzeugten Stickoxyde bei. Das rückgeförderte Abgas kann sowohl am Brenner als auch in der sekundären

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Verbrennungsstufe mit der Luft gemischt werden, wobei jedoch die dem Brenner zugeführte Abgasmenge durch das Erfordernis einer stabilen Verbrennung begrenzt ist. Grundsätzlich liegt die obere Grenze des mit der Primärluft zu vermischenden Abgases zur Zuführung zum Brenner in der Größenordnung von 30%, bezogen auf das Volumen. Daher kann bei der Brennkammer, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht ist und bei der Verbrennungsluft und Abgas in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt und beide dem Brenner b und den Injektionsdüsen c zugeführt werden, der Gehalt an Stickoxyden in der sekundären Verbrennungsstufe nicht unter einen bestimmten Wert gedruckt werden, so daß auch insgesamt die Gesamtemission an Stickoxyden nicht unter einen bestimmten Wert absenkbar ist.

In den Fig. 4 und 5 ist ein Beispiel eines bekannten Brennraumes mit zweistufiger Verbrennung veranschaulicht, wobei der Brennraum gegensinnig befeuert ist, also an zwei einander gegenüberliegenden Seiten Brenner angeordnet sind. Dabei sind mit b* Brenner, mit 1 Rohrwände an den Brennerseiten, mit m Seitenrohrwände, mit η eine an dem Brenner abschnitt mündende Windform und mit ο Kanäle bezeichnet. Fig. 1 entsprechende Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Die Luftdüsen c der sekundären Verbrennungsstufe münden zwischen den Rohren der Rohrwand an der Seite der Brenner b und sind in vertikalen und horizontalen Reihen angeordnet. Die Öffnungen der Luftdüsen c haben gleichen Durchmesser und sind so angeordnet, daß sie senkrecht zu den Rohrwänden an der Brennerseite liegen.

Mit einer solchen Ausbildung kann die Erzeugung von Stickoxyden auf einen bestimmten unteren Wert begrenzt werden, jedoch wird ein großes Volumen von unverbrannten Stoffen aus dem Brennraum ausgetragen, wenn die Anordnung und Verteilung der Injektion der Sekundärluft nicht optimal ist.

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Bei gegenläufig befeuerten Brennräumen schlagen die Strömungen der Verbrennungsgase in der Nachbarschaft des Zentrums der Brennkammer gegeneinander und werden dabei in wesentlichem Umfang in Richtung auf die Seitenrohrwände m ausgerichtet. Als Folge hiervon ist die Konzentration an Kohlenmonoxyd bei zweistufiger Verbrennung in der Nachbarschaft der Seitenrohrwände m höher, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist. Wenn daher unter diesen Umständen die Sekundärluft injiziert wird, so bleibt sie in der Nachbarschaft des Zentrums der Brennkammer, so daß keine zufriedenstellende Zumischung der Sekundärluft in das Brenngas in der Nachbarschaft der Seitenrohrwände m erfolgt. Als Folge hiervon wird die Verbrennung einer großen Menge unverbrannter Verbindungen verzögert oder erfolgt eine nur unvollständige Verbrennung dieser unverbrannten Bestandteile, so daß ein großes Volumen an unverbrannten Verbindungen ausgetragen wird, was zur Verminderung des thermischen Wirkungsgrades und zu erhöhter Schadstoffemission führt.

Zur Lösung dieser Schwierigkeiten sind Brennräume vorgeschlagen worden, bei denen der Durchmesser der Öffnungen der Luftdüsen, die in der nächsten Nachbarschaft der Seitenrohrwände m liegen, erheblich größer ausgelegt ist als der Durchmesser der anderen Luftdüsen, wie dies aus Fig. 7 (A) ersichtlich ist. Auch kann der Durchmesser der Luftdüsen c allmählich umso mehr vergrößert werden, je näher diese Düsen an den Seitenrohrwänden m liegen, wie dies in Fig. 7 (B) veranschaulicht ist. Weiterhin können zusätzliche Luftdüsen c^M vertikal fluchtend mit den den Seitenrohrwänden m benachbarten Düsen c¹ angeordnet werden, wie dies in Fig. 7 (C) veranschaulicht ist. Durch diese Maßnahmen wird die der sekundären Verbrennungsstufe in der Nachbarschaft der Seitenrohrwände m zugeführte Sekundärluftmenge vergrößert.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 (A) beträgt die durch die Düse c¹ injizierte Luftmenge bei einem gegenüber den Düsen c

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verdoppelten Durchmesser der Düse c¹ das Vierfache der durch eine Düse c injizierten Sekundärluftmenge. Daher wird ein ausreichendes Volumen von Sekundärluft den Zonen in der Nachbarschaft den Seitenrohrwänden m zugeführt, so daß in der aus Fig. 8 (B) ersichtlichen Weise die Menge von unverbranntem Kohlenmonoxyd, welche in Fig. 8 (B) durch die gestrichelte Kurve veranschaulicht ist, stärker abfällt als die Menge an unverbranntem Kohlenmonoxyd aus einem Brennraum der Art gemäß Fig. 1 , wie dies durch die ausgezogene Kurve in Fig. 8 (B) veranschaulicht ist. Dies trifft auch für die Anordnung gemäß Fig. 7 (B) zu.

Wenn jedoch das Luftverhältnis am Brenner vermindert oder das Sekundärluftmengenverhältnis, d.h. also das Verhältnis der Sekundärluft in der zweiten Verbrennungsstufe zur gesamten Verbrennungsluft, erhöht wird, um die Stickoxydemission weiter zu vermindern, so steigt der Anteil an Stickoxyden, wenn das Sekundärluftmengenverhältnis über einen bestimmten Punkt hinaus erhöht wird, der durch die gestrichelte Kurve in Fig; 9 (B) veranschaulicht ist. Der Grund hierfür liegt in der schnellen Verbrennung von unverbranntem Kohlenmonoxyd und dgl. durch die Zuführung eines großen Volumens an Sekundärluft in die Nachbarschaft der Seitenrohrwände m, so daß eine große Menge an Stickoxyden erzeugt wird. Als Maßnahme zur Verminderung der erzeugten Stickoxydmenge in der sekundären Verbrennungsstufe wird eine zum Teil zweistufige Verbrennung erwogen, in der die Verbrennung der unverbrannten Bestandteile durch feine Unterteilung der sekundären Verbrennungsstufe herbeigeführt wird.

Hierzu ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem die Verbrennung in mehreren Stufen erfolgt, wie dies beispielsweise aus Fig. 7 (C) ersichtlich ist. Da zwei im vertikalen Abstand voneinander liegende Injektionsdüsen c¹ und c" in der Nachbarschaft der Seitenrohrwände m angeordnet sind, erfolgt die Verbrennung in zwei oder mehr Stufen in der Nachbarschaft der Seitenrohrwände m, so daß im Vergleich zu einer Anordnung gemäß Fig. 7(A) und 7 (B) der Stickoxydanteil ver-

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mindert werden kann. Jedoch ist es außerordentlich schwierig, eine derartige lokale zweistufige Verbrennung der beschriebenen Art zu erreichen, da die gewünschte Luftverteilung, die von dem Durchmesser der Injektionsdüsen abhängt, nicht ohne weiteres erzielt werden kann. Wenn die Betriebsbedingungen geändert werden, so wird es darüberhinaus schwierig, Luft in optimaler Menge für eine vollständige Verbrennung der unverbrannten Bestandteile zuzuführen, deren Menge sich mit den Betriebsbedingungen ändert.

Somit ist es bei einer zweistufigen Verbrennung immer noch sehr schwierig, den Stickoxydanteil auf ein Minimum zu reduzieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, zur Vermeidung der geschilderten Nachteile eine Brennereinrichtung zu schaffen, mit der die Stickoxydemission aus dem Brennraum auf das praktisch erzielbar Minimum herabgedrückt wird.

Bei einer Brennereinrichtung der sich aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 ergebenden Gattung erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1; die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Brennereinrichtung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Luftverhältnis am Brenner und den am Brenner sowie in der sekundären Verbrennungsstufe bei einem einzelnen Brenner erzeugten Stickoxyde,

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β —

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem Luftverhältnxs am Brenner und dem Verhältnis der Stickoxydmenge zu der bei einem Luftverhältnis von 1,1 am Brenner erzeugten Grundmenge an Stickoxyden in einem Modellbrennraum mit einer Mehrzahl von Brennern,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren bekannten Brennereinrichtung,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie 4-4 in Fig. 4,

Fig. 6 eine schematische Veranschaulichung der Verteilung der Kohlenmonoxydkonzentratxon bei der abgestuften Verbrennung einer Brennereinrichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 7 (A), (B) und (C) schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Anordnungen der Injektionsdüsen für Sekundärluft bei einer Brennereinrichtung gemäß Fig. 4,

Fig. 8 (A) eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem Sauerstoffgehalt in Prozenten und dem Verhältnis des Stickoxydanteils im Abgas einer Brennereinrichtung mit Injektionsdüsen für die Sekundärluft in der aus Fig. 7 (A) ersichtlichen Anordnung und des Stickoxydanteils im Abgas einer Brennereinrichtung mit zweistufiger Verbrennung und Sekundärluftdüsenanordnung der in Fig. 5 veranschaulichten Art,

Fig. 8 (B) eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem Sauerstoffgehalt in Prozenten und dem Kohlenmonoxydgehalt in ppm im Abgas aus einer Brennereinrichtung mit einer Sekundärluftdüsenanordnung der aus Fig. 7 (A) ersichtlichen Art bzw. im Abgas aus einer Brennereinrichtung der aus Fig. 5 ersichtlichen Art,

Fig. 9 (A) eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung

des Zusammenhanges zwischen dem Sekundärluftverhältnxs 709840/0622

• Η»

in Prozenten und dem Kohlenmonoxydgehalt in ppm im Abgas einer Brennereinrichtung mit der Sekundärluftdüsenanordnung gemäß Fig. 7 (A) bzw. aus einer Brennereinrichtung nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung ,

Fig. 9 (B) eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem Sekundärluftverhält— nis in Prozenten und dem Verhältnis des Stickoxydgehalts im Abgas einer Brennereinrichtung mit einer Sekundärluftdüsenanordnung gemäß Fig. 7 (A) und im Abgas einer Brennereinrichtung nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 10 eine schematische Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung,

Fig. 11 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung und

Fig. 12 und 13 Schnitte gemäß Linien XII-XII bzw. XIII-XIII aus Fig'. 11.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 sind mit 1 der Brennraum beispielsweise eines Kessels, mit 2 die Brenner, mit 3 Sekundärluftdüsen, mit 4 ein Luftvorwärmer, mit 5 ein Schornstein, mit 6 ein Vorlageluftgebläse, mit 7 ein Abgasrückfördergebläse, mit 8 und 9 Gasmischer, mit 10, 11, 12, 13 und 14 Luftklappen zur Zugregulierung, mit 15 ein Kanal zur Zuführung von Verbrennungsluft zu den Brennern 2, mit 16 ein Kanal zur Zuführung von Sekundärluft zu den Düsen 3 und mit 17 und 18 Gasrückförderkanäle bezeichnet.

Der Gasrückförderkanal 17 steht mit dem Luftkanal 15 in Verbindung, der seinerseits an die Brenner 2 angeschlossen ist, während der Gasrückförderkanal 18 an den Sekundärluftkanal 18 angeschlossen ist, der seinerseits mit den Sekundärluftdüsen 3 in Verbindung steht. Die Luftklappen 11 und 12

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in den Kanälen 18 und 17 steuern die Strömung des Abgases.

Die Primärluft wird durch das Vorlagegebläse 6 unter Druck gesetzt und im Luftvorwärmer 4 vom Abgas vorgewärmt, und sodann durch die Luftklappe 13 in den Primärluftkanal 15 und den Sekundärluftkanal 16 aufgeteilt. Das stromauf des Luftvorwärmers 4 abgezapfte Abgas wird durch das Abgasrückfördergebläse 7 unter Druck gesetzt und mittels der Luftklappen 12 und 11 auf die Abgaskanäle 17 und 18 aufgeteilt und in den Mischern 8 und 9 gleichmäßig der Verbrennungsluft zugemischt. Die Mischung aus Verbrennungsluft und Abgas wird sodann durch die Kanäle 15 und 16 den Brennern 2 und den Sekundärluftdüsen 3 zugeführt.

Die Strömungsgeschwindigkeit oder Strömungsmenge des rückzufördernden Abgases kann durch die Luftklappen 11 bis 14 gesteuert werden. Wenn die Luftklappen 12 und 13 offen sind, während die Luftklappen 11 und 14 geschlossen sind, so wird das rückgeförderte Abgas lediglich mit der den Brennern 2 zuzuführenden Primärluft gemischt und wird kein Abgas der den Sekundärluftdüsen 3 zugeleiteten Sekundärluft beigemischt. Wenn andererseits die Luftklappen 11 und 13 geöffnet sind, während die Luftklappen 12 und 14 geschlossen sind, so wird das Abgas lediglich mit der Sekundärluft, nicht jedoch mit der den Brennern 2 zuzuführenden Primärluft gemischt. Wenn die Luftklappen 12 und 14 offen und die Luftklappen und 13 geschlossen sind, so wird Abgas sowohl der Sekundärluft als auch der Primärluft zugemischt. Wenn die Luftklappen 11, 12 und 13 geöffnet sind, während die Luftklappe 14 geschlossen ist und der Öffnungsgrad der Luftklappen 11 und 12 auf geeignete Weise eingestellt wird, so kann das Volumenverhältnis zwischen dem der Primärluft für die Brenner 2 und dem der Sekundärluft zugemischten Abgas auf geeignete Weise eingestellt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 11, 12 und 13 wird

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- yt -

* η.

die in einem Luftkanal 21 strömende Verbrennungsluft in einen Sekundärluftkanal 30 und eine Windform 22 für eine Mehrzahl von Brennern 24 aufgeteilt, von der aus die Verbrennungsluft durch die Brenner 24 hindurch in den Brennraum eingeleitet wird. Die Brenner 24 sind mit gleichen gegenseitigen horizontalen und vertikalen Abständen in der aus den Fig. 11 und 12 ersichtlichen Weise in horizontalen und vertikalen Reihen angeordnet und erstrecken sich durch brennerseitige Rohrwände 23 hindurch. Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, erstreckt sich ein Sekundärluftkanal 16 nach oben und steht mit dem Sekundärluftkanal 30 in Verbindung, von dem aus Sekundärluft über Sekundärluftdüsen 3, 3¹ und 3" in den Brennraum eingeleitet wird, die sich oberhalb der obersten Reihe der Brenner 24 durch die brennerseitigen Rohrwände 23 hindurch erstrecken. Die Sekundärluftdüsen 3 liegen in horizontalen Abständen nebeneinander, die im wesentlichen den horizontalen Abständen zwischen den einzelnen Brennern 24 entsprechen. Weiterhin liegen die Sekundärluftdüsen 3 in vertikalem Abstand von der obersten Reihe der Brenner 24, wobei dieser Abstand etwa dem vertikalen Abstand der einzelnen Brenner untereinander entspricht, und fluchten mit den Brennern 24 in jeder vertikalen Reihe. Die Sekundärluftdüse 3' fluchtet in horizontaler Richtung mit den Sekundärluftdüsen 3 und ist in der Nachbarschaft von Seitenrohrwänden 25 angeordnet, während die Sekundärluftdüse 3' in vertikaLer Richtung mit der S ekundärluft düse 3¹ fluchtet und oberhalb der Sekundärluftdüse 3' liegt.

Eine Luftklappe 26, die im Sekundärluftkanal 16 angeordnet ist, steuert die Zuströmung der Primärluft in die Windform an den Brennern 24 und die Zuströmung von Sekundärluft zu den Sekundärluftdüsen 3, 3* und 3". Ein Steuerorgan 27 liegt stromauf sehr nahe am Einlaß jeder Sekundärluftdüse 3, 3¹ oder 3" und dient zur Feineinstellung der Zuströmung der Sekundärluft zu den einzelnen Düsen. Zwischen dem Steuerorgan 27 und der Mündung jeder Sekundärluftdüse 3, 3¹ und 3" ist eine

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Wärmeschutzplatte 28 angeordnet, welche einen Hitzeschild für das Steuerorgan 27 und den Sekundärluftkanal 30 gegen die direkte Wärmestrahlung aus der Brennkammer bildet. Wie am besten aus Fig. 13 ersichtlich ist, strömt die Sekundärluft aus dem Sekundärluftkanal 16 in Vorlagekanäle 29, die mit den Sekundärluftdüsen 3, 3¹ und 3" in Verbindung stehen.

Die im Luftkanal 21 fließende Verbrennungsluft wird durch die Luftklappen 26 (vgl. auch Fig. 12) derart gesteuert, daß ein vorbestimmtes Aufteilungsverhältnis der Zuströmung zur Windform 22 und zu den Sekundärluftkanälen 16 erzielbar ist. Statt dessen kann die Luftverteilung jedoch auch durch die Steuerorgane 27 eingestellt werden.

Die durch die Windform 22 strömende Primärluft wird über die Brenner 27 eingeleitet und wird zur Verbrennung mit dem Brennstoff gemischt. Die in den Sekundärluftkanalen 16 und 30 strömende Sekundärluft wird durch die Steuerorgane 27 eingestellt und durch die Sekundärluftdüsen 3, 3' und 3" in die Brennkammer eingeführt, um die Verbrennung in der sekundären Verbrennungsstufe zu unterhalten. Daher wird keine lokale Hochtemperaturzone ausgebildet, so daß die Erzeugung von Stickoxyden auf ein Minimum gedrückt wird.

Wie nachstehend anhand der Fig. 9 (A) und 9 (B) im einzelnen erläutert wird, arbeitet eine Brennereinrichtung gemäß den Fig. 11, 12 und 13 erheblich besser als eine Brennereinrichtung mit der bereits verbesserten Sekundärdüsenanordnung gemäß Fig. 7 (A). Wie aus Fig. 9 (A) ersichtlich ist, ist die Kohlenmonoxydemission einer erfindungsgemäßen Brennereinrichtung geringfügig höher als bei einem bekannten Ofen, wenn das Sekundärluftverhältnis hoch ist. Die Emission an Kohlenmonoxyd (CO) aus der erfindungsgemäßen Brennereinrichtung ist mit der ausgezogenen Linie veranschaulicht, während die Kohlenmonoxydemission des bekannten Ofens durch die gestrichelte Linie veranschaulicht ist. Gemäß Fig. 9 (B)

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erreicht das Stickoxydverhältnis oder Reduktionsverhältnis des Stickoxydes (NOx) bei dem bekannten Ofen in der weiter oben bereits erläuterten Weise bei einem Sekundärruftverhältnis von 30% ein Minimum oder Maximum, wobei das Stickoxydverhältnis in der durch die gestrichelte Linie veranschaulichten Weise bei einem Sekundärluftverhältnis oberhalb von 30% ansteigt. Wie andererseits die ausgezogene Linie veranschaulicht, die für eine erfindungsgemäße Brennereinrichtung gilt, sinkt der relative Stickoxydgehalt bei weiter ansteigendem Sekundärluftverhältnis weiter, und zwar wegen der verbesserten Anordnung der Sekundärluftdüsen, deren Luftverteilung hinsichtlich der Düsen 3' und 3¹¹, die den Seitenrohrwänden 25 am nächsten liegen, mittels der Steuerorgane 27 steuerbar ist. Darüberhinaus kann erfindungsgemäß die Luftverteilung an den Sekundärluftdüsen 3» 3¹ und 3" sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung durch die Steuerorgane 27 eingestellt werden, so daß sowohl die unverbrannten Brennstoffbestandteile als auch die Stickoxyde auf ein Minimum gedrückt werden können, wie dies durch bekannte Brennereinrichtung nicht möglich ist.

Im Zusammenhang mit der Erläuterung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist angenommen worden, daß die Sekundärluftdüsen 3 in einer Reihe oberhalb der obersten Reihe der einzelnen Brenner 24 und die Sekundärluftdüsen 3" über den Sekundärluftdüsen 3' liegen, jedoch liegt auf der Hand, daß die Sekundärluftdüsen 3" auch unter den Sekundärluftdüsen 3¹ angeordnet sein können und daß die Sekundärluftdüsen 3 gegenüber den Brennern versetzt, beispielsweise zick-zack-förmig angeordnet sein können. Darüberhinaus können die Sekundärluftdüsen 3, 3¹ und 3" in einer Mehrzahl von Einzelreihen angeordnet sein. Eine erfindungsgemäße Brennereinrichtung eignet sich nicht nur für Kessel mit Rohrwänden, sondern zur Befeuerung jedes beliebigen Brennraumes. Somit sind vielfache Abwandlungen und Abänderungen

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der erläuterten Ausführungsformen der Erfindung möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Zusammenfassend kann somit bei der ersten Ausführungsform der Erfindung das Verhältnis des mit der Primärluft und mit der Sekundärluft zu vermischenden Abgases zwischen 0% und einem maximal zulässigen Wert durch Luftklappen geändert werden, je nach dem Verhältnis der im Brennerbereich und in der sekundären Verbrennungsstufe erzeugten Stickoxydmenge, wobei das Verhältnis dieser Stickoxydanteile vom Luftverhältnis am Brenner, von der Brennstoffart, von der konstruktiven Auslegung der Brenner usw. abhängt. Obwohl somit das Abgas mit einem vorbestimmten Durchsatz rückgefördert wird, kann die Gesamtemission an Stickoxyden auf ein Minimum reduziert werden, wie es bei bekannten Öfen bislang nicht möglich war.

Während das Zumischungsverhältnis von Abgas bei bekannten Brennereinrichtungen begrenzt ist, gestattet die zweite Ausführungsform der Erfindung die Verwirklichung eines optimalen Mischungsverhältnxsses, welches oberhalb desjenigen Verhältnisses Üegt, welches mit bekannten Brennereinrichtungen verarbeitet werden kann, ohne daß dabei jedoch die stabile Verbrennung beeinträchtigt wird, so daß die Erzeugung von Stickoxyden auf ein Minimum reduziert werden kann.

Mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung kann eine optimale Verteilung der Sekundärluftzuführung in Abhängigkeit von der jeweiligen Verteilung der unverbrannten Bestandteile im Brennraum erzielt werden.

Auch dann, wenn das Sekundärluftvolumen, also das Sekundärluf tverhältnis, bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung erhöht wird, kann dennoch die Verteilung der Sekundärluft im Brennraum optimal gesteuert werden, so daß eine Erzeugung von Stickoxyden infolge der sekundären Verbrennung auf ein

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- Ver -

Minimum herabgedrückt werden kann und somit die Stickoxydemission insgesamt deutlich vermindert werden kann.

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Claims

Patentansprüche

rennereinrichtung mit einem Abgasrückförderkanal zu einem au den Brennern führenden Luftkanal, und mit einem zu Sekundärluft düsen führenden Sekundär luftkanal zur Erzeugung einer zweistufigen Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Abgasriickförderkanal (18) an den Sekundärluftkanal (16) angeschlossen ist und daß in beiden Abgas— rückförderkanälen (17₉ 18) Luftklappen (11, 12) angeordnet sind, mit denen die jeweiligen Zuströmung von Abgas zwischen 0 und 100% einstellbar ist.
2. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (2; 24) an jeder Seite von brennerseitigen Rohrwänden (23) in einer Mehrzahl vertikaler und horizontaler Seihen angeordnet sind, daß die Sekundärluft düsen (3, 3*, 3") oberhalb der obersten horizontalen Brennerreihe angeordnet sind, wobei die seitlich äußersten Sekundärluft— düsen (3*, 3") zur Einführung von Sekundärluft in die Abstracting der in den Brennraum eingeführten und in ihm erzeugten Brenngase näher an den Seitenrohrwänden (25) des Brennraums angeordnet sind als die Brenner (24) der jeweils seitlich äußeren vertikalen Seihe, und daß am Eintritt in jede Sekundärluftdüse (3» 3¹, 3") eine Einrichtung (27) zur Steuerung der Sekxmdärluftzuströmung vorgesehen ist.

3· Brennereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Sekundärluftdüsen (3^lf) in vertikaler Richtung fluchtend mit den seitlich äußersten Sekundärluftdüsen (3*) angeordnet sind.

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