DE69217500T2

DE69217500T2 - METHOD AND DEVICE FOR COMBUSTION OF A GAS MIXTURE

Info

Publication number: DE69217500T2
Application number: DE69217500T
Authority: DE
Inventors: Het Veld Andre In; Paulus Vloon
Original assignee: Nefit Fasto BV
Current assignee: Nefit Buderus BV
Priority date: 1991-10-03
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-10-03
Also published as: EP0605645A1; WO1993007420A1; EP0605645B1; NL9101668A; DE69217500D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Verbrennen eines brennbaren Gasgemisches, das ein Kohlenwasserstoff- oder Wasserstoff-Gas, ausreichend Luft für eine vollständige Verbrennung des Kohlenwasser- oder Wasserstoff-Gases und ein im wesentlichen nicht brennbares Ballast-Gas enthält. Das Gasgemisch wird unter Druck in einen Druckraum eingespeist, der mindestens teilweise von einer Brennerplatte mit einer Einlaßseite im Druckraum und einer der Einlaßseite gegenüberliegenden Auslaßseite für das Gasgemisch begrenzt ist, das in einer Richtung rechtwinklig zur Ebene der Brennerplatte hindurchströmt. Ein derartiges Verfahren und eine derartige Anordnung sind aus EP-A-0 092 838 bekannt.The invention relates to a method and an installation for burning a combustible gas mixture which contains a hydrocarbon or hydrogen gas, sufficient air for complete combustion of the hydrocarbon or hydrogen gas and a substantially non-combustible ballast gas. The gas mixture is fed under pressure into a pressure chamber which is at least partially delimited by a burner plate with an inlet side in the pressure chamber and an outlet side opposite the inlet side for the gas mixture which flows through in a direction perpendicular to the plane of the burner plate. Such a method and such an arrangement are known from EP-A-0 092 838.

Um die zunehmend strenger werdenden Umwelt-Standards erfüllen zu können, ist es erforderlich, die Flammentemperatur in Brennern herabzusetzen. Insbesondere ist es erwünscht, den Betrieb mit einer Flammentemperatur durchzuführen, die an beliebigen Stellen innerhalb der Flamme zwischen 600ºC und 800ºC liegt, da einerseits die NOX- Emission in Grenzen gehalten werden kann, wenn die Flammentemperatur niedriger als 800ºC ist, und da andererseits die Emission von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen durch Wahl einer Flammentemperatur höher als 600ºC niedrig gehalten werden kann.In order to meet increasingly strict environmental standards, it is necessary to reduce the flame temperature in burners. In particular, it is desirable to operate with a flame temperature that is between 600ºC and 800ºC at any point within the flame, since on the one hand the NOX emission can be kept within limits if the flame temperature is lower than 800ºC, and on the other hand the emission of carbon monoxide and hydrocarbons can be kept low by choosing a flame temperature higher than 600ºC.

Um eine niedrigere Flammentemperatur in einem Brenner zu erzielen, sind verschiedene Prinzipien bekannt.Various principles are known for achieving a lower flame temperature in a burner.

Ein erstes Prinzip besteht darin, daß Wärme aus der Flamme durch eine Oberfläche entzogen werden kann, die in oder in der Nähe der Flammen angeordnet ist, und die dadurch zu glimmen beginnt und die Wärme überträgt, die von der Flamme mit Hilfe von Strahlung an ein zu erhitzendes Element, z.B. einen Wärmetauscher, abgeführt wird. Es kann jedoch auf diese Weise nur eine begrenzte Leistung pro Flächeneinheit erzielt werden, und deshalb kann ein kompakter Brenner damit nicht erzielt werden.A first principle is that heat can be extracted from the flame by a surface placed in or near the flames, which will then begin to glow and transfer the heat carried away by the flame by radiation to an element to be heated, e.g. a heat exchanger. However, only a limited power per unit area can be achieved in this way, and therefore a compact burner cannot be achieved.

Ferner ist bei einem nach diesem Prinzip arbeitenden Brenner die Stabilität der Verbrennung während der Abgabemodulation ein Problem.Furthermore, with a burner operating according to this principle, the stability of the combustion during delivery modulation is a problem.

Ein zweites Prinzip zur Erzielung einer niedrigeren Flammentemperatur besteht darin, den Luftfaktor auf einen Wert größer als 1 zu erhöhen, d.h., daß das brennbare Gasgemisch mehr Luft enthält, als mit der brennbaren Komponente des Gases während der vollständigen Verbrennung reagieren kann. Die Verwendung von hohen Luftfaktoren in Brennern nach dem Stand der Technik ist jedoch nicht so einfach möglich. Insbesondere ist es für den Fall von Luftfaktoren größer als 1,4 schwierig, eine stabile Flamme zu erhalten, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die niedrige Flammentemperatur und die niedrige Temperatur der Brenneroberfläche aufgrund des hohen Luftfaktors nicht ausreichend sind, um das Gasgemisch stabil zu zünden, und die hohe Gasgeschwindigkeit, die sich auch aus dem hohen Luftfaktor ergibt, zum Wegblasen der Flamme führt.A second principle for achieving a lower flame temperature is to increase the air factor to a value greater than 1, i.e. that the combustible gas mixture contains more air than can react with the combustible component of the gas during complete combustion. However, the use of high air factors in state-of-the-art burners is not so easy. In particular, in the case of air factors greater than 1.4, it is difficult to obtain a stable flame due to the fact that the low flame temperature and the low temperature of the burner surface due to the high air factor are not sufficient to ignite the gas mixture in a stable manner and the high gas velocity, which also results from the high air factor, leads to the flame blowing away.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, mit der eine Verbrennung eines brennbaren Gasgemisches ermöglicht wird, das ein im wesentlichen nicht brennbares Ballast-Gas enthält, insbesondere ein Gasgemisch mit einem Luftfaktor größer als 1,4 oder ein Gasgemisch, dem über einen Rezirkulationsprozeß Abgas hinzugefügt wird, während eine hohe spezifische Abgabe und eine stabile, resonanzfreie Verbrennung beibehalten wird.The object of the invention is to provide a method and a system which enables combustion of a combustible gas mixture which contains a substantially non-combustible ballast gas, in particular a gas mixture with an air factor greater than 1.4 or a gas mixture to which exhaust gas is added via a recirculation process, while maintaining a high specific output and a stable, resonance-free combustion.

Weiter ist Aufgabe der Erfindung, die Möglichkeit einer größeren Modulation der Abgabe über einen großen Bereich zu erzielen.A further object of the invention is to achieve the possibility of a greater modulation of the output over a large range.

Diese Aufgaben werden bei dem vorerwähnten Verfahren durch die Verwendung einer Brennerplatte erzielt, bei der zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite ein oder mehrere Bereiche, die eine große Anzahl von schmalen Kanälen für den Gasdurchsatz haben, ausgebildet werden. Diese Bereiche haben einen vorbestimmten geringen Durchflußwiderstand, betrachtet von der Einlaßseite zur Auslaßseite der Brennerplatte, und sind durch Bereiche mit hohem Durchflußwiderstand begrenzt, in welchem die Bereiche mit geringem Durchflußwiderstand mindestens in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß bei einer Verbrennung des Gasgemisches an der Auslaßseite der Brennerplatte von jedem Bereich mit einem geringen Durchflußwiderstand eine Flamme auftritt, die mindestens nahezu vollständig getrennt von den Flammen der anderen Bereiche mit geringem Durchflußwiderstand ist. Eine derartige Brennerplatte ist an sich aus der EP-A- 0 267 671 bekannt und wird in einem atmosphärischen Gasbrenner für ein mit festen Brennstoff beheiztes Gasfeuer verwendet. Überraschenderweise haben Experimente gezeigt, daß mit einer derartigen Brennerplatte, die in einem Brenner betrieben wird, in welchem ein brennbares, ein im wesentlichen nicht brennbares Ballast-Gas enthaltendes Gasgemisch unter Druck in die Brennerplatte eingespeist wird, eine stabile und resonanzfreie Verbrennung erzielt werden kann.These objects are achieved in the above-mentioned method by using a burner plate in which one or more regions having a large number of narrow channels for the gas flow are formed between the inlet side and the outlet side. These regions have a predetermined low flow resistance, viewed from the inlet side to the outlet side of the burner plate, and are delimited by regions with high flow resistance, in which the regions with low flow resistance are at least at such a distance from each other such that when the gas mixture is burned on the outlet side of the burner plate, a flame appears from each region with a low flow resistance which is at least almost completely separated from the flames of the other regions with a low flow resistance. Such a burner plate is known per se from EP-A-0 267 671 and is used in an atmospheric gas burner for a gas fire heated with solid fuel. Surprisingly, experiments have shown that with such a burner plate, which is operated in a burner in which a combustible gas mixture containing an essentially non-combustible ballast gas is fed into the burner plate under pressure, stable and resonance-free combustion can be achieved.

Die Brennerplatte wird in einer Anlage verwendet, die einen Druckraum, mit dem das brennbare Gasgemisch über eine Zuführleitung eingespeist wird, einen Verbrennungsraum, in dem das Gasgemisch verbrannt wird, wobei beide Räume mindestens teilweise durch die Brennerplatte begrenzt sind, und eine Kompressionsvorrichtung zum Erzeugen eines Druckes im Druckraum, der höher ist als der Druck im Verbrennungsraum, aufweist. Die Brennerplatte hat eine Einlaßseite im Druckraum und eine Auslaßseite im Verbrennungsraum für das durch im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene der Brennerplatte strömende Gasgemisch, sowie eine Zündvorrichtung, die an der Auslaßseite der Brennerplatte in den Verbrennungsraum eingesetzt ist.The burner plate is used in a system that has a pressure chamber through which the combustible gas mixture is fed in via a feed line, a combustion chamber in which the gas mixture is burned, both chambers being at least partially delimited by the burner plate, and a compression device for generating a pressure in the pressure chamber that is higher than the pressure in the combustion chamber. The burner plate has an inlet side in the pressure chamber and an outlet side in the combustion chamber for the gas mixture flowing through essentially at right angles to the plane of the burner plate, as well as an ignition device that is inserted into the combustion chamber on the outlet side of the burner plate.

Bei einer solchen Anlage nach der Erfindung gibt es Bereiche zwischen den Flammen und in der Nähe der Ränder des Fußes der Flammen, die eine erheblich niedrigere Gasgeschwindigkeit als in den üblichen Bereichen der Flammen haben. Diese Bereiche mit einer geringeren Durchflußgeschwindigkeit bleiben bis auf einen großen Abstand von der Brennerplatte in Takt und gewährleisten eine stabile Verbrennung längs des Randes der Flamme. Solche Bereiche fehlen in einem Brenner, in welchem die Flammen miteinander verschmelzen, so daß in einem solchen Brenner andere Stabilisierungsmittel, z. B. Glimmbereiche oder getrennte Glimmelemente, erforderlich sind. Zusätzlich haben in einem Brenner mit einer Brennerplatte nach der Erfindung die Bereiche mit einer großen Anzahl von Kanälen für den Gasdurchsatz einen geringen, jedoch nicht vernachlässigbaren Durchfl ußwiderstand. Dieser Durchflußwiderstand bewirkt einen Druckabfall im Gasfluß mit dem Ergebnis, daß Druckschwankungen über der Brennerplatte vorhanden sind, die insbesondere in geschlossenen Geräten auftreten, die während der Verbrennung einen geringeren Einfluß auf die Gasflußgeschwindigkeit und die Gasverteilung durch die Brennerplatte haben, und es werden somit Flammenresonanzen unterdrückt. Eine Anlage nach der Erfindung ermöglicht somit eine stabile Verbrennung, und der Ausgang kann über einen großen Bereich moduliert werden.In such a device according to the invention there are areas between the flames and near the edges of the foot of the flames which have a considerably lower gas velocity than in the usual areas of the flames. These areas with a lower flow velocity remain intact up to a large distance from the burner plate and ensure stable combustion along the edge of the flame. Such areas are absent in a burner in which the flames merge with one another, so that in such a burner other stabilizing means are required, e.g. glow areas or separate glow elements. In addition, in a burner with a burner plate according to the invention the areas with a large number of channels for the gas flow a small but not negligible flow resistance. This flow resistance causes a pressure drop in the gas flow with the result that pressure fluctuations are present across the burner plate, which occur particularly in closed devices which have less influence on the gas flow rate and the gas distribution through the burner plate during combustion, and flame resonances are thus suppressed. A system according to the invention thus enables stable combustion and the output can be modulated over a wide range.

Aufgrund der Verwendung eines Ballast-Gases, das Wärme während der Verbrennung absorbiert und damit die Flammentemperatur verhältnismäßig stark absenkt, hat die Brennerplatte eine niedrige Oberflächentemperatur Die Brennerplatte kann damit eine lange Lebensdauer haben, und es brauchen keine strengen Standards in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften eingehalten werden.Due to the use of a ballast gas that absorbs heat during combustion and thus lowers the flame temperature relatively significantly, the burner plate has a low surface temperature. The burner plate can therefore have a long service life and no strict standards need to be met with regard to mechanical properties.

Das Ballast-Gas kann Luft sein, das zu einem Luftfaktor des brennbaren Gasgemisches von mehr als 1 führt, oder aber es kann ein Teil des Gasgemisches nach der Verbrennung dem brennbaren Gasgemisch hinzugefügt werden, damit es als Ballast-Gas dient. In letzterem Fall ist der Verbrennungsraum der Anlage mit der Zuführleitung für das brennbare Gasgemisch verbunden. Ein weiteres geeignetes Ballast-Gas ist Wasser, und für spezielle Brenneranwendungen können andere Ballast-Gase verwendet werden. Ein Ballast-Gas kann selbst ein Gemisch aus unterschiedlichen Gasen sein.The ballast gas can be air, resulting in an air factor of the combustible gas mixture of more than 1, or a part of the gas mixture can be added to the combustible gas mixture after combustion to serve as a ballast gas. In the latter case, the combustion chamber of the plant is connected to the supply line for the combustible gas mixture. Another suitable ballast gas is water, and for special burner applications other ballast gases can be used. A ballast gas can itself be a mixture of different gases.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Anlage nach der Erfindung sind die schmalen Kanäle in der Brennerplatte labyrinthförmig in den Bereichen mit einem geringen Durchflußwiderstand ausgebildet, d.h., daß die Achse eines Kanales im allgemeinen keine gerade Linie bildet, und die Kanäle können miteinander verbunden sein. Diese Bereiche können durch ein poröses Material, z.B. keramisches Material, ausgebildet sein.In an advantageous embodiment of the system according to the invention, the narrow channels in the burner plate are designed in a labyrinth shape in the areas with a low flow resistance, i.e. the axis of a channel generally does not form a straight line, and the channels can be connected to one another. These areas can be formed by a porous material, e.g. ceramic material.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die schmalen Kanäle in der Brennerplatte geradlinig ausgebildet und laufen parallel zueinander in einer Richtung rechtwinklig zur Ebene der Brennerplatte. Auf diese Weise ist es möglich, die Kanäle durch Schneiden mit einem Laserstrahl oder Wasserstrahl oder dgl. herzustellen. Um einen ausreichenden Druchflußwiderstand zu erzielen, wird ein hydraulischer Durchmesser der Kanäle vorgesehen, der kleiner ist als 0,4 mm, und der vorzugsweise kleiner ist als 0,2 mm.In another embodiment, the narrow channels in the burner plate are formed in a straight line and run parallel to one another in a direction perpendicular to the plane of the burner plate. In this way, it is possible to produce the channels by cutting them with a laser beam or water jet or the like. In order to achieve sufficient flow resistance, a hydraulic diameter of the channels is provided which is smaller than 0.4 mm and which is preferably smaller than 0.2 mm.

Die Brennerplatte ist zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß der kleinste Querschnitt eines jeden Bereiches mit einem geringen Druchflußwiderstand zwischen der Einlaß- und der Auslaßseite, betrachtet in der Ebene der Brennerplatte, mindestens etwa 5mm² beträgt, und daß die Summe dieser kleinsten Querschnitte aller Bereiche mit geringem Durchflußwiderstand höchstens 70 % der Querschnittsfläche der Brennerplatte auf der Auslaßseite beträgt.The burner plate is suitably designed so that the smallest cross-section of each area with a low flow resistance between the inlet and outlet sides, viewed in the plane of the burner plate, is at least about 5mm², and that the sum of these smallest cross-sections of all areas with low flow resistance is at most 70% of the cross-sectional area of the burner plate on the outlet side.

Insbesondere ist die Brennerplatte so ausgelegt, daß die vorerwähnte Summe der kleinsten Querschnitte mindestens etwa 10 % und höchstens etwa 50 % der Querschnittsfläche der Brennerplatte auf der Auslaßseite beträgt; insbesondere betragen die niedrigsten und höchsten Prozentzahlen 20 und 40.In particular, the burner plate is designed such that the aforementioned sum of the smallest cross-sections is at least about 10% and at most about 50% of the cross-sectional area of the burner plate on the outlet side; in particular, the lowest and highest percentages are 20 and 40.

Die Bereiche in der Brennerplatte mit einem geringen Durchflußwiderstand haben vorteilhafterweise eine im wesentlichen runden Querschnitt, in der Ebene der Brennerplatte betrachtet, mit dem Ergebnis, daß Flammen mit einer natürlichen Form entstehen können.The areas in the burner plate with a low flow resistance advantageously have a substantially round cross-section, viewed in the plane of the burner plate, with the result that flames with a natural shape can be created.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform wird erhalten, wenn die Platte aus einer Basisplatte aus im wesentlichen gasdichtem Material besteht, wobei diese Platte mit Löchern versehen ist, deren Ränder die Begrenzungen der Bereiche mit einem niedrigen Durchflußwiderstand festlegen, und wobei die Platte aus einer gasdurchlässigen Struktur besteht, die sich über mindestens den Querschnitt der Löcher erstreckt.A particularly useful embodiment is obtained when the plate consists of a base plate made of essentially gas-tight material, this plate being provided with holes whose edges define the boundaries of the areas with a low flow resistance, and the plate consisting of a gas-permeable structure which extends over at least the cross section of the holes.

Insbesondere kann die gasdurchlässige Struktur in Form einer im wesentlichen flachen Platte hergestellt werden, die die vorerwähnte Basisplatte bedeckt. Auf diese Weise kann die Brennerplatte in besonders einfacher Weise aus zwei Platten zusammengesetzt werden.In particular, the gas-permeable structure can be made in the form of a substantially flat plate covering the aforementioned base plate. In this way, the burner plate can be assembled from two plates in a particularly simple manner.

Es ist ferner möglich, die Löcher in der Basisplatte mindestens teilweise mit der gasdurchlässigen Struktur zu füllen. Dies ermöglicht, eine dünne Brennerplatte zu erreichen, insbesondere, wenn die gasdurchlässige Struktur, die den Querschnitt der Löcher bedeckt, vollständig in diesen Löchern untergebracht ist.It is further possible to at least partially fill the holes in the base plate with the gas-permeable structure. This makes it possible to achieve a thin burner plate, in particular if the gas-permeable structure covering the cross-section of the holes is completely housed in these holes.

In Bezug auf den Preis und die Lieferzeit ist es zweckmäßig, als Basisplatte eine übliche, perforierte Metallplatte auszuwählen.In terms of price and delivery time, it is advisable to choose a standard perforated metal plate as the base plate.

Eine andere mögliche Ausführungsform weist eine gasdurchlässige Platte auf, die örtlich verdichtet ist, um dort die Bereiche mit einem hohen Durchflußwiderstand auszubilden Dies macht es wiederum möglich, eine dünnere Brennerplatte herzustellen, und zusätzlich stellt die Platte eine sich selbst tragende Einheit dar.Another possible embodiment has a gas-permeable plate that is locally compacted to form the areas with a high flow resistance. This in turn makes it possible to produce a thinner burner plate and in addition, the plate represents a self-supporting unit.

Die gasdruchlässige Platte kann örtlich in einfacher Weise dadurch verdichtet werden, daß sie mit einem Füllmaterial imprägniert wird. Die Verdichtung kann auch dadurch erzielt werden, daß die Platte an den Stellen komprimiert wird, an denen Bereiche mit einem hohen Durchflußwiderstand ausgebildet werden müssen.The gas-permeable plate can be compacted locally in a simple manner by impregnating it with a filling material. Compaction can also be achieved by compressing the plate at the points where areas with a high flow resistance must be created.

Die Struktur der gasdurch lässigen Platte bei dieser Ausführungsform kann eine Schaumstruktur sein, so daß ein einfaches Herstellverfahren möglich ist. Die gasdurch lässige Platte kann auch in Form von zwei Schaumstrukturen mit unterschiedlichem Grad von Gasdurchlässigkeit erreicht werden.The structure of the gas-permeable plate in this embodiment may be a foam structure, so that a simple manufacturing process is possible. The gas-permeable plate may also be achieved in the form of two foam structures with different degrees of gas permeability.

Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen können die Bereiche mit einem niedrigen Durchflußwiderstand zweckmäßigerweise aus Metallfasern oder Aluminiumoxydfasern auf Kosten des Widerstandes dieser Materialien gegenüber den auftretenden Temperaturen hergestellt werden. Metallfasern können auch imprägniert sein, was u.a. bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel von Vorteil ist, bei dem der Brenner eine Platte ist, die lokal durch Imprägnieren verdichtet ist. Aluminiumoxydfasern können in besonders zweckmäßiger Weise durch Aufsprühen auf einen Träger aufgebracht werden, was sie gut geeignet für den Einsatz in Verbindung mit einer Basisplatte nach einer früher beschriebenen Ausführungsform macht.In the embodiments described above, the areas with a low flow resistance can expediently be made of metal fibers or aluminum oxide fibers at the expense of the resistance of these materials to the occurring temperatures. Metal fibres can also be impregnated, which is advantageous in the embodiment described above, in which the burner is a plate which is locally compacted by impregnation. Aluminium oxide fibres can be applied to a support in a particularly convenient manner by spraying, which makes them well suited for use in conjunction with a base plate according to an embodiment described earlier.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben:The invention is described below in conjunction with the drawing:

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Anlage nach der Erfindung,Figure 1 shows a schematic view of an embodiment of a system according to the invention,

Figur 2 zeigt eine teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Brennerplatte zur Verwendung in einer Anlage nach der Erfindung,Figure 2 shows a partially broken away perspective view of a first embodiment of a burner plate for use in a system according to the invention,

Figur 3 zeigt eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Brennerplatte zur Verwendung in einer Anlage nach der Erfindung,Figure 3 shows a partially broken away perspective view of a second embodiment of a burner plate for use in a system according to the invention,

Figur 4 zeigt eine teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer Brennerplatte zur Verwendung in einer Anlage nach der Erfindung,Figure 4 shows a partially broken away perspective view of a third embodiment of a burner plate for use in a system according to the invention,

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer Brennerplatte zur Verwendung in einer Anlage nach der Erfindung,Figure 5 shows a cross section through a fourth embodiment of a burner plate for use in a system according to the invention,

Figur 6 zeigt einen Schnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer Brennerplatte zur Verwendung in einer Anlage nach der Erfindung.Figure 6 shows a section through a fifth embodiment of a burner plate for use in a system according to the invention.

Figur 1 zeigt einen Heizkessel 21 mit einer Lufteinlaßleitung 22 und einer Gaseinlaßleitung 23, die in eine Mischkammer 24 münden, in der die zugeführte Luft und das zugeführte Gas gemischt werden. Die Pfeile in dieser Figur geben die Richtung der Strömung des Mediums an. Die Mischkammer 24 ist mit einer Zuführleitung 25 verbunden, in der ein Gebläse 26 angeordnet ist, das das brennbare Gas/Luft-Gemisch druckaufladen kann. Die Zuführleitung 25 endet in einem Druckraum 27, der durch eine Brennerplatte 6 begrenzt ist. Auf der anderen Seite der Brennerplatte 6 ist eine Kombination aus Zündvorrichtung und Temperatursensor 28 in einem Verbrennungsraum 29 angeordnet. In der Nähe dieses Verbrennungsraumes 29 ist ein Wärmetauscher 30 vorgesehen, durch den die heißen Verbrennungsgase, die von getrennten Flammen kommen, strömen und Wärme auf ein weiteres Medium übertragen, das ebenfalls durch den Wärmetauscher 30 strömt. Im Anschluß daran können die Verbrennungsgase durch eine Abgabeleitung 31 abströmen. Der Heizkessel 31 kann beispielsweise als zentraler Heizkessel verwendet werden, und kann dann mit natürlichem Gas beheizt werden. Um die Flammentemperatur im Brenner abzusenken, kann überschüssige Luft in die Mischkammer 24 eingespeist werden, oder aber ein Teil der Gase kann mit Hilfe einer Rezirkulationsleitung 32 erneut in Umlauf gesetzt werden. Die Rezirkulationsleitung 32 ist gestrichelt dargestellt und verbindet die Abgabeleitung 31 mit der Zuführleitung 25. Auf diese Weise wird im wesentlichen nicht verbrennbares Ballast-Gas dem brennbaren Gasgemisch in der Zuführleitung 25 hinzugefügt. Die Rezirkulationsleitung 32 kann ein Steuerventil 33 zum Einstellen des Durchflusses in der Leitung 32 aufweisen.Figure 1 shows a boiler 21 with an air inlet line 22 and a gas inlet line 23, which open into a mixing chamber 24 in which the supplied air and the supplied gas are mixed. The arrows in this figure indicate the direction of the flow of the medium. The mixing chamber 24 is connected to a supply line 25 in which a fan 26 is arranged, which can pressurize the combustible gas/air mixture. The supply line 25 ends in a pressure chamber 27, which is delimited by a burner plate 6. On the other side of the burner plate 6 is a combination of Ignition device and temperature sensor 28 arranged in a combustion chamber 29. Near this combustion chamber 29 a heat exchanger 30 is provided through which the hot combustion gases coming from separate flames flow and transfer heat to another medium which also flows through the heat exchanger 30. The combustion gases can then flow out through a discharge line 31. The boiler 31 can be used, for example, as a central boiler and can then be heated with natural gas. In order to reduce the flame temperature in the burner, excess air can be fed into the mixing chamber 24, or some of the gases can be recirculated by means of a recirculation line 32. The recirculation line 32 is shown in dashed lines and connects the discharge line 31 to the supply line 25. In this way, essentially non-combustible ballast gas is added to the combustible gas mixture in the supply line 25. The recirculation line 32 may have a control valve 33 for adjusting the flow in the line 32.

Bei dem Brenner nach Figur 1 ist eine Mischkammer 24 streng genommen nicht erforderlich, da das Gebläse 26 die gleiche Funktion ausführen kann. Ferner kann anstelle eines Gebläses 26 in der Zuführleitung 25 ein Gebläse in der Abgabeleitung 31 angeordnet sein, um die gleichen Gasströme im Heizkessel 21 zu erzeugen. Die Rezirkulationsleitung 32 kann mit der Mischkammer 24, der Lufteinlaßleitung 22 oder der Gaseinlaßleitung 23 verbunden sein, anstatt mit der Zuführleitung 25.In the burner according to Figure 1, a mixing chamber 24 is strictly speaking not required, since the fan 26 can perform the same function. Furthermore, instead of a fan 26 in the supply line 25, a fan can be arranged in the discharge line 31 to generate the same gas flows in the boiler 21. The recirculation line 32 can be connected to the mixing chamber 24, the air inlet line 22 or the gas inlet line 23, instead of to the supply line 25.

Figur 2 zeigt eine rechteckförmige Brennerplatte 1 mit einer Einlaßseite 2 und einer Auslaßseite 3 für ein Gasgemisch, das in der durch Pfeil A angedeuteten Richtung durch die Bereiche strömen kann, die durch schmale, parallele, geradlinige Kanäle mit einem geringen Durchflußwiderstand 4 strömen können. Die Bezugsziffer 5 gibt die Bereiche mit hohem Strömungswiderstand an. Die Brennerplatte kann eine Metallplatte sein, bei der die Kanäle durch Schneiden mittels Laser erstellt werden.Figure 2 shows a rectangular burner plate 1 with an inlet side 2 and an outlet side 3 for a gas mixture that can flow in the direction indicated by arrow A through the areas that can flow through narrow, parallel, straight channels with a low flow resistance 4. The reference number 5 indicates the areas with high flow resistance. The burner plate can be a metal plate in which the channels are created by cutting with a laser.

Figur 3 zeigt eine rechteckförmige Brennerplatte 6, die wiederum mit einer Einlaßseite 7 und einer Auslaßseite 8 versehen ist, durch die Gasgemisch in der durch einen Pfeil B angedeuteten Richtung strömen kann. Diese Brennerplatte besteht aus einer Metallplatte 9, die mit rechteckigen Löchern perforiert ist, und einer porösen Platte 11, die eine gasdurchlässge Struktur bildet und die aus aufgesprühten Aluminiumoxydfasern besteht. Die Richtung des Gasstromes kann ferner entgegengesetzt zu der Richtung des Pfeiles B festgelegt werden. In diesem Fall gibt die Bezugsziffer 8 die Einlaßseite und die Bezugsziffer 7 die Auslaßseite an.Figure 3 shows a rectangular burner plate 6, which in turn is provided with an inlet side 7 and an outlet side 8, through which gas mixture in the direction indicated by an arrow B This burner plate consists of a metal plate 9 perforated with rectangular holes and a porous plate 11 which forms a gas-permeable structure and which consists of sprayed-on aluminum oxide fibers. The direction of the gas flow can also be set opposite to the direction of arrow B. In this case, reference numeral 8 indicates the inlet side and reference numeral 7 the outlet side.

Figur 4 zeigt eine rechteckförmige Brennerplatte 12, die aus einer perforierten Basisplatte 13 besteht, welche mit einer porösen Schicht 14 versehen ist, die die Oberseite und die Unterseite der Platte bedeckt und die die Perforationen in der Basisplatte auffüllt.Figure 4 shows a rectangular burner plate 12 consisting of a perforated base plate 13 provided with a porous layer 14 covering the top and bottom of the plate and filling the perforations in the base plate.

Figur 5 zeigt eine Brennerplatte 1 5 ähnlich der Brennerplatte nach Figur 3; erstere unterscheidet sich von letzterer dadurch, daß runde, konische Löcher 1 7 in der Metallplatte 16 ausgebildet sind.Figure 5 shows a burner plate 15 similar to the burner plate according to Figure 3; the former differs from the latter in that round, conical holes 17 are formed in the metal plate 16.

Figur 6 zeigt eine Brennerplatte 18, die aus einer Metalifasermatte besteht, welche so verdichtet ist, daß Bereiche mit hohem Durchflußwiderstand 19 gebildet werden, die Bereiche mit geringem Strömungswiderstand 20 begrenzen.Figure 6 shows a burner plate 18 which consists of a metal fiber mat which is compressed in such a way that areas with high flow resistance 19 are formed which delimit areas with low flow resistance 20.

Eine Brennerplatte, die aus einer Metallplatte besteht, welche mit runden Löchern perforiert und mit einer porösen Platte abgedeckt ist, wurde getestet. Die Konfiguration dieser Platte und die Testbedingungen sind in Tabelle 1 angegeben, in der die Emission von schädlichen Substanzen ebenfalls angegeben ist, u.z. für eine Abgabe, die konstant gehalten wird, und als eine Funktion des Luftfaktors. Es ergibt sich hieraus eindeutig, daß eine beachtliche Verringerung dieser Emission im Vergleich zu bekannten Verbrennungsmethoden erzielt werden kann, wenn der Luftfaktor niedriger gehalten wurde und nie mehr als 1,4 betragen hat.A burner plate consisting of a metal plate perforated with round holes and covered with a porous plate was tested. The configuration of this plate and the test conditions are given in Table 1, where the emission of harmful substances is also given, for a discharge kept constant and as a function of the air factor. It is clear from this that a considerable reduction in this emission can be achieved compared to known combustion methods if the air factor is kept lower and never exceeds 1.4.

Tabelle 2 zeigt ferner den Einfluß der Abgabe auf die schädliche Emission für eine Verbrennungsmethode nach der Erfindung. Es ergibt sich hieraus, daß die Abgabe über einen weiten Bereich variiert werden kann, während die schädliche Emission niedrig und theoretisch konstant bleibt.Table 2 also shows the influence of the discharge on the harmful emissions for a combustion method according to the invention. It follows that the discharge over can be varied over a wide range, while the harmful emissions remain low and theoretically constant.

Die Brennerplatten, die in der Zeichnung dargestellt sind, sind alle flach ausgebildet. Die Platten können aber auch eine andere Form haben, z.B. eine gekrümmte, gerippte oder gebogene Form. Es ist jedoch wesentlich, daß die Brennerplatten nach der Erfindung so ausgelegt sind, daß während des Betriebes in einem Brenner Flammen, die mindestens nahezu vollständig voneinander getrennt sind, an der Auslaßseite der Brennerplatte auftreten. Tabelle 1: Testresultate mit einer Brennerplatte, die aus einer Metallplatte besteht, welche mit runden Löchern perforiert und mit einer porösen Platte abgedeckt ist, wobei der Luftfaktor variiert wird. Es ist keine Rezirkulation von Abgasen vorgesehen. Tabelle 2: Testresultate mit einer Brennerplatte, die als Metaliplatte mit runden Löchern perforiert und mit einer porösen Platte abgedeckt ausgebildet ist; die Leistungsabgabe wird variiert. Es erfolgt keine Rezirkulation von Abgasen. The burner plates shown in the drawing are all flat. However, the plates may also have a different shape, e.g. a curved, ribbed or bent shape. It is, however, essential that the burner plates according to the invention are designed in such a way that during operation in a burner flames which are at least almost completely separated from one another appear on the outlet side of the burner plate. Table 1: Test results with a burner plate consisting of a metal plate perforated with round holes and covered with a porous plate, varying the air factor. No recirculation of exhaust gases is provided. Table 2: Test results with a burner plate designed as a metal plate perforated with round holes and covered with a porous plate; the power output is varied. There is no recirculation of exhaust gases.

Claims

1. Method for burning a combustible gas mixture with the aid of a burner plate (1; 6; 12; 15; 18) with an inlet side (2; 7) and an outlet side (3; 8) opposite the inlet side for the gas mixture flowing through essentially in a direction perpendicular to the plane of the burner plate, wherein one or more regions (4; 20) are formed in the burner plate between the inlet side and the outlet side, which contain a large number of narrow channels for the gas flow, which have a predetermined low flow resistance, seen from the inlet side to the outlet side of the burner plate, and which are delimited by regions (5; 19) with a high flow resistance, wherein the regions with a low flow resistance are arranged at least at such a distance from one another that when the gas mixture is burned on the outlet side of the burner plate, from each region with a flame occurs in a region with a low flow resistance which is at least almost completely separated from the flames of the other regions with a low flow resistance, characterized in that the gas mixture, which contains a hydrocarbon or hydrogen gas, sufficient air for complete combustion of the hydrocarbon or hydrogen gas and a substantially non-combustible ballast gas, is fed under pressure into a pressure chamber (27) which is at least partially delimited by the inlet side (2; 7) of the burner plate (1; 6; 12; 15; 18).

2. Method according to claim 1, characterized in that the ballast gas is air.

3. Method according to claim 1, characterized in that a part of the gas mixture is added to the combustible gas mixture after combustion so that it serves as ballast gas.

4. Installation for the combustion of a combustible gas mixture containing a hydrocarbon or hydrogen gas, sufficient air for complete combustion of the hydrocarbon or hydrogen gas and an essentially non-combustible ballast gas, with

a pressure chamber (27) to which the combustible gas mixture is fed via a feed line (25), and a combustion chamber (29) in which the gas mixture is burned, both chambers being at least partially delimited by a burner plate (1; 6; 12; 1 5; 18), and a compression device (26) for generating a pressure in the pressure chamber (27) which is higher than the pressure in the combustion chamber (29), the burner plate having an inlet side in the pressure chamber (27) and an outlet side in the combustion chamber (29) for the gas mixture flowing through essentially in a direction perpendicular to the plane of the burner plate, and an ignition device (28) which is arranged on the outlet side of the burner plate in the combustion chamber (29), characterized in that between the inlet side (2; 7) and the outlet side (3; 8) of the burner plate (1; 6; 12; 15; 18) one or more regions are formed which contain a large number of narrow channels for the gas flow, that the regions (4; 20) have a predetermined low flow resistance, viewed from the inlet side to the outlet side of the burner plate, and that they are delimited by regions (5; 19) which have a high flow resistance, the regions with low flow resistance being arranged at least at such a distance from one another that, when the gas mixture is burned on the outlet side of the burner plate, a flame emerges from each region with low flow resistance, which flame is at least almost completely separated from the flames of the other regions with low flow resistance.

5. Plant according to claim 4, characterized in that the combustion chamber (29) is connected to the supply line (25) in order to add a part of the gas mixture after its combustion to the combustible gas mixture so that it acts as ballast gas.

6. System according to claim 4 or 5, characterized in that the narrow channels in the burner plate form a labyrinth.

7. System according to claim 4 or 5, characterized in that the narrow channels in the burner plate (1) are formed in a straight line and run parallel to one another in a direction perpendicular to the plane of the burner plate.

8. System according to one of claims 4 - 7, characterized in that the smallest cross section of each area (4; 20) in the burner plate (1; 6; 12; 1 5; 18) with a low flow resistance between the inlet side (2; 7) and the outlet side (3; 8), seen in the plane of the burner plate, is at least about 5 mm², and that the sum of these smallest cross sections of all areas with low flow resistance is at most about 70% of the surface of the burner plate on the outlet side, in particular at least about 20% and at most about 40% of the surface of the burner plate on the outlet side or even more specifically at least about 20% and at most 40% of the surface of the burner plate on the outlet side.

9. System according to one of claims 4 - 8, characterized in that the areas (4; 20) in the burner plate (1; 6; 12; 1 5; 18) with a low flow resistance have a substantially round cross-section, seen in the plane of the burner plate.

10. Installation according to one of claims 4 - 9, characterized in that the burner plate consists of a base plate (9; 13; 16) made of essentially gas-tight material, that the base plate is provided with holes (10; 17) whose edges define boundaries of the areas (4; 20) with low flow resistance, and that the base plate consists of a gas-permeable structure (11; 14) which extends over at least the cross-section of the holes.

11. System according to claim 10, characterized in that the gas-permeable arrangement (11, 14) has the shape of a substantially flat plate covering the base plate.

12. System according to claim 10 or 11, characterized in that the holes (10; 17) in the base plate (9; 13; 16) are at least partially filled with the gas-permeable structure (11; 14).

1 3. System according to one of claims 10 - 12, characterized in that the base plate (9; 13; 16) is a perforated metal plate.

14. Installation according to one of claims 4 - 9, characterized in that the burner plate (18) is a gas-permeable plate which is locally compacted.

15. Installation according to claim 14, characterized in that the burner plate is locally compacted by impregnation with a filling material or by partial compression of the plate.

16. System according to claim 14 or 15, characterized in that the burner plate (18) has a foam structure or consists of two foam structures with different gas permeabilities.

17. System according to one of claims 4 - 1 5, characterized in that the areas (4; 20) in the burner plate with low flow resistance consist of metal fibers or aluminum oxide fibers.