DE3926699A1

DE3926699A1 - GAS BURNER

Info

Publication number: DE3926699A1
Application number: DE3926699A
Authority: DE
Inventors: Detlef Bohmann
Original assignee: KLOECKNER WAERMETECHNIK
Current assignee: KLOECKNER WAERMETECHNIK
Priority date: 1989-08-12
Filing date: 1989-08-12
Publication date: 1991-02-14
Also published as: EP0415008A1; EP0415008B1; ATE108883T1; DE59006485D1

Abstract

A gas burner for heating installations, furnaces, gas lances or the like is proposed, in which an airgas mixture can be fed to a flame-holding layer (16) which is provided with a multiplicity of small passages, prevents flashback and on the side of which opposite to the mixture feed side combustion flames form after ignition of the mixture. On the flame side next to the flame-holding layer (16), a postcombustion layer (17) is provided which can be heated by the combustion flames and has a multiplicity of small passages. In the heated postcombustion layer (17), CO fractions formed are oxidised to CO2, while the NOx constituents, which are anyway low, remain unchanged. As a result, the pollutant contents can be effectively reduced, with optimum efficiency.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für Heizanlagen, Feuerungen, Gaslanzen od. dgl., bei dem ein Luft-/Gas- Gemisch einer mit einer Vielzahl kleiner Durchgänge ver sehenen, einen Flammenrückschlag verhindernden Flammen halteschicht zuführbar ist, an deren der Gemisch-Zuführungs seite gegenüberliegenden Seite sich nach Zündung des Gemisches Verbrennungsflammen ausbilden.The invention relates to a gas burner for heating systems, Furnaces, gas lances or the like, in which an air / gas Mixture with a large number of small passages seen flames preventing a flashback holding layer is feedable, at which the mixture feed opposite side after ignition of the Form a mixture of combustion flames.

Derartige Gasbrenner sind in den verschiedensten Ausfüh rungen für verschiedene Anwendungsfälle bekannt, beispiels weise für die oben angeführten Anwendungsfälle. Dabei werden unter der Bezeichnung "Luft-/Gas-Gemische" auch Gemische aus Luft und vergasten oder versprühten flüssigen Brennstoffen verstanden. Bei derartigen Brennern ist es immer erstrebenswert, bei einem möglichst hohen Wirkungs grad möglichst niedrige NOx- und CO-Werte zu erreichen. Bei den eingangs angegebenen, bekannten Gasbrennern werden zwar niedrige NOx-Werte erzielt, jedoch ist der CO-Gehalt relativ hoch. Man kann diesen CO-Gehalt zwar dadurch absenken, daß man eine größere Menge Sauerstoff zuführt, jedoch sinkt dann der Wirkungsgrad ab.Such gas burners are in various designs Known for various applications, for example wise for the above applications. Here are also called "air / gas mixtures" Mixtures of air and gasified or sprayed liquid Understood fuels. With such burners it is always desirable, with the highest possible effectiveness to achieve the lowest possible NOx and CO values. In the known gas burners mentioned at the beginning Although low NOx values are achieved, the CO content is quite high. You can reduce this CO content lower that you add more oxygen, however, the efficiency then drops.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Gasbrenner der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der bei hohem Wirkungsgrad gleichzeitig niedrige NOx- und CO-Werte aufweist.It is therefore an object of the present invention in it, a gas burner of the type mentioned to create the one with high efficiency at the same time has low NOx and CO values.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Flammenseite neben der Flammenhalteschicht eine von den Verbrennungsflammen erhitzbare, eine Vielzahl kleiner Durchgänge aufweisende Nachverbrennungsschicht vorgesehen ist.This object is achieved in that on the flame side next to the flame retention layer heatable from the combustion flames, a variety post-combustion layer having small passages is provided.

In der Nachverbrennungsschicht werden die in der Flammen halteschicht erzeugten hohen CO-Anteile zu CO₂ oxydiert und dadurch entfernt. Die bei stöchiometrischer Zusammen setzung ohnehin niedrigen NOx-Anteile werden dabei nicht beeinträchtigt. Die Oxydation von CO zu CO₂ erfolgt in den erhitzten Durchgängen der Nachverbrennungsschicht, wobei die Erhitzung durch die Verbrennungsflammen an der Flammenhalteschicht erfolgt. Die Temperatur der Nach verbrennungsschicht kann durch Einstellen eines Abstands, der Anzahl und der Abmessung der Durchgänge, der Gesamt fläche und/oder der Gehäusegestaltung so erfolgen, daß die Temperatur ausreichend hoch zur Oxydation der CO-Bestand teile ist, jedoch nicht so hoch, daß zusätzliche NOx-Anteile entstehen könnten. Die Maßnahmen zur Erzielung der niedrigen Schadstoffanteile bei hohem Wirkungsgrad sind einfach und kostengünstig realisierbar, da lediglich eine zusätz liche Nachverbrennungsschicht der Flammenhalteschicht nachgeordnet werden muß.In the afterburning layer, the high proportions of CO generated in the flame holding layer are oxidized to CO ₂ and thereby removed. The anyway low stoichiometric composition NOx levels are not affected. The oxidation of CO to CO ₂ takes place in the heated passages of the afterburning layer, the heating being carried out by the combustion flames on the flame holding layer. The temperature of the after-combustion layer can be done by adjusting a distance, the number and the dimension of the passages, the total area and / or the housing design so that the temperature is sufficiently high for the oxidation of the CO components, but not so high that additional NOx shares could arise. The measures for achieving the low levels of pollutants with high efficiency are simple and inexpensive to implement, since only an additional afterburning layer has to be arranged after the flame-retaining layer.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Gasbrenners möglich.By the measures listed in the subclaims are advantageous further developments and improvements of the gas burner specified in claim 1 possible.

Ordnet man die Nachverbrennungsschicht beabstandet von der Flammenhalteschicht an, so ist eine besonders einfache und sichere Einstellung der Temperatur in der Nachver brennungsschicht zur Oxydation des CO möglich. Die Ver brennungsflammen können dabei wenigstens teilweise in die Nachverbrennungsschicht hineinreichen. Zur kompakten Anordnung kann die Nachverbrennungsschicht jedoch auch an der Flammenhalteschicht anliegen, wobei die kleinen Durchgänge in der Nachverbrennungsschicht eine Verbrennungs flammen darin gestattende Ausbildung aufweisen. Die Ver brennungsflammen sind dadurch in der Nachverbrennungs schicht integriert, was auch zur Erhöhung der Sicherheit dienen kann.Arrange the post-combustion layer spaced from the flame-retardant layer is a particularly simple one and safe adjustment of the temperature in the ver combustion layer for the oxidation of CO possible. The Ver Burning flames can at least partially in reach into the afterburning layer. For compact However, the post-combustion layer can also be arranged rest on the flame retention layer, the small ones Passages in the afterburn layer a combustion flames have permitted training therein. The Ver Burning flames are therefore in the post-combustion integrated layer, which also increases security can serve.

Die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht sind zweckmäßigerweise als poröse Schicht, als feines Drahtgeflecht, als Drahtpreßkörper, als Sinterkörper oder als mit feinen Bohrungen versehene Schicht ausge bildet. Besonders günstig ist dabei die Ausbildung der porösen Schicht als geschäumte Keramikschicht. Das Draht geflecht oder der Drahtpreßkörper kann aus Metalldraht, aus Keramikfasern oder aus Glasfasern bestehen.The flame retention layer and the afterburning layer are expediently as a porous layer, as a fine Wire mesh, as a wire compact, as a sintered body or as a layer with fine holes forms. The training of the porous layer as a foamed ceramic layer. The wire braid or the wire pressing body can be made of metal wire, consist of ceramic fibers or of glass fibers.

Die Nachverbrennungsschicht weist bezüglich der Flammen halteschicht gröbere Durchgänge auf, die die Ausbildung von Verbrennungsflammen darin gestatten.The afterburning layer faces the flames holding layer coarser passageways that the training of combustion flames in it.

Die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht können als parallele, ebene Schichten ausgebildet sein, was eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestal tung darstellt. Es ist jedoch auch möglich, zur Erhöhung der wirksamen Fläche die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht als konzentrische Schichten auszu bilden, insbesondere als kreiszylindrische Schichten.The flame retention layer and the afterburning layer can be designed as parallel, flat layers, what a particularly simple and inexpensive Ausgestal represents. However, it is also possible to increase the effective area, the flame retention layer and the Post-combustion layer as concentric layers form, in particular as circular cylindrical layers.

Zur optimalen Vermischung der Gas- und Luftbestandteile ist der Flammenhalteschicht zweckmäßigerweise eine Misch kammer vorgeschaltet, die vorzugsweise Vermischungselemente aufweisen kann.For optimal mixing of the gas and air components the flame-retaining layer is expediently a mixture chamber upstream, preferably mixing elements can have.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenTwo embodiments of the invention are in the drawing shown and in the description below explained in more detail. Show it

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gasbrenners mit ebenen, parallelen Schichten und Fig. 1 shows a first embodiment of a gas burner with flat, parallel layers and

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gasbrenners mit konzentrischen, kreiszylindrischen Schichten. Fig. 2 shows a second embodiment of a gas burner with concentric, circular cylindrical layers.

Der in Fig. 1 als erstes Ausführungsbeispiel dargestellte Gasbrenner besteht aus einer Mischkammer 10, in die eine erste Leitung 11 zur Zuführung von Luft (L) oder einem sonstigen sauerstoffhaltigen Gas sowie eine zweite Leitung 12 zur Zuführung eines Verbrennungsgases (G) wie Erdgas, Propan, Butan, Wasserstoff od.dgl. einmünden. Anstelle eines Gases kann auch eine vergaste oder versprühte brenn bare Flüssigkeit treten. Die beiden Leitungen 11, 12 münden asymmetrisch und im wesentlichen senkrecht zueinander in die Mischkammer 10 ein, um eine gute Durchmischung zu erreichen.The gas burner shown as the first exemplary embodiment in FIG. 1 consists of a mixing chamber 10 into which a first line 11 for supplying air (L) or another oxygen-containing gas and a second line 12 for supplying a combustion gas (G) such as natural gas, propane , Butane, hydrogen or the like. flow into. A gasified or sprayed combustible liquid can also replace a gas. The two lines 11 , 12 open asymmetrically and essentially perpendicular to one another in the mixing chamber 10 in order to achieve thorough mixing.

Die Mischkammer 10 ist ausgangsseitig über einen schmäleren Durchgang 13 mit dem eigentlichen Brennerbereich 14 ver bunden, der sich zunächst vom Durchgang 13 aus steil konisch erweitert und dann in einen kreiszylindrischen Bereich 15 einmündet. In diesem kreiszylindrischen Bereich 15 ist eingangsseitig eine kreisscheibenförmige Flammen halteschicht 16 angeordnet, wobei am Ausgang parallel zur Flammenhalteschicht 16 und beabstandet von dieser noch eine ebenfalls kreisscheibenförmige Nachverbrennungs schicht 17 angeordnet ist. Beide Schichten 16, 17 müssen eine Vielzahl kleiner Durchgänge aufweisen, um eingangs seitig den Durchgang des Gemisches und ausgangsseitig den Durchgang des Abgases zu gestatten. Hierzu sind die Schichten als poröse Schichten, beispielsweise als ge schäumte Keramikschichten, oder als feines Drahtgeflecht, als Drahtpreßkörper, als Sinterkörper oder als mit feinen Bohrungen versehene Schichten ausgebildet. Bei einer Ausführung als Drahtgeflecht oder Drahtpreßkörper werden beispielsweise Metalldraht, Keramikfasern oder Glasfasern verwendet. The mixing chamber 10 is connected on the output side via a narrower passage 13 to the actual burner area 14 , which initially widens conically from the passage 13 and then opens into a circular-cylindrical area 15 . In this circular cylindrical portion 15 is a circular disk-shaped flame is disposed on the input side holding layer 16, which is arranged parallel to the flame-retaining layer 16 and spaced from layer still also a circular disc-shaped afterburner 17 at the output. Both layers 16 , 17 must have a large number of small passages in order to allow the passage of the mixture on the input side and the passage of the exhaust gas on the output side. For this purpose, the layers are designed as porous layers, for example as ge foamed ceramic layers, or as a fine wire mesh, as a wire pressed body, as a sintered body or as layers provided with fine bores. In the case of a design as a wire mesh or wire pressed body, metal wire, ceramic fibers or glass fibers are used, for example.

Das in der Mischkammer 10 vermischte Gasgemisch wird vorzugsweise in stöchiometrischer Zusammensetzung über den Durchgang 13 dem Brennerbereich 14 zugeleitet, wo es die Flammenhalteschicht 16 passiert und sich dort gleichmäßig verteilt. Durch eine nicht näher dargestellte, bekannte Zündeinrichtung wird das Gemisch dann entzündet, wodurch sich am Ausgang der Flammenhalteschicht 16 infolge der vielen kleinen Durchgänge eine Vielzahl von kleinen Flammen ausbildet, die im wesentlichen gleichmäßig über der Flammenhalteschicht 16 verteilt sind. Das Material und die Ausbildung der kleinen Durchgänge in der Flammen halteschicht sind dabei so gewählt, daß in bekannter Weise ein Flammenrückschlag nicht möglich ist.The gas mixture mixed in the mixing chamber 10 is preferably fed in a stoichiometric composition via the passage 13 to the burner region 14 , where it passes through the flame holding layer 16 and is distributed uniformly there. The mixture is then ignited by a known ignition device (not shown in detail), as a result of which a large number of small flames are formed at the outlet of the flame holding layer 16 as a result of the many small passages and are distributed substantially uniformly over the flame holding layer 16 . The material and the design of the small passages in the flame holding layer are chosen so that a flashback is not possible in a known manner.

Die vielen kleinen Flammen im Zwischenraum zwischen der Flammenhalteschicht 16 und der Nachverbrennungsschicht 17 erhitzen diese Nachverbrennungsschicht 17, wodurch dort eine Aufoxydation von entstehendem CO zu CO₂ statt findet. Die Nachverbrennungsschicht 17 ist dabei so ausge bildet, daß die Flammen auch in diese Nachverbrennungs schicht 17 eindringen können. Hierzu sind im allgemeinen gröbere Durchgänge erforderlich.The many small flames in the space between the flame holding layer 16 and the afterburning layer 17 heat this afterburning layer 17 , as a result of which an oxidation of the CO to CO _{2 that} occurs takes place there. The afterburning 17 is formed so be that the flames layer in this afterburner 17 can penetrate. Coarser passageways are generally required for this.

Die Temperatur der Nachverbrennungsschicht 17 wird durch Einstellung des Abstands und sonstige Maßnahmen so ge wählt, daß die Oxydation von CO zu CO₂ in günstiger Weise stattfindet, daß jedoch nicht die zur Bildung von NOx erforderliche Temperatur erreicht wird. Hierdurch bleibt der bei solchen Gasbrennern an sich schon niedrige NOx- Gehalt erhalten, während sich der CO-Gehalt weiter redu ziert. Mit diesem Brenner lassen sich bei optimalem Wirkungs grad NOx-Werte und CO-Werte von jeweils weniger als 5 ppm erreichen.The temperature of the afterburning layer 17 is selected by adjusting the distance and other measures so that the oxidation of CO to CO ₂ takes place in a favorable manner, but that the temperature required for the formation of NOx is not reached. As a result, the already low NOx content in such gas burners is retained, while the CO content is further reduced. With this burner, NOx values and CO values of less than 5 ppm can be achieved with optimum efficiency.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist prinzi piell gleich aufgebaut, jedoch ist dort eine Mischkammer 18 als sich bei der Einmündung in einen Brennerbereich 19 verengendes Rohr ausgebaut, wobei Luft und Gas jeweils vom Rohreingang her eingebracht werden. Zur besseren Vermischung ist ein spiralförmiges Vermischungselement 20 in der Mischkammer 18 angeordnet. Dieses kann jedoch auch andere Formen aufweisen, die zur Vermischung geeignet sind.The embodiment shown in Fig. 2 is basically the same, but there is a mixing chamber 18 as a narrowing pipe at the confluence in a burner area 19 , air and gas being introduced from the pipe entrance. A spiral-shaped mixing element 20 is arranged in the mixing chamber 18 for better mixing. However, this can also have other forms which are suitable for mixing.

Der Brennerbereich 19 ist kreiszylindrisch ausgebildet, wobei eine Flammenhalteschicht 21 und eine Nachverbrennungs schicht 17 als konzentrische Rohre übereinander angeordnet sind. Dazwischen befindet sich wiederum ein Luftspalt, in dem sich die kleinen Flammen ausbilden können.The burner region 19 is circular cylindrical, with a flame holding layer 21 and an afterburning layer 17 being arranged one above the other as concentric tubes. In between there is an air gap in which the small flames can form.

Zur weiteren Verbesserung des Abgases und Reduzierung von Schadstoffen kann ein Teil des Abgases über Abgas- Leitelemente 23 wieder in den Verbrennungsprozeß rück geführt werden. Dies erfolgt durch Öffnungen 24 im Brenner bereich 19, die konzentrisch um die Einmündungsstelle der Mischkammer 18 angeordnet sind.To further improve the exhaust gas and reduce pollutants, part of the exhaust gas can be fed back into the combustion process via exhaust gas guide elements 23 . This takes place through openings 24 in the burner area 19 , which are arranged concentrically around the junction of the mixing chamber 18 .

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Flammenhalteschicht und die Nachverbrennungsschicht anein anderstoßend anzuordnen, um einen kompakteren Brenner bereich zu erzielen. Die kleinen Flammen bilden sich dann in der Nachverbrennungsschicht 17 aus, deren kleine Durchgänge entsprechend dimensioniert werden müssen.In both exemplary embodiments, it is possible to arrange the flame holding layer and the afterburning layer in abutting manner in order to achieve a more compact burner area. The small flames then form in the afterburning layer 17 , the small passages of which must be dimensioned accordingly.

Weitere Anordnungen von Flammenhalteschichten und Nach verbrennungsschichten sind selbstverständlich ebenfalls möglich, wobei jeweils der Flammenhalteschicht ausgangs seitig die Nachverbrennungsschicht nachgeordnet sein muß. So sind beispielsweise auch mehrkantige, kugelförmige, ellipsoidförmige, halbkugelförmige oder ähnliche Anord nungen denkbar.Further arrangements of flame retention layers and Nach combustion layers are of course also possible, with the flame retention layer starting in each case on the side of the afterburning layer got to. For example, polygonal, spherical, ellipsoidal, hemispherical or similar arrangement possible.

Claims

1. Gas burner for heating systems, furnaces, gas lances or the like, in which an air / gas mixture can be supplied with a plurality of small passages provided with a flame retardant flame retardant layer on the opposite side of the mixture supply side after ignition Form the mixture of combustion flames, characterized in that a post-combustion layer ( 17 , 22 ) which can be heated by the combustion flames and has a plurality of small passages is provided on the flame side in addition to the flame holding layer ( 16 ; 21 ).

2. Gas burner according to claim 1, characterized in that the afterburning layer ( 17 ; 22 ) is arranged at a distance from the flame holding layer ( 16 ; 21 ).

3. Gas burner according to claim 2, characterized in that the combustion flames extend at least partially into the afterburning layer ( 17 , 22 ).

4. Gas burner according to claim 1, characterized in that the afterburning layer on the flame holding layer abuts, the small through openings in the Afterburning layer a combustion flame in it have permitting training.

5. Gas burner according to one of the preceding claims, characterized in that the flame holding layer ( 16 ; 21 ) and the afterburning layer ( 17 ; 22 ) as a porous layer, as a fine wire mesh, as a wire pressing body, as a sintered body or as a layer provided with fine holes is.

6. Gas burner according to claim 5, characterized in that that the porous layer as a foamed ceramic layer is trained.

7. Gas burner according to claim 5, characterized in that that the wire mesh or the wire pressed body made of metal wire, made of ceramic fibers or glass fibers.

8. Gas burner according to one of the preceding claims, characterized in that the afterburning layer ( 17 , 22 ) has coarser passages with respect to the flame holding layer ( 16 ; 21 ).

9. Gas burner according to one of the preceding claims, characterized in that the flame holding layer ( 16 ) and the afterburning layer ( 17 ) are designed as parallel, flat layers.

10. Gas burner according to one of claims 1 to 8, characterized in that the flame holding layer ( 21 ) and the afterburning layer ( 22 ) are designed as concentric layers.

11. Gas burner according to claim 10, characterized in that the concentric layers are circular cylindrical forms are.

12. Gas burner according to one of the preceding claims, characterized in that the flame holding layer ( 16 ; 21 ) is preceded by a mixing chamber ( 10 , 18 ).

13. Gas burner according to claim 12, characterized in that mixing elements ( 20 ) are provided in the mixing chamber ( 18 ).

14. Gas burner according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the exhaust gases is returned to the input side of the flame holding layer ( 21 ).

15. Gas burner according to claim 14, characterized in that exhaust gas guide elements ( 23 ) are provided for recycling.