Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Verbrennen von fliessfahigen Brennstoffen mit Luft in einem Gebläsebrenner, der einen Brennerkopf mit einem Flammrohr, Brennstoffeinbringungsmittel sowie Zündmittel aufweist. Dem Brennerkopf wird in an sich bekannter Weise die Verbren¬ nungsluft zumindest zum wesentlichen Teil in Form von Luft¬ strahlen durch eine Düsenplatte zugeführt, welche die Luft¬ strahlen erzeugt, wodurch nach Art einer Injektorpumpe im Flammrohr ein oder mehrere Unterdruckbereiche gebildet wer¬ den, die aus der das Flammrohr umgebenden Atmosphäre Abgase und/oder Verbrennungsendprodukte einsaugen können.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Aus¬ führung des Verfahrens.

Ein wie oben beschriebenes Verfahren lässt sich aus der WO 86/01876, veröffentlicht am 27.03.1986, entnehmen.

Ausserdem kennt man aus der DE-A1-3 821 526 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoff, wobei der Brennstoff, nämlich ein Mineralöl, in der Anfangszone des Brennraumes durch heisse Rauchgase reformiert und ge- crackt wird.

Bei der Verbrennung von Brennstoffen zur Erzeugung thermi¬ scher Energie, beispielsweise für Gebäudeheizungen, aber auch in Kraftwerken, wird in einem sogenannten Brennerkopf der Brennstoff, beispielsweise Heizöl, Erdgas, Kohlenstaub, Kohlengranulat usw. in einen Luftstrom eingeleitet, der von einem Gebläse in den Brennerkopf befördert wird, mittels

Elektroden oder Zündflamme gezündet und im Luftstrom ver¬ brannt.

Bei der Verbrennung der gasförmigen und flüssigen Brenn¬ stoffe - als Beispiel seien Erdöl, Erdgas, Erdöl- und Erd¬ gasfraktionen genannt - in Luft, wie sie zur direkten und indirekten Energieerzeugung in grossem Massstab vorgenommen wird, fallen bekannterweise Schadstoffe an.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verbren¬ nungsverfahren und eine zu dessen Ausführung geeignete Vor¬ richtung zu entwickeln, bei denen eine wesentliche Verrin¬ gerung der Schadstoffanteile im Abgas, eine sichere und zu¬ verlässige Funktionsweise und eine baulich vereinfachte Verwirklichung erzielt werden, so dass eine einfache und korrekte Wartung auch durch Nichtspezialisten ermöglicht wird. Es wird eine Lösung dieser Aufgabe mit dem besten Verhältnis von Kosten zum Nutzen angestrebt.

Das erfindungsgemasse Verfahren, das diese Aufgabe zu lösen geeignet ist, bildet den Gegenstand des ersten unabhängigen Patentanspruchs, während eine besonders geeignete Vorrich¬ tung im zweiten unabhängigen Patentanspruch definiert ist. Für besondere Ausführungsformen von Verfahren und Vorrich¬ tungen sind abhängige Ansprüche aufgestellt.

Eine temperaturabhängige Steuerung oder Regelung der in der Wandung des Brennerkopfes vorgesehenen Oeffnungsquerschnit- te durch bewegbare Verschlussmittel ermöglicht eine er¬ wünschte Anpassung des Massenstromes der rückgeführten Ab¬ gase in Abhängigkeit von ihrer Temperatur, was insbesondere auch während des Startvorganges zu stabiler Ausbildung der Flamme erwünscht ist. Im weiteren ist vorgesehen, die Luft- strahlen so anzuordnen, dass eine mehrdimensionale Schich¬ tung axialer, radialer und circumferentieller Art von

Brennstoff, rezirkuliertem Abgas und Luft im Flammrohr er¬ reicht wird. Die strengsten Emissionsgrenzwerte der Welt, die Schweizer Abgasnormen, werden mittels des Verfahrens unterschritten. Dabei wird lediglich der Brennerkopf des sonst herkömmlichen Gebläsebrenners durch einen erfindungs- gemässen Brennerkopf mit gegebenenfalls darauf abgestimmter Brennstoffverteilung ersetzt, was einer äusserst wirt¬ schaftlichen Lösung entspricht.

Bevorzugt werden die Durchmesser der Luftstrahlen im zen¬ tralen Bereich grösser als im peripheren Bereich ausge¬ führt, so dass hierdurch die Strahlenlängen der Luftstrah¬ len vorteilhaft angepasst werden und der zentrale Bereich grössere freie Strahllängen hat, wodurch die Flamme in wün¬ schenswerter Weise gestreckt wird, was zur Verminderung der Stickoxidbildung beiträgt.

Beim erfindungsgemässen Verfahren können sämtliche fliess¬ fahigen, d.h. strömungsfähigen Brennstoffe verbrannt werden einschliesslich solcher, die in fliessfähige Form gebracht werden können, was durch Mischen fester, feinverteilter Brennstoffe mit einem strömungsfähigen, gegebenenfalls auch inerten, Material erzielt werden kann, so z.B. Kohlenstaub zusammen mit Luft oder Abgas, Kohlenstaub mit Oel usw.

In der Zeichnung sind schematisch Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtungen dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 : einen erfindungsgemässen Brennerkopf im Längs¬ schnitt,

Figur 2: eine Vorderansicht des Brennerkopfes gemäss Fi¬ gur 1 ,

Figur 3: eine Düsenplatte in Draufsicht,

Figur : einen anderen erfindungsgemässen Brennerkopf in teilgeschnittener Frontansicht, und

Figur 5: einen Schnitt in der Ebene V-V in Figur 4.

Die Figuren 1 bis 5 sind schematische Darstellungen; die konstruktiven Einzelheiten bei der Verwirklichung können davon abweichen.

In Figur 1 ist im Längsschnitt schematisch ein Brennerkopf 1 mit seinem Flammrohr 2 dargestellt. Der Brennerkopf 1 ist in eine geeignete Öffnung einer Wandung 31 eines Brenn¬ raumes eingebaut, beispielsweise eines Heizkessels. Das Innere des Brennraumes liegt in Figur 1 rechts von der Wan¬ dung 31. Die Einströmung der vom nicht dargestellten Geblä¬ se geförderten und zur Verbrennung bestimmten Luft ist mit dem Pfeil 3 angedeutet. Von der gleichen Seite her wird auch, wie bekannt, Brennstoff zugeführt, hier als Beispiel flüssiger Brennstoff, der in einer Dralldüse 4 in Richtung eines ringförmigen, an sich bekannten Spritzringes 5 hin zerstäubt wird. Auf diesem Spritzring 5 verdampft und ver¬ gast ein erheblicher Teil des auf reffenden Brennstoffes. Eine Düsenplatte 6 weist grössere Oeffnungen 7 und kleinere Oeffnungen 8 auf, mittels welcher die genannte zugeführte Verbrennungsluft in mehrere, durch Pfeile 7' und 8' ange¬ deutete Einzelstrahlen aufgeteilt wird. Bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, sind die Oeffnungen 8 durch ange¬ setzte Rohrstutzen 13 verlänger . Eine Blende 10, die im wesentlichen senkrecht zur Rohrlängsachse steht, ist der Düsenplatte 6 stromabwärts zugeordnet, und der Spritzring 5 ist mittels Stützen 11 an ihr befestigt. Es ist wichtig, dass der offene Querschnitt 10' der Blende 10 grösser ist als die Summe aller Querschnitte, die durch die Oeffnungen 7 und 8 in der Düsenplatte 6 gebildet werden. Ausserdem ist

der Querschnitt 10' so geformt und so gross, dass der von der Düse 4 zerstäubte Brennstoffstrahl nicht auf die Flä¬ chenteile der Blende 10 auftrifft. Nicht dargestellte Zünd¬ elektroden haben ihre Funkenstrecke X im Bereich 30. Eine andere, vorteilhafte Funkenlage wird durch die Elektroden 30' dargestellt. Mit 12 sind Öffnungen im Flammrohr 2 und mit 14 Verschlussmittel für die Öffnungen 12 bezeichnet und dargestellt. Durch die Öffnungen 12 kann Abgas aus dem Brennraum in regelbaren Mengen in das Flammrohr 2 eintre¬ ten.

Zur Veränderung der Querschnitte 12 wird ein Ring 22 mit¬ tels Stiften 21 mit einzelnen Bimetallstreifen 20 verbun¬ den, wobei die Bimetallstreifen 20 ihrerseits an ihrem je¬ weils von Stift 21 abgewandten Ende mit der Düsenplatte 6 fest verbunden sind. Im Startbetrieb sind die Oeffnungen 12 im Flammrohr 2 ganz oder überwiegend verschlossen, und mit steigender Temperatur werden sie durch die Wirkung der Bi¬ metallstreifen 20 mehr und mehr geöffnet. Dadurch wird stets ein gutes Start- und Brennverhalten der Flamme er¬ reicht.

In spezifisch hochbelasteten Brennerköpfen obiger Ausfüh¬ rung kann zweckmässigerweise eine Flammhalteeinrichtung, zum Beispiel ein Flammhaltering 24, stromabwärts des Spritzringes 5 angeordnet sein. Dieser Ring ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt.

Die Stabilität der brennenden Flamme und damit eine ruhige¬ re, Schadstoffreduzierte Verbrennung wird durch weitere, zusätzliche Flammhalter erreicht. Es handelt sich um Lappen 23, die an der Peripherie der Blende 10 befestigt oder an¬ geformt sind (vgl. auch Figur 2) und gegen die Ebene der Blende 10 verschränkt sein können. Auf dem inneren Umfang der Blende 10 können zwei oder mehrere Lappen 23 vorhanden

sein; dabei kann die Oeffnung 10' eine beliebige Form auf¬ weisen, z.B. kreisrund, quadratisch (Figur 2), sechseckig, sonstwie polygonal oder andere. Weitere Flammhalter 25 kön¬ nen am Spritzring 5 befestigt sein, und zwar an dessen Um¬ fang, der gegen die Düse 4 gerichtet ist. Auch die letzt¬ genannten Flammhalter 25 können gegen die Ringfläche des Ringes 5 verschränkt sein; es können ein oder mehrere Flammhalter vorhanden sein.

In Figur 2 ist eine Frontansicht des Brennerkopfes gemäss Figur 1 dargestellt. Die entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 3 zeigt in Draufsicht eine Düsenplatte mit den Luft- durchtrittsöffnungen 7 und 8 sowie die Oeffnung für die Brennstoffdüse 4. Die bei dieser Ausführung sehr gute Zu¬ trittsmöglichkeit für radial von aussen rezirkulierte Abga¬ se zum zentralen Bereich ist durch Pfeile 15 angedeutet.

Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform des erfin- dungsgemässen Brenners mit einer anderen Form der Luftdüsen in der Düsenplatte 6, bei der der Durchtrittsquerschnitt der Düsen von aussen, gegebenenfalls automatisch, veränder¬ bar ist.

Wie auf diesem Gebiet der Technik bekannt ist, müssen Bren¬ ner, insbesondere Heizbrenner, stets auf die vorkommende Höchstlast ausgelegt werden. Um einen Betrieb in Teillast zu ermöglichen, muss der Brenner periodisch ein- und aus¬ geschaltet werden, denn eine Verminderung des zugeführten Brennstoffes ergibt wegen der geänderten StrömungsVerhält¬ nisse im Flammrohr keine saubere Verbrennung und keine sta¬ bile Flamme mehr. Dadurch entsteht jedoch der Nachteil, dass auch dann erhöhte Schadstoffwerte im Abgas auftreten, weil der Anfahrzustand des Brenners öfter vorliegt.

Die Erfindung vermeidet weitgehend diesen Nachteil; nach weiterer Erfindung kann der Mengenstrom der Verbrennungs¬ luft verändert werden, wodurch eine Anpassung an eine ver¬ ringerte Zufuhr von Brennstoff möglich wird. In den Figu¬ ren 4 und 5 ist ausserdem eine Möglichkeit dargestellt, die Strahlen der Verbrennungsluft in einem (meist geringen) Winkel zur Längsachse des Flammrohres 2 zu richten. Da¬ durch wird eine Art Drehwirbelbildung im Flammrohr 2 er¬ reicht, was die Verbrennung verbessern kann. Diese beiden Möglichkeiten, nämlich Regelung des Mengenstromes der Ver¬ brennungsluft und winkelversetzte Luftzufuhr, sind der Ein¬ fachheit halber in den Figuren 4 und 5 zu einem Bild verei¬ nigt; sie sind aber im allgemeinen getrennt zu betrachten und zu verwirklichen.

Gemäss Figuren 4 und 5 ist im Flammrohr 2 eine feste Düsen¬ platte 6A, die der Düsenplatte 6 in den Figuren 1 bis 3 entspricht, senkrecht zur Längsachse befestigt. Sie ist mit Schlitzen 32 versehen, und der eine Rand 33 jedes Schlitzes 32 ist nach oben, d.h. ins Innere des Flammroh¬ res, in einem Winkel zur Längsachse des Flammrohres 2 ab¬ gebogen. Dieser Winkel α beträgt in der Regel nur einige Grad, beispielsweise höchstens 15°.

Unter der Düsenplatte 6A liegt eine Schlitzplatte 6B an, die um die Achse der Brenndüse 4 drehbar ist und, fluchtend mit den Schlitzen 32 der Düsenplatte 6A, Schlitze 34 auf¬ weist, die grösser sind als die Schlitze 32. Der innere Rand 35 der Schlitze 34 ist im wesentlichen parallel zum Rand 33 der Platte 6A ebenfalls im Winkel ins Innere des Flammrohrs 2 abgebogen, so dass sich eine Schlitzdüse 7A bzw. 8A ergibt, wie in Figur 5 gut zu sehen ist. Durch Verdrehen der Schlitzplatte 6B kann der Querschnitt des freien Schlitzes 7A, 8A verändert werden. Das Verdrehen

der Platte 6B kann beispielsweise durch einen Exzenter 36 geschehen, dessen exzentrischer Stift 37 in einer Bohrung der Düsenplatte 6A gelagert ist und der an einer Ausnehmung 38 in der Schlitzplatte 6B angreift. Der Exzenter 36 kann von ausserhalb des Brenners bedient werden.

Die Schlitze 7A, 8A können in radialer Richtung nur einen Teil des Querschnitts der Platte 6A einnehmen oder, wie in Figur 4 gezeigt, im Bereich der Brennstoffdüse 4 einen ver¬ bindenden Ring 39 bilden. Bei dieser Ausführungsform ist also im Grunde nur eine Luftzutrittsdüse vorhanden; als Be¬ dingung gilt jedoch, dass der Umfang der Düsenöffnung, d.h. des freien Luftdurchtrittsquerschnitts, grösser ist als der Umfang eines Kreises mit der gleichen Fläche. Diese Bedin¬ gung gilt gleichermassen für alle Ausführungsformen mit runden Düsen, d.h. die Summe aller Umfange der Düsen ist grösser als der Umfang eines gedachten Kreises mit einer Fläche, die gleich der Summe aller Flächen der Düsenquer¬ schnitte ist.

Beim Betrieb des erfindungsgemässen Brenners ist der Mas¬ senstrom der frischen Verbrennungsluft in Teilräumen des Bereichs, der vom Flammrohr 2 und dem freien Querschnitt 10' der Blende 10 begrenzt wird und sich stromabwärts der Blende 10 erstreckt, in der Regel kleiner als in Bereichen näher an der Längsachse des Flammrohres; dafür ist gesorgt, da die Düsen 7 grösser sind als die Düsen 8. Jedoch kann die Lage der Düsen 7 und 8 miteinander vertauscht werden, wodurch sich umgekehrte Strömungsverhältnisse im Flammrohr ergebe .

Die Düse 4 ist vorteilhaft so ausgebildet, dass der grös- sere Teil des eingespritzten Brennstoffes, nämlich wenn es sich dabei um eine Flüssigkeit handelt, im oben genannten Bereich (in dem etwa die Haltemittel 11 liegen) zur Ver-

dampfung und mindestens teilweisen Vergasung gebracht wird. Dadurch werden in diesem Bereich Gemische aus Brennstoff, rezirkuliertem Abgas (Rauchgas) und Luft mit Brennstoff- überschuss gebildet. In zentralen Bereichen des Flammrohrs liegen dagegen Gemische aus Rauchgas, Luft und Brennstoff mit Luftüberschuss vor, und mann erzwingt derart eine ra¬ diale Schichtung der Gemischzusammensetzung, die sich in Axialrichtung mindestens über einen Teil der Länge des Flammrohres erstreckt.

Die Führung der Luft- und der Brennstoffstrahlen wird zweckmässig so eingestellt, dass man eine circumferentielle Schichtung in Gebiete mit Luftüberschuss und solche mit Luftmangel erhält. Die Führung der Luft und der Rauchgase erfolgt mit Vorteil so, dass der zentrale Bereich des Flammrohrs weitgehend mit Abgasen aus dem genannten Bereich zwischen Düsenplatte und Blende aufgefüllt wird. Dabei wird, vorzugsweise und wie gezeigt, der Brennstoff zentral, d.h. in der Längsachse des Flammrohrs, zugeführt.

Die Brennstoffeinbringungsmittel können entweder für nur einen Brennstoff, wie zum Beispiel Erdgas, Heizöl, Kohlen¬ granulat usw. ausgelegt sein oder aber auch einen Betrieb mit zwei oder mehr Stoffen ermöglichen, wobei zum Beispiel Erdgas oder Heizöl und gegebenenfalls auch ein Teil Erdgas und ein Teil Heizöl gleichzeitig verbrannt werden können, wie dies bei grosseren Brennern im Bereich ab ca. 1 MW Heizleistung vielfach erwünscht ist.

In der Zeichnung sind als Beispiel zwei mögliche räumliche Anordnungen der Zündfunkenstrecken X gezeigt, nämlich bei 30 und bei 30'. Es kann je nach Bauart des Brenners erfor¬ derlich sein, die Lage der Funkenstrecke X zu verändern. Dies liegt im Können des Fachmannes und kann durch einfache Versuche ermittelt werden.

Brennerköpfe der beschriebenen Art zeigen gutes Startver¬ halten, erfordern keine Wartung und ergeben vernachlässig¬ bare Brenngeräusche. Auch geht der überraschend einfache Aufbau einher mit noch überraschenderen, sehr niedrigen Schadstoffbildungen und ausserst breitem Regelbereich, was von Kesselherstellern und Brennerservicestellen sehr be- grüsst wird.