Verfahren zum Betreiben des Brenners

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Erwärmen eines Heizraumes mit der Redu- zierung von NOx-Emissionen, umfassend eine Misch- und Brennkammer und eine Brennkammeröffnung, welche die Misch- und Brennkammer zu einem zu erwärmen- den Heizraum hin öffnet. In der Misch- und Brennkammer wird eine Flamme erzeugt, mit deren Hitze der Heizraum erwärmt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfah- ren zum Betreiben eines solchen Brenners.

Derartige Brenner werden insbesondere zur Beheizung von Ofenriumen bei indust- riellen Thermoprozessaniagen eingesetzt, wobei es sich beispielsweise um Kam- meröfen zur Wärmebehandlung, Herdwagenöfen zum Erwärmen und Schmieden, Rollenherdöfen oder Drehherdöfen handeln kann. Diese Beispiele sind jedoch ledig- lich exemplarisch zu verstehen, denn die Anwendung von derartigen Industriebren- nern ist vielfältig. Die Brenner werden mit einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff zusammen mit Luft oder Sauerstoff betrieben. Hierbei werden zunehmend Impuls- oder Hochleis- tungsbrenner eingesetzt, bei denen Brennstoff und Luft in einer Brennkammer ver- mischt und gezündet werden. Die entstehenden heißen Verbrennungsgase strömen mit hoher Geschwindigkeit durch eine Brennkammeröffnung in den zu beheizenden Heizraum. Bei dem Heizraum kann es sich um einen Ofenraum selbst oder ein

Strahlrohr handeln, welches gasdicht durch eine Ofenwand in einen Ofenraum ragt.

Dabei ist es das Bestreben, bei der Verbrennung möglichst geringe NOx-Werte zu bewirken, was jedoch von verschiedenen Parametern abhängt, die miteinander in Wechselwirkung stehen. Als eine vorteilhafte Maßnahme hat sich beispielsweise das Betreiben eines Industriebrenners in zwei Betriebsarten erwiesen, wobei die zweite Betriebsart eine flammenlose Oxidation beinhaltet, welche niedrige NOx-Werte er- möglicht. Beispielsweise offenbart die EP 0 685 683 B1 einen Industriebrenner, der zwischen einem Anfahrbetrieb mit einer Flamme innerhalb einer Misch- und Brennkammer und einem Heizbetrieb mit flammenloser Oxidation außerhalb der Misch- und Brenn- kammer geschaltet werden kann. Hierzu sind zwei verschiedene Brennsfoffdüsenein- richtungen vorgesehen, mit denen Brennstoff wahlweise in die Misch- und Brenn- kammer (Anfahrbetrieb) und in die Nähe einer Brennkammeraustrittsöffnung ge- bracht werden kann (Heizbetrieb). Das Umschalters zwischen Anfahrbetrieb und Heizbetrieb erfolgt nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur im Heizraum, wobei diese Temperatur oberhalb der Zündtemperatur des Brennstoff-/Luft~

Gemischs liegt, damit das Gemisch für eine flammen lose Oxidation ohne zusätzliche Zündung im Bereich der Brennkammeraustrittsöffnung verbrennen kann.

Diese Art von Industrieofen erfordert jedoch zwei verschiedene Brennstoffzuführun- gen und ein Umschatten im Hochtemperaturbetrieb. Darüber hinaus kann er seine geringen NOx-Werte aufgrund der flammenlosen Oxidation nicht in Bereichen eines Heizraumes realisieren, welche die genannte Zündtemperatur nicht erreichen oder noch nicht erreicht haben. Ferner erfordert der Industrieofen eine aufwendige Über- wachung, da die Flamme in der Misch- und Brennkammer nach dem Umschalten in den Heizbetrieb erlischt und der Ofen somit nicht mehr anhand des Vorhandenseins dieser Flamme überwacht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Brenner und ein Verfahren zum Betreiben des Brenners bereitzustellen, mit dem sich unter Vermeidung insbesondere der ge- nannten Nachteile geringe NOx-Werte erreichen lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Brenner gemäß dem unabhängi- gen Anspruch 1 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen des Brenners ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-13. Die Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zum Be- treiben eines solchen Brenners gemäß Anspruch 14 und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 15 bis 19 gelöst

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merk- male in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakteri- siert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Brenner lässt sich ein Heizraum erwärmen, wobei es sich bei dem Heizraum beispielsweise um einen Ofenraum oder ein Strahlrohr han- delt, welches in einen zu beheizenden Ofenraum hineinragt. Der Brenner kann daher mit einer offenen Feuerung oder einem Strahlrohr betrieben werden. Als Strahlrohr können verschiedene Arten von Strahlrohren zum Einsatz kommen. Beispielsweise handelt es sich um ein Strahlrohr vom SER-Typ (Single Ended Radiant Tube). Es können aber beispielsweise auch Strahlrohre vom P-Typ oder DP-Typ eingesetzt werden. Vorzugsweise wird ein Ofenraum mit mehreren Brennern ausgestatet. Es handelt sich um einen Industriebrenner, der insbesondere zur direkten Beheizung von Ofenräumen bei industriellen Thermoprozessanlagen eingesetzt wird. Mit dem Aufbau und der Betriebsweise des erfindungsgemäßen Brenners lassen sich die NOx-Emissionen reduzieren, wobei der Brenner jedoch weitere Vorteile mit sich bringt

Der erfindungsgemäße Brenner weist hierzu eine Misch- und Brennkammer auf, in- nerhalb der eine Misch- und Zündeinrichtung angeordnet ist. Eine Brennstoffzufüh- rung ist mit der Misch- und Zündeinrichtung verbunden und zur Zuführung von Brennstoff zu der Misch- und Zündeinrichtung ausgebildet. Ferner ist eine Luftzufüh- rung vorgesehen, die zur Zuführung eines ersten Lufteilstroms zu der Misch- und Brennkammer ausgebildet ist. Der Brenner wird mit Luft und einem Brennstoff betrie- ben, der flüssig oder vorzugsweise gasförmig ist. Beispielsweise wird Erdgas einge- setzt Die Misch- und Brennkammer öffnet sich über eine Brennkammeröffnung zu dem zu erwärmenden Heizraum.

Ferner sieht der Brenner Steuermitel vor, die ausgebildet sind zur Steuerung eines Brennstoffstromes B über die Brennstoffzuführung und zur Steuerung wenigstens eines Luftteilstromes über die Luftzuführung. Der Brenner und diese Steuermittel sind zum Betreiben des Brenners mit einer stabilen Flamme ausgebildet, die sich von der Misch- und Zündeinrichtung durch die Brennkammeröffnung hindurch in den Heizraum erstreckt. Ein solche langgestreckte Flamme weist Flammenbereiche mit verschiedenen Charakteristika auf. Wenigstens handelt es sich um einen ersten Flammenbereich innerhalb der Misch- und Brennkammer, der z.B. durch eine lonisa- tionselektrode detektierbar ist. Außerhalb der Brennkammeröffnung wird ein zweiter Flammenbereich ausgebildet, der durch die Hochgeschwindigkeit der austretenden Ströme gekennzeichnet ist.

Erfindungsgemäß liegt der auf die Brennerleistung bezogene Querschnit der Brenn- kammeröffnung im Bereich zwischen 1,5 mm ² /kW und 10 mm ² /kW. In einer Ausfüh- rungsform der Erfindung liegt der auf die Brennerleistung bezogene Querschnitt der Brennkammeröffnung im Bereich zwischen 1 ,5 mm ² /kW und 8 mm ² /kW, bevorzugt zwischen 1 ,5 mm ² /kW und 6 mm ² /kW, besonders bevorzugt zwischen 1 ,5 mm ² /kW und 5 mm ² /kW. Mit diesen Werten lassen im Bereich der Brennkammeröffnung sehr hohe Austritts- geschwindigkeiten erreichen, durch welche wiederum Abgase aus dem Heizraum in verstärktem Maße in die Flamme in diesem Bereich angesaugt werden. Dabei wird der Querschnitt der Brennkammeröffnung wesentlich kleiner gewählt, als dies bei bekannten Brennern der Fall ist. Beispielsweise ergeben sich bei bekannten Luft/Brennstoff-Brennern oftmals auf die Brennerleistung bezogene Querschnitte der Brennkammeröffnung von über 10 mm ² /kW. Eine erhebliche Reduzierung dieses Wertes wird vermieden, da erfahrungsgemäß die Flamme dann nicht mehr stabil und zuverlässig betrieben werden kann. Der Erfindung liegt jedoch die Erkenntnis zu- grunde, dass sich bei geeignetem Aufbau und Betrieb eines Brenners auch Werte wesentlich unter 10 mm ² /kW realisieren lassen. Insbesondere erfolgt dies zusammen mit der Erzeugung einer stabilen Flamme im Bereich der Zünd- und Mischeinrich- tung. Die Steuermittel und die Misch- und Zündeinrichtung sind daher dazu ausgebil- det, in der Misch- und Brennkammer eine stabile Flamme zu erzeugen. Durch die Erfindung ergeben sich an der Brennkammeröffnung höhere Austrittsge- schwindigkeiten, die wiederum eine Verstärkung der Ansaugung von Abgasen aus dem Heizraum bewirken, wodurch die NOx-Emissionen reduziert werden können. Es können NOx-Werte im Bereich von 5 bis 100 mg/Nm ³ bzw. mit einem SER-Strahirohr von 50 bis 150 mg/Nm ³ bezogen auf 3% O ₂ im trockenen Abgas erzielt werden. Dar- über hinaus lässt sich insbesondere bei einem langen SER-Strahlrohr, durch die er- höhten Austrittsgeschwindigkeiten, das Temperaturprofil im Heizraum verbessern Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die stabile Flamme im Bereich der Misch- und Zündeinrichtung fortlaufend detektierbar und damit überwachbar ist. In einer Ausführungsform der Erfindung sind daher in der Misch- und Brennkammer Flam- menüberwachungsmittel vorgesehen, die zur Detektion einer Flamme im Bereich der Misch- und Zündeinrichtung ausgebildet sind. Bei den Flammenüberwachungsmitteln handelt es sich beispielsweise um einen lonisationsstab, der in einen Bereich der Flamme ragt Die Flammenüberwachungsmittei werden dazu eingesetzt, das Vor- handensein der Flamme in der Misch- und Brennkammer zu überwachen, was ge- genüber Lösungen mit Hochtemperaturumschaltung vergleichsweise einfach und verlässlich durchzuführen ist.

So kann die Funktion des Brenners auf einfache Weise anhand des Vorhandenseins der Flamme in der Brennkammer überwacht werden. Die Erfindung bietet daher die Möglichkeit, für die Erzielung niedriger NOx-Werte im Bereich von 5 bis 100 mg/Nm ³ bzw. 50 bis 150 mg/Nm ³ bezogen auf 3% O ₂ im trockenen Abgasinsbesondere keine flammenlose Oxidation einsetzen zu müssen, deren Überwachung aufwendig und vergleichsweise unsicher ist, da keine überwachbare Flamme vorhanden ist

Ferner ist mit dem eifindungsgemäßen Brenner bereits ab einer Heizraumtemperatur von etwa 300 bis 500 °C eine NOx-Reduzierung möglich, während dies bei Einsatz der flammenlosen Oxidation erst bei Temperaturen von etwa 800°C möglich ist. So lässt sich der erfindungsgemäße Brenner vorteilhaft in Bereichen einer Thermopro- zessanlage einsetzen, in denen hohe Leistung gefordert ist, die Temperatur in einem zu beheizenden Bereich aber nicht oder noch nicht Ober 800°C liegt. Beispielsweise in den leistungsstarken ersten Zonen eines Durchlaufofens ist der erfindungsgemäße Brenner voll wirksam.

Vorzugsweise ist ferner ein Rekuperator vorgesehen, welcher die Luftzuführung des Brenners wenigstens teilweise umgibt. Die Erfindung kann jedoch auch bei Brenner- bauformen ohne Rekuperator eingesetzt werden. Derartige Rekuperatoren können auf vielfältige Art ausgebiidet sein und weisen im Wesentlichen Mittel zur Aufnahme von heißen Abgasen aus einem Heizraum in den Rekuperator auf. Ferner weisen sie Mittel zur Zuführung von Lut für die Verbrennung zu dem Rekuperator und zur Er- wärmung dieser Verbrennungsluft mittels der durch den Rekuperator geführten hei- ßen Abgase auf. Der Rekuperator ist entsprechend ausgebildet, um einen geeigne- ten Wärmeübergang zwischen heißen Abgasen und der zugeführten Verbrennungs- lust zu realisieren. Über den Rekuperator ist somit ein zweiter Luftstrom L2 der Misch- und Brennkammer oder dem Heizraum außerhalb der Misch- und Brenn- kammer zuführbar. Ob dieser zweite Luftstrom L2 aus dem Rekuperator der Misch- und Brennkammer oder direkt dem zu beheizenden Heizraum zugeführt wird, hängt von der Bauform des Brenners ab. Der erste Luftteilstrom L1 kann optional ebenfalls durch den Rekuperator vorgewärmt werden.

Auch die erreichbaren Querschnitte der Brennkammeröffnung hängen wesentlich von der Bauform des Brenners mit Rekuperator ab, da die durch den Rekuperator vorgewärmte Verbrennungsluft auf verschiedene Arten der Verbrennung zugeführt werden kann, ln einer Ausführungsform der Erfindung ist die Luftzuführung bei- spielsweise durch ein Luftzuführungsrohr gebildet ist, innerhalb dessen die Miseh- und Zündeinrichtung so angeordnet ist, dass sich die Misch- und Brennkammer aus- bildet. Das Luftzuführungsrohr bildet dabei die Brennkammeröffnung aus. Bei einer solchen Bauform lassen sich sehr geringe Durchmesser für die Brennkammeröffnung realisieren, wobei der auf die Brennerleistung bezogene Querschnitt der Brennkam- meröffnung beispielsweise im Bereich zwischen 1,5 mm ² /kW und 5 mm ² /kW, beson- ders bevorzugt zwischen 2,5 mm ² /kW und 3,5 mm ² /kW liegt.

Bei einer Bauform mit Rekuperator wird der zweite Luftteilstrom L2 beispielsweise von dem Rekuperator in den Heizraum geleitet. Es erfolgt dann keine Zuführung ei- nes zweiten, vorgewärmten Luftstroms L2 direkt in die Misch- und Brennkammer, sondern dieser zweite Luftteilstrom L2 wird dem Flammenbereich außerhalb der Misch- und Brennkammer zugeführt. In einer anderen Bauform des Brenners mit Rekuperator wird die Lutzuführung ebenfalls durch ein Luftzuführungsrohr gebildet, innerhalb dessen die Misch- und Zündeinrichtung so angeordnet ist, dass sich die Misch- und Brennkammer ausbildet. In dieser Ausführungsform bildet jedoch der Rekuperator die Brennkammeröffnung aus, während der zweite, vorgewärmte Luftteilstrom L2 von dem Rekuperator vor- zugsweise ebenfalls in die Misch- und Brennkammer geleitet wird. Der Gesamtluft- strom in die Misch- und Brennkammer ist somit höher als bei der zuvor beschriebe- nen Ausführungsform, aber es lassen sich dennoch sehr geringe Durchmesser für die Brennkammeröffnung realisieren, wobei der auf die Brennerleistung bezogene Querschnit der Brennkammeröffnung im Bereich zwischen 3 mm ² /kW und

10 mm ² /kW, besonders bevorzugt zwischen 3 mm ² /kW und 6 mm ² /kW liegt.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Steuermittel ferner dazu ausgebil- det, nach Erreichen eines vorbestimmten Parameterwertes das Verhältnis von Brennstoffstrom B zum Luftstrom zu variieren, insbesondere zu erhöhen. Bei Bau- formen mit Rekuperator und somit mehreren Luftteilströmen wird das Verhältnis von Brennstoffstrom B zur Summe aus erstem und zweitem, vorgewärmten Luftstrom variiert, insbesondere erhöht In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Steu- ermittel vorzugsweise dazu ausgebildet, nach Erreichen eines vorbestimmten Para- meterwertes den Brennstoffstrom B bei annähernd gleichbleibendem Luftstrom (ins- besondere Summe aus erstem und zweitem, vorgewärmten Luftstrom) zu erhöhen. Der vorbestimmte Parameterwert ist ein Temperaturwert, wobei es sich insbesonde- re um eine Referenztemperatur in einem zu beheizenden Raum bzw. in einer be- stimmten Zone innerhalb des zu beheizenden Raums handelt (Zonentemperatur).

Bei dem Raum muss es sich jedoch nicht um den Heizraum gemäß der Erfindung handeln, sondern es wird ein geeigneter Referenzpunkt für eine Temperatur be- stimmt, die je nach Einbausituation des Brenners variieren kann. Die Referenztempe- ratur ist vorzugsweise so gewählt oder experimentell bestimmt, dass beispielsweise bei der Verwendung von Erdgas als Brennstoff ab dieser Temperatur das Verhältnis von Brennstoffstrom B zum Luftstrom von 1 :20 auf 1 :10 verändert werden kann. Die- se Temperatur liegt beispielsweise zwischen 200°C und 500°C. Bei anderen gasför- migen Brennstoffen können sich andere geeignete Mischungsverhältnisse ergeben, so dass die angegebene Veränderung des Mischungsverhältnisses für Erdgas ledig- lich exemplarisch zur Erläuterung der Erfindung dient

Mit dieser Art von Steuermitteln ist es insbesondere möglich, den Brenner im kalten Zustand mit einem Verhältnis von Brennstoffstrom B zum Luftstrom (insbesondere zur Summe des ersten und zweiten, vorgewärmten Luftteilstromes) von 1:20 anzu- fahren. Dies ermöglicht die Ausbildung einer stabilen Flamme, die sich durch die Brennkammeröffnung in den Heizraum erstreckt Erwärmen sich der Brenner und der Ofen mit fortschreitendem Betrieb des Brenners, kann das Verhältnis jedoch auf 1:10 gefahren werden, ohne dass die Flamme dadurch destabilisiert wird. Der Brenner wird vorzugsweise bei voller Luftmenge zunächst mit halber Leistung betrieben, und kann dann mit voller Leistung weitergefahren werden, wenn bestimmte Temperatur- bedingungen erreicht sind, die ebenfalls eine ausreichende Stabilisierung der Flam- me ermöglichen. So kann in den verschiedenen Erwärmungsstadien des Brenners trotz der hohen Austritsgeschwindigkeit im Bereich der Brennkammeröffnung eine stabile Flamme erzeugt werden.

Optional weist der Brenner Mittel auf, um den Brenner in einen Betrieb mit flammen- loser Oxidation umzuschalten, Hierzu sind beispielsweise Mittel zur Strömungsum- lenkung des Brennstoffstromes und/oder des ersten Lufteilstromes vorgesehen, bei deren Aktivierung durch die Steuermitel die Flamme destabilisiert und gelöscht wird. Der Brenner ist fernerso ausgebildet, dass dann außerhalb der Brennkammeröff- nung eine flammenlose Oxidation von Brennstoff und Luft statfindet, die unter hoher Geschwindigkeit aus der Brennkammeröffnung austreten. Dies setzt voraus, dass die Temperatur in diesem Bereich einen Wert oberhalb der Zündtemperatur des Ge- mische erreicht hat, d.h. in etwa 800°C, Hierfür sind entsprechende Temperatu- rüberwachungsmittel vorgesehen, die in Verbindung mit den Steuermitteln stehen. Auch bei dieser flammenlosen Oxidation bewirken die erhöhten Austrittsgeschwin- digkeiten von Brennstoff und Luft an der Brennkammeröffnung eine vorteilhafte An- saugung von Abgasen in einem erhöhten Maß, was wiederum die NOx-Werte redu- ziert. Eine derartige Strömungsumlenkung für ein Umschalten in die flammenlose Oxidati- on kann beispielsweise durch eine verlängerte Brennstofflanze realisiert werden, die bis in den Bereich der Brennkammeröffnung ragt, wie es in der EP 0 685 683 B1 vorgeschlagen wird. Möglich ist es auch die Ansteuerung eines veränderten Austritts von Brennstoff aus der Zünd- und Mischeinrichtung

Von der Erfindung umfasst ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines Brenners nach einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Steuermitel einen Brenn- stoffstrom und wenigstens einen Luftteilstrom so ansteuern, dass sich eine stabile Flamme ausgebildet, die sich von der Misch- und Zündeinrichtung durch die Brenn- kammeröffnung hindurch in den Heizraum erstreckt.

Das Verfahren umfasst insbesondere für eine Anheizphase die optionale Maßnahme, dass die Steuermittel nach Erreichen eines vorbestimmten Parameterwertes das Verhältnis von Brennstoffstrom zu Luftstrom erhöhen. Insbesondere erfolgt dies, in- dem die Steuermitel wie bereits beschrieben den Brennstoffstrom bei annähernd gleichbleibendem Luftstrom erhöhen. Beispielsweise verändern die Steuermittel das Verhältnis von Brennstoffstrom zu Luftstrom von 1:20 auf 1:10. Bei Bauformen mit Rekuperator setzt sich der vorgenannte Luftstrom zusammen aus einem ersten und zweiten Luftteilstrom, Auch das Verfahren sieht folglich vor, dass es sich bei dem vorbestimmten Parameterwert um eine Temperatur in einem zu beheizenden Raum handelt und diese Temperatur zwischen 200°C und 500°C liegt. Diese Verfahrens- führung hat die zuvor genannten Vorteile. Für ein optionales Umschalten in einen Betrieb mit flammenloser Oxidation sieht das Verfahren in einer Ausführungsform vor, dass eine Temperatur TH des Heizraumes ermittelt wird und bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur TH oberhalb der Zündtemperatur des Brennstoff/Luft-Gemisches die Strömung des Brennstoffstroms und/oder des ersten Luftteilstromes so umgelenkt wird, dass die Flamme destabili- siert und gelöscht wird, und dann außerhalb der Brennkammeröffnung eine flammen- lose Oxidation von Brennstoff und Luft stattfindet, die aus der Brennkammeröffnung austreten. Diese Verfahrensführung hat die zuvor genannten Vorteile. Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevor- zugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.

Von den Abbildungen zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners;

Fig. 2 eine Darstellung einer Ausführungsform von Steuermiteln zur Steue- rung eines Brenners in einem Fließschema;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners; und

Fig. 4 einen schematischen Schnit durch eine drite Ausführungsform eines erfindungsgemißen Brenners.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brenners 10, anhand dessen die wesentlichen Merkmale der Erfindung erläutert werden sollen. Der Aufbau des Brenners ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen und Fig. 1 gibt insbesondere nur eine schematische Darstellung der Komponenten und Bauteilabmessungen wieder. Das Gleiche gilt für die Figuren 3 und 4, die weite- re Ausführungsformen zeigen. Es sind ebenso Bauformen ohne Rekuperator mit ein- bezogen.

Der Brenner 10 ist in eine Ofenwand 20 eingebaut und erzeugt eine Flamme 56, mit welcher ein Heizraum 55 zu beheizen ist. In dieser Ausführungsform handelt es sich um eine offene Flamme, welche den Heizraum 55 direkt beheizt Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen mit indirekter Beheizung möglich, bei denen ein Strahlrohr verwendet wird. Eine solche Ausführungsform zeigt Fig. 4. Der Brenner 10 weist eine Misch- und Brennkammer 54 auf, welche durch eine Luft- zuführung 30 in Form eines Luftzuführungsrohres gebildet wird ln diese Luftzufüh- rung 30 wird Verbrenn ungsluft eingebracht (nicht dargestellt) und strömt als erster Luftteilstrom L1 in die Misch- und Brennkammer 54. Innerhalb dieses Luftzuführungs- rohres 30 ist eine Zünd- und Mischeinrichtung 51 angebracht, die mit einer Brenn- stoffzuführung 50 verbunden ist, durch welche der Zünd- und Mischeinrichtung 51 Brennstoff zugeführt wird. Bei dem Brennstoff handelt es sich beispielsweise um Erdgas.

Die Zünd- und Mischeinrichtung 51 ist auf geeignete Weise so ausgebildet, dass der Brennstoff so aus ihr austritt, dass durch Zündung des Gemisches aus Brennstoff- strom B und erstem Luftteilstrom 11 eine stabile Flamme 56 entstehen kann. In der schematischen Darstellung der Fig. 1 treten hierfür mehrere Brennstoffströme seitlich in einem Winkel aus der Zünd- und Mischeinrichtung 51 aus, aber dies ist nicht ein- schränkend zu verstehen. Jede andere geeignete Zünd- und Mischeinrichtung 51 kann ebenfalls eingesetzt werden.

Der Brenner weist in dieser Ausführungsform ferner einen Rekuperator 40 auf, wel- cher das Luftzuführungsrohr 30 umgibt. Aus dem Heizraum 55 werden heiße Abgase A1 in den Rekuperator 40 eingezogen und ein zweiter Luftteilstrom L2 wird im Ge- genstrom erwärmt. Optional kann auch der erste Luftteilstrom L1 im Rekuperator 40 vorgewärmt worden sein. Der zweite, vorgewärmte Luftteilstrom L2 wird dem Heiz- raum 55 zugeführt. Dies erfolgt im Bereich einer langgestreckten Flamme 56, wobei diese Flamme 56 verschiedene Flammenbereiche aufweist. Ein erster Flammenbe- reich 56a befindet sich innerhalb der Misch- und Brennkammer 54, wobei das Luftzu- führungsrohr 30 eine Brennkammeröffnung 53 bildet, durch welche sich die Flamme 56 von der Zünd- und Mischeinrichtung 51 aus erstreckt. Ein zweiter Flammenbe- reich 56b bildet sich im Heizraum 55 vor der Brennkammeröffnung 53 aus. Diesem Flammenbereich 56b wird der zweite, vorgewärmte Luftteilstrom L2 aus dem Reku- perator 40 zugeführt. Gleichzeitig werden heiße Abgase A2 aus dem Heizraum 55 in den Flammenbereich 56b eingesaugt Bei diesem Aufbau des Brenners liegt der auf die Brennerleistung bezogene Quer- schnitt der Brennkammeröffnung 53 im Bereich zwischen 1 ,5 mm ² /kW und 5 mm ² /kW, besonders bevorzugt zwischen 2,5 mm ² /kW und 3,5 mm ² /kW. Hierdurch ergeben sich hohe Austrittsgeschwindigkeiten an der Brennkammeröffnung 53, die niedrige NOx-Werte im Flammenbereich 56b bewirken. In Summe mit der NOx- Bildung der Flamme 56 innerhalb der Misch- und Brennkammer lassen sich bei offe- ner Feuerung insgesamt geringe NOx-Werte im Bereich von 5 bis 100 mg/Nm ³ be- zogen auf 3% O ₂ im trockenen Abgas erzielen. Ferner lässt sich die Flamme 56 gut überwachen, wobei hierzu in der Misch- und Brennkammer 54 ein lonisationsstab 52 vorgesehen ist, mit dem sich das Vorhandensein der Flamme 56 detektieren lässt.

Um den Brenner in den Betriebszustand der Fig. 1 zu bringen, erfolgt vorzugsweise eine Anheizphase mit einer bestimmten Ansteuerung von Brennstoffstrom B und den Luftteilströmen L1 , L2, um auch bei kaltem Brenner 10 eine stabile Flamme 56 er- zeugen können. Hierzu sind Steuermittel 60 vorgesehen, deren Aufbau beispielhaft der Flg. 2 zu entnehmen ist. Ein Brenner 10 ist mit Steuermitteln 60 ausgestatet, die eine Versorgung des Brenners 10 mit Brennstoff und Luft ermöglichen. Der Brenn- stoff wird im Folgenden vereinfacht als Gas bezeichnet. Für den Strom des Gases sind ausgehend vom Brenner 10 in Reihe ein Einstellventil 61 , ein Gasventil 63, ein Kompensator 64 und ein Kugelhahn 65 für den Anschluss an eine Gasversorgung vorgesehen (nicht dargestellt). Für den Strom der Luft sind ausgehend vom Brenner 10 in Reihe ein Einstellventil 66, ein Luftventil 67, ein Kompensator 68 und ein Schieber 69 für den Anschluss an eine Luftversorgung vorgesehen (nicht darge- stellt). Zwischen Einstellventil 61 und Gasventil 63 sind in Parallelschaltung ein Gleichdruckregler 62 mit einem Gasventil und eine weiteres Gasventil 62a im Bypass vorgesehen. Zwischen Einstellventil 66 und dem Luftventil 67 zweigt eine Impulslei- tung 70 zum Gleichdruckregler 62 mit dem Gasventil ab.

Mit diesen Steuermitteln kann der Brenner zunächst im kalten Zustand mit einem Verhältnis von Brennstoff zu Luft von etwa 1:20 angefahren werden, was die Ausbil- dung einer stabilen Flamme 56 ermöglicht. Dabei wird bereits die volle Luftmenge zur Verfügung gestellt, während der Brennstoffstrom über das Ventil 62a zunächst reduziert ist. ln Abhängigkeit von dem Aufbau des Brenners 10 und den Umge- bungsbedingungen in einem Ofen kann der Brennstoffstrom ab einer vorbestimmten Temperatur erhöht werden, da die Flamme 56 sich nun auch bei einem höheren Brennstoffanteil stabilisiert. Ab dieser Temperatur wird für den Brennstoffstrom vom Ventil 62a auf das Ventil 62 gewechselt, der Brennstoffstrom so erhöht und dabei beispielsweise ein Verhältnis von Brennstoff zu Luft von etwa 1 :10 eingestellt.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners 11 , bei welcher jedoch der Rekuperator 40 die Brennkammeröffnung 53' bildet. Somit mündet der zweite, im Rekuperator 40‘ vorgewärmte Luftteilstrom L2‘ zusammen mit dem ersten Luftteilstrom L1 in der Misch- und Brennkammer 54'. Die Flamme 56 mit den beiden Flammenbereichen 56a und 56b bildet sich jedoch analog aus, und auch die übrigen Komponenten entsprechen der Ausführungsform der Fig. 1. Lediglich der auf die Brennerleistung bezogene Querschnitt der Brennkammeröffnung 53' liegt hier im Bereich zwischen 3 mm ² /kW und 10 mm ² /kW, besonders bevorzugt zwischen 3 mm ² /kW und 6 mm ² /kW.

Fig. 4 zeigt einen Brenner 12 gemäß der Ausführungsform der Fig 3, bei dem ein zu beheizender Heizraum 55' innerhalb eines Flammenrohres 42 angeordnet ist Das Flammenrohr 42 ist von einem Strahlrohr 41 umgeben, welches für eine indirekte Beheizung aus der Ofenwand 20 in einen Ofeninnenraum hineinragt. Das Flammen- rohr 42 innerhalb des Strahlrohres 41 erlaubt den Strom von heißen Abgasen A3 zurück zum Brenner 12, wobei sie entweder als Abgase A1 dem Rekuperator zuge- führt oder als Abgase A2 von dem Flammenbereich 56b eingesaugt werden. Bei der Verwendung z.B eines SER-Strahlrohres lassen sich mit der Erfindung NOx-Werte im Bereich von 50 bis 150 mg/Nrn ³ bezogen auf 3% O ₂ im trockenen Abgas erzielen. Bezugszeichenliste:

10,11,12 Brenner

20 Ofenwand

30,30' Luftzuführung, Luftzuführungsrohr

40,40' Rekuperator

41 Strahlrohr

42 Flammenrohr

50 Brennstoffzuführung

51 Misch- und Zündeinrichtung

52 Flammenüberwachungsmittel, lonisationsstab

53 Brennerkammeröffnung

54,54' Misch- und Brennkammer

55,55' Heizraum

56 Flamme

56a, 56 b Flammenbereich

60 Steuermittel

61 Einstellventil Gas

62 Gleichdruckregler mit Gasventil V2

62a Gasventil Bypass

63 Gasventil V1

64 Kompensator

65 Kugelhahn

66 Einstellventil Luft

67 Luftventil

68 Kompensator

69 Schieber

70 Impufsteitung

L1 Luftteilstrom

L2 Luftteilstrom, vorgewärmt

B Brennstoffstrom A1 Abgasstrom in Rekuperator

A2 Abgasstrom in Flamme

A3 Abgasstrom Rückführung