| DE3732656A1 | 1989-04-13 | |||
| DE8631547U1 | 1987-06-19 | |||
| FR2481781A1 | 1981-11-06 | |||
| DE3525603A1 | 1987-01-22 | |||
| FR2609153A1 | 1988-07-01 |
| 1. | Verfahren und Vorrichtung zur reversiblen Ad¬ sorption von Russpartikeln aus Verbrennungsgasen in mit festen, flüssigen und/oder gasförmigen fossilen Brennstoffen befeuerten Kesseln, vorzugsweise Klein feuerungsanlagen unter 100 KW, mittels einer den Gas¬ strom rezirkulierenden und damit einer Nachverbren nun zuzuführenden Umlenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Brennermund und der Umlenkvorrich tung ein speziell geformter, mit Luftansaugschlitzen versehener Zylinder aus Glasschaumkeramik, Schaumke¬ ramik, geschäumten und/oder gepresster Keramikfasern, offenporigem Sinterglas oder mit auf erauhter Ober¬ fläche versehenem, hitzebeständiges Stahlblech an gebracht ist, welcher die Brennerflamme unter Ver¬ meidung einer Streuung und Oelderivatablagerung auf die Umlenkvorrichtung zuführt, und diese dann sowohl als Adsorbens für Russpartikel mit Freibrenneffekt wirkt, als auch den Gasstrom umlenkt, wodurch eine Rezirkulation zum Brennermund hin stattfindet und, bei Mischung des rezirkulierten Gasstroms mit der Brennerflamme, ein besserer Ausbrand von C0, sowie eine Nachverbrennung freischwebender Russpartikel im Gasstrom stattfindet , damit eine bessere Brennstoff Verwertung mit erhöhtem thermischen Wirkungsgrad erreicht wird. |
| 2. | Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der FlammenLeitzylinder aus zwei Halbschalen besteht, bei Kleinfeuerungsanlagen mit einem Durch¬ messer von 18 30 cm, von denen die obere Halbschale 1/3 kürzer ist als die untere und mit einem oder meh¬ reren fast die ganze Oberfläche ausnutzenden Luftein¬ trittsschlitzen versehen ist, wobei die Länge der un teren Halbschale der Länge der Brennerflamme ent¬ spricht. |
| 3. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung gegen ihre Mitte konkav ausgebildet ist, um durch diese Formgebung die auf sie geführte Brennerflamme zur Umlenkung und zur Rezirku lation in Richtung Brennermund zu leiten, wobei sie rechteckig ist und nach beiden Seiten hin je 5 cm breiter sein soll als der FlammenLeitzylinder und nach oben und unten hin soll sie je 3 cm grösser sein als der FlammenLeitzylinder. |
| 4. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige oder aufgerauhte Umlenkvorrichtung aus Schaumkeraraik, vorzugsweise aus SiC und/oder Glasschaumkeramik mit einer Porosität von 15 40 ppi oder geschäumter und gepresster Keramikfaser oder aufgerauhtem Stahlblech besteht. |
| 5. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung, die meistens bei dem An¬ fahren des Brenners und dem Intervallbetrieb ent stehenden Russpartikel aus unverbranntem, unvoll¬ kommen verbranntem, fossilen Brennstoff adsorbiert, temporär festhält und diese Russpartikel bei Erreichen der Freibrenntemperatur über 550 C zur Nachverbren¬ nung bringt. |
| 6. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Umlenkvorrichtung, besonders ihre konkave Einbuchtung zum Mittelpunkt hin, das Ende der Brennerflamme und den sie begleitenden Gasstrom zur Umlenkung in Richtung Brennerraum und Brennermund bringen, wo der rezirkulierte Gasstrom mit in die am Brennermund einsetzende Flamme gesogen wird und so besonders das CO im rezirkulierten Gasstrom und die noch freischwebenden Russpartikel unter Bildung von C02 nachverbrannt werden. |
| 7. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachverbrennung von CO und C dadurch beson ders gut erreicht wird, indem der rezierkulierte Gas¬ strom in den FlammenLeitzylinder gesogen und dort mit der Brennerflamme innig vermischt wird, wodurch ein fast 100 >iger CO und Russpartikelausbrand er¬ zielt wird. |
| 8. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination eines FlammenLeitzylinders, wel¬ cher die Flamme auf eine Umlenkvorrichtung hinleitet, zusammen mit einer die Gasrezirkulation bewirkenden Umlenkvorrichtung, besonders bei älteren, rechteckigen und/oder überdimensionierten Brennräumen und Kesseln, eine Verkleinerung des Bronnraumes auf eine, auf die tatsächlich benötigte Brennleistung dimensionierte, optimale Grosse bewirkt und damit zu einem geringeren Brennstoffverbrauch führt, wobei dieser z.B. durch Auswechseln der Brennstoffdüse bei einem Heizölbren ner durch die nächste kleinere Düse kostengünstig re¬ alisiert wird. |
| 9. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung ein direktes Austreten der noch zu heissen Verbrennungsgase in den Kamin ver¬ hindert, weil die Gase zuerst einmal in Richtung Brennermund rezirkuliert und dann gründliche ausge brannt, resp. nachverbrannt werden, wobei gleichzeitig das CO und die Russpartikel, die sonst noch im Kamin nachverbrennen und zur Temperaturerhöhung führen, be¬ reits im FlammenLeitzylinder fast total nachverbren¬ nen, was eine Temperatursenkung beim Gasaustritt des Kessels bewirkt, was erwünscht wird, da die thermische Effizienz der Kessel und Kleinfeuerungsanlagen vom Gesetzgeber in einem Verhältnis hoher C02Werte und niedriger Rauchgastemperatur vorgegeben wird. |
| 10. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stabili sation der Verbrennung und der Flamraenführung erreicht wird, die mit normaler Einstellung des Brenners nicht erzielbar ist. |
| 11. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Einbau dieser Brennerhilfe aufgrund des besseren Ausbrands, weniger Verbrennungsluft benötigt wird, was zu einer geringeren Stickoxidbildung führt. |
| 12. | Verfahren und Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, in neueren oder zylindrischen Brennräumen nur die Um lenkvorrichtung zum Einsatz kommt, wβbei der Abstand von der Kante der Umlenkvorrichtung zur Wandung des runden Brennraumes 3 cm betragen woll, wobei die oben erwähnten Resultate der Nachverbrennung von Russpar¬ tikel zu C02 unter Umgehung von CO, Oxidation von CO zu C0„ zu erhöhten C02Werten führt bei niedrigeren Abgastemperaturen, was auch zu geringeren NO Werten führt. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, sowie eine Vorrichtung zur reversiblen Adsorption von Russpartikeln aus Verbrennungsgasen gemäss dem Oberbegriff des Pa¬ tentanspruchs 1. Die Problematik bei der Verbrennung fossiler Brenn¬ stoffe liegt nach wie vor im unzureichenden thermischen Wirkungsgrad, in der Russpartikel-Emission aufgrund einer unvollkommener Verbrennung, sowie im Interwall- und An/Ab-Betrieb des Brenners. Eine weitere Problema- "tik besteht in der CO-Emission aufgrund unvollkommen¬ en Ausbrands bei atmosphärischen Brennern und überdi¬ mensionierten Brennräumen der Kessel, die die Sträh¬ nenbildung im Rauchgasstrom, der Oelderivatablagerung aus dem Streubereich der Brennflamme begünstigen, sowie in der überdurchschnittlichen NO -Bildung, weil bei
der unvollkommenen Verbrennung in meistens zu gross gewählten Heizungskesseln mehr Verbrennungsluft be¬ nötigt wird, als bei einem optimalen Brennvorgang. Die¬ ser erhöhte 0 2 Bedarf führt zu erhöhter NO -Bildung. Bis anhin hat man ohne nennenswerten Erfolg ver¬ sucht, durch Einsatz sogenannter Verbrennungshilfen in Heizkesseln, die oben erwähnten Probleme zu lösen. Man hat versucht, einfach eine Prallplatte vor den Brenner im Brennraum zu placieren, um eine bessere Verwitbelung im Brennraum zu erreichen und die CO- Bildung begünstigende Strähnenbildung im Gasstrom im Kessel zu vermeiden. Es sei die DE-P-11 12 243 erwähnt. Auch wurdo versucht, die Brennerflamme durch ein mit Stauscheiben versehenes Flammenrohr zu zie- hen, wobei die Zielsetzung einer Druckerhöhung in der Brennkammer und dadurch eine Optimierung der Energieumwandlung und Reduktion der Verbrennungs¬ rückstände fraglich erscheint gemäss DE-05-3 13 968. Gemäss der DE-05-26 12 051 wird versucht, dieses Problem zu lösen, indem mehrere Nachbrennerscheiben auf einem Halterahmen montiert werden. Diese sind un¬ terteilt in Nachbrennscheiben, die vom Gas durch¬ strömt werden und Winkelbrennscheiben, die die Form eines 5 Winkels aufweisen und die der Verwirbelung dienen sollen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verbrennungshilfe für Kessel zur Ver¬ besserung der Verbrennungseigenschaften, der Redukti¬ on von Stillstands-, Abstrahl-, Abgas- und Umwand- lungsverlusten, sowie der Verbrennungsrückstand wie Russ und CO aufgrund der besseren Verbrennung und ei¬ nes fast 100 $igen Ausbrands der sonst verbleibenden Verbrennungsrückstände, sodass die Umwandlungsverluste von Brennstoff/Energie stark reduziert werden unter Einsparung von entsprechendem Brennstoff.
Aufgrund der einfachen Handhabung, der problem¬ losen Installation im Heizungskessel, eignet sich die¬ se Verbrennungshilfe besonders als Nachrüstung für bestehende Feuerungsanlagen. Dies auch, da die schwe- feibeständigen Materialien auch der Verbrennung schwefelreichen Heizöls standhalten, die Aufoxidation von S0 2 zu SO, unterstützen und damit eine Reaktion und eine Recyclierung durch eventuell nachgeschalte¬ te Entschwefelungsvorrichtungen begünstigen.
Die Vorteile der hier vorliegenden Erfindung kön¬ nen zum besseren Verständnis anhand der beiliegenden Zeichnungen entnommen werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Flammenzylinder in perspekti- vischer Draufsicht und in verklei¬ nertem Massstab gezeichnet,
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Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Flam¬ menzylinder gemäss der Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt der Umlenk¬ vorrichtung,
Fig. 4 einen Längsschnitt des Flammen- Leitzylinders im Brennkessel.
Nach Austritt der Flamme 5 aus dem Brennermund 6 durchströmt diese den Flammen-Leitzylinder 1. Die sonst bei der Flammenstreuung abgelagerten Oelderivate bleiben auf der Oberfläche des Flammen-Leitzylinders und der Umlenkrorrichtung 7 hängen und verbrennen nach. Die obere Hälfte 2 des Flammen-Leitzylinders 1 ist um 1/3 kürzer als die untere Hälfte 3, wobei die obere Hälfte 2 mit ein-bis zwei Luftansaugschlitzen 4, 4' versehen ist,. damit die Brennerflamme 5 immer ausreichend Verbrennun sluft zur Verfügung hat. Die untere Halbschale 3 hat die Länge der Brennerflamme. Bei Kleinfeueranlagen beträgt diese Länge 18 bis 30 cm. Die Umlenkvorrichtung 7 besitzt einerseits eine konkave Ausbildung, damit die auf sie treffende Flam¬ menspitze mit begleitendem Gasstrom 8 strömungsme¬ chanisch gut umgelenkt werden kann. Die ümlen vor- richtung 7 sollte rechts und links oben und unten etwas breiter sein als der Durchmesser des Flammen-
Leitzylinders 1.
Der auf die konvexe Seite der Umlenkvorrichtung 7 geleitete Gasstrom 8 wird so umgelenkt, dass er in Richtung Brennermund 6 zurückströmt, dort wieder mit in den Flammen-Leitzylinder 1 gesogen wird und sich da¬ rin innig mit dem Flammenstrom vermischt, wodurch das CO und die noch frei schwebenden Russpartikelchen nach¬ verbrannt werden.
Die Auswahl der Materialien begünstigt die oben beschriebene Wirkungsweise der Erfindung. Es sind hochporöse keramische Materialien, die z.T. bei über 1500 C gebrannt wurden. Es sind vorzugsweise Schaum¬ keramiken aus versiegeltem oder unversiegeltem Sili- ciumkarbid, wie auch Glasschaumkeramik und offenpo- riges Sinterglas, beide mit ähnlicher, offenporiger Struktur. Diese Materialien haben den Vorteil, dass sie ohne nennenswerten Druckverlust von Verbrennungs¬ gasen gut durchströmt werden. Durch das Passieren von Pore zu Pore finden Mikroturbulenzen statt, die einerseits das Gas gut durchmischen und andererseits die Russpartikelchen festhalten, die dann von selbst freibrennen, sobald die Temperatur im Kessel 500° - 550° C übersteigt.
Aehnlich gute Wirkung zeigen geschäumte und/oder gepresste Keramik aserprodukte, sowie auf erauhtes, mit Wölbungen versehenes, nicht zunderndes Stahlblech.
Das nachfolgende Beispiel zeigt Ergebnisse, die bei Tests erzielt wurden.
ohne Flammen-Leitzylinder Mit Flammen-Leitzy¬ mit Umlenkvorrichtung linder und Umlenkvor¬ richtung
C0 904 ppm 0.0 ppm
Russpartikel 2 auf der Skala 0.0 auf der Skala
Thermische Effizienz ausgedrückt in C0 2 Q η ei
12,7 #
0 2 -Bedarf 9,1 4,2 % N0„ 80 mg/cbm 48 mg/cbm
Dieses Resultat kann als typisches für ältere ölbefeuerte Zentralheizungskessel mit rechteckigem Brennraum angesehen werden.
In einer besonderen Ausführungsart kann als Ver ¬ brennungshilfe nur die Umlenkvorrichtung zum Einsatz kommen. Dies vorzugsweise bei neueren Kesseln mit runden, zylindrischen Brennräumen. Da diese in etwa schon die zylindrische Form des vorhinbeschriebenen Flammen-Leitzylinder bauseitig haben, so empfiehlt sich hier nur der Einsatz der Umlenkvorrichtung. Mit ihr werden ähnliche Leistungen erzielt, wie oben beschrieben. Die Umlenkvorrichtung muss jedoch je¬ weils 3 cm Abstand zur Wand des Brennraumes haben, um eine Rezirkulation auch des Teils des Gasstroms zu
zu ermöglichen, welcher die Umlenkvorrichtung aus of enporiger, hitzebeständiger, gasdurchlässiger Schaumkeramik, vorzugsweise aus SiC oder Glasschaum¬ keramik zu ermöglichen. Die Umlenkvorrichtung steht, wie auch der Flammen-Leitzylinder auf einem kleinen
Podest aus feuerfester Keramik. Fallweise empfiehlt sich auch die Verwendung eines Abstandhalters in Form ei¬ ner kleinen Keramikleiste zwischen Umlenkvorrichtung und Brennraumrückwand.
Mit vorliegender Erfindung ist es möglich, die Forderungen der Schweizer LRV und der deutschen BImSch für Kleinfeuerungsanlagen und TA Luft zu erfüllen.