DE3628293A1

DE3628293A1 - Heating boiler for burning liquid and/or gaseous fuels

Info

Publication number: DE3628293A1
Application number: DE19863628293
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Seidl
Original assignee: WOLF KLIMATECHNIK GmbH
Current assignee: WOLF KLIMATECHNIK GmbH
Priority date: 1986-08-20
Filing date: 1986-08-20
Publication date: 1988-02-25

Abstract

Heating boiler for burning liquid and/or gaseous fuels, with a one- or multi-part (hot) combustion chamber (1), an injector channel (3), which surrounds the flame (7), being arranged inside the combustion chamber (1). The injector channel (3) serves for flue-gas injection of the flame (7), with the result that a lowering of the flame temperature is obtained. Overall, the NOx-content of the flue gases reaching the open air can thus be considerably reduced. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkessel für die Verbren nung flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a boiler for burning liquid and / or gaseous fuels according to the preamble of claim 1.

Derartige Heizkessel sind allgemein bekannt und werden bis zu einer Leistung von ca. 250 kW gebaut. Nachteilig bei den herkömmlichen Heizkesseln dieser Art ist der hohe NO_x-Gehalt der Rauchgase. Im Hinblick auf die steigenden Anforderungen der Umweltbestimmungen, insbe sondere auch im Bereich kleinerer Heizanlagen, wie sie z. B. für Ein- oder Zwei-Familienhäuser eingesetzt werden, hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, den Heiz kessel der bekannten Art dahingehend zu verbessern, daß ohne großen Aufwand eine ganz erhebliche Reduzierung des NO_x-Gehaltes erreicht wird.Such boilers are generally known and are built up to an output of approximately 250 kW. The disadvantage of conventional boilers of this type is the high NO _x content of the flue gases. In view of the increasing requirements of environmental regulations, in particular also in the area of smaller heating systems, such as. B. used for one or two family houses, the inventor has set itself the task of improving the heating boiler of the known type in such a way that a very significant reduction in the NO _x content is achieved without great effort.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dabei handelt es sich um eine denkbar einfache Zusatz-Konstruktion, mit der sich eine Reduzierung des NO_x-Gehaltes um bis zu 30% erzielen läßt. Der Grund dafür liegt in der durch die erfindungs gemäße Konstruktion bedingten Temperatursenkung der Flamme. Konkret wird die Temperatursenkung dadurch erhal ten, daß rezirkulierendes, auf dem Weg zum Abzug bereits etwas abgekühltes Rauchgas in den Injektorkanal regel recht angesaugt und der Flamme beigemischt wird. Begün stigt wird die erwähnte Rauchgas-Rezirkulierung durch eine zum Brenner hin offene, topfartig ausgebildete Brennkammer. Dadurch werden die heißen Rauchgase zwangs läufig in Richtung zum Brenner hin umgelenkt, um dann über die freie Kante des Brennkammertopfes in den Rauch gasabzug zu gelangen. Ein Teil der zum Brenner rück strömenden und auf diesem Wege sich bereits wieder ab kühlenden Rauchgase gelangt in den Bereich zwischen Brenner/Flamme einerseits und Injektorkanal anderer seits aufgrund des sich im Injektorkanal ausbildenden Unterdrucks. Vorzugsweise wird dem in den Injektorkanal gelangenden Rauchgas ein Drall aufgeprägt, der der Flam menrotation entgegengesetzt gerichtet ist. Dadurch wird die Temperatursenkung der Flamme zusätzlich gefördert.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. This is a very simple additional construction with which a reduction in the NO _x content by up to 30% can be achieved. The reason for this lies in the temperature reduction of the flame caused by the construction according to the invention. Specifically, the temperature drop is obtained by recirculating flue gas, which has already cooled somewhat on the way to the discharge, is sucked into the injector channel and mixed with the flame. Begün stigt is the aforementioned flue gas recirculation through an open to the burner, pot-shaped combustion chamber. As a result, the hot flue gases are inevitably diverted towards the burner in order to then get into the flue gas outlet via the free edge of the combustion chamber pot. Part of the flue gases flowing back to the burner and thus already cooling again reaches the area between the burner / flame on the one hand and the injector channel on the other hand due to the negative pressure developing in the injector channel. Preferably, a swirl is imposed on the flue gas entering the injector channel, which is directed in the opposite direction to the flame rotation. This further promotes the temperature reduction of the flame.

Weitere konstruktive Details der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further constructive details of the invention are in the Subclaims described.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Heizkessels anhand der bei gefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of a Boiler designed according to the invention based on the attached drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 bis 6 verschiedene Ausführungsformen eines erfin dungsgemäß ausgebildeten Heizkessels im schema tischen Querschnitt; Fig. 1 to 6 different embodiments of a boiler designed according to the invention in schematic cross-section;

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines Injektorkanals in Seitenansicht, und Fig. 7 shows another embodiment of an injector duct in side view, and

Fig. 8 eine noch weitere Ausführungsform eines Injek torkanals in schematischer Frontansicht vom Brenner aus gesehen. Fig. 8 seen a still further embodiment of an injector channel in a schematic front view from the burner.

Die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Heizkessel sind jeweils durch folgende Grundkonstruktion gekennzeichnet:The boilers shown in Figures 1 to 6 are each characterized by the following basic construction:

An der einen (in den Fig. 1 bis 6 jeweils linken) Stirn seite eines zylindrischen Feuerraums 4, dessen Umfang durch einen ringförmigen Wassermantel 5 begrenzt ist, ist ein Gebläsebrenner 6 angeordnet. Die schematisch dar gestellte Brennerflamme 7 erstreckt sich in eine heiße, topfartig ausgebildete Brennkammer 1 aus hitzebeständigem Stahlblech. Sie kann auch gegen eine platten- bzw. scheibenförmig ausgebildeten Heizgaslenkschirm gerichtet sein. Beide Einrichtungen dienen zur Heizgas- bzw. Rauch gasumlenkung mit dem Ziel, das Berühren der Flamme 7 mit dem kalten Wärmetauscher zu vermeiden. Die topfartig ausgebildete Brennkammer 1 besteht aus einer Zarge 8 und einem fest daran angeschweißten Boden 9, welcher flammen seitig durch einen Isolierstein geschützt sein kann.On one (in FIGS. 1 to 6 left) front side of a cylindrical combustion chamber 4 , the circumference of which is limited by an annular water jacket 5 , a forced draft burner 6 is arranged. The schematically shown burner flame 7 extends into a hot, pot-shaped combustion chamber 1 made of heat-resistant steel sheet. It can also be directed against a plate-shaped or disc-shaped hot gas deflecting screen. Both devices are used for heating gas or smoke gas deflection with the aim of avoiding touching the flame 7 with the cold heat exchanger. The pot-shaped combustion chamber 1 consists of a frame 8 and a bottom 9 firmly welded to it, which flame side can be protected by an insulating stone.

Die Rauchgase werden durch die Brennkammer 1 in Richtung der Pfeile 10 umgelenkt und gelangen in einen Ringspalt 11 zwischen der Zarge 8 und dem äußeren Wassermantel 5. In diesem Ringspalt geben die Rauchgase ihre Wärme an den Wassermantel 5 bzw. an das diesen durchströmende Wasser ab und gelangen in Richtung der Pfeile 12 über einen Rauchgasstutzen 13 zu einem nichtdargestellten Kamin.The flue gases are deflected by the combustion chamber 1 in the direction of the arrows 10 and reach an annular gap 11 between the frame 8 and the outer water jacket 5 . In this annular gap, the flue gases give off their heat to the water jacket 5 or to the water flowing through them and reach in the direction of the arrows 12 via a flue gas connector 13 to a chimney, not shown.

Die beschriebenen Konstruktionsmerkmale sind in sämtli chen Fig. 1 bis 6 mit den jeweils selben Bezugsziffern gekennzeichnet und werden im folgenden nicht mehr weiter erwähnt.The design features described are marked in FIGS . 1 to 6 with the same reference numerals in each case and are no longer mentioned in the following.

In allen Fällen ist innerhalb der Brennkammer 1 ein die Flamme 7 umgebender Injektorkanal 3 angeordnet, wobei dieser Injektorkanal zylindrisch (Fig. 1), sich in Rich tung zum freien Flammenende hin konisch verjüngend (Fig. 6) oder sich konisch erweiternd (Fig. 2) ausgebil det sein kann. Entsprechend Fig. 5 kann der Injektor kanal 3 auch nach Art einer Venturidüse ausgebildet sein. Schließlich kann der Injektorkanal zwei-teilig ausgebil det sein entsprechend Fig. 4, d. h. aus zwei voneinander getrennten Abschnitten 3′, 3′′ bestehen, wobei zwischen den beiden Abschnitten 3′, 3′′ ein Ringspalt 14 gebildet ist, durch den rezirkulierendes Rauchgas (Pfeil 15) in dem Bereich zwischen Flamme 7 und Injektorkanal-Abschnitt 3′ gelangt. Der Injektorkanal 3 bzw. die Einzelabschnit te 3′, 3′′ desselben können radiale Durchbrüche aufweisen zur zusätzlichen Beimischung von rezirkulierendem Rauch gas.In all cases, an injector duct 3 surrounding the flame 7 is arranged within the combustion chamber 1 , this injector duct being cylindrical ( FIG. 1), tapering in the direction of the free flame end ( FIG. 6) or flaring ( FIG. 2 ) can be trained. According to FIG. 5, the injector can be channel formed in the manner of a venturi nozzle. 3 Finally, the injector channel can be formed in two parts according to FIG. 4, ie consist of two separate sections 3 ', 3 '', an annular gap 14 being formed between the two sections 3 ', 3 '' by the recirculating flue gas (Arrow 15 ) in the area between flame 7 and injector channel section 3 '. The injector channel 3 or the individual sections te 3 ', 3 ''of the same can have radial openings for the additional admixture of recirculating smoke gas.

An der dem Brenner 6 zugewandten Seite des Injektorkanals 3 können Umlenkelemente, z. B. in Form eines ringförmigen Umlenkblechs 16 angeordnet sein zur Unterstützung der Rauchgasumlenkung in den Bereich zwischen Flamme 7 und Injektorkanal 3 (siehe Rauchgas-Pfeile 17 in Fig. 3). In entsprechender Weise kann die Umlenkung des Rauchga ses im Bereich des Ringspaltes 14 nach Fig. 4 unter stützt werden. Zu diesem Zweck ist der dem freien Ende der Flamme 7 zugewandte Rand des Injektorkanal-Ab schnittes 3′ radial nach außen erweitert, um auf diese Weise eine nahezu axiale Eintrittsöffnung für rezirku lierendes Rauchgas 15 in dem Bereich zwischen Flamme 7 und dem dem Flammenende zugeordneten Injektorkanal-Ab schnitt 3′′ zu erhalten.On the burner 6 facing side of the injector channel 3 , deflection elements, for. B. in the form of an annular baffle 16 to support the flue gas deflection in the area between the flame 7 and the injector channel 3 (see flue gas arrows 17 in Fig. 3). In a corresponding manner, the deflection of the Rauchga ses in the region of the annular gap 14 according to FIG. 4 can be supported. For this purpose, the free end of the flame 7 facing edge of the injector channel section 3 'is extended radially outwards, in this way an almost axial inlet opening for recirculating flue gas 15 in the area between flame 7 and the injector channel assigned to the flame end -Ab section 3 to get '.

In allen Fällen muß sichergestellt sein, daß zwischen dem Brenner 6 und dem brennerseitigen Rand des Injek torkanals 3 ein Eintrittsspalt für rezirkulierendes Rauchgas ausgebildet bzw. vorhanden ist. Vorzugsweise liegt diese Eintrittsspalte etwa auf Höhe der Rauchgas- Umlenkung im Bereich des Ringspalts 11. Das in der Brenn kammer 1 rezirkulierende Rauchgas kühlt sich auf dem Weg zur Rauchgasumlenkung in den Ringspalt 11 bereits etwas ab mit der Folge, daß der Flamme 7 entsprechend abge kühltes Rauchgas beigemischt wird. Dadurch wird eine nicht unerhebliche Temperaturabsenkun der Flamme 7 er reicht, was letztlich zu einer beträchtlichen Reduzierung des NO_x-Gehaltes der den Feuerungsraum 4 verlassenden Rauchgase (Pfeil 12) führt. Vorzugsweise ist der Abstand des Injektorkanals von der den Brenner 6 aufnehmenden Stirnwand des Feuerungsraums 4 einstellbar bzw. variabel, wodurch in entsprechender Weise die Rauchgas-Beimischung veränderbar ist.In all cases, it must be ensured that an inlet gap for recirculating flue gas is formed or present between the burner 6 and the burner-side edge of the injector channel 3 . This inlet gap is preferably located approximately at the level of the flue gas deflection in the area of the annular gap 11 . The recirculating flue gas in the combustion chamber 1 cools down somewhat on the way to the flue gas deflection into the annular gap 11 , with the result that the flame 7 is cooled with appropriately cooled flue gas. This results in a not inconsiderable decrease in temperature of the flame 7 , which ultimately leads to a considerable reduction in the NO _x content of the flue gases leaving the combustion chamber 4 (arrow 12 ). Preferably, the distance of the injector duct is of the burner 6-receiving end wall of the firebox 4 adjustable or variable, whereby the flue gas admixture can be varied in a corresponding manner.

Der Injektorkanal 3 kann mittels sich radial erstrecken der Haltestreben innerhalb des Feuerungsraums 4 bzw. der Brennkammer 1 gehalten werden. Es ist auch eine Befe stigung an der brennerseitigen Stirnwand des Feuerungs raums 4 mittels sich axial erstreckender Haltestege mög lich. Die Haltestege können in beiden Fällen zugleich als Drallelemente ausgebildet sein.The injector channel 3 can be held within the combustion chamber 4 or the combustion chamber 1 by means of the radially extending holding struts. There is also a BEFE stigung on the burner-side end wall of the combustion chamber 4 by means of axially extending retaining webs possible. In both cases, the retaining webs can also be designed as swirl elements.

Schließlich können dem brennerseitigen Rand des Injektor kanals 3 gesonderte Drallelemente zugeordnet sein, mit tels denen dem beigemischten Rauchgas eine Rotation um die Flammen-Längsachse aufgeprägt wird, vorzugsweise der art, daß sie der Flammenrotation, wie sie üblicherweise vorliegt, entgegengesetzt gerichtet ist. Dadurch wird eine intensive Vermischung bereits kühlerer Rauchgase mit der Flamme und dementsprechend eine erhöhte Temperatur senkung derselben erreicht.Finally, 3 separate swirl elements can be assigned to the burner-side edge of the injector channel, by means of which the admixed flue gas is rotated about the longitudinal axis of the flame, preferably in such a way that it is directed in the opposite direction to the flame rotation, as is usually the case. As a result, intensive mixing of already cooler smoke gases with the flame and, accordingly, an increased temperature reduction thereof are achieved.

Zur Reduzierung des Strömungswiderstandes im Bereich des Rauchgas-Einlasses kann der brennerseitige Rand des Injektorkanals entsprechend Fig. 7 trichterartig erwei tert sein.To reduce the flow resistance in the area of the flue gas inlet, the edge of the injector channel on the burner side can be expanded in a funnel-like manner according to FIG. 7.

Schließlich sei noch auf die bevorzugte Ausbildung des Injektorkanals nach Fig. 8 hingewiesen, die sich da durch auszeichnet, daß er vier, gleichmäßig über den Um fang verteilt angeordnete, sich jeweils axial erstrek kende und in Richtung zum Brenner hin etwa konisch ver jüngende Einbuchtungen 18 aufweist. Längs dieser Ein buchtungen erfolgt die Rezirkulation abgekühlten Rauch gases (siehe Pfeil 19). In Fig. 8 ist der beschriebene Injektorkanal aus der Sicht vom Brenner 6 dargestellt. Die Rauchgas-Umlenkung am brennerseitigen Rand des In jektorkanals 3 kann zusätzlich begünstigt werden durch ein wulstartiges Randprofil, wie es in Fig. 7 gestri chelt dargestellt und mit der Bezugsziffer 20 gekenn zeichnet ist. Die Rauchgas-Beimischung bzw. -Rückströ mung in den Injektorkanal 3 hinein ist in den Figuren mit den Pfeilen 21 angedeutet.Finally, reference is made to the preferred embodiment of the injector channel according to FIG. 8, which is distinguished by the fact that it has four, arranged evenly distributed over the circumference, each axially extending and towards the burner approximately conically tapering indentations 18th having. Cooled flue gases are recirculated along these indentations (see arrow 19 ). In Fig. 8 the injector duct described is shown from the perspective of the burner 6. The flue gas deflection on the burner-side edge of the injector channel 3 can additionally be favored by a bead-like edge profile, as shown in dashed lines in FIG. 7 and marked with the reference number 20 . The flue gas admixture or backflow into the injector channel 3 is indicated in the figures by the arrows 21 .

Auch am brennerentfernten Rand des Injektorkanals 3 kann ein die Rauchgas-Rückströmung begünstigender Rand wulst vorgesehen sein. In Fig. 7 ist ein solcher Rand wulst, und zwar ein sich radial nach innen erstreckender Randwulst, strich-punktiert angedeutet und mit der Bezugs ziffer 22 versehen. Die Rauchgas-Rückströmung um diesen Randwulst 22 ist in Fig. 7 durch die Pfeile 23 darge stellt.An edge which promotes the flue gas backflow can also be provided on the edge of the injector channel 3 which is distant from the burner. In Fig. 7, such an edge bead, namely a radially inwardly extending edge bead, indicated by dash-dotted lines and provided with the reference number 22 . The flue gas backflow around this bead 22 is shown in Fig. 7 by the arrows 23 Darge.

Claims

1. Boiler for the combustion of liquid and / or gaseous fuels, preferably with a one-part or multi-part (hot) combustion chamber ( 1 ) or a one-part or multi-part heating gas deflecting screen, characterized in that a flame ( 7 ) within the combustion chamber ( 1 ) is arranged around the injector channel ( 3 ).

2. Boiler according to claim 1, characterized in that the injector channel ( 3 ) consists of heat-resistant, flammfe most material, in particular sheet steel or ceramic.

3. Boiler according to claim 1 or 2, characterized in that the injector channel ( 3 ) towards the free flame end tapering ( Fig. 6) or flared ( Fig. 2) is formed.

4. Boiler according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the injector channel ( 3 ) is designed in the manner of a Venturi nozzle ( Fig. 5).

5. Boiler according to one of claims 1 to 4, characterized in that the injector channel ( 3 ) is formed in two or more parts, between the individual sections ( 3 ', 3 '') for additional flue gas injection de ring gaps ( 14 ) are formed.

6. Boiler according to one of claims 1 to 5, characterized in that the injector channel ( 3 ) or its individual sections 3 ', 3'') have radial openings.

7. Boiler according to one of claims 1 to 6, characterized in that the burner ( 6 ) facing edge of the injector channel ( 3 ) to the burner ( 6 ) is funnel-shaped or trompe-like expanded ( Fig. 7).

8. Boiler according to one of claims 1 to 7, characterized in that the burner ( 6 ) facing side of the injector channel ( 3 ) and optionally between the injector channel sections ( 3 ', 3 '') formed annular gaps ( 14 ) Flue gas deflection elements, in particular in the form of ring-shaped deflection plates ( 16 ), are assigned, which inject the flue gas into the flame ( 7 ) or into the area between the flame ( 7 ) and the injector channel ( 3 or 3 ', 3 ' ′) Support.

9. Boiler according to one of claims 1 to 8, characterized in that the injector channel ( 3 or 3 ', 3 '') is fixed by radial retaining webs inside the combustion chamber ( 1 ), the retaining webs also being designed as swirl elements can be, through which the flue gases returned in the combustion chamber ( 1 ) a rotational movement around the burner axis can be impressed.

10. Boiler according to one of claims 1 to 8, characterized in that the injector channel ( 3 ) on the burner ( 6 ) comprising the front wall or is attached to the boiler door, preferably before axially extending retaining webs, the injector channel ( 3 ) facing areas or sections can also be ausgebil det as swirl elements.

11. Boiler according to one of claims 1 to 10, characterized in that the injector channel ( 3 ) several, but at least two, evenly distributed over the circumference, each axially extending and in the direction of the burner ( 6 ) approximately tapered indentations ( 18 ).

12. Boiler according to one of claims 1 to 11, characterized in that the burner-side and / or distant edge of the injector channel is provided with a flue gas deflection favoring the edge bead ( 20 , 22 ).