DE4421543A1 - Brenner für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit sehr geringer Stickoxidemission - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für fluidischen, d. h. flüssigen oder gasförmigen Brennstoff mit sehr geringer Stickoxidemission sowie ein Verfahren zur Anwendung eines solchen Brenners.

Die Hauptanwendung der Erfindung ist ihre Nutzung bei einem Parallelstrombrenner mit einem mittels eines Hilfsfluids zerstäubenden Einspritzers, der eine Anzahl n von Öffnungen aufweist, deren Ausgang im Verhältnis zu ihrem Winkel klein genug ist, so daß der Brenner in seinem gesamten Betriebsbe­ reich n getrennte Flammen erzeugt.

Ein solcher Brenner ist Gegenstand der am 5. Juli 1991 ver­ öffentlichten, gemeinsam vom IFP (Institut Francais du Pe­ trole) und der Firma Pillard EGCI eingereichten Patentanmel­ dung FR 2 656 676: Der in dieser Patentanmeldung beschriebe­ ne Brenner ermöglicht eine wirksame Verringerung der Bildung von Stickoxiden (NOX) insbesondere aufgrund eines Stabilisa­ tors mit einer Rosette aus Schaufeln um eine zentrale Nabe, kombiniert mit der Erzeugung mehrerer unabhängiger Flammen; diese werden als eins der Merkmale der Erfindung beschrie­ ben, obwohl mehrflammige Brenner bereits bekannt waren, so etwa aus der am 15. Oktober 1982 veröffentlichten Anmeldung FR 2 503 836, bei der eine gestufte Verbrennung dadurch be­ wirkt wird, daß eine Luftmenge zwischen benachbarten Brenn­ stoffstrahlen durchläuft und so tiefer in den Verbrennungs­ bereich eindringt, bevor sie auf Brennstoff trifft.

Bei dieser Anordnung ist es jedoch problematisch, eine qua­ litativ hochwertige Verbrennung, d. h. eine Verbrennung ohne unverbrannte Rückstände aufrechtzuerhalten, da, wenn die Wirkung der Stufung, die die Verringerung des Stickoxids er­ möglicht, bei einer verringerten Zahl von Einzelflammen ver­ stärkt wird, die letztliche Vermischung der Luft mit dem Brennstoff schwieriger wird, und ein Teil der Luft den Aus­ gang des Brennraums erreichen kann, ohne an der Verbrennung teilgenommen zu haben, und so unverbrannte Rückstände er­ zeugt; um dies zu vermeiden kann der Luftüberschuß in der Brennerzufuhr erhöht werden, doch erhält man dann andere Nachteile wie etwa die Verringerung des Wirkungsgrads und die Zunahme des freien Sauerstoffs im Brennraum, die wie­ derum zu einer Zunahme der Stickoxidbildung führt und daher dem angestrebten Ziel zuwiderläuft.

Es ist ein anderes Stufungsverfahren bekannt, das insbeson­ dere bei den Kesseln von Heizkraftwerken angewandt wird, die im wesentlichen seit den 70er Jahren mit Staubkohle betrie­ ben werden, und das darin besteht, nur einen Teil der Ver­ brennungsluft in den Brenner einzuführen, und so eine Pri­ märbrennzone mit Brennstoffüberfluß, und damit mit geringem Gehalt an freiem Sauerstoff und geringer Stickoxidbildung zu erzeugen; die restliche Luft wird in den Brennraum in Form sog. Sekundärluft zugeführt, und zwar durch einen ringförmi­ gen Kranz um den Brenner oder durch in den Wänden des Brenn­ raums in mehr oder weniger großem Abstand vom Brenner gebil­ dete Öffnungen: Durch diese Ergänzungsluft wird eine Sekun­ därbrennzone geschaffen, in der der Brennstoff vollständig verbrannt werden kann.

Ein solches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung ist beschrieben in der von der Firma Steinmüller GmbH. mit deut­ scher Priorität eingereichten, am 3. Oktober 1980 veröffent­ lichten Anmeldung FR 2 450 998 beschrieben, mit dem Titel "Verfahren zur Verringerung der Stickoxidemission am Ausgang eines Brenners".

Die Nachteile eines solchen Verfahrens sind ebenfalls die Schwierigkeit, eine gute Vermischung der Luft und des Brenn­ stoffs in der sog. Sekundärzone zu erreichen, was dazu führt, daß die Länge der Flammen beträchtlich zunimmt und die Menge der unverbrannten Rückstände erhöht wird.

In dieser Patentanmeldung FR 2 450 998 sind die Reaktionsme­ chanismen beschrieben, die zur Bildung von Stickoxid in In­ dustrieöfen führen, und deren Emission zu verringern die Aufgabe der beiden vorgenannten und der nachfolgend zitier­ ten Anmeldungen wie auch der vorliegenden Erfindung ist.

Dieses Stickoxid hat im wesentlichen zwei verschiedene Ur­ sprünge, nämlich:

• - Die Bildung von NOX auf Grundlage der Oxidation von Stickstoff in der Verbrennungsluft selbst, die nur bei Vorhandensein von atomarem Sauerstoff oder anderen agressiven Radikalen wie etwa OH oder 30 sowie bei ei­ ner sehr hohen Temperatur im Brennraum stattfinden kann, weswegen dieses NOX als thermisches NOX bezeich­ net wird;
• - Die Bildung von NOX durch Oxidation von Stickstoffver­ bindungen im Brennstoff; im Laufe der Pyrolyse inner­ halb der Flamme bilden sich aus diesen Verbindungen Stickstoff-Kohlenstoff- oder Stickstoff-Wasserstoffra­ dikale, die in Gegenwart von Sauerstoff aufgrund der Reaktivität mit diesem Gas auch bei relativ niedrigen Temperaturen zu NOX oxidieren, weswegen dieses NOX als Brennstoff-NOX bezeichnet wird.

Aufgrund dieser zwei Bildungsmöglichkeiten ist bekanntlich notwendig, einerseits den Gehalt der Flammen an freiem Sau­ erstoff zu verringern, der sich mit dem Stickstoff des Brennstoffs verbinden kann, und andererseits die Verbrennung abzustufen, um die Spitzentemperaturen zu verringern und den Anteil von in die Flammen zurückgeführtem Verbrennungsgas zu erhöhen.

Aufgrund dieser Überlegungen haben neben den in den beiden oben zitierten Anmeldungen beschriebenen Arten von Lösungen dieses Problems andere Hersteller besondere Techniken ent­ wickelt, von denen einige auch Gegenstand von Patentanmel­ dungen gewesen sind, wie etwa:

• - Die am 11. Juli 1990 veröffentlichte, von der holländi­ schen Firma REMEHA Fabriken eingereichte Anmeldung EP 377 233 mit dem Titel "Atmosphärischer Brenner mit geringem NOX-Anteil", die flache Elemente beschreibt, die sich parallel an zwei Seiten der Brennerflammen er­ strecken;
• - die am 31. August 1988 veröffentlichte, von der Firma BABCOCK-HITACHI KABUSHIKI KAISHA unter japanischer Pri­ orität eingereichte europäische Anmeldung EP 280 568 mit dem Titel "Vorrichtungen zur Verbrennung mit gerin­ ger Stickoxidkonzentration", in der Rohre zur Vertei­ lung von Staubkohle, von Sekundärluft und Tertiärluft sowie Rohre zur Verteilung von Gas beweglich angeordnet kombiniert sind.

Es ließen sich noch andere Anmeldungen zitieren, in denen versucht wird, die angegebene Aufgabe jeweils für eine spe­ zielle Art Brennstoff und mit speziellen Vorrichtungen für die Einspritzung und die Verbrennung dieses Brennstoffs zu lösen; dies wird in den meisten Fällen auch erreicht, aller­ dings nur mit Einschränkungen: Wenn nämlich wie oben angege­ ben der Stickoxidanteil mit einem der in den oben zitierten Anmeldungen beschriebenen Mitteln zu stark verringert wird, wird häufig der Wirkungsgrad verringert und die Verbrennung verschlechtert, so daß unverbrannte Rückstände bleiben. Außerdem hat jeder Brennstoff spezielle Brenneigenschaften, und die für eine Art Brennstoff am besten geeigneten Vor­ richtungen sind im allgemeinen nicht auf einen anderen über­ tragbar und bewirken dort manchmal sogar das Gegenteil.

Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Brenner im wesentli­ chen für fluidische, d. h. flüssige oder gasförmige Brenn­ stoffe ausgehend von einer beliebigen bekannten Brennervor­ richtung, etwa mit axialer Zuführung, anzugeben, bei dem die Stickoxidemission auf einen sehr niedrigen Wert verringert werden soll, ohne die Leistung des Brenners zu verringern und ohne den Ausstoß an unverbranntem Gas zu erhöhen.

Eine Lösung der gestellten Aufgabe ist ein Verfahren zur Nutzung eines bekannten Brenners für fluidischen Brennstoff mit einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen des Brenn­ stoffs in einen Brennraum, wenigstens einer Primärluftzu­ fuhrleitung und einem Flammenstabilisator um die Einspritz­ mittel herum und wenigstens einer Sekundärluftzufuhrleitung, die radial am Rand außerhalb der Primärluftzufuhrleitung an­ geordnet ist, bei dem:

• - der Brennstoff in mehreren divergenten Richtungen in den Brennraum eingespritzt wird, um in diesem unabhän­ gige Flammen zu erzeugen;
• - die Sekundärluft durch eine der Anzahl unabhängiger Flammen entsprechende Anzahl von Einspritzern einge­ spritzt wird, wobei jede der Sekundärlufteinspritzungen axial und winkelmäßig bezogen auf jede der Flammen ge­ mäß einer solchen Einspritzerposition durchgeführt wird, daß die Zusatzluftströmung nach einer ersten Brennphase zugeführt wird.

Eine andere Lösung der Aufgabe besteht in einem Brenner für fluidischen Brennstoff mit einer Einspritzeinrichtung zum Einspritzen des Brennstoffs in eine Brennkammer, wenigstens einer Primärluftzufuhrleitung und einem Flammenstabilisator um die Einspritzeinrichtung, und wenigstens einer Sekundär­ luftzufuhrleitung, die radial am Rand außerhalb der Primär­ luftversorgungsleitung angeordnet ist; erfindungsgemäß um­ faßt die Einspritzeinrichtung mehrere Öffnungen, die mehrere divergente und unabhängige Flammen im Brennraum erzeugen, und der Brenner umfaßt genauso viel Einspritzer für die Se­ kundärluftzufuhr wie Flammen, wobei jeder der Einspritzer axial und winkelmäßig bezogen auf eine der Flammen in einer solchen Position angebracht ist, daß er ihr einen Zusatz­ luftstrom nach einer ersten Brennphase zuführt.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der um Mittel zum die Brennstoffeinspritzeinrichtung herum ange­ ordnete zentrale Primärluftstabilisator geneigte Schaufeln um eine zentrale Nabe herum, die diesen mit der Brennstoff­ einspritzeinrichtung verbinden.

Das Ergebnis ist ein neues Verfahren zur Nutzung von Bren­ nern sowie neue Brenner für fluidische, d. h. flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit sehr niedriger Stickoxidemission, die die gestellte Aufgabe lösen, indem sie die Leistung bis­ her bekannter Brenner verbessern und bei einigen von diesen auch die Verringerung der Stickoxidemission bewirken.

Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einrichtungen wird erreicht, daß die Vorteile der zwei eingangs genannten Ver­ fahren und Brenner, von denen ein Beispiel in der FR 2 656 676 und das andere in der FR 2 450 998 beschrieben ist, verbunden werden: Die Beiträge beider Verfahren zur Verringerung der Stickoxide werden kombiniert, und eine hochwertige Verbrennung bleibt trotzdem erhalten.

Gemäß der Erfindung wird mit Hilfe von getrennten, sorgfäl­ tig angeordneten Lufteinspritzern, die in Verbindung mit ge­ trennten Flammen in keiner bisher bekannten Druckschrift oder Ausführung beschrieben oder durch eine solche nahege­ legt sind, zusätzliche Verbrennungsluft genau den Orten zu­ geführt, wo sie notwendig ist, um eine vollständige Verbren­ nung an den Enden der getrennten Einzelflammen zu erreichen; diese Kombination von Einspritzern und zugehörigen getrenn­ ten Flammen ermöglicht einerseits eine gestufte Verbrennung, wie oben bereits angegeben, und begrenzt andererseits deren Spitzentemperatur aufgrund eines hohen Gasrückführungsan­ teils, der sich aus der Verbrennung in den verschiedenen Flammen ergibt.

Die Anzahl der Sekundärlufteinspritzer ist gleich der der Einzelflammen. Wenn der Brenner einen zentralen Stabilisator mit geneigten Schaufeln aufweist, sind die Lufteinspritzer vorzugsweise gegen die Brennstoffstrahlen winkelmäßig ver­ setzt, um deren Krümmung zu berücksichtigen, die durch die vom Flammenstabilisator in Drehung versetzte Verbrennungs­ luft bewirkt wird.

Außerdem sind sie radial und axial positioniert, um jeder Einzelflamme auf ihrer gesamten Breite einen Luftstrom in dem Moment zu liefern, in dem die Flamme aufgrund des Fort­ schreitens der Verbrennung an Luftmangel leidet.

Eine solche Vorrichtung ermöglicht, die Anzahl der Einzel­ flammen, die bisher vorzugsweise 7 oder 6 beträgt, auf 5 oder sogar 4 zu verringern und so unter Beibehaltung einer guten Verbrennung die Stickoxidbildung zu verringern. Sie ermöglicht ferner, durch die Verringerung der Primärluft­ menge im Brenner die Menge an freiem Sauerstoff in dem er­ sten Bereich jeder Einzelflamme zu verringern und so eben­ falls die Bildung von Stickoxid einzuschränken, so daß die Wirkung der gestuften Luftzufuhr voll genutzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Sekundärluft gegen Ende der Flammen eingespritzt und ermöglicht eine Sekundärverbrennung, die in einem durch die aus der Umwälzung der Verbrennungsabgase aus der Primärzone stark verdünnten Medium stattfindet: Diese Sekundärzone hat daher ebenfalls einen verringerten Sauer­ stoffgehalt bei niedriger Temperatur, so daß wie oben ange­ geben die Stickoxidbildung eingeschränkt ist.

Versuche an erfindungsgemäßen Vorrichtungen und an bekannten Vorrichtungen haben eine zusätzliche Verringerung der Stick­ oxidemissionen im Vergleich mit einem Brenner mit getrennten Einzelflammen wie in der Patentanmeldung FR 2 656 676 be­ schrieben, von 30 bis 40% ergeben: Die Gesamtverringerung der Stickoxidemissionen im Vergleich zu einer damals her­ kömmlichen Flamme aus stickstoffhaltigem Brennstoff kann in der Größenordnung von 50% oder mehr angenommen werden, da die dortigen Maßnahmen bereits besonders günstig für die Verringerung des Stickoxidausstoßes waren.

Außerdem ist bei bisher bekannten Vorrichtungen mit mehreren divergenten Flammen im Vergleich zu einer Einzelflamme der notwendige Gesamtdurchmesser des Brennraums um ca. 50% grö­ ßer: Die Einzelflammen bilden einen Winkel gegen die Bren­ nerachse von 30 bis 60°, um zum Zwecke der oben beschriebe­ nen Stufung der Verbrennung einen Abstand zwischen Luft und Brennstoff zu erreichen, indem die Richtung der Flamme gegen die Eintrittsrichtung der Luft abgelenkt ist, doch begrenzt ein solcher Durchmesser die Anwendung auf Brennräume mit ausreichenden Querschnittsmaßen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Brenner ist, daß der Impuls der Sekundärluftströme auf den Rand der Einzel­ flammen einwirkt und so die Neigung der Enden der Flammen gegen die Hauptachse des Brennraums verringert, so daß der diametrale Platzbedarf verringert ist und der Einbau des Brenners in Brennräume mit kleinen Querschnittsmaßen möglich ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden, nicht einschränkenden, Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 einen vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsge­ mäßen Brenner,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Brenners aus Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen anderen erfindungsgemäßen Brenner,

Fig. 4 einen Halbschnitt durch ein spezielles Dreheinspritz­ system für Sekundärluft,

Fig. 5 eine Vorderansicht eines Teils der Vorrichtung aus Fig. 4,

Fig. 6 und 7 zwei andere Beispiele für erfindungsgemäße Brenner im Schnitt,

Fig. 8 ein Beispiel für spezielle Einspritzer gemäß der Er­ findung.

In Fig. 1 ist ein Brenner für Flüssigbrennstoff gezeigt, der in bekannter Weise eine Einspritzeinrichtung 8 zum Einsprit­ zen des Brennstoffs in einen Brennraum 2, wenigstens eine Primärluftzufuhrleitung 4, einen Flammenstabilisator 5 um die Einspritzeinrichtung 8 herum und wenigstens eine radial am Rand außerhalb der Primärluftzufuhrleitung 4 angeordnete Sekundärluftzufuhrleitung 12 aufweist; bei den bisher be­ kannten Vorrichtungen ist diese Sekundärluftzuführung kranz­ förmig, durchgehend oder unterbrochen, in jedem Fall aber gleichmäßig verteilt, um eine einzelne Flamme und den zen­ tralen Primärlufteingang herum angeordnet.

Bei der vorliegenden Erfindung weist die Brennstoffein­ spritzeinrichtung 8 mehrere Öffnungen 9 auf, die mehrere un­ abhängige, divergierende Flammen 7 im Brennraum 2 erzeugen, und der Brenner weist genauso viele Einspritzer 15 für die Zufuhr von Sekundärluft 12 wie Flammen 7 auf, wobei jeder der Einspritzer 15 axial und winkelmäßig bezogen auf eine der Flammen 7 in einer solchen Position angeordnet ist, daß er ihr einen Zusatzluftstrom nach der ersten Brennphase zu­ führt, die zwischen dem Austritt des Brennstoffs aus den Öffnungen 9 und dem Berührungspunkt zwischen den getrennten Flammen und der aus dem Einspritzer 5 austretenden Zusatz­ luft stattfindet; diese Position ist für jeden Einspritzer 15 definiert durch seinen radialen Abstand R von der Achse xx′, seinen axialen Abstand L von den Öffnungen 9 und seinem Winkelversatz τ in der zur Achse xx′ senkrechten Ebene: Diese drei Koordinaten sind nachfolgend festgelegt und hän­ gen von den Einspritzwinkeln jeder zugehörigen Flamme 7, de­ ren Länge in Abhängigkeit von der Leistung und ihren eigenen Ablenkwinkeln ab.

Um die maximale Wirkung der unabhängigen Flammen 7 zu erzie­ len umfaßt der um die Brennstoffeinspritzeinrichtung 8 herum angeordnete zentrale Primärluftstabilisator 5 geneigte Schaufeln 10 um eine zentrale Nabe 11 herum, die ihn mit der Einspritzeinrichtung 8 verbinden. Bei anderen Ausgestaltun­ gen kann der Stabilisator in beliebiger bekannter Weise ge­ formt sein, um den gewünschten Effekt zu erzielen, z. B. ke­ gelförmig.

Diese zentrale Nabe 11 trägt den Flammenstabilisator 5, wenn nur eine Zufuhrleitung 1 für die zur Verbrennung erforderli­ che Luft vorhanden ist, bei anderen Ausgestaltungen, wie insbesondere der in Fig. 7 gezeigten, kann der Stabilisator 5 von einer der Primärluftzufuhrleitungen getragen werden, wobei andere umlaufende Leitungen 6 diese Primärluft ergän­ zen oder zusätzliche Sekundärluft zuführen können.

Diese sog. zentrale Nabe kann teilweise kegelförmig oder völlig flach sein und kann Schlitze zur Kühlung des Ein­ spritzers 8 und der Einspritzöffnungen oder -köpfe 9 aufwei­ sen.

Ihr Außendurchmesser "d" entspricht dem Innendurchmesser des Stabilisators 5, dessen Außendurchmesser "D" seinerseits kleiner ist als der Innendurchmesser D1 der Hauptprimärluft­ zufuhrleitung 1, wie in der Ausgestaltung der Fig. 1 darge­ stellt.

Die Gesamtzufuhrleitung 16 durchquert die Wand des Kessels 3, der den Brennraum 2 begrenzt, und kann an ihrem Ende in­ nerhalb des Brennraums die Anordnung von Leitungen und Luft­ einspritzern tragen, die dann aus einer einzigen Luftzufuhr­ quelle 4 versorgt werden.

Die mehreren Brennstoffeinspritzöffnungen 9 bilden mit der Achse xx′ des Brenners Winkel β, die vorzugsweise zwischen 30 und 60° liegen, wobei diese Winkel sich von einer Öffnung zur anderen unterscheiden können, um das Volumen des so ge­ bildeten Kegels bestmöglich zu füllen und die unabhängigen Flammen voneinander abzusetzen.

In der Fig. 2 ist ein solcher Brenner in axialer Ansicht dargestellt, der fünf unabhängige Flammen ausstößt, die un­ ter Winkeln τ gegen die von den Einspritzern 9, aus denen sie hervorgegangen sind, und der Hauptachse xx′ definierten Ebenen abgelenkt sind: Die Enden der Sekundärlufteinspritzer 15 liegen hier auf einem Kreis mit Radius R um die Brenner­ achse xx′, wobei der Ausstoßwinkel β für die fünf Flammen der gleiche ist, und sind gegen die Brennstoffstrahlen um denselben Winkel τ versetzt, der durch die Neigung der Schaufeln 10 des Stabilisators 5 verursacht ist.

Die so durch die randständigen Einspritzer 15 zugeführte Se­ kundärluft stellt erfindungsgemäß zwischen 20 und 50% der insgesamt in den Brennraum 2 für die Verbrennung eingeführ­ ten Luft dar, vorzugsweise liegt dieser Prozentsatz bei ca. 35% der Gesamtluftmenge. Die jeweils gleiche Anzahl von Brennstoffeinspritzern 9 und damit von jeder zugehörigen Flamme 7 zugeordneten Sekundärlufteinspritzern 15 liegt vor­ zugsweise bei 4 oder mehr und höchstens bei 7.

In Fig. 3 ist eine Ausgestaltung dargestellt, die eine De­ montage der Brenneranordnung von der Rückseite der Wand 3 des Kessels her ermöglicht, was im Falle der Fig. 1 aufgrund der randständigen Zufuhrleitungen 12 der Einspritzer 15 nicht möglich ist: Bei der Anordnung von Fig. 3 sind Durch­ brechungen der Wand 3 für den Durchgang der Einspritzleitun­ gen 12 erforderlich.

Die Ausgestaltung nach Fig. 4 ist der nach Fig. 3 ähnlich, sie umfaßt jedoch Sekundärluftzufuhrrohre 12 und Einspritzer 15, die schwenkbar und gekröpft gegen ihre Drehachse yy′ montiert sind, die die zur Hauptachse des Brenners xx′ par­ allele Achse der Durchbrechung der Wand 3 sein kann, derge­ stalt, daß der radiale Abstand R wie in Fig. 5 dargestellt und oben beschrieben, zwischen dem Sekundärluftstrahl 13 und der Achse xx′ des Brenners in einem Bereich δR in Abhängig­ keit vom Drehwinkel µ des Einspritzers regelbar ist: Bei ei­ ner solchen Ausgestaltung ist ferner notwendig, die Anord­ nung von Einspritzeinrichtung 8 und Flammenstabilisator 5 drehen zu können, um die Flammen unter einem anderen Winkel orientieren zu können, so daß die Einspritzpunkte 15 immer genau an den gewünschten Stellen bezüglich der Einzelflammen 7 liegen.

Fig. 6 zeigt eine andere Anordnung, bei der ein einziger Durchgang durch die Wand 3 des Brennraums 2 verwendet wird, bei der aber die Durchsätze in den Primärluftleitungen 4 und Sekundärluftleitungen 12 mit Hilfe einer von der Primärluft 4 getrennten Zuführung 14 geregelt werden können.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Prinzips der getrennten Zufuhr als der der Fig. 6 kann die Sekundärluftzuführung 14 hinter jener 4 für die Primärluft angeordnet werden, und die Sekundärluftleitungen 12 durchlaufen diese longitudinal durch die Richtleitung 1 für die Primärluft.

Bei den anderen vorhergehenden Ausgestaltungen ist der Ver­ sorgungsdruck für die Primärluft und die Sekundärluft der­ selbe, da sie durch eine gemeinsame Leitung 4 zugeführt wer­ den, die somit praktisch gleiche Ausgangsgeschwindigkeiten der Primärluft und Sekundärluft bewirkt, die im allgemeinen zwischen 30 und 50 m/s liegen, wenn der Brenner bei Nenn­ durchsatz arbeitet.

Bei Ausgestaltungen wie in Fig. 6 oder Fig. 7 kann durch die Sekundärluftleitungen 12 mit getrennten Zuführungen eine Ge­ schwindigkeit der Luft strahlen 13 am Ausgang der Einspritzer 15 von 40-120 m/s sichergestellt werden, die sich also von jener der Primärluft unterscheidet: Dies ist insbesondere für große Geschwindigkeiten interessant, aufgrund des oben­ genannten Ziels, auf die Enden der Einzelflammen 7 aerodyna­ misch einzuwirken, um deren Neigung β gegen die Achse xx′ zu verringern und den maximalen Außendurchmesser E zu verrin­ gern.

Dies kann dadurch ergänzt werden, daß das Ende eines jeden Einspritzers 15 unter einem Winkel α von zwischen 0 und 30° gegen die Achse xx′ des Brenners und in Richtung auf diese geneigt ist, wie in Fig. 8 dargestellt.

In Fig. 7 ist eine andere erfindungsgemäße Brennervorrich­ tung dargestellt, die unabhängige Kanäle 4₁ und 4₂ umfaßt, um, beim Kanal 4₁ durch den Flammenstabilisator 5 und, beim Kanal 4₂, durch die konzentrisch um den Stabilisator 5 herum angeordnete randständige Luftleitung 6 Primärluft zuzufüh­ ren.

Im Hauptkörper eines jeden erfindungsgemäßen Brenners, wie z. B. in allen Fig. 1 bis 7 dargestellt, ist der Durchsatz an Primärluft 4 im Vergleich zu einem nicht gestuften Bren­ ner verringert: Der Durchmesser D1 des Brennerkörpers, wie z. B. in Fig. 1 dargestellt, sowie die Durchmesser D und d des Stabilisators 5, wie oben definiert, müssen dann propor­ tional verringert werden, um die Ausgangsgeschwindigkeit der Luft von zwischen 30 und 50 m/s wie oben angegeben konstant zu halten.

Im Fall von Ausgestaltungen wie in den Fig. 1 oder 6 darge­ stellt ermöglicht dies, einen Durchmesser D2 der Öffnung der Wand 3 des Brennraums 2 beizubehalten, der relativ nahe dem Durchmesser D1 eines nicht gestuften Brenners ist, so daß der Öffnungsdurchmesser nicht erhöht werden muß.

Der axiale Abstand des Endes der Sekundärlufteinspritzer 15 vom Ende der Brennstoffeinspritzeinrichtungen 8, 9, der ra­ diale Abstand "R" dieser Enden der Lufteinspritzer 15 von der Achse xx′ des Brenners und der Innendurchmesser D1 der Gesamtluftzufuhrleitung des Brenners erfüllen die Beziehun­ gen L = (0 bis 2) × D1 und 2R = (2 bis 4) × D1.

Andere als die hier beschriebenen Ausgestaltungen liegen im Rahmen der Erfindung, insbesondere solche mit anderen Pri­ märluftzufuhrsystemen.

Claims (11)

1. Brenner für fluidische Brennstoffe mit einer Einspritz­ einrichtung (8) zum Einspritzen des Brennstoffs in ei­ nen Brennraum (2) durch mehrere Öffnungen (9), die meh­ rere divergente und unabhängige Flammen (7) erzeugt, wenigstens einer Primärluftzufuhrleitung (4) und einem Flammenstabilisator (5) um die Einspritzeinrichtung (8) herum und wenigstens einer Sekundärluftzufuhrleitung (12), die radial am Rand außerhalb der Primärluftzu­ fuhrleitung (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner genauso viele Einspritzer (15) zur Versor­ gung mit Sekundärluft (12) wie Flammen (7) aufweist, wobei jeder der randständigen Lufteinspritzer (15) in­ nerhalb des Brennraums (2) in einem axialen Abstand L von den mehreren Öffnungen (9) und winkelmäßig gegen eine der Flammen (7) versetzt in einer solchen Position angeordnet ist, daß er ihr einen Zusatzluftstrom nach einer ersten Brennphase zuführt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den randständigen Einspritzern (15) beigetra­ gene Sekundärluft zwischen 20 und 50% der insgesamt dem Brennraum (2) für die Verbrennung zugeführten Luft darstellt.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den randständigen Einspritzern (15) beigetra­ gene Sekundärluft ca. 35% der insgesamt dem Brennraum (2) zugeführten Luft ausmacht.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einspritzer (15) schwenkbar und gegen ihre Drehachse gekröpft montiert sind, so daß der Radialabstand (R) zwischen dem entsprechenden Sekundär­ luftstrom (13) und der Achse xx′ des Brenners in Abhän­ gigkeit vom Drehwinkel (µ) der Einspritzer regelbar ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ende eines jeden Sekundärluftein­ spritzers (15) um einen Winkel α von zwischen 0 und 30° gegen die Achse xx′ des Brenners zu dieser hin geneigt ist.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweils gleiche Anzahl von Brenn­ stoffeinspritzern (9) und zu der entsprechenden Flamme (7) gehörenden Sekundärlufteinspritzern (15) zwischen 4 und 7 liegt.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ gekennzeichnet, daß der um die Brennstoffeinspritzein­ richtung (8) herum angeordnete zentrale Primärluftstabi­ lisator (5) geneigte Schaufeln (10) um eine zentrale Nabe (11) herum aufweist, die ihn mit der Brennstoff­ einspritzeinrichtung (8) verbindet.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der axiale Abstand "L" zwischen dem Ende der Sekundärlufteinspritzer (15) und dem der Brennstoffeinspritzeinrichtung (8, 9), der radiale Ab­ stand "R" der Enden der Sekundärlufteinspritzer (15) von der Achse xx′ des Brenners und der Innendurchmesser (D1) der Gesamtluftzufuhrleitung des Brenners die Be­ ziehungen L = (0 bis 2) × D1 und 2R = (2 bis 4) × D1 erfüllen.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sekundärluftzufuhr (12) von der Primärluftzufuhr (4) unabhängig ist.

10. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluftzufuhr (12) so beschaffen ist, daß sie eine Geschwindigkeit der Luftstrahlen (13) am Ausgang der Lufteinspritzer (15) von 40 bis 120 m/s sicher­ stellt.

11. Verfahren zur Nutzung eines Brenners für fluidischen Brennstoff mit einer Einspritzeinrichtung (8) zum Ein­ spritzen des Brennstoffs in einen Brennraum (2) durch mehrere Öffnungen (9), die mehrere unabhängige diver­ gente Flammen (7) in diesem erzeugt, wenigstens einer Primärluftzufuhrleitung (4) und einem Flammenstabilisa­ tor (5) um die Einspritzeinrichtung (8) herum und we­ nigstens einer radial am Rand außerhalb der Primärluft­ zufuhrleitung (4) angeordneten Sekundärluftzufuhrlei­ tung (12) dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft (12) durch Sekundärlufteinspritzer (15) in einer der Zahl gleich der der unabhängigen Flammen (7) eingespritzt wird, wobei jede Sekundär­ lufteinspritzung in einem axialen Abstand L von den mehreren Öffnungen (9) in einer solchen axialen und winkelmäßigen Orientierung der Einspritzer (15) zu je­ der Flamme (7) durchgeführt wird, daß der Zusatzluft­ strom nach einer ersten Brennphase zugefügt wird.