CH684498A5 - Brenner - Google Patents

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 684 498 A5

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Brenner für fossile Brennstoffe mit mindestens einem im oder nahe dem Flammenbereich angeordneten Wärmeableitstab insbesondere Keramikstab.

Heizkessel mit Brennern dieses Grundaufbaus sind allgemein bekannt und finden weite Verbreitung. Die Wärmeableitungsstäbe dienen dabei der Flammenkühlung, wodurch die bei der Verbrennung anfallenden Schadstoffe, insbesondere die Stickoxide, reduziert werden. Nachteilig hierbei ist, dass die Anordnung und die wärmeableitende Wirkung der Stäbe derart getroffen sein muss, dass die Kühlung der Flammen auf eine bestimmte Grössenordnung beschränkt bleibt, weil sonst die CO-Emission unzulässig steigen würde. Bisher musste also ein Kompromiss zwischen der Verminderung des Stickoxidausstos-ses und der CO-Emission angestrebt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen, um eine weitere Verminderung umweltschädigender Verbrennungsprodukte zu erreichen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Brenner mit mindestens einem Wärmeableitstab ausgestattet ist, der eine katalytische Beschichtung aufweist. Dadurch ist eine positive Ein-flussnahme zumindest auf die CO- und die CxHy-Konzentration möglich. Der Katalysator bewirkt bei überstöchiometrischer Verbrennung, das heisst bei Luftüberschuss, eine Oxidation des CO- und der CxHy-Gase. Als Oxidationsprodukte entstehen im wesentlichen CO2 und H2O. Liegt die Verbrennungsluftzahl Lambda nahe bei eins, findet eine stöchiometrische Verbrennung statt. Dabei sind zusätzlich reduzierende Reaktionen möglich, wobei insbesondere Stickoxide in Stickstoff und sauerstoffhaltige Restprodukte zerlegt werden.

Die katalytische Beschichtung besteht vorzugsweise aus einem edelmetallhaltigen Oxidationskatalysa-tor. Diese auch als 3-Wege-Katalysatoren bekannten Katalysatoren fördern vor allem den chemischen Umbau der drei Verbindungen NOx, CxHy und CO.

Gemäss zu bevorzugender Ausführungsformen der Erfindung enthält der Oxidationskatalysator Elemente der Platingruppe, wie Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder der Eisengruppe, wie Nickel, Kobalt oder Kupferoxid oder Chromoxid oder aktiviertes Aluminiumoxid. Diese Elemente beziehungsweise Verbindungen können einzeln oder auch als Gemisch Bestandteil des Oxidationskatalysators sein.

Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist die katalytische Beschichtung auf einer der Ver-grösserung der wirksamen Oberfläche des Wärmeableitungsstabes dienenden Wash-Coat-Zwischen-schicht aufgebracht. Durch eine solche Zwischenschicht lässt sich der erreichbare Effekt auf einfache Weise erheblich steigern. Die Wash-Coat-Zwischenschicht besteht dabei bevorzugt aus Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid.

Um maximale CO-Oxidationen und NOx-Reduktionen zu bewirken, sind die Wärmeableitungsstäbe in einem Raumbereich mit einer Verbrennungsluftzahl Lambda nahe eins angeordnet. Eine Anordnung unbeschichteter Wärmeableitungsstäbe in diesem Raumbereich ist wegen der verstärkten CO-Bildung bei Kühlung gerade dieses Flammenbereiches nicht möglich, obwohl die NOx-Reduzierung hier ein Maximum erreichen würde. Erst durch die erfindungsgemässe Oberflächenbeschichtung lässt sich die maximal mögliche NOx-Verminderung einstellen, ohne dabei gleichzeitig die CO-Werte zu verschlechtern. Das durch die Verbrennung entstehende NOx wird infolge der katalytischen Beschichtung der Wärmeableitungsstäbe in N2 und unbedenkliche Restprodukte abgebaut.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Brenner mit Wärmeableitungsstäben.

Ein angedeutetes Brennerrohr 1 ist von mehreren zur Brennerrohrlängsachse parallel gerichteten Wärmeableitungsstäben 2 umgeben. Alle Wärmeableitungsstäbe 2 weisen etwa den gleichen Abstand von der Brennerrohroberfläche 3 beziehungsweise von nicht dargestellten Gasaustrittsdüsen des Brennerrohres 1 auf. Die Wärmeableitungsstäbe 2 bestehen aus einem zylinderförmigen Keramikkern 4, einer Wash-Coat 5 und einer katalytischen Beschichtung 6. Als Material für die Wash-Coat 5 oder Oxidzwischenschicht wird Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid verwendet. Die die äussere Oberfläche des Wärmeableitungsstabes 2 bildende eigentliche katalytische Beschichtung 6 entspricht der eines 3-Wege-Katalysators beziehungsweise edelmetallhaltigen Oxidationskatalysators. Dafür in Frage kommende Materialien sind vor allem Elemente der Platingruppe, wie zum Beispiel Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder der Eisengruppe, wie Nickel und Kobalt, aber auch Kupferoxid, Chromoxid oder aktiviertes Aluminiumoxid. Die Wärmeableitungsstäbe 2 sind in einem Flammenbereich angeordnet, der durch überstöchiometrische Verbrennung, das heisst Verbrennung mit Luftüberschuss, gekennzeichnet ist. Folgende chemische Reaktionen sind dabei aufgrund der Katalysatorwirkung der Wärmeleitungsstab-oberfläche möglich:

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

CH 684 498 A5

CO +

*

02

—.- C02,

H2 +

*

02

H20,

CxHy

+

(X

+ 4)

O2 -5S-X CO2

+ 2 O

Darüber hinaus lassen sich auch die Stickoxide reduzieren; vorausgesetzt, die Wärmeableitungsstäbe 2 sind in einem Raumbereich schwach überstöchiometrischer Verbrennung angeordnet. Bei einer Ver-brennungsluftzahl Lambda gegen eins sind auch reduzierende Reaktionen möglich:

CO + NO - —\ Na + C02/

H2 + NO -==» \ N2 + Ü2 0,

Y V V

CxHy + 2 (x + 4) NO —(x +4) N2 + 2 HsO + x CO2 .

Bei einer derartig optimierten Anordnung ist also gleichzeitig eine CO- und eine NOx-Reduzierung möglich.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch von den Merkmalen der Erfindung machen.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Brenner für fossile Brennstoffe mit mindestens einem im oder nahe dem Flammenbereich angeordneten Wärmeableitstab (2), der eine katalytische Beschichtung (6) aufweist.

2. Brenner nach Anspruch 1 mit einer katalytischen Beschichtung (6) aus einem edelmetallhaltigen Oxidationskatalysator.

3. Brenner nach Anspruch 2 mit einem edelmetallhaltigen Oxidationskatalysator aus Elementen der Platingruppe, wie Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder der Eisengruppe, wie Nickel, Kobalt oder Kupferoxid oder Chromoxid oder aktiviertes Aluminiumoxid.

4. Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer auf einer der Vergrösserung der wirksamen Oberfläche des Wärmeableitungsstabes (2) dienenden Wash-Coat-Zwischenschicht (5) aufgebrachten katalytischen Beschichtung (6).

5. Brenner nach Anspruch 4 mit einer Wash-Coat-Zwischenschicht (5) aus Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid.

6. Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche dessen Wärmeableitungsstäbe (2) in einem Raumbereich einer Verbrennungsluftzahl Lambda nahe eins angeordnet sind.

3