DE1805497B2 - Vorrichtung zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere Schweröl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere

ίο Schweröl, mit einer Brennstoff- und einer Luftzuführung, die in einen Verdampfungskanal mit einer fremdbeheizten, einen Brennstoff-Film führenden Verdampferwandung und einer Luftleiteinrichtung münden, und mit einem mit dem Verdampfungskanal in Verbindung stehenden Brennraum.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird der Brennstoff aus einer Zuführungsleitung über ein rinnenförmiges, oben offenes Endstück und schließlich frei herunterfallend in eine unter diesem Endstück und ne-

jo ben der Verdampferwandung angebrachte Brennstoffrinne eingeführt (US-PS 32 34 991). Über die Randkante dieser Brennstoffrinne gelangt dann der Brennstoff auf die zeitweilig fremdbeheizte Verdampferwandung, um dort einen Brennstoff-Film zu bilden. Gleichzeitig wird der Strom von Verbrennungsluft von der Seite der Brennstoffzuführung her über das rinnenförmige Endstück der Brennstoff-Zuführungsieitung, über die Brennstoffrinne und über die Verdampferwandung hinweg geführt. Dabei ist es unvermeidlich, daß Brennstofftröpfchen vom Luftstrom über den Rand des rinnenförmigen Endstückes der Brennstoffzuführungsleitung und an der zwischen der Brennstoffrinne und der Verdampferwandung gebildeten Überlaufkante mitgerissen werden, die dann nicht mehr dem Verdampfungsprozeß unterworfen werden. Dieses Mitreißen von Brennstofftröpfchen tritt um so stärker auf, je mehr Verbrennungsluft zugeführt wird, also je stärker die Strömung der Verbrennungsluft wird. Die von der Verbrennungsluft mitgerissenen Brennstofftröpfchen verursachen unvermeidlich unvollständige Verbrennung und Rußbildung.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, mit der eine vollständige, praktisch rußfreie und kohlenmonoxydfreie Verbrennung möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennstoffzuführung einen schlitzförmigen Auslaß aufweist, dessen eine Wandung von der Verdampferwandung gebildet ist und der den Brennstoff-Film auf die Verdampferwandung aufgibt, und daß der Verdampfungskanal auf einer Seite durch die Verdampferwandung begrenzt und schlitzartig in Strömungsrichtung derart sich verengend ausgebildet ist, daß spätestens an seinem Auslaß die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffdampf-Luft-Gemisches größer als seine Verbrennungsgeschwindigkeit ist.

Hierdurch wird einerseits erreicht, daß der Verbrennungsluft keinerlei Gelegenheit geboten wird, Tröpfchen des flüssigen Brennstoffes mitzureißen. Zum anderen wird die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffdampf-Luft-Gemisches im Verdampfungskanal so start erhöht, daß eine eindeutige Trennung zwischen den Verdampfungsvorgang und dem Vcrbrennungsvorganj eintritt. Durch beide Maßnahmen ist Gewahr dafür gc boten, daß der Brennstoff ausschließlich in gasförmi gem Zustand verbrannt wird, was eine wesentlichi Voraussetzung zur vollständigen Verbrennung dar stellt. Die Trennung von Verdampfung und Verbren

nung erlaubt auch eine genügende Durchmischung des Brennstoffdampfes mit der Verbrennungsluft, was ebenfalls dazu beiträgt, für eine vollständige Verbrennung Gewähr zu bieten.

Die Verdampferwandung kann als elektrische Heizplatte ausgebildet sein, die auf einer annähernd im Endsiedebereich des jeweiligen Brennstoffes liegenden Temperatur gehalten wird. Durch die ständige Fremdheizung der Verdampferwandung und die Einh?ltung der günstigsten Temperatur wird ein gleichmäßiger Verdampfungsvorgang sichergestellt, so daß das der Verbrennung zugeführte Brennstoffdampf-Luft-Gemisch stets praktisch gleiche Zusammensetzung aufweist.

Über die Luftzuführung kann vorzugsweise eine Verbrennungsluftmenge von mindestens annähernd der doppelten stöchiometrischen Menge zuführbar sein. Dadurch läßt sich die Vorrichtung mit einem ungewöhnlich hohen Verbrennungsluft-Anteii im Verbrennungsvorgang betreiben.

In bevorzugter Ausführungsforrp der Erfindung ist der Verdampfungskanal zwischen zwei im wesentlichen horizontal liegenden, kreisförmigen Platten gebildet, von denen die obere Platte einen zentralen Auslaßstutzen aufweist, und auf der unteren die Verdampferwandung bildenden Platte der schlitzförmige Auslaß als zentrale, ringförmige Düse ausgebildet. In dieser Ausführungsform wird die Verbrennungsluft vom Außenrand des im wesentlichen kreisringförmigen Verdampfungskanals zugeführt, und unter erheblicher Zunahme ihrer Strömungsgeschwindigkeit über den sich von innen nach außen ringförmig ausbreitenden Brennstoff-Film geführt. Es ergibt sich dabei außerdem ein Gegenstrom zwischen verdampfendem Brennstoff und Verbrennungsluft, so daß die zuletzt verdampfenden schwereren Anteile des Brennstoffes zuerst von der Verbrennungsluft aufgenommen werden. Dabei kann ein besonders günstiger, die Strömung des Brennstoffdampf-Luft-Gemisches nochmals wesentlich bechleunigender Übergang zwischen dem Verdampfungskanal und dem Brennraum dadurch erreicht werden, daß ein mit der unteren Platte zusammen die ringförmige Düse bildender Düsendeckel als aerodynamischer Füllkörper in den Auslaßstutzen hineinragt. Eine wehere, wesentliche Verbesserung des Überganges zwischen Verdampfungskanal und Brennraum läßt sich erreichen, indem der Auslaßstutzen mit radialem Spiel in ein den Brennraum umschließendes Brennerrohr ragt, das mittels kegelförmiger Blechringe am Gehäuse abgestützt ist.

Zur Erzielung einer sehr wirksamen Durchmischung des Brennstoffdampf-Luft-Gemisches kann der Verdampfungskanal durch Leitrippen in Einzelkanäle unterteilt und zum Einleiten des Gemisches mit Drall in den Brennraum ausgebildet sein.

In der Brennstoffzuführung zwischen mindestens einer Brennstoffpumpe und dem Auslaß in den Verdampfungskanal kann eine Mischkammer mit mindestens einer angeschlossenen Luftpumpe zum Aufschäumen des Brennstoffes vorgesehen sein.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf einen Heizkessel mit mehreren konzentrisch angeordneten, hintereinander geschalteten zylindrischen Wärmetauschern, /wischen welchen hintcreinandcrgeschaltcte Züge für die Verbrennungsgase gebildet sind. Bei solcher Anwendung bietet sich der Vorteil, daß der Heizkessel mit den praktisch rußfreien heißen Verbrennungsofen aus der Vorrichtung betrieben wird, und die heißen Verbrennungsgase bis zu einer relativ niedrigen Temperatur heruntergekühlt werden können, was einen hohen Wirkungsgrad des Heizkessels erreichen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, Es zeigt

F i g. 1 eine als Brenner ausgebildete Vorrichtung in vertikalem Schnitt,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-11 in F i g. 1,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-111 in F i g. 1,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 1 und

F i g. 5 die Anwendung der Vorrichtung nach F i g. 1 bis 4 auf einen Heizkessel, wobei der Heizkessel im Vertikalschnitt dargestellt ist.

Bei dem in der Zeichnung wiedergegebenen Beispiel ist die Vorrichtung als Brenner 1 ausgebildet. Das Brennergehäuse weist einen unteren, zylindrischen Gehäuseteil 4 aus Blech und einen oberen, ringförmigen Gehäuseteil 5 aus Gußeisen auf. Im Gehäuseteil 4 is! ein Elektromotor 6 untergebracht, der über eine Kupplung 7 eine in einem Getriebegehäuse 8 untergebrachte Exzenterwelle 9 mit einer Exzenterscheibe ίΟ antreibt. Wie besonders F i g. 4 zeigt, wirkt die Exzenterscheibe 10 auf vier gleichartige, doppeltwirkende Kolbenpumpen 11 bis i4 für die Brennstoff- bzw. Luft-Förderung.

Im dargestellten Beispiel ist der Brenner I mit Einrichtungen zum Aufschäumen des Brennstoffes ausgerüstet.

Zum Aufschäumen des Brennstoffes dienen zwei der Kolbenpumpen 11 bis 14 der Förderung von Brennstoff, und die übrigen zwei der Förderung von Luft. Die Ausgänge aller Pumpen führen tangential in eine zentrale Mischkammer 15 des Gehäuses 8 (F i g. 3), in welcher die eintretende Luft mit dem eintretenden Brennstoff intensiv durchwirbelt und durchmischt und damit der Brennstoff aufgeschäumt wird.

Die Mischkammer 15 steht mit einem vertikalen Stutzen 16 in Verbindung, der in der Nähe des oberen Endes einen Kranz von radialen Austrittsöffnungen 17 aufweist. Diese Austrittsöffnungen 17 münden in den eigentlichen schlitzförmigen Brennstoffauslaß 18, der als Spalt zwischen einem auf den Stutzen 16 aufgesetzten Füllkörper 19 und einer kreisrunden, praktisch ebenen Verdampferwandung (Platte) 20 gebildet ist. Die Weite des schlitzförmigen Auslasses 18 ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt. In der Praxis weist dieser Auslaß 18 an der Mündungsstelle eine Weite von nur ungefähr 0,4 mm auf. Die Platte 20 ist als elektrische Heizplatte ausgebildet, in deren an ihrer Unterseite gebildeten Nuten nicht dargestellte elektrische Heizwendeln liegen. Die Platte 20 weist am Rand eine Auffangrinne 21 auf, die zur Aufnahme eventuell nicht verdunsteten Öles dient. Die Rinne 21 liegt unter Zwischenlage einer Dichtung 22 auf einem nach innen gerichteten Flansch des Gehäuseteils 5 auf. Der unter der Platte 20 liegende Raum ist mittels eines Blechtellers 23 abgeschlossen. In diesem Raum sind die elektrischen Zuleitungen für die elektrischen Heizwendeln sowie ein Thermostat zur Regelung der Plattentemperatur untergebracht. Auf der Platte 20 bzw. auf nach außen ragenden !lauschen des Gehäuseteiles 5 liegt eine obere schalenartigc Platte 24 aus Gußeisen auf, wobei zwischen den Gehäuseteil 5 und die obere Platte 24 ebenfalls ein Dichtungsring 22' eingelegt ist. Der Gehäuseteil 5, die untere Platte 20 und die obere Platte 24 bilden somit einen geschlossenen, ringförmigen Verdampfungskarutl. der außen verhältnismäßig weit ist, und sich

nach innen allmählich verengt, bis er sich an der Stelle 25 wieder erweitert. An dieser Stelle 25 (F i g. 1 und 2) setzt ein Auslaß-Stutzen 26 der oberen Platte 24 an, in welchen der Füllkörper 19 hineinragt. Die obere Platte 24 ist an ihrer Unterseite mit gebogenen Leitrippen 27 versehen, die auf der unteren Platte 20 aufliegen, so daß zwischen der unteren Platte 20 und der oberen Platte 24 spiralförmig verlaufende, sich nach innen verengende Kanäle gebildet sind.

Über dem Austritts-Stutzen 26 ist ein Brennerrohr 29 angeordnet, in das der Austritts-Stutzen 26 mit seitlichem Spiel hineinragt. Das Brennerrohr 29 ist mittels eines konischen Blechringes 30 auf einer Schulter der Platte 24 abgestützt und umschließt den Brennraum. Der Blechring 30 weist am unteren Ende Ausschnitte 31 auf. Über dem Blechring 30 ist ein doppelwandiger Blechring 32 angeordnet, dessen öffnung oben das Brennerrohr 29 mit Spiel umgibt, und der ebenfalls auf der oberen Platte 24 abgestützt ist. Der äußere, nach unten gezogene Flansch 32' des Blechringes 32 bildet den eigentlichen äußeren Abschluß des Brenners. Über der Mündung des Brennerrohres 29 sind Zündelektroden 33 angeordnet. Der eine Elektrodenträger 34 ist elektrisch isoliert und der andere F.lektrodenträger 35 unisoliert an den Flanschen des Gehäuseteil 5 bzw. der oberen Platte 24 befestigt.

In den zwischen der unteren Platte 20 und der oberen Platte 24 eingeschlossenen Verdampfungrkanal mündet eine die Wand des Gehäuseteils 5 durchsetztende Brennluftzuleitung 36, die mit einem nicht dargestellten Gebläse in Verbindung steht, und durch welche dem Brenner 1 ein Brennluftstrom zugeführt werden kann.

Wie F i g. 5 zeigt, eignet sich die Vorrichtung besonders gut als Brenner 1 für einen Heizkessel 2. Das Brennergehäuse ist dabei auf einer Säule 3 abgestützt, die vertikal verschiebbar und in beliebiger Höhe feststellbar ist, um den Brenner 1 nach unten aus dem Heizkessel 2 herauszufahren und zu entfernen, und umgekehrt, um den Brenner 1 in die in F i g. 5 dargestellte Betriebslage einzufahren.

Der Heizkessel 2 ist im dargestellten Beispiel mit drei gleichartigen, mandelförmigen, zylindrischen Wärmetauschern 37, 38, 39 und mit einer zentralen, kegelstumpfförmigen Kesselkammer 40 versehen, die durch Rohrstücke 41 in Reihe hintereinandergeschaltet sind. Die Kesselkammer 40 ist mit der Vorlaufleitung 42 und der äußerste Wärmetauscher 37 mit der Rücklaufleitung 43 verbunden. Die zwischen den Wärmetauschern 37, 38 und 39 gebildeten, hintereinandergeschalteten, verhältnismäßig engen Züge 44, 45, 46 werden von innen nach außen von den heißen Verbrennungsgasen durchströmt, so daß das Heizmedium teilweise im Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen geführt wird.

Wegen der praktisch rußfreien Verbrennung kann der Brenner auch für Anlagen verwendet werden, bei denen zu trocknendes oder zu behandelndes Gut direkt in den Verbrennungsgasen erwärmt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

/V Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verbrennung von flüssigem Brennstoff, insbesondere Schweröl, mit einer Brennstoff- und einer Luftzuführung, die in einen Verdampfungskanal mit einer fremdbeheizten, einen Brennstoff-Film führenden Verdampferwandung und einer Luftleiteinrichtung münden, und mit einem mit dem Verdampfungskanal in Verbindung stehenden Brennraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführung einen schlitzförmigen Auslaß (18) aufweist, dessen eine Wandung von der Verdampferwandung (20) gebildet ist und der den Brennstoff-Film auf die Verdampferwandung (20) aufgibt, und daß der Verdampfungskanal auf einer Seite durch die Verdampferwandung (20) begrenzt und schlitzartig in Strömungsrichtung derart sich verengend ausgebilde! ist, daß spätestens an seinem Auslaß die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoffdampf-Luft-Gemisches größer als seine Verbrennungsgeschwindigkeit ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferwandung (20) als elektrische Heizplatte ausgebildet ist, die auf einer annähernd im Endsiedebereich des jeweiligen Brennstoffes liegenden Temperatur gehalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Luftzuführung eine Verbrennungsluftmenge von mindestens annähernd der doppelten stöchiometrischew Menge zuführbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungskanal zwischen zwei im wesentlichen horizontal liegenden, kreisförmigen Platten gebildet ist, von denen die obere Platte (24) einen zentraler» Auslaß-Stutzen (26) aufweist, und daß auf der unteren die Verdampferwandung (20) bildenden Platte der schlitzförmige Auslaß (18) als zentrale, ringförmige Düse ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der unteren Platte zusammen die ringförmige Düse bildender Düsendeckel als aerodynamischer Füllkörper (19) in den Auslaß-Stutzen (26) hineinragt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß-Stutzen (26) mit radialem Spiel in ein den Brennraum umschließendes Brennerrohr (29) ragt, das mittels kegelförmiger Blechringe (30,32) am Gehäuse abgestützt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungskanal durch Leitrippen (27) in Einzelkanäle unterteilt und zum Einleiten des Gemisches mit Drall in den Brennraum ausgebildet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennstoffzuführung zwischen mindestens einer Brennstoffpumpe (11. 13) und dem Auslaß (18) in den Verdampfungskanal eine Mischkammer (15) mit mindestens einer angeschlossenen Luftpumpe (12, 14) zum Aufschäumen des Brennstoffes vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch die Anwendung auf einen Heizkessel (2) mit mehreren, konzentrisch angeordneten, hintercinan· dereeschalieten. zylindrischen Wärmetauschern (37.

38,39), zwischen welchen hintereinandergeschaltete Züge (44, 45,46) für die Verbrennungsgase gebildet sind.