DE9003176U1

DE9003176U1 - Mischeinrichtung für Ölgebläsebrenner

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Authority: DE
Original assignee: Koerting Hannover GmbH
Current assignee: Koerting Hannover GmbH
Priority date: 1989-07-29
Filing date: 1990-03-17
Publication date: 1990-06-07
Anticipated expiration: 2000-03-18
Also published as: DE4008692A1; DE4008692C2; DE8909202U1

Description

EIKENBERG 3 B/RUWM¹ER-STEpT

PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Körting Hannover AG 378/52

Mischeinrichtung für ölgebläsebrenner

Die tJeusr■·· &igr; betrifft eine Mischeinrichtung für Ölgebläsebrenner, bestehend aus .nem Mischrohr als Durchlaß für die Verbrennungsluft, das sich ar seinem < rderen Ende konisch verjüngt, u■.:·.. aus einer im Mischrohr im bereich der konischen Verjüngung angeordneten Stauscheibe, U-&uacgr; mi^uels einer Halterung so an einem Düsenstock befestigt ist, daß sie senkrecht zur Längsachse des Düsenstücks liegt, und mit diesem axial im Mischrohr verschiebbar ist, wjbei die Stauscheibe aus einer kreisförmigen Scheibe mit einer zentralen Öffnung zur Einführung des Brenn-SCC.fs und eines ersten Teils der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum, mit radialen Schrägschlitzen zur tangentialen Einführung eines zweiten Teils der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum, und aus einem stirnseitig zum Verbrennungsraum weisenden Ring an ihrem Außenumfang besteht, zwischen dem und der Innenwand des Mischrohres ein dritter Teil der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum einleitbar ist.

Einen solchen Aufbau weisen heute praktisch alle in Gebläsebrennern verwendeten Mischeinrichtungen auf. Der Düsenstock mit der Stauscheibe befindet sich dabei innerhalb eines Mischrohres, in das die Verbrennungsluft so eingeführt wird, daß •sie von hinten auf die Stauscheibe trifft und dabei teils durch die zentrale Öffnung, teils durch di^ radialen S-hrägschlitze und teils durch den Zwischenraum zwischen dem Ring -'im k\\.'j<:. .um f.&pgr; ng und dem Mischrohr in dem Verbrennungsraum g<- ' p.ngt. Tm Ber°ier! r]^- Ringer, der &Ggr;> t &pgr; u:;. 'j'^rie i be ve r.i un.Kt. 5; &EEacgr; dn.~, i-'iochrohr nnch innen, .-.o

daß durch axiale Verschiebung des Düsenstocks mit der Stauscheibe innerhalb des Mischrohres der Abstand zwischen dem Stauscheibenring und dem konisch verjüngten vorderen Ende des Mischrohres und damit die zugeführte Luftajersge &ngr;-, ri? " rt werden kann.

Die Anordnung der Stauscheibe im Verbrennungsluftraum hat den Zweck, im Bereich der Flamme eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft und damit eine möglichst vcllkoiPGene Verbrennung des Brennstoffs zu erreichen. Diese Durchmischuni; wird einerseits durch den tangential durch die radialen Schrägschlitze eingeführten Verbrennungsluftanteil und andererseits durch einen sich hinter der Stauscheibe ausbildenden Unterdruck bewirkt, durch den die Verbrennungsgase in einem turbulenten Strom zur Flammenwurzel zurückgeführt werden.

Die verschiebbare Anordnung des Düsenstocks mit der Stauscheibe ist deshalb erforderlich, weil die Brenner in der Regel für einen Leistungsbereich ausgelegt werden und erst bei der Installation die Einstellung auf die bereitzustellende Wärmeleistung und jeweilige Kesselausbildung erfolgt, d.h. es wird die für die geforderte Wärmeleistung benötigte Brennstoffdüse eingebaut und dementsprechend durch Verschieben des Düsenstocks die entsprechende Luftmenge eingestellt, die den Zwischenraum zwischen dem Stauscheibenring und dem Mischrohr durchströmen muß.

Diese Mischeinrichtungen haben sich in der Praxis bewährt, jedoch hat sich gezeigt, daß mit der herkömmlichen Bauart der Stauscheiben und des Mischrohres die neueren strengen Forderungen hinsichtlich der Schadstoffbegrenzung der Abgase nur mit geringem Sicherheitsabstand erfüllbar sind.

Der Neuerung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein" Mischeinrichtung der < ingoings beschriebenen Art so au.-zup.estalten, daß die Schadstoffe im Abgas, ins^esrndere <\^v MO Gehalt wesentlich vermindert werden und der f cuerimgs teehn i sei." Wi rk i.iriK.'ic r'ri d V <■' ri,·: r-:-;^fi r '. wird.

Die gestellte Aufgabe wird gemäP) der u'juerung dadurch gelös ., daß dan Mischrohr an seinem konisch verjüngten vorderen Ende so weit radial einwärts gebogen ist, daß der Auslaßdurchmesser kleiner als der Durchmesser der Stauscheibe ist, und daß die Höhe des Ringes der Stauscheibe mindestens so groß wie der Innenlochdurchii.esser der Stauscheibe bemessen ist.

Die größere Höhe des Stauscheibenringes führt im Zusammenwirken mit dem konisch verjüngten vorderen Ende des Mischrohres zu einem erhöhten Unterdruck hinter der Stauscheibe, wodurch im stärkeren Maße als bei den bekannten Lösungen heiße Verbrennungsgase in turbulenter Strömung zur Fl'ammenwurzel zurückgeführt werden. Damit wird die Flammenstabilität verbessert und eine Teilvergasung der aus der Brennstoffdüse austretenden Öltröpfchen erreicht.

Das radial einwärts gebogene Mischrohrende bewirkt, daß die Luftströmung zwischen Mischrohr und Stauscheibe eingeschnürt wird und mit erhöhter Energie radial in den Verbrennungsraum eintritt und damit im Winkel von etwa 90° auf die Flamme bzw. den Flammenkegel trifft. Hierdurch wird einerseits die Durchmischung von Öl und Luft verbessert und andererseits diesem Bereich der Flamme so viel Luft zugeführt, daß der im Bereich der Flammenwurzel herrschende Luftmangel kompensiert wird und die Verbrennung injge!- mt überstöchiometrisch verläuft. Auf diese Weise wird schon relativ früh ein vollständiger Ausbrand aller brennbaren Bestandteile erreicht, d.h., die Flamme wird kürzer, wodurch sich die Verweilzeit des Luftstickstoffes in der Flamme verringert.

Neben der oben beschriebenen, als innere bzw. primäre Rezirkulation zu bezeichnenden Rückführung heißer Verbrennungsgase zur Flammenwurzel· bildet sich aufgrund des Unterdruckes, der sich infolge der Strömungsverhältnisse am einwärts gebogenen Mischrohrende einstellt, eine sekundäre Rezirkulation aus, die kühlere Verbrennungsgase zusammen mit unverbranntem Sauerstoff in

en äußeren Bereich der Flamme zurückführt. Dadurch wird /um einen die F.l.nnme gekühlt und damit die NO -Bildung verringert und zum anderen der Sauerstoff-Partialdruck gesenkt, womit weniger Sauerstoff für die NO -Bildung zur Verfügung steht.

Neben diesen Effekten führen die rezirkulierten Verbrennungsgase diesem Bereich der Flamme genügend Wärme zu, um die Vergasung von dort vorhandenen Öltröpfchen zu verbessern.

In weiterer Ausgestaltung der Neuerung ist vor dem Mischrohr und koaxial mit diesem ein im Durchmesser kleineres Vorsatzrohr derart angeordnet, daß es das konisch verjüngte, vordere Ende des Mischrohres unter Bildung eines Ringspaltes überlappt. Es ist zweckmäßig, zwischen der Breite des Ringspaltes und dem Innendurchmesser des Vorsatzrohres ein Verhältnis von 1:11 bis 1:13 einzuhalten.

Über den zwischen Vorsatzrohr und Mischrohrende gebildeten Ringspalt werden aufgrund des am Mischrohraustritt herrschenden Unterdruckes kühlere, ebenfalls noch Sauerstoff aufweisende Verbrennungsgase in den Randbereich der Flamme zurückgeführt, d.h., es bildet sich neben der bereits beschriebenen primären und sekundären Rezirkulation eine zusätzliche tertiäre Rezirkulation aus. Diese tertiäre Rezirkulation verstärkt die im Zusammenhang mit der sekundären Rezirkulation beschriebenen Effekte, d.h., der Sauerstoff-Partialdruck wird weiter gesenkt, die Flamme aufgrund der kühleren Verbrennungsgase weiter abgekühlt und dem Randbereich der Flamme für die Restvergasung der öltröpfchen zusätzlich Wärme zugeführt.

Das angegebene Verhältnis zwischen Breite des Ringspaltes und Innendurchmesser des Vorsatzrohres optimiert die eben genannten Wirkungen.

Im Ergebnis bildet sich eine absolute Blauflamme aus. Die Rauchgase sind rußfrei. Gegenüber der Ausführung ohne Vor-

satzroh/ wird der NO -Gehalt im Rauchgas weiter gesen-' .

:; Die Neuerung wird nachfolgend anhand von in den Zeich-

',; nungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In ü den Zeichnungen zeigen:

'_ Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung des vorderen

'■ Bereichs einer Mischeinrichtung,

,■/. Fig. 2 eine Stirnansicht der Stauscheibenanordnung

K von Fig. 1 und

Fig. 3 eine Mischeinrichtung nach Fig. 1 mit Vorsatzrohr.

Fig. 1 zeigt ein Mischrohr 1, dessen vorderes Ende 2 sich konisch verjüngt, und in dem zentral eine Brennerlanze 3 mit einer Brennstoffdüse 4 angeordnet ist. An der Brennerlanze 3 ist ; mit Streben 5 eine Stauscheibe 6 befestigt, die mit der Brenner- '/_ lanze 3 im Mischrohr 1 axial verschiebbar ist, und die an ihrem t- Umfang in bekannter Weise mit einem Ring 7 versehen ist. Die ■&rgr; Stauscheibe 6 besitzt in üblicher Weise eine zentrale Öffnung 8 g als Durchlaß für den Brennstoff und einen ersten Teil der Ver-&xgr; brennungsluft, und ferner sind in üblicher Weise zwischen der \\ zentralen Öffnung und dem Auföenrand der Scheibe radiale Schlitze

U 9 vorgesehen, die durch flügelartige Vorsprünge 10 gebildet werden, die durch einen Drückvorgang in der Scheibe 6 angebracht werden. Dadurch wird in bekannter Weise ein zweiter Teil des Verbrennungsluftstroms in tangentialer Richtung in den Verbrennungsraum eingeleitet. Ein dritter Anteil der Verbrennungsluft strömt durch den Zwischenraum zwischen dem Ring 7 der Stauscheibe 6 und dem konisch verjüngten, vorderen Ende 2 des Mischrohres 1. Durch axiale Verschiebung der Brennerlanze 3 mit der Stauscheibe 6 kann der dritte Verbrennungsluf tante.i &lgr; dosiert und an die jeweils geforderte Leistung des Brenners am Installationsort angepaßt werden.

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Während die Höhe H dos Ringer- Y b^i bekannten otrujscheiben kleiner als d f- r Durchmesser der zentralen öffnung " ist, sieht die Neuerung vor, die Höhe des Ringes 7 mindestens so groß wie den Durchmesser der Öffnung 8 zu bemessen. Hierdurch wird der Unterdruck hinter der Stauscheibe 6 und damit die innere Rezirkulation erhöht, so daß die Flamme stabilisiert wird, d.h. daß die Flammenwurzel stärker an die Stauscheibe gebunden wird, und daß zugleich wegen der größeren Länge des Bereiches, in dem die Verbrennung unterstöchiometrisch erfolgt, eine Verminderung der Stickoxidbildung stattfindet. Gleichzeitig wird durch die Rezlrkulation heizer Verbrennungsgase die Vergasung des Öls in diesem Bereich verbessert. In der Praxis hat sich gezeigt, daß ein Verhältnis der Höhe H des Ringes 7 zum Innenlochdur'chmesser 8 der Stauscheibe von etwa 1,1:1 sehr geringe NO -Werte zur Folge hat.

Das konisch verjüngte, vordere Ende 2 weist eine Lippe 11 auf, die radial so weit nach innen eingebogen ist, daß der Auslaßdurchmesser des Mischrohres 1 kleiner als der Durchmesser der Stauscheibe 6 ist. Vorzugsweise ist der Auslaßdurchiiesser des Mischrohres 1 mindestens 10 mm kleiner als der Durchmesser der Stauscheibe 6. Hierdurch wird der dritte Verbrennungsluftanteil· fast radial in den Verbrennungsraum eingeblasen, so daß dieser Teil der Verbrennungsluft praktisch im Winkel von etwa 90° auf den Flammenkegel trifft.

Dadurch wird die Durchmischung von Luft und Brennstoff intensiviert Des weitsten liorn^snsiert di^a * ^^tzufuhrun^ sn dieser Stelle der Flamme den Luftmangel an der Flammenwurzei, so daß die Verbrennung insgesamt überstöchiometrisch verläuft und die Flamme und damit die Verweilzeit des Luftstickstoffes in der Flamme verkürzt wird.

Per sich aufgrund der Strömungsverhältnisse am Austritt des Mischrcnres 1 einstellende Unterdruck führt außerdem zu einer Rezirkulation von Verbrennungsgasen im Außenbereich der Flamme,

die durch die vergleichsweise kälteren Gase gekühlt wird. Da diese unverbrannten Sauerstoff enthalten, wird durch die Rezirkulation gleichzeitig der Sauerstoff-Partialdruck gesenkt. Zudem gelangt mit den rezirkulierten Verbrennungsgasen Wärme in die Bereiche der Flamme, in denen die Temperatur für eine Teilvergasung der Öltröpfchen nicht ausreichend ist, so daß auch die für eine effektive Verbrennung erforderliche Vergasung des Öls gefördert wird-

Versuche haben gezeigt, daß sich mit dieser Ausführungsform der Neuerung im Vergleich zu bisher üblichen Mischeinrichtungen eine Reduzierung der NO -Emissionswerte um mehr als 20 % erreichen läßt. Das Öl verbrennt in ein^r Gelbflamme mit Blauanteilen.

Eine weitere Verringerung der Schadstoffemission und eine weitere Verbesserung der Verbrennung läßt sich mit der Ausführungsform nach Fig. 3 erzielen. Diese unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß vor dem Mischrohr 1 und koaxial mit diesem ein Vorsatzrohr 13 angeordnet ist. Es ist mittels Halterungen 14 am Mischrohr 1 derartig befestigt, daß es das konisch verjüngte, vordere Ende 2 überlappt. Dadurch wird zwischen dem Mischrohr 1 und dem Vorsatzrohr 13 ein Ringspalt 12 gebildet.

Der am Austrittsquerschnitt des Mischrohres 1 anstehende Unterdruck bewirkt aufgrund der Anordnung des Vorsatzrohres 13 die Ausbildung einer tertiären Rezirkulation. Diese führt über djn Ringspalt 12 aus einem Bereich der Brennkammer, der durch das Vorsatzrohr 13 von der Flamme gewissermaßen abgeschottet ist, kühlere Verbrennungsgase in den Randbereich der Flamme, die dadurch weiter abgekühlt, v/ird. Diene Kühlung und die weitere &Ggr;·&ogr;&eegr;-kung fl'T, .Snuern toff- Pa rt i ·&iacgr; ldruoke:; durrh den mit den rezirkn ^! i ert ■ &eegr; Verbr^nnungr.gnr.nn zuriif;kr,^p f'ih rten dauernhnff führen zu ein°r v;° i trren ."; e &eegr; k u &eegr; &kgr; der MO -Km i ."· r> i "ii im nahn tönh i omet r i &Ggr;.&pgr;&eegr;&tgr;&igr; Be-

Obwohl die durch den Ringspalt 12 zurückgesaugten Verbrennungsgase insgesamt auf die Flamme kühlend wirken, ist ihr Wärmeinhalt ausreichend, um die Restvergasung noch vorhandener fehen zu bewirken.

&Egr;&xgr; wurde gefunden, daS sich sehr gute Ergebnisse, erzielen lassen, wenn das Verhältnis von Ringspaltbreite zum Innendurchme. 3er des Vorsatzrohres etwa 1:11 bis 1:13 De': -ägt.

Das öl verbrennt ^ahstöchiometrisch in einer absoluten Blauflamme. Die Rauchgase weisen geringste Mengen an Kohlenmonoxid auf und sind praktisch rußfrei. Der NO -Gehalt im Rauchgas kann gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 um weitere 10 % gesenkt werden.

Claims

Schutzansprüche

1. Mischeinrichtung für Öl^cebläsebrenner, bestehend aus einem Mischrohr als Durchlaß für die Verbrennungsluft,, das sich an seinesj vorderen Ende konisch verjüngt, und a"s einer ia !4.Is'-rohr lic Bereich der konischen Verjüngung angeordneten Stauscheibe, die mittels einer Halterung so an einem Düsenstock befestigt ist, asB si? senkrsüii- zvr Längsachse des DO'^nstocks liegt, und mit tieseto ^.xial i"» Mischrohr verschiebbar ist, wobei die Stausch°-ibe aus einer kreisförmigen Schei-. mit ^iner zentralen Öffnung zur Einführung des Brennstoffs und eines ersten Teils der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum, mit radialen Schrägschlitzen zur tangentialen Einführung eines zweiten Teils der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum, und aus einem stirnseitig zum Verbrennungsraum weisenden Ring an ihrem Außenumfang besteht, zwischen dem und der Innenwand des Mischrohres ein dritter feil der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum eiuleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischrohr (1) an seinem konisch verjüngten, vorderen Ende (2) so weit radial einwärts gebogen ist, daß der Auslaßdurchmesser kleiner als der Durchmesser der Stauscheibe (6) ist und daß die Höhe des Ringes (7) der Stauscheibe (6) mindestens so groß wie der Innenloehdurchmesser der Stauscheibe (6) bemessen ist.

2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Höhe des Ringes (7) der Stauscheibe (6) zum Innenloehdurchmesser der Stauscheibe 1,1:1 beträgt.

3. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß üer Auslaßdurchmeoser des Mischrohres (1) mindestens 10 mm kleiner als der Durchmesser der Gtauscheibe (6) ist.

4. Mischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Mischrohr (1) und koaxial mit diesem ein im Durchmesser kleineres Vorsatzrohr (13) derart angeordnet ist, daS es a-:s konisch verjüngte, vordere Ende (2) des Mischrohres (1) unter Bij.uung eines Ringspaltes (12)

5. Mischeinrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Breite des Ringspaltes (12) unc¹ dem Innendurchmesser des Vorsat7,rohres (13) ein Verhältnis von 1:11 bis 1:13 besteht.