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Verfahren und Einrichtung zum Betriebe von Brennern mit flüssigem Brennstoff
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betriebe von Brennern mit flüssigem Brennstoff, insbesondere mit Schwer-, Alt-, Abfallölen od. dgl., mit Beheizung eines Brennerteiles, dem Brennstoff und Verbrennungsluft zugeführt werden, durch die bereits erzeugten, brennenden Gase.
Die genannten Brennstoffe werden im allgemeinen, in Einzelfällen sogar nach vorheriger Aufheizung, durch Druckgase (Pressluft) fein zerstäubt, so dass sich Entzündlichkeit und Verbrennbarkeit infolge der kräftigen und innigen Mischung mit Sauerstoff verbessern. Da man jedoch derartige Brenner fast stets in Verbindung mit Brenngasverwertern benutzt, die auch für andere, insbesondere feste Brennstoffe brauchbar sein müssen, wenn die Belieferung mit flüssigen Brennstoffen ausfällt, ergeben sich unwirtschaftliche Verhältnisse. Denn durch die Expansion des Druckgases entstehen hohe Strömungsgeschwindigkeiten der erzeugten brennenden
Gase, also des Heizgases.
Zur Verarbeitung dieses schnellströmenden Heizgases sind die mit Rück- sicht auf die Verbrennung anderer Brennsto angeordneten und ausgebildeten Wärmeüber- tragungsflächen der Heizgasverwerter nicht ge- eignet, so dass zu hohe Abgastemperaturen und - geschwindigkeiten auftreten, womit ein grosser
Teil des Wärmeinhaltes der Heizgase nutzlos in die
Atmosphäre gelangt.
Die damit der Erfindung gesetzte Aufgabe, einen Brenner ohne die Notwendigkeit der An- wendung von Druckgasen auszubilden und trotz- dem russ-und rückstandsfreie Verbrennung der in Betracht kommenden Brennstoffe zu erzielen, verlangt die Erfüllung zweier Voraussetzungen, deren erste dadurch gegeben ist, dass das Auftreten von Temperaturen sicherzustellen ist, bei denen die Aufbereitung und die weitgehende Aufschliessung auch der schweren Kohlenwasserstoffmoleküle eintreten, die zur vollständigen Vergasung derselben und zur Verbrennung ohne Russ-und Koksbildungen zu führen vermögen.
Weiterhin sind die Strömungswege im Brenner so zu gestalten, dass die Strömungszeiten grosser als die Aufbereitungs-, Aufschliessungs-, Ver- gasungs-und Entzündungszeitspannen werden, so dass die Voraussetzungen für die vollständige Verbrennung auch schwer entzündlicher und schwer verbrennlicher Brennstoffe noch im Brenner selbst geschaffen werden.
Das diesen Voraussetzungen und Bedingungen genügende Verfahren zum Betriebe von Brennern mit flüssigem Brennstoff kennzeichnet sich, aus- gehend von der bekannten Beheizung des Brennerteiles, dem Brennstoff und Verbrennungsluft zugeführt werden, durch die bereits erzeugten brennenden Gase, erfindungsgemäss durch Führung des flüssigen Brennstoffes wenigstens unmittelbar vor dem Brennerteil im freien Fall, durch eine sich an die Auftrefffläche des Brennstoffes am Brennerteil anschliessende Führung der Strömung an der Auftreffstelle für den Brennstoff vorbei bis zu einer in Strömungsrichtung liegenden Randbegrenzung des Brennerteiles,
durch Umkehrung der Strömung an dieser Randbegrenzung und durch Führung des Stromes brennender Gase an der entgegengesetzt zur Auftrefffläche für den Brennstoff liegenden Brennerteilrückenfläche entlang unter unmittelbarer Be- rührung und Beheizung der Auftrefffläche für den Brennstoff durch die erzeugten, brennenden
Gase.
Man erkennt, dass dieses Betriebsverfahren die erforderlichen Temperaturen und Zeitspannen zu gewährleisten vermag. Denn dadurch, dass die der Auftreffstelle des Brennstoffes auf den hiezu dienenden Brennerteil gegenüberliegende Rücken- fläche desselben von dem erzeugten brennenden
Gas unmittelbar beheizt wird, wird der flüssige
Brennstoff augenblicklich verdampft.
Es braucht daher der Abstand zwischen Auftreffstelle für den Brennstoff und Randbegrenzung nur genügend lang bemessen zu werden, um zu erreichen, dass der an diesem Brennerteil entlang strömende Brennstoffdampf so aufbereitet, aufgeschlossen. vergast, mit dem Sauerstoff der mitströmenden und aufgeheizten Verbrennungsluft unter Bildung eines zündfähigen, brennbaren Gemisches vereinigt und entzündet wird, dass die Bildung der Flamme noch im Brenner selbst eintritt, da diese zur Aufheizung der der Auftreffstelle gegenüberliegenden Rückenfläche dienen soll.
Die Führung des flüssigen Brennstoffes wenigstens unmittelbar vor dem Brennerteil im freien Fall verhindert dabei die vorzeitige Verdampfung, Vergasung und Verbrennung der leichterflüchtigen Bestandteile im Brennstoff, die eintraten, wenn man
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früheren Vorschlägen gemäss ein Zuführungsrohr für den Brennstoff der Wirkung der erzeugten, brennenden Gase aussetzt.
Diesen leichterflüchtigen Bestandteilen darf deshalb nicht Gelegenheit zur vorzeitigen Trennung von dem Rest des Brennstoffes und zur vorzeitigen Verbrennung gegeben werden, weil die Mitführung leichtflüchtiger Bestandteile im verdampften Brennstoff bis zur vorbestimmten Zündstelle Gewähr dafür gibt, dass die bei der Verbrennung dieser leichterflüchtigen Bestandteile auftretenden hohen Temperaturen mit Sicherheit die schwererflüchtigen und-brennbaren Bestandteile aufbereiten, aufschliessen, vergasen und entzünden. Ausserdem würden in einem hochaufgeheizten Zuführungsrohr auftretende Ölkohle-und Aschebildungen eine starke Behinderung der erstrebten völligen Vergasung des Brennstoffes vor der Verbrennung darstellen.
Darüber hinaus vermögen erst die erfindungsgemäss verwirklichte sorgfältige Führung von Luft und Brennstoff, die Sicherung der erforderlichen Verdampfungs-und Vergasungstemperaturen und-zeiten sowie die günstige Übertragung der entwickelten Wärme auf Brennstoff und Luft die Verhältnisse zu verwirklichen, unter denen auch stark verunreinigte Abfallöle und sonstige minderwertige Brennstoffe ohne zusätzlichen Energieaufwand in Gebläsen einer russfreien und rückstandslosen Verbrennung unterworfen werden können.
Die zur Durchführung des Verfahrens dienende, erfindungsgemäss vorgeschlagene Einrichtung kann in der verschiedensten Weise ausgebildet sein. Sie kennzeichnet sich dadurch, dass ein an der Auftreffstelle für den Brennstoff freischwebend ausgebildeter Brennerteil nach aussen durch ein Gehäuse abgedeckt ist, dessen als Leitflächen dienende Wandungen zusammen mit dem beheizten Brennerteil einen nach Art einer offenen Schlaufe ausgestalteten Führungsweg bilden, im Verlaufe dessen die erzeugten brennenden Gase entlang dem Rücken des Brennerteiles strömen.
Man erkennt, dass die Trennwand zwischen den Schenkeln des schlaufenförmigen Führungsweges durch ihre Anordnung und Länge ohne weiteres zur Erf ullung der beiden Voraussetzungen der Annahme genügend hoher Temperaturen und der Erzwingung ausreichender Strömungszeiten geeignet ausgebildet werden kann.
Es sind zwar bereits Brenner mit Beheizung des von flüssigem Brennstoff berührten Brennertelles durch die erzeugten brennenden Gase bekannt geworden. Diese Beheizung ergab sich aber nur als unbeabsichtigte Nebenwirkung, weil es bei den bekannten Einrichtungen darauf ankam, die erzeugten Gase am erwähnten Brennerteil vorbei in der Richtung nach unten abzuziehen ; lediglich Anordnung und Ausbildung des Brenngasverwerters bedingten diese Führung der Heizgase. Da der bereits schalenförmig gestaltete Brennerteil an der der Auftreffstelle für den Brennstoff gegenüberliegenden Rückenfläche durch ein wärmeabführendes Glied gehalten wurde, fehlt dabei gerade die freischwebende Ausbildung des beheizten Brennerteiles an mindestens der Auftreffstelle für den Brennstoff, die für vorliegende Erfindung kennzeichnend ist.
Dieses Fehlen beweist, dass die zur Erfindung führenden Erkenntnisse bei der bekannten Einrichtung noch keine Anwendung fanden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass die Geschwindigkeit der Strömung, mit der diese die entgegengesetzt zur Auftrefffläche für den Brennstoff liegende Erennerteilrückenfläche berührt und beheizt, auf einen grösstmöglichen Wert gegenüber den Strömungsgeschwindigkeiten vor und hinter dieser Stelle gebracht wird, weil bekanntlich'e Wärmeübergänge mit einer höheren Potenz der Berührungsgeschwindigkeit anwachsen.
Weitere Merkmale der Erfindung mögen den Ausführungsbeispielen der Zeichnung entnommen werden, die in Fig. l einen als Vorsatzheizgerät für einen vorhandenen Ofen ausgebildeten Brenner im senkrechten Längsschnitt veranschaulicht, während Fig. 2 in der gleichen Schnittdarstellung einen auf einen Ofen oben aufsetzbaren Brenner zeigt, der topfartig ausgestaltet ist.
In Fig. 1 bezeichnet b einen an der Auftreffstelle für den Brennstoff freischwebend ausgebildeten, schalenförmigen Brennerteil, der nach aussen durch ein Gehäuse a abgedeckt ist, dessen als Leitflächen dienende Wandungen zusammen mit dem Brennerteil b einen nach Art einer offenen Schlaufe ausgestalteten Führungsweg 1 bilden, im Verlaufe dessen die erzeugten brennenden Gase entlang dem Rücken des schalenförmigen Brennerteiles b strömen.
Im einzelnen ist zur Zuführung des Brennstoffes zunächst eine Rohrleitung h vorgesehen, die über eine nichtgezeichnete Aufhänge-und Hahnanordnung mit einem nicht dargestellten Brennölbehälter in Verbindung steht. An eine Auffangschaleg für das Brennöl schliesst sich ein Tropfrohr für den Brennstoff an, das durch sein schräg abgeschnittenes Ende die genaue Lage der Auftreffstelle für die Brennstofftropfen auf die Schale b einzustellen ermöglicht. Das Tropfenbildungsrohr wird von einem Luftzuführungs- rohr f umgeben, das seinerseits unmittelbar in die Schale b übergeht und damit den ersten Teil des nach Art einer offenen Schlaufe ausgestalteten Führungsweges für die Strömung bildet.
Der das Luftzufuhrrohr f umgebende Teil des Gehäuses a, e ist als gesondertes Einsatzstück ausgebildet, so dass nach dessen Anheben der muldenformige Hohlraum der Schale b zugänglich wird.
An das Einsatzstück c schliessen sich die Gehäuse- abschnitte an, die aus dem Kopfteil e und aus dem bereits erwähnten, schneckenförmigen Gehäuse- teil a bestehen. Da sich die Wandung a im Be- triebe stark aufheizt, ist ihr mit Abstand gegenüber eine Schutzwandung d vorgesehen. Der Gehäuse- teil a besitzt bei al einen flanschförmigen Ansatz, über den die Befestigung des Brenners an den die Türöffnung bildenden Teilen eines vor- handenen oder geeignet ausgebildeten Ofens erfolgt. Die Wandung a setzt sich in eine in das
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Innere des Ofens i hineinragende Wandung a2 fort, die in Verbindung mit den übrigen Brennerteilen ein zum Ofenschacht zu offenes Flammenmaul bildet.
Man erkennt demgemäss, dass bei einseitiger Anordnung des über der Brennerschale b liegenden Rohrkanals f zur Einführung von Brennstoff und Verbrennungsluft k das Gehäuse a, e als Mantelfläche eines schneckenförmig um die Brennerschale b gewundenen Drehkörpers angesehen werden kann, wobei das Gehäuse a, e an das Flammenmaul a 2 seitlich angeschlossen ist.
Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung ist folgende : Nach Herausnahme des Einsatzes c wird das Innere der Schale b zugänglich. Durch Eröffnung des in der Leitung h liegenden Hahnes wird zunächst soviel Brennstoff in die vom Teil b gebildete Schalenmulde ein- geführt, dass sich am Boden der Mulde eine Öllache bildet. In diese Öllache wird ein Brand- träger, etwa in Form eines Papierstückes, eingelegt und das Ganze entzündet. Hierauf wird der Einsatzteil c in seine in der Zeichnung dargestellte Endlage verbracht. Unter dem Einfluss des natürlichen Kaminzuges tritt sofort eine sehr lebhafte Flammenentwicklung ein, so dass Rauchund Heizgase gebildet werden, die die Strömung 1 erzeugen.
Dadurch, dass die Teile a und b eine
Art Venturidüse bilden, deren engster Querschnitt unmittelbar vor der Auftreffstelle für den Brenn- stoff auf die Brennerschale b liegt, wird diese
Auftreffstelle sehr schnell und scharf aufgeheizt.
Wird nun wieder der Brennstoffzufluss in der
Leitung h eröffnet, so treffen die gebildeten Öltropfen auf diese hochaufgeheizte Auftreffstelle auf, so dass augenblicklich die Verdampfung des
Brennstoffes beginnt.
Die gleichzeitig eintretende Luft bildet mit dem Brennstoffdampf eine sehr lebhafte Strömung, in deren Verlauf auch schwere Kohlenwasserstoffmoleküle aufbereitet, aufgeschlossen, vergast und entzündet werden. Die brennenden Gase erzeugen eine noch stärkere Aufheizung der Schale b, wobei sich der Beharrungszustand durch Auftreten eines Brummtones anzeigt, der durch Ver- grösserung der Brennstoffzufuhr bis zum Pfeifen verstärkt werden kann. Durch Regelung des Brennstoffzuflusses lässt sich dabei jede gewünschte Temperatur der aus dem Flammenmaul a2 austretenden Brenn-und Heizgase erzeugen.
Die Verhältnisse sind demgemäss so gewählt, dass ein Verfahren durchführbar wird, das sich, ausgehend von der bekannten Beheizung des Brennerteiles, dem Brennstoff und Verbrennungluft zugeführt werden, mittels der bereits er- zeugten, brennenden Gase durch Führung des flüssigen Brennstoffes wenigstens unmittelbar vor diesem Brennerteil im freien Fall, durch eine sich an die Auftrefffläche des Brennstoffes am Brennerteil anschliessende Führung der Strömung an der Auftreffstelle für den Brennstoff vorbei bis zu einer in Strömungsrichtung liegenden Randbegrenzung des Brennerteiles,
durch Umkehrung der Strömung an dieser Randbegrenzung und durch Führung des Stromes bereits brennender Gase an der entgegengesetzt zur Auftrefffläche für den Brennstoff liegenden Brennerteilrückenfläche entlang unter unmittelbarer Berührung und Beheizung der Auftrefffläche für den Brennstoff durch die bereits erzeugten, brennenden Gase kennzeichnet.
Die Ausführung nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit dem Unterschied, dass das dort einseitig ausgestaltete Gebilde in Fig. 2 als vollständiger Drehkörper auftritt, der aus Fig. 1 dadurch entstanden aufgefasst werden kann, dass die links von der Längsachse des Luftzaführungsrohr f gelegenen Gehäuseteile als Erzeugende eines Drehkörpers benutzt worden sind.
Die auf diese Weise entstehende Brennerschale ist nunmehr mit n bezeichnet worden, die nach oben durch den Einsatz q und den Gehäuseoberteil o abgedeckt ist. An den Gchäuseoberteil o schliesst sich der Gehäuseunterteil m an. Das Brennstoffzuführungsrohr ist mit t bezeichnet.
An eine Unterbrechungsstelle, die zur Beobachtung und Einstellung der zugeführten Brennstoffmenge dient, schliesst sich über eine Auffangschale 1 das Rohrstück r an, das nach einigen schlangenförmigen Windungen in die Abtropfbrause s übergeht. Der schlangenförmige Teil der
Brennstoffzuführungsleitung r liegt innerhalb eines Luftzuführungsrohres p, dessen Stellungen gegenüber der Brennerschale n dadurch ver- änderlich sind, dass es in verschiedenen Höhen- lagen liegende Nocken aufweist, die wahlweise und einzeln in das Einsatzstück q bajonettartig eindrehbar sind. Der so gebildete Strömungs- weg v ist wieder nach Art einer offenen Schlaufe ausgestaltet, wobei der Querschnittsverlauf der
Form einer Venturidüse entspricht, so dass an der Auftreffstelle für den Brennstoff die höchsten
Brenngasgeschwindigkeiten auftreten.
Der ge- samte Brenner ist auf die obere Abschlussfläche eines Ofens w aufgesetzt, dessen Abgasstutzen bei x angedeutet ist.
Die Wirkungsweise des Brenners nach Fig. 2 entspricht derjenigen nach Fig. 1 mit dem Unter- schied, dass durch veränderliche Einstellung des zwischen den Teilen p und n auftretenden
Zwischenraumes die Strömungsverhältnisse noch stärker beherrschbar werden als durch die Änderung der zugeführten Brennstoffmenge allein.
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