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Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung flüssiger Brenn- stoffe mit einem Gemisch aus Luft bzw. Sauerstoff und fein zerstäubtem Wasser.
Bei der Verbrennung flüssiger Brennstoffe wird im allgemeinen ein Gemisch aus der für die Verbrennung notwendigen Verbrennungsluft und dem flüssigen Brennstoff hergestellt, wobei der flüssige Brennstoff in fein zerstäubtem Zustand der Verbrennungsluft beigemischt wird. Dieses Verfahren wird sowohl bei Feuerungsanlagen für flüssige Brennstoffe als auch bei Verbrennungsmotoren angewendet. Die Güte der Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes ist für eine einwandfreie Verbrennung wesentlich. Es wurde bereits vor- geschlagen, diese Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes mit Hilfe von Dampf zu erreichen.
Es kann sich aber auch bei einer guten Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes in der Verbrennungsluft eine unvollkommene Verbrennung einstellen. Die Verbrennungserzeugnisse-auch Abgase oder Rauchgase genannt-enthalten dabei noch brennbare Stoffe, insbesondere brennbare Gase, wie beispielsweise Kohlenmonoxyd (CO) und Wasserstoff (H2). Diese Verbrennungserzeugnisse entweichen bei Feuerungsanlagen durch den Abzugskamin bzw. bei Motoren durch den Auspuff und stellen einen mitunter sehr beträchtlichen Verlust dar. Darüber hinaus können diese unverbrannten Rauchgase bzw. Abgase auch eine Gefahr bedeuten, was beispielsweise bei dem sehr giftigen Kohlenmonoxyd der Fall ist.
Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Verbrennung flüssiger Brennstoffe mit einem Gemisch aus Luft bzw. Sauerstoff und fein zerstäubtem Wasser werden diese Nachteile dadurch vermieden, dass das Gemisch aus Luft bzw. Sauerstoff und Wasser als Primär-Luft (Sauerstoff)-Wasser-Gemisch der Zerstäuberdüse des flüssigen Brennstoffes zugeführt wird.
Wesentlich für das erfindungsgemässe Verfahren ist einmal, dass der Wasserzusatz nicht im Dampfzustand, sondern im sogenannten "kalten" Zustand erfolgt und dass das Gemisch aus Luft bzw. Sauerstoff als Primär-Luft (Sauerstoff)-Wasser-Gemisch der Zerstäuberdüse und nicht, wie bekannt, nach Art einer Sekundär-Luftzufuhr der bereits vorhandenen Flamme zugeführt wird.
Für die Wirkung des Wasserzusatzes wird folgendes ausgeführt :
Sobald die Wassertröpfchen in die Nähe der Verbrennungszone gelangen, tritt eine Verdampfung ein.
Durch diese Verdampfung der Wassertröpfchen erfolgt zumindest zeitweilig eine Druckerhöhung in der Umgebung der verdampften Wassertröpfchen, wodurch einerseits bekanntermassen der Heizwert des Brennstoffes erhöht, anderseits ein erhöhter Überdruck auf etwaige unvollständig verbrannte Gase ausgeübt wird. Dieser erhöhte Überdruck verzögert das Entweichen der unvollständig verbrannten Gase aus der Verbrennungszone, so dass eine weitere nunmehr vollständige Verbrennung dieser Gase stattfinden kann.
Ferner ist auch bekannt, dass Wasser eine katalytische Wirkung auf gewisse Verbrennungsvorgänge aus- übt. Es wird beispielsweise die Zündgeschwindigkeit von Kohlenmonoxyd in Anwesenheit von Wasser erhöht.
Auch durch die Zersetzung des Wassers in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff kann eine Bindung bzw. vollständige Verbrennung etwaiger unvollständig verbrannter Gase eintreten.
Derartige Vorgänge hat man bei der Verbrennung fester Brennstoffe bereits beobachtet und es sind auch diesbezügliche Einrichtungen bei Feuerungsanlagen für feste Brennstoffe bekanntgeworden. Bei diesen bekannten Einrichtungen erfolgte die Zufuhr eines Gemisches aus Luft und fein zerstäubtem Wasser zur Verbrennungszone eines auf einem Rost abgelagerten festen Brennstoffes. Bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen hat man eine Wasserzufuhr im "kalten" Zustand bisher nur in der Weise vorgeschlagen, dass
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ein Luft-Wasser-Gemisch durch entsprechende Zuleitungen von aussen auf die bereits vorhandene Flamme gerichtet wurde. Dadurch wird aber vor allem nur eine mechanische Wirkung auf die Flamme eintreten.
Der Verbrennungsvorgang selbst kann dabei nicht sehr wesentlich beeinflusst werden, da das der Flamme von aussen zugeführte Wasser bereits in denRandzonen der Flamme verdampft und zu rasch durch den Ab- zug entweicht.
Anders liegen die Verhältnisse beim erfindungsgemässen Verfahren, denn nach diesem ist bereits die "Primär-Luft" ein Gemisch aus Luft bzw. Sauerstoff und Wasser. Daher muss in diesem Fall unbedingt eine Reaktion mit dem Luft-Wasser-Gemisch eintreten, denn das Wasser gelangt auf diese Weise nicht nur in die Randzonen der Flamme, sondern auch in die innere Verbrennungszone. Das Wasser wirkt daher beim erfindungsgemässen Verfahren in der Verbrennungszone von innen her. Nur dadurch wird aber die angestrebte Wirkung (vollständige Verbrennung) in einem merklichen Ausmass erreicht.
Zweckmässig ist es, wenn das Gemisch aus Luft bzw. Sauerstoff und fein zerstäubtem Wasser in der.
Primär-Luft-bzw. Sauerstoffzuleitungen zur Zerstäuberdüse des flüssigen Brennstoffes gebildet wird.
Die Bildung des Gemisches aus Sauerstoff bzw. Luft und Wasser kann dadurch erfolgen, dass man dem Sauerstoff bzw. der Luft das Wasser durch Zerstäuberdüsen zuführt. Dabei ist es zweckmässig, mit höheren Wasserdrucken, beispielsweise von etwa 6 atü zu arbeiten. Zur Erzeugung dieser höheren Wasserdrucke kann man eine gesonderte Pumpenanlage verwenden. Man kann aber auch die Zerstäuberdüsen aus einem Wasserbehälter speisen, in welchem ein Luftpolster hohen Druckes auf der Wasseroberfläche lastet. Dieser Luftpolster kann durch einen Kompressor erzeugt werden.
Da es zweckmässig ist, das Wasser dem Sauerstoff bzw. der Luft bereits in den Zuleitungen zum Ver- brennungsraum beizumischen, wird man die Zerstäuberdüsen des Wassers vorzugsweise in diesen Zuleitungen anordnen. Erfolgt die Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr zum Verbrennungsraum mittels eines Gebläses, dann kann man die Wasserzufuhr sowohl auf der Saugseite als auch auf der Druckseite des Gebläses vornehmen. Bei der saugseitigen Anordnung der Wasserzufuhr erzielt man den Vorteil, dass das Wasser im Gebläse eine zusätzliche intensive Durchmischung mit dem Sauerstoff bzw. der Luft erfährt. Ausserdem kann man in diesem Fall mit geringeren Wasserdrucken arbeiten.
An Stelle der Zufuhr des Wassers zum Sauerstoff bzw. zur Luft durch Zerstäuberdüsen könnte man insbesondere bei kleineren Feuerungsanlagen auch durch saugfähige Stoffe, beispielsweise durch einen Wasserdocht, dem Sauerstoff bzw. der Luft geringere Mengen von Wasser zuführen.
Zweckmässig ist es, die Wasserzufuhr regulierbar auszubilden, wobei vor allem an eine Düsenregulierung an den Zerstäuberdüsen für die Wasserzufuhr gedacht ist. DieseRegulierung kann vonHand aus eingestellt werden, oder aber auch automatisch gesteuert, beispielsweise über einen Temperaturregler in Abhängigkeit von der Verbrennungstemperatur.
Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässe Einrichtung kann sowohl bei Feuerungsanlagen als auch bei Verbrennungsmotoren angewendet werden.
Die Erfindung ist in der Zeichnung durch Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Fig. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung je einen Druckölbrenner mit Gebläseluftzufuhr bei jeweils verschiedener Anordnung der erfindungsgemässen Wasserzufuhr.
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nach Fig. l bestehtwird.
An der Saugseite des Gebläses 4 wird der Verbrennungsluft durch ein Rohr 5, welches in einer Düse 6 endet, Wasser zugeführt. Das Rohr 5 kann an einer normalen Wasserleitung angeschlossen werden. Das Gemisch aus der Verbrennungsluft und dem fein zerstäubten Wasser erfährt im Gebläse 4 eine weitere Durchmischung und wird anschliessend durch die Zuleitung 3 in den Verbrennungsraum gefördert, wo dann im Bereich der Verbrennungszone in das Gemisch aus Verbrennungsluft und Wasser fein zerstäubter flüssiger Brennstoff eingespritzt wird.
Der in Fig. 2 dargestellte Druckölbrenner weist ebenfalls eine Brennstoffdüse 1, eine Brennstoffleitung 2, eine Zuleitung 3 für die Verbrennungsluft (Primärluft) und ein Gebläse 4 auf. Unterschiedlich gegen- über Fig. l ist die Zufuhr des Wassers, welche durch Zerstäuberdüsen 6 an der Druckseite des Gebläses 4 im Bereich der Zuleitung 3 für die Verbrennungsluft erfolgt. Bei dieser druckseitigen Anordnung der Zerstäuberdüsen 6 für das Wasser ist es zweckmässig, mit einem höheren Wasserdruck, beispielsweise von 6 atü, wobei dieser Druck durch eine nicht dargestellte zusätzliche Wasserpumpe oder durch einen Druckbehälter für das Wasser erzeugt werden kann, zu arbeiten.