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Ölbrennersystem, insbesondere für Öfen der keramischen Industrie
Die Erfindung betrifft ein insbesondere für Öfen der keramischen Industrie geeignetes Ölbrennersystem mit einem der Zufuhr sowohl des Heizöls als auch der Verbrennungsluft dienenden Brennerrohr.
Bei Ölfeuerungen wird das Heizöl verdampft oder zerstäubt und sodann wird mittels eines Luftstroms in der Brennkammer des Ofens ein brennbares Gemisch erzeugt. Hiezu kann beispielsweise das Heizöl in die Brennkammer drucklos eingeträufelt werden. Die Verbrennung findet dann auf einem Brennherd statt, der innerhalb der Brennkammer angeordnet und demzufolge hoch erhitzt ist. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass das Heizöl mangelhaft verteilt wird, so dass es nur oberflächlich und unvollkommen verbrennen kann. Dadurch ergibt sich ein überhöhter Brennstoffbedarf und es treten eine starke Russbildung und örtliche Überhitzungen in der Brennkammer auf.
Ferner sind Brenner bekannt, bei denen das Heizöl durch Düsen mit mehr oder weniger Druck in die Brennkammer eingespritzt wird. Bei diesen bekannten Brennern ist die Einspritzdüse in der Regel von einer Ringdüse umgeben, über welche die Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Mischung des Öls mit der Verbrennungsluft erfolgt im Zuge der Verbrennung ausserhalb des Brenners, u. zw. bereits in der Brennkammer. Das hat einen unterschiedlichen Verbrennungscharakter entlang der Länge der Flamme zur Folge, weil das Gas-Luftgemisch in der Brennkammer nicht hinreichend homogen erzeugt werden kann.
Ausser der ungleichmässigen Zusammensetzung weist die Flamme eines solchen Brenners auch noch erhebliche Temperaturunterschiede auf.
Die Anwendung von Brennern der beschriebenen Art in Öfen der keramischen Industrie wirkt sich ungünstig aus, weil der Brennvorgang bezüglich des keramischen Brenngutes nicht nur einen Erwärmungbzw. Trocknungsprozess, sondern gleichzeitig auch chemische Vorgänge zu bewirken hat. Je nach der Zusammensetzung und der Beschaffenheit des Brenngutes kommenden Oxydations - oder Reduktionsprozesse in Frage, für welche die Zusammensetzung des Verbrennungsgemisches bestimmend ist. Eine Veränderung der Zusammensetzung dieses Gemisches, seiner Homogenität oder der Temperatur der Flamme würde eine unerwünschte Veränderung des Brenngutes oder zumindest seiner Oberfläche zur Folge haben.
Günstigstenfalls würde sich bloss ein ungleicher Brand des Brenngutes ergeben, der aber in den meisten Fällen ebenfalls zu einer unerwünschten Ausfallquote führt.
Noch grössere Nachteile haben die sogenannten Impulsbrenner, die eingeführt worden sind, um im Impulsbetrieb gegenüber dem Dauerbetrieb grössere Düsen verwenden zu können. Diese Brenner sind zwar in geringerem Masse störanfällig als die in Dauerbetrieb arbeitenden Brenner mit kleineren Düsen ; sie zeigen jedoch erhebliche Mängel für eine Befeuerung, bei der durch Verteilung einer grösseren Anzahl von Brennern in der Brennkammer eine gleichmässige Temperatur über eine entsprechend lange Zone erzeugt werden soll.
Darüber hinaus haben diese Brenner den weiteren Nachteil, dass das pulsierende zugeführte Heizöl bei gleichmässig zugeführtem Sauerstoff die Unterschiedlichkeit der Brennatmosphäre noch verstärkt, so dass die Flamme von einer reinen Reduktions- bis zu einer vollständigen Oxydationsflamme schwanken kann.
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Der Nachteil aller dieser bekannten Brennersysteme besteht also zusammenfassend darin, dass die geschilderten Veränderungen des Flammenzustandes sowie der Temperatur der Flamme dadurch zustande kommen, dass die Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft erst in der eigentlichen Brenn- kammer erfolgt. Das Heizöl verbrennt grösstenteils schon im freien Fall in der Brennkammer, zum Teil verbrennt es dort, wo es auf das Brenngut auftrifft. Ein gleichmässiger Brand mit dem Ablauf der ge- wünschten chemischen Prozesse ist also mit den bekannten Brennersystemen nicht zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ölbrennersystem zu schaffen, dem diese Nachteile nicht anhaften und das sich daher besonders für Öfen der keramischen Industrie eignet.
Ein gemäss der Erfindung ausgebildetes Ölbrennersystem mit einem der Zufuhr sowohl des Heizöls als auch der Verbrennungsluft dienenden Brennerrohr ist dadurch gekennzeichnet, dass das Brennerrohr, ge- gebenenfalls axial verstellbar, in einem eine Wand, vorzugsweise die Decke, des Brennraumes durchsetzenden Feuerrohr angeordnet ist, diesem gegenüber jedoch allseitig einen Abstand aufweist, dass der offene Endteil des Brennerrohres nahe dem dem Brennraum zugekehrten Ende des Feuerrohres liegt, so dass er der Strahlwirkung des in Glut befindlichen Brennraumbesatzes ausgesetzt ist, und dass die Zuführungsstelle für die Verbrennungsluft sowie die Zuführungsstelle für das Heizöl vor dem hocherhitzten Endteildes Brennerrohres liegen,
so dass innerhalb des hocherhitzten Endteiles des Brennerrohres einerseits eine mindestens nahezu vollständige Verdampfung des Heizöls und anderseits eine innige Durchmischung des Heizöldampfes mit der Verbrennungsluft erfolgt.
Das Brennerrohr des Brenners ist also im Feuerrohr von aussen her so weit an die Brennkammer herangeführt, dass eine genügende Aufheizung des einen Endes des Brennerrohres erfolgt, in welchem die Durchmischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft stattfindet. Das intensiv durchmischte Gemisch wird dann erst in die Brennkammer gedrückt. Dadurch wird eine gleichmässige Flamme konstanter Temperatur sowie eine homogene Zusammensetzung des Brennstoffgemisches erzielt, d. h. es werden die Nachteile, die den bekannten Systemen anhaften, vermieden.
Um eine gleichmässige Verteilung des Heizöls zu gewährleisten, kann an der Einmündungsstelle der Heizölzuleitung in das Brennerrohr ein das Öl auf die Innenwandung des Brennerrohres verteilender Ringkanal vorgesehen sein. Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung ist die Heizölzuleitung in Form einer Wendel koaxial zum Brennerrohr geführt und das Ende dieser Wendel mündet vor dem hocherhitzten Endteil des Brennerrohres in dieses ein.
Eine weitere Ausführungsmögllchkeit der Erfindung besteht darin, dass die Heizölzuleitung durch eine das Brennerrohr endseitig abschliessende Wand in das Brennerrohr eingeführt ist, wobei an die Austrittsstelle dieser Zuleitung entlang der Achse des Brennerrohres gegebenenfalls ein Stab angesetzt ist, an dessen Umfang das austretende Heizöl entlangläuft.
Es empfiehlt sich, den der der Brennkammer zugekehrten Seite offenen Endteil des Brennerrohres mit verengtem Durchmesser, insbesondere als Austrittsdüse, auszubilden. An seinem dem offenen Endteil gegenüberliegenden Ende kann das Brennerrohr durch einen abnehmbaren Abschlussdeckel verschlossen sein, wobei die Zuleitung für das Heizöl zweckmässig durch diesen Deckel geführt ist, während die Zuleitung für die Verbrennungsluft seitlich in das Brennerrohr einmündet. Materialmässig empfiehlt es sich, zumindest den auf der Seite der Brennkammer liegenden Endteil des Brennerrohres aus einem hitzebeständigen Material, insbesondere aus Stahl- oder Keramik, herzustellen. Das Brennerrohr kann auch einen flachen, annähernd ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Brennersystems besteht noch darin, dass es im Bedarfsfall auch mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden kann.
Die Einfachheit des Brennersystems gemäss der Erfindung gestattet die Anwendung vieler solcher Systeme in Öfen der keramischen Industrie, zumal die Systeme in der Anschaffung verhältnismässig billig und in ihrer Funktion absolut zuverlässig sind. Die Brennersysteme werden zweckmässig in die Decke der Brennkammer eingebaut, so dass sie die Verbrennungsgase senkrecht von der Decke zum Boden blasen, wobei eine intensive Umwälzung der Feuergase im Brennraum erreicht wird. Durch die Anordnung vieler solcher Brennersysteme wird zugleich eine gleichmässige Aufheizung einer grossen Feuerzone erreicht, wie sie in der keramischen Industrie bei der Herstellung von Massenprodukten unbedingt notwendig ist.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Brennersystems sind in den Zeichnungen dargestellt ; sie sollen. im folgenden beschrieben werden. In den Fig. 1, 3, 5, und 7 sind Längsschnitte durch in die Decke einer Brennkammer eingesetzte Brenner dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Brenner nach der Linie A-B in Fig. l, während Fig. 4 ein Querschnitt nach der Linie C-D in Fig. 3 ist.
Bei der Brennerausführung nach Fig. 1 ist in die Ofendecke l, von der nur ein Stück dargestellt ist, das Feuerrohr 2 eingebaut, durch welches das Brennerrohr 4 hindurchgeführt wird. In den oberen
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Teil 3 des Brennerrohres 4 mündet die Luftzuführung 5 ein. Das obere Ende des Brennerrohres 4 ist mit einer Abschlusskappe 10 versehen, welche ein leichtes Reinigen des Brenners ermöglicht. Die Ölzufuhr erfolgt über eine Leitung 6, in welche ein Regulierhahn 7 eingebaut ist. Diese Leitung mündet in das Brennerrohr 4 kurz vor der aufgeheizten Zone des Brennerrohres. Zur gleichmässigen
Verteilung des über die Leitung 6 zufliessenden Öls ist ein Ölverteilungsring 8 eingebaut, der be- wirkt, dass das zufliessende Öl gleichmässig verteilt auf der Innenfläche des Rohrabschnittes 13 des
Brennerrohres 4 entlangläuft.
Das Brennerrohr 4 selbst ist in der in einem Einbauflansch 12 ein- gesetzten Verschlussplatte 11 gehalten und kann in seiner Längsrichtung verschoben werden, so dass es geradeso weit in das Feuerrohr 2 hineinreicht, dass der untere Teil 13 des Brennerrohres, vor allem die Düse 9, aufgeheizt wird. Durch diese Aufheizung erfolgt eine Verdampfung des an der Innenwand entlang fliessenden Öls und gleichzeitig eine Durchmischung dieses verdampften Öls mit der über die
Leitung 5 zugeführten Verbrennungsluft. Das innig vermischte Produkt wird dann über die Düse 9 in die Brennkammer eingeblasen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 erfolgt die Zufuhr des Heizöls in anderer Weise, Im übrigen ist die Konstruktion entsprechend derjenigen von Fig. 1 ausgebildet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird das Heizöl über eine wendelförmige Zuleitung 14 zuge- führt, welche das Brennerrohr 4 umgibt. Im unteren Teil, nämlich dem Teil 13 des Brennerrohres 4 mündet das Ende 21 der Zuleitung 14 in diesen Raum. Es tritt daher in den Raum 13, der aufgeheizt ist, bereits in der Zuleitung verdampftes Öl ein und wird in dem unteren Teil in gleicher Weise innig vermischt mit der zugeführten Verbrennungsluft.
Bei der Ausführungsform nachFig. 5 erfolgt die Zufuhr des Heizöls über ein Zuführungsrohr 16, das durch den Abschlussdeckel 10 des Brennerrohres hindurchgeführt ist. Dieses Zuführungsrohr endet etwa im mittleren Teil des Brennerrohres. Es schliesst sich an die Ausflussöffnung ein Stab 15 an, an dessen Aussenfläche das aus dem Rohr 16 austretende Öl entlang fliessen kann, um auf diese Weise im unteren Teil des Brennerrohres verdampft zu werden. Die Luftzufuhr ist in der gleichen Weise geregelt wie bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 3, so dass in dem unteren Teil des Brennerrohres in gleicher Weise eine gute Durchmischung des Öldampfes mit der Verbrennungsluft erfolgt.
Mit den Brennern der beschriebenen Art wird zweckmässig in der Weise gearbeitet, dass das Brennerrohr in den aufgeheizten Brennraum durch das Feuerrohr 2 so weit eingeschoben wird, dass das Brennerrohr an seinem unteren Ende auf die günstigste Betriebstemperatur aufgeheizt wird. Dann wird der Ölzufluss geöffnet und die Zuflussmenge so eingestellt, wie es für ein günstiges Verbrennungsgemisch erforderlich ist. Gleichzeitig wird die Luftzuführung eingeschaltet. Je nach der Grösse der Brennkammer wird die Luft mit einem Druck von etwa 100 bis 500 mm zugeführt, um damit eine Ausblasgeschwindigkeit zu erzielen, die eine sichere Umwälzung der austretenden Verbrennungsgase von der Decke des Ofens bis zum Boden der Brennkammer bewirkt. Damit wird eine Vergleichmässigung der Verbrennung über den gesamten Querschnitt erzielt.
Das beschriebene Brennersystem kann auch für waagrechte Einblasung in die Brennkammer Anwendung finden. Hiebei wird zweckmässig ein Brennerrohr gemäss dem Querschnittsbild nach Fig. 6 verwendet, das eine flache Ausführung darstellt. Damit ist eine genügende Aufheizfläche für das Heizöl gegeben, das in dem geneigt eingebauten Brennerrohr der Ausblasstelle zufliesst. Die Ausblasung selbst kann durch entsprechende Einrichtung der Düse waagrecht oder in jedem beliebigen andern Winkel erfolgen.
Es erscheint zweckmässig, bei Einbau mehrerer Brenner diese Brennstellen mit geringer Brennleistung arbeitend einzusetzen, um eine gleichmässige Feuerführung zu bewirken. Dies schliesst eine Überhitzung einzelner Zonen aus und ist besonders günstig für den Brennverlauf keramischer Erzeugnisse.
Bei Erläuterung der Erfindung wurde mehrfach von einer Brennkammer gesprochen. Ganz allgemein soll damit der eigentliche Brennraum gemeint sein. In speziellen Fällen, beispielsweise bei Verwendung von Tunnelöfen, spricht man immer von Brennraum, weil in diesen Fällen eine eigentliche Kammer nicht mehr vorliegt.
Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung zwar speziell für Öfen derkeramischen Industrie gedacht ist, dass sie jedoch auch in andern Öfen, z. B. Stahlwerksöfen, Öfen der Härterei usw. anwendbar ist.
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