AT391543B - Verfahren zum betrieb eines verdampfungsbrenners - Google Patents

Description

Nr. 391 543

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Verdampfungsbrenners für flüssigen Brennstoff, der einer Verdampfungskammer zugeführt, dort bis zur Verdampfung beheizt und dann im wesentlichen als Gas in einen Brennraum abgegeben wird, wo es zumindest mit dem überwiegenden Teil der Verbrennungsluft vermischt wird.

Bei einem bekannten Verdampfungsbrenner dieser Art (VDI-Berichte Nr. 423,1981, Seiten 175-180) besteht die Verdampfungskammer aus einer Vielzahl von Kanälen kleinen Querschnitts, die in einem Hohlzylinder untergebracht sind, der am äußeren Umfang eine elektrische Heizwicklung trägt. Der gasförmige Brennstoff tritt durch Löcher am Umfang des Hohlzylinders aus, vermischt sich dort mit der in einem Ringstrahl zugeführten Verbrennungsluft und bildet dann in einem durch eine Flammrohrwand umschlossenen Brennraum die Flamme.

Es findet eine Rezirkulation durch das Innere des Hohlzylinders zur Zufuhrstelle der Verbrennungsluft statt. Ein Steuergerät schaltet die Heizvorrichtung ab, nachdem ein stabiler Betriebspunkt erreicht ist Wenn sich bei dieser Konstruktion in der Verdampfungskammer Rückstände bilden, insbesondere Ölkoks, können die Kanäle kleinen Querschnitts verstopfen.

Bei einem bekannten Verdampfungsbrenner dieser Art (DE-OS 3109 512) ist die Verdampfungskammer mit einer Austrittsdüse versehen, der ein Auslaßventil zugeordnet ist. Die bei der Verdampfung an den Wänden der Verdampfungskammer entstehenden Ablagerungen sollen dadurch vermieden werden, daß die Verdampfungskammer keine Lufteinlaßöffnungen aufweist und mit mindestens einem antreibbaren Wischer versehen ist, welcher im Betrieb mindestens die beheizbare Wand der Verdampfungskammer bestreicht. Durch die Verwendung des Wischers und des zugehörigen Antriebsmotors sowie durch die Tatsache, daß der Wischer der Verdampfungstemperatur ausgesetzt ist, entstehen erhebliche Schwierigkeiten für die Konstruktion und den Betrieb. Insbesondere haben die als Wischer eingesetzten Bürsten aus Stahl o. dgl. bei der erforderlichen Verdampfungstemperatur und dem üblichen Schwefelgehalt des Öls eine geringe Lebensdauer.

Es ist ferner bekannt, Backöfen einer pyrolytischen Selbstreinigung zu unterziehen ("etz-b" 1973, Heft 23, Seiten M171 bis M172). Zu diesem Zweck besitzen die Backöfen neben den normalen Grill-, Brat- und Backheizkörper meist zusätzliche Heizkörper, die ausschließlich der Selbstreinigung dienen und die erforderliche Selbstreinigungstemperatur von ca. 500 °C hervorrufen. Darüber hinaus ist ein Nachverbrenner mit einem speziellen Heizkörper und einem Katalysator vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit dem eine selbsttätige Reinigung der Verdampfungskammer möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verdampfungskammer in einer Reinigungsphase, die während einer Unterbrechung der Brennstoffzufuhr stattfindet, auf eine Reinigungstemperatur beheizt wird, bei der Ablagerungen an der Kammerwand zu Asche verbrennen, und die Asche während der Unterbrechung der Brennstoffzufuhr oder bei der nächsten Brennstoffzufuhr vom sich entwickelnden Gas in den Brennraum ausgeblasen wird.

Durch die Beheizung der Verdampfungskammer ohne Brennstoffzufuhr und ohne die damit verbundene Wärmeabfuhr lassen sich sehr leicht Reinigungstemperaturen erzielen, bei denen die Ablagerungen, die überwiegend aus Kohlenstoff bestehen, zu Asche verbrennen. Die Asche läßt sich dann verhältnismäßig leicht im wesentlichen vollständig ausblasen. Durch diese Selbstreinigung sind die Wände der Verdampfungskammer so sauber, daß beim anschließenden Verdampfungsbetrieb ein sehr guter Wärmeübergang auf den zu verdampfenden Brennstoff erfolgt. Infolge dieser Reinigung können auch minderwertige, stark verschmutzte Brennstoffe mit hoher Viskosität und/oder hoher Dichte verfeuert werden.

Vorzugsweise wird die Asche bei der nächsten Brennstoffzufuhr vom dann sich entwickelnden Gas ausgeblasen. Es brauchen daher keine besonderen Maßnahmen für diesen Ausblasevorgang getroffen werden.

Das Einschalten einer solchen Reinigungsphase erfolgt zweckmäßigerweise automatisch. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß eine Reinigungsphase nach jedem Abschalten des Brenners vorgesehen ist

Es besteht auch die Möglichkeit, daß die Reinigungsphase jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Betriebszeit oder einer vorgegebenen Anzahl von Einschaltvorgängen oder nach Verbrauch einer bestimmten Brennstoffmenge eingeleitet wird. Die Reinigungsphase kann auch in Abhängigkeit von einem von der Ablagerung abhängigen Signal eingeleitet werden, z. B. bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur an der Wand der Verdampfungskammer, bei einer ungewöhnlichen Temperatursteigerung in der Verdampfungskammer während des Anlaufs, bei einer durch Ablagerung bewirkten, zu hohen elektrischen Leitfähigkeit längs der Wand der Verdampfungskammer oder bei bestimmten Änderungen in der Flamme oder im Rauchgas.

Besonders empfehlenswert ist es, wenn die Reinigungsphase, gefolgt von einer Einschaltphase, in Abhängigkeit von einem Fehler, dargestellt durch ein ein- oder mehrmaliges Zündversagen bzw. Flammenabriß, eingeleitet wird. In vielen Fällen ist nämlich ein Zündversagen beim Anlauf oder ein Flammenabriß im Betrieb auf Ablagerungen zurückzuführen, so daß mit der an die Reinigungsphase anschließenden Einschaltphase wieder ein normaler Betrieb möglich ist. Aus diesem Grund kommt es häufig nicht mehr zu der sonst bei solchen Fehlem automatischen Ausschaltung mit manueller Wiedereinschaltung.

Ein automatisches Ausschalten des Brenners sollte jedoch dann erfolgen, wenn eine vorgegebene Zahl von Reinigungs- und Einschaltphasen durchlaufen und der Fehler noch vorhanden ist. Die vorgegebene Zahl kann eins oder größer sein. Das Ausschalten ist daher auf diejenigen Fälle beschränkt, in denen die Reinigungsphase noch keine Abhilfe geschaffen hat. -2-

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Vorzugsweise liegt die Reinigungstemperatur zwischen 700 und 1400 °C. In diesem Temperaturbereich ergibt sich eine hohe Sicherheit dafür, daß alle Rückstände auf der Verdampfungskammerwand verbrennen.

Das Verbrennen zu Asche setzt das Vorhandensein von Sauerstoff voraus. In den meisten Fällen genügt hiefiir der in der Verdampfungskammer beim Stillstand des Brenners vorhandene Luftsauerstoff, ggf. unter mehrmaliger Wiederholung der Reinigungsphase, ln manchen Fällen empfiehlt es sich jedoch, der Verdampfungskammer in der Reinigungsphase eine Luftmenge von einem kleinen Bruchteil der gesamten Verbrennungsluftmenge zuzuführen. Diese Luftmenge soll allerdings so gering sein, daß sie beim normalen Betrieb der zu vergasenden Flüssigkeit und den Kammerwänden praktisch keine Wärme entzieht und keine unvergaste Flüssigkeit aus der Verdampfungskammer hinausbläst. In der Praxis haben sich Luftmengen von weniger als 1,9 %, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5 % der maximalen Verbrennungsluftmenge als ausreichend gezeigt, um den Belag in fast völlig verstopften Verdämpfungskammern in wenigen Minuten zu Asche zu verbrennen. Durch diese Luft wird auch die Zündsicherheit vergrößert, da die Luft im Rohr sowohl die Pilotflamme als auch die Zeit ihrer Existenz vergrößert, bevor sie vom nachfolgenden Brennstoffgas erstickt ist. Besonders bei kleinen Leistungen wirkt die sekundär zugeführte Reinigungsluft auch als eine Art von Traggas, wodurch eine ausreichende Gasgeschwindigkeit an der Mündung des Verdampfungsrohres aufrechteihalten werden kann.

Da die Heizvorrichtung bereits so ausgelegt ist, daß der Belag zu Asche verbrennen kann, läßt sich ohne Mehraufwand auch die Glühtemperatur erreichen. Dies hat zur Folge, daß beim Einschalten des Brenners das erste sich bildende Brennstoffgas mit der in der Verdampfungskammer befindlichen Luft ein zündfähiges Gemisch bildet, das an dem glühenden Bereich gezündet wird, worauf die so gebildete Flamme von dem anschließend entwickelten Brennstoffgas nach außen in den Brennraum gedrückt wird. Dies führt zu einem sanften Anlaß ohne Pulsationen, wobei von Beginn der Anlaufphase an eine vollständige Verbrennung ohne Rußbildung, also mit einer blauen, durchsichügen Flamme, erfolgt.

Ein Verdampfungsbrenner für flüssigen Brennstoff zur Durchführung des Verfahrens mit einer Verdampfungskammer, die eine elektrische Heizvorrichtung aufweist und mit mindestens einer in einen Brennraum führenden Austrittsöffnung versehen ist, mit Mitteln zur Beseitigung von im Betrieb sich bildenden Ablagerungen an der Wand der Verdampfungskammer und mit einem Kanalsystem zur Zufuhr zumindest des überwiegenden Teils der Verbrennungsluft in den Brennraum, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß an der Wand der Verdampfungskammer eine elektrische Heizvorrichtung angeordnet ist, oder die Wand selbst als eine solche ausgebildet ist, die in Verbindung mit Luftsauerstoff zu einer Verbrennung der Ablagerungen zu in den Brennraum ausblasbarer Asche führt, und daß ein Steuergerät vorgesehen ist, das während der Reinigungsphase die Heizvorrichtung lediglich bei unterbrochener Brennstoffzufuhr mit einer für eine Verbrennung der Ablagerungen ausreichenden Leistung beaufschlagt, welches Steuergerät Eingänge für den Betrieb kennzeichnende Signale und eine Programmsteuerung, sowie die Brennstoffzufuhr, die Leistung der elektrischen Heizeinrichtung und die Luftzufuhr steuernde Ausgänge aufweist.

Dies ermöglicht eine einfache Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Anordnung ergibt sich auch der Vorteil, daß die Asche bei der nächsten Brennstoffzufuhr vom dann sich entwickelnden Dampf mitgerissen wird, und es brauchen keine besonderen Maßnahmen für den Ausblasevorgang getroffen werden. Da keine mechanischen Mittel zur Beseitigung der Ablagerung benötigt werden und die ohnehin vorhandene Heizvorrichtung auch für den Reinigungsvorgang ausgenutzt werden kann, ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau des Verdampfungsbrenners.

Weiters kann vorgesehen sein, daß die Verdampfungskammer im wesentlichen durch ein zentrisch zum Kanalsystem verlaufendes Verdampfungsrohr begrenzt ist und daß der Austrittsquerschnitt mindestens 5 % des Innenquerschnitts des Verdampfungsrohres beträgt. Das Verdampfungsrohr hat daher einen im Vergleich zu mehreren parallel geschalteten Verdampfungskanälen großen Querschnitt. Auch der Austrittsquerschnitt ist dementsprechend groß, auf jeden Fall um Größenordnungen größer als die bei Zerstäubungsbrennem üblichen Düsen. Da die mindestens eine Austrittsöffnung darüber hinaus direkt in den Brennraum führt, kann die Asche ohne Schwierigkeiten ausgeblasen werden. Eine Verstopfung der Öffnungen ist nicht zu befürchten.

Es empfiehlt sich, daß der Querschnitt jeder Austrittsöffnung größer als 1 mm , vorzugsweise mindestens Λ 3 mm , ist. Die Asche ist dann sehr rasch ausgeblasen.

Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß das Verdampfungsrohr am brennraumseitigen Ende mit einer Stimplatte versehen ist, die wenigstens eine Austrittsöffnung aufweist, deren Querschnitt 5 bis 40 % des Innenquerschnittes des Verdampfungsrohres beträgt. Die Stimplatte behindert das Ausblasen der Asche nur wenig, bildet aber gegenüber noch nicht verdampften Brennstofftröpfchen eine Barriere, die eine größere Verweilzeit zwecks vollständigerer Verdampfung sicherstelll.

Die Reinigungstemperatur kann mit Hilfe einer elektrischen Heizvorrichtung erzielt werden, die das Verdampfungsrohr außen umgibt, oder das Verdampfungsrohr besteht aus elektrisch leitendem Material. Im letzterem Falle wird die Reinigungstemperatur besonders rasch erreicht. Dies liegt einerseits daran, daß die Wärme direkt von der Heizvorrichtung, nämlich dem Verdampfungsrohr, auf die Koksablagerungen übertragen wird, und zum anderen daran, daß auch die Koksablagerung leitend ist und durch Anlage an dem leitenden Verdampfungsrohr selbst von einem Heizstrom durchflossen wird. Dabei kann das Material des Verdampfungsrohres einen höheren -3-

Nr. 391 543 spezifischen elektrischen Widerstand haben als Koks. Der überwiegende Teil des Heizstromes fließt dann direkt durch die Ablagerung und heizt diese rasch bis zur Reinigungstemperatur auf.

Insbesondere kann das Verdampfungsrohr aus Siliziumkarbid bestehen, das durch Tränkung mit Silizium gasdicht gemacht ist. Siliziumkarbid widersteht einerseits den hohen Temperaturen und hat andererseits die erforderliche elektrische Leitfähigkeit. Das Verdampfungsrohr aus Siliziumkarbid kann auch dadurch gasdicht gemacht werden, daß es einen Belag aus Silizium-Oxynitrid trägt. Dieser Belag erhöht auch die Lebensdauer, weil er gegenüber oxidierenden und reduzierenden Atmosphären beständig ist. Darüber hinaus hat er elektrisch isolierende Eigenschaften.

Die Anschlüsse sind zweckmäßigerweise mittels eines Silizium-Lots angelötet. Derartige Anschlüsse sind trotz der hohen Temperaturen beständig.

Weiters kann vorgesehen sein, daß das Verdampfungsrohr mit einer Wärmeisolationsschicht umgeben ist, wobei die elektrischen Anschlüsse für das Verdampfungrohr außerhalb des isolierten Bereiches angeordnet sind.

Auf diese Weise kann einerseits das Verdampfungsrohr die Reinigungstemperatur rasch erreichen. Andererseits unterliegen aber die Anschlüsse einer gewissen Kühlwirkung.

Bei einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Verdampfungsrohr am brennraumseitigen Ende außen einen Ring aus elektrisch leitendem Material trägt, nahe dessen äußerem Umfang ein Anschluß angebracht ist. Dieser Anschluß liegt im Abstand vom Verdampfungsrohr und in der Nähe des Kanalsystems. Daher ist seine Temperaturbelastung gering.

Der Ring kann auch eine vorstehende Nase aufweisen und selber als Glühkopf dienen, beispielsweise indem im Nasenbereich dünnere Wandstärken zu einer stärkeren Beheizung führen.

Weiters kann vorgesehen sein, daß die Verdampfungskammer mit einer von der Zuführung für die Verbrennungsluft getrennten Zuführung für einen kleinen Bruchteil der Verbrennungsluftmenge versehen ist. Dies fördert das Verbrennen der Asche in der Reinigungsphase.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Bruchteil weniger als 1,9 %, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 % beträgt, wodurch eine merkliche Abkühlung in der Verdampfungskammer vermieden wird.

Insbesondere kann die Verdampfungskammer über mindestens eine Drosselöffnung mit dem Kanalsystem eingangsseitig verbunden sein. Über diese Drosselöffnung strömt eine begrenzte Sekundärluftmenge in der Nähe des Brennstoff-Zuleitungsrohres in die Verdampfungskammer und fördert die Reinigung.

Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich, wenn in das dem Brennraum abgewandte Ende des Verdampfungsrohres ein zweites Rohr kleineren Durchmessers eingreift und zwischen beiden Rohren mindestens ein Stützring mit eingangsseitig mit dem Kanalsystem verbundenen Drosselöffnungen angeordnet ist Dies ergibt eine einfache Möglichkeit, kleinste Mengen an Verbrennungsluft in das Verdampfungsrohr einzuleiten. Außerdem kann das Ölzuführungsrohr, das einen noch kleineren Durchmesser hat, besser in das hintere Ende des Verdampfungsrohres eingesetzt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Verdampfungsrohr von einem konzentrisch im Abstand hiervon gehaltenen und stimseitig mit ihm elektrisch verbundenen, elektrisch leitenden Mantelrohr umgeben ist und daß beide elektrischen Anschlüsse für das Steuergerät am dem Brennraum äbgewandten Ende des Verdampfungsrdhr bzw. Mantelrohr angebracht sind. Auf diese Weise liegen beide Anschlüsse in einer kühleren Zone.

Desweiteren ist es möglich, daß zwischen den beiden Rohren ein als Luftkanal dienender Ringspalt vorhanden ist, der durch eine Öffnung im Mantelrohr am brennraumseitigen Ende mit dem Kanalsytem und durch eine Öffnung im Verdampfungsrohr am entgegengesetzten Ende mit der Verdampfungskammer verbunden ist Auf diese Weise ist Luft, die der Verdampfungskammer im Betrieb oder bei der Reinigungsphase zuströmt, vorgewännt.

Weiters kann vorgesehen sein, daß der Ring eine vorstehende Nase aufweist und selbst als Glühkopf dient, wodurch sich eine sehr einfache Konstruktion ergibt

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdampfungsbrenners, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Verdampfungskammer mit zugehörigen Bauteilen, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Verdampfungskammer mit zugehörigen Bauteilen und Fig. 4 einen Längsschnitt durch noch eine Ausführungsform.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird eine Verdampfungskammer (1) im wesentlichen durch ein Verdampfungsrohr (2) gebildet, das am hinteren Ende über einen rohrförmigen Halter (3) mit einem Brennstoff-Zuleitungsrohr (4), beispielsweise einem Standard-Kapillarrohr aus rostfreiem Stahl, verbunden ist. Das gegenüberliegende Ende bildet eine große Austrittsöffnung (5) und weist in einen Brennraum (6), von einem hohlzylindrischen Brennerrohr (7) umgeben ist. Das Verdampfungsrohr (2) trägt am Ende (5) außen einen Ring (8) und ist über fast seine gesamte Länge von einer Wärmeisolation (9) umgeben. Ein Kanalsystem (10) zur Zuführung von Verbrennungsluft wird zwischen einem die Wärmeisolation (9) umgebenden Gehäuse (11) und einer mit einem tangentialen Zuflußstutzen (12) versehenen Mantel (13) gebildet. An diesem Mantel ist mittels Gewinde (14) ein Biennerkopf (15) befestigt, der vorn eine Konusfläche (16) trägt. Das Gehäuse (11) ist mit dem äußeren Ring (8) über einen Verbindungsring (17) mit einer äußeren Konusfläche (18) verbunden. Die beiden Konusflächen definieren einen konusförmigen Ringspalt (19) für den Luftaustritt, der durch Verschrauben des Brennerkopfes (15) in seiner Weite verändert werden kann. Durch eine Drosselöffnung (35) im Gehäuse -4-

Nr. 391 543 (11) und eine Drosselöffnung (36) im Verdampfungsrohr (2), die über einen Freiraum in der Wärmeisolation (9) miteinander verbunden sind, wird Reinigungsluft vom Kanalsystem (10) zur Verdampfungskammer (1) geleitet

Drei Schrauben (20), von denen nur eine veranschaulicht ist, sind in Gewindelöcher (21) des Gehäuses (11) eingeschraubt und sichern die Lage des Halters (3) und damit des Verdampfungsrohres (2).

Das Verdampfungsrohr (2) und der äußere Ring (8) bestehen im wesentlichen aus Siliziumkarbid, das durch Tränkung mit Silizium gasdicht gemacht worden ist. Dieses Material ist außerdem elektrisch leitend. Statt dessen oder außerdem kann das Siliziumkarbid mit einer Schicht aus Silizium-Oxynitrid belegt sein. Am hinteren Ende ist ein Anschlußring (22) vorgesehen, von dem eine Anschlußleitung (23) abgeht Außen am Ring (8) ist ein Stromanschlußring (24) vorgesehen, von dem eine Anschlußleitung (25) ausgeht Die Anschlüsse sind mittels eines Silizium-Lots erzeugt worden.

Der Halter (3) und der Verbindungsring (17) bestehen aus einem elektrisch isolierenden und wärmeisolierenden Material, z. B. keramischem Material, wie Magnesiumsilikat, Cordierit od. dgl. Der Halter (3) ist gasdicht im Verdampfungsrohr (2) eingesetzt. Auch die Zuleitung (4) ist gasdicht in den Halter (3) eingesetzt. Beides kann mittels eines Glas-Lots erfolgen.

Die Wärmeisolation (9) kann beispielsweise aus keramischen Fasern, Aluminiumoxyd, Siliziumdioxyd u. a. bestehen.

Die beiden Anschlußleitungen (23) und (25) sind mit einer Schaltvorrichtung (26) verbunden, die ihrerseits von einer Spannungsquelle (27), z. B. einem normalen Wechselspannungsnetz, gespeist wird. Die Schaltvorrichtung (26) wird von einem Steuergerät (28) gesteuert, das nach Art eines bekannten Feuerungsautomaten aufgebaut ist und eine Programmschallung (60) aufweist. Ein erster Ausgang (61) steuert mittels eines Sperrsignals (R) ein Ventil (62) für die Brennstoffzufuhr, Ein zweiter Ausgang (63) steuert mittels eines Schaltsignals (T) die Leistung der elektrischen Heizvorrichtung mittels der Schaltvorrichtung (26). Ein dritter Ausgang steuert mittels eines Signals (U) ein Ventil (65) für die Luftzufuhr zum Kanalsystem (10). Über Eingänge (66, 67) und (68) werden in bekannter Weise Signale vom Kesselthermostaten, von einem Flammenwächter u. dgl. zugeführt. An einen Eingang (69) kann eine Meßvorrichtung (70) angeschlossen sein, die ein Reinigungssignal (S) zur Einleitung einer Reinigungsphase abgibt, wenn der Belag in der Verdampfungskammer (1) eine vorgegebene Dicke überschritten hat. Das Reinigungssignal (S) kann aber auch aus im Steuergerät (28) ohnehin vorhandenen Daten abgeleitet werden. Beispielsweise wird es vor Beginn jeder Einschaltphase, nach Ablauf jeder Ausschaltphase, nach einer bestimmten Zahl von Betriebsperioden der Anlage, beim Auftreten eines Fehlersignals, das beim Zünd- oder Flammenversagen erscheint, od. dgl., erzeugt. Üblicherweise ist das Steuergerät (28) so ausgelegt, daß die Einschaltphase ein-/oder mehrfach wiederholt wird, wenn ein Zündversuch ohne Erfolg bleibt oder die Flamme im Betrieb abreißt. Danach erfolgt eine endgültige Ausschaltung, wonach nur noch eine manuelle Wiedereinschaltung möglich ist. Hier ist es besonders günstig, wenn einer oder mehreren Einschaltphasen eine Reinigungsphase vorgeschaltet ist, weil hierdurch möglichweise die Ursachen des Fehlers behoben werden und die Ausschaltung überflüssig ist

Die Reinigungsphase wird wie folgt durchgeführt: Die Zuleitungen (23) und (25) werden mit Spannung versorgt, ohne daß gleichzeitig Brennstoff über die Zuleitung (4) zugeführt wird. Das Verdampfungsrohr (2) erhitzt sich dabei auf eine Temperatur von 700 bis 1400 °C. Eventuell an seiner Innenseite haftende Koksablagerungen verbrennen unter Sauerstoffaufnahme aus der zum Verdampfungsrohr geführten Reinigungsluft zu Asche. Diese Asche wird mit der Reinigungsluft durch die Austrittsöffnung (5) in den Brennraum (6) geblasen.

Wenn bei Aufrechterhaltung des Schaltsignals (T) und damit der Beheizung das Verdampfungsrohr (2) durch zutretenden flüssigen Brennstoff abgekühlt wird oder wenn bei Änderung des Schaltsignals (T) der Strom durch das Verdampfungsrohr (2) reduziert wird, sinkt dessen Temperatur. Im Bereich der Austrittsöffnung (5), nämlich innerhalb des äußeren Ringes (8), bleibt jedoch eine ringförmige Glühzone (29): Wenn die Brennstoffzufuhr eingeschaltet wird und der erste Brennstofftropfen im Verdampfungsrohr (2) vergast, ergibt sich in Verbindung mit der im Rohr befindlichen Luft ein brennfähiges Gemisch, das an der Glühzone (29) gezündet und durch den nachfolgend verdampften Brennstoff in den Brennraum (6) hinausgedrängt wird, wo dann dieses nachfolgende Gas zusammen mit der über das Kanaisystem (10) zugeführten Verbrennungsluft ein brennfahiges Gemisch ergibt, das durch die anfänglich an der Glühzone entstandene Flamme gezündet wird. Anschließend kann die dem Verdampfungsrohr (2) zugeführte elektrische Leistung weiter vermindert werden, da es auf eine Glühzone (29) nicht mehr ankommt, um eine stöchiometrische Verbrennung zu erzielen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 werden für entsprechende Teile um 100 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Die nicht veranschaulichten Teile des Gesamtaufbaues haben eine ähnliche Form wie in Fig. 1.

Das Verdampfungsrohr (102) ist am vorderen Ende mit Stirnplatte (130) versehen, welche mehrere Austrittsöffnungen (105) aufweist Sie liegen im Zentrum und auf einem konzentrischen Kreis. Ein aufgesetzter äußerer Ring (108) weist eine Nase (131) mit einer verdünnten Wandzone (132) auf. Wenn durch das Verdampfungsrohr (102) und diesen äußeren Ring (108) Strom fließt, erhitzt sich der Wandbereich (132) stärker, so daß dort eine Glühzone (129) entsteht.

Am hinteren Ende ist der Halter als Rohr (103) ausgebildet, das über zwei Stützringe (133) und (134) im Verdampfungsrohr (102) gehalten wird. Die Stützringe weisen Drosselöffnungen (135) bzw. (136) auf, die -5-

Claims (20)

1. Nr. 391 543 gegeneinander versetzt angeordnet sind. Zwischen den beiden Stützringen ist ein Zwischenraum (137) vorgesehen. Das hintere Ende des Verdampfungsrohres (102) ist mit dem hier nicht veranschaulichten Kanalsystem (10) verbunden. Infolgedessen tritt hier eine geringe Sekundärluftmenge aus dem Kanalsystem in die Verdampfungskammer (101) ein. Das Austreten von Brennstoffgas ist jedoch verhindert, da die Stützringe (133) und (134) eine Labyrinthdichtung bilden. Durch die Austrittsöffnungen (105) ergeben sich bestimmte gewünschte Strahlformen für das Brennstoffgas. Die Konusfläche (138) des Ringes (108) hat einen etwas größeren Konuswinkel als der Brennstoffstrahl, so daß infolge Rezirkulation Verbrennungsluft zusätzlich an die Glühzone (129) geleitet wird. Die äußere Konusfläche (118) dient der Luftführung. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind um 200 gegenüber Fig. 1 bzw. 100 gegenüber Fig. 2 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Der hintere Anschluß des Verdampfungsrohres (202) ist nicht im einzelnen veranschaulicht. Das Verdampfungsrohr (202) ist konzentrisch im Abstand von einem Mantelrohr (239) umgeben, das über einen hinteren Stützring (240) und einem vorderen Stützring (241) auf dem Verdampfungsrohr abgestützt. Das Mantelrohr trägt den äußeren Ring (208), mit dem die Anordnung vom befestigt werden kann. Der elektrische Anschluß (224) ist am hinteren Ende des Mantelrohres angebracht Der Zwischenraum (242) zwischen den beiden Rohren dient als Luftkanal, der vom im Mantelrohr eine Öffnung (243) besitzt, welche zum Kanalsystem (10) führt, und hinten eine Öffnung (244) im Verdampfungsrohr (202), welche in den Verdampfungsraum (201) führt. Infolgedessen kann sekundäre Luft, die beim Durchströmen des Kanals (242) erwärmt wird, in den Verdampfungsraum eingeleitet werden. Am vorderen Ende ist eine Stirnplatte (230) mit Austrittsöffnungen (205) vorgesehen, übergreift aber die Stirnfläche von Verdampfungsrohr (202) und Mantelrohr (239). Das Verdampfungsrohr (202), die Stimplatte (230) und das Mantelrohr (239) sind aus Siliziumkarbid hergestellt. Infolgedessen ergibt sich ein geschlossener Stromkreis zwischen den Anschlüssen (222) und (224), wobei sich das Verdampfungsrohr, weil es mit einem größeren elektrischen Widerstand ausgelegt ist, am stärksten erwärmt. Am vorderen Ende weist das Verdampfungsrohr weitere Austrittsöffnungen (245) auf, die über einen Ringraum (246) mit entsprechenden Umfangsöffnungen (247) im Mantelrohr in Verbindung stehen. Über diese Umfangsöffnungen läßt sich Asche bei der üblichen horizontalen Anordnung des Verdampfungsrohres (202) besonders leicht ausblasen. Außerdem werden durch die Umfangsöffnungen (245) und (247) Querschnittsverminderungen im Verdampfungsrohr (202) und im Mantelrohr (239) erzielt, an denen eine stärkere Beheizung auftritt, so daß sich hier eine Glühzone (229) bildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden um 300 gegenüber Fig. 1 bzw. um 200 gegenüber Fig. 2 erhöhte Bezugszeichen für entsprechende Teile verwendet. Das Verdampfungsrohr (302), das aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen kann, besitzt am vorderen Ende eine Stirnwand (330) mit einer einzigen zentrischen Austrittsöffnung (305). Es ist von einem Heizwiderstand (348), z. B. aus Siliziumkarbid, umgeben, der beispielsweise die Form eines einmal über seine gesamte Länge und im übrigen mehrfach von beiden Enden her über den größten Teil der Länge geschlitzten Rohres haben kann. An den voneinander getrennten Enden liegen Anschlüsse an, von denen hier nur der winkelförmige Anschluß (324) gezeigt ist Es wird durch Schrauben (349) und (350) gegen den Heizwiderstand (348) gedrückt. Die Schrauben stützen sich ihrerseits an einem Isolierrohr (351) ab, welches die Wärmeisolierung (309) umgibt. Eine Abstandshülse (352) aus Isoliermaterial, die im Bereich der Anschlüsse ausgespart ist, dient zur Zentrierung des Verdampfungsrohres und ist durch Schrauben (353) belastet. Auch mit dieser indirekten Beheizung kann die Reinigungstemperatur bzw. die Glühtemperatur im Bereich des vorderen Endes des Verdampfungsrohres (302) erreicht werden. Statt des geschlitzten Rohres können auch Heizkörper aus Widerstandsdraht mit ein- oder mehrgängigen Schraubwendeln verwendet werden. Durch progressive Steigung der Schraubengänge lassen sich auch örtlich unterschiedlich starke Beheizungen erzielen. In allen Fällen genügen sehr kleine Pumpendrücke, um den Brennstoff in das Verdampfungsrohr zu fördern, beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 bar bis maximal 0,5 bar. Die Leistung des Brenners kann etwa im Verhältnis 1 : 10 geändert werden, wobei Brennstoff und Verbrennungsluft etwa im gleichen Verhältnis zueinander verstellt werden. Die Anschlüsse können nicht nur gelötet sondern auch angeschmolzen oder angesintert sein. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Betrieb eines Verdampfungsbrenners für flüssigen Brennstoff, der einer Verdampfungskammer zugeführt, dort bis zur Verdampfung beheizt und dann im wesentlichen als Gas in einen Brennraum abgegeben wird, wo es zumindest mit dem überwiegenden Teil der Verbrennungsluft vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdämpfungskammer in einer Reinigungsphase, die während einer Unterbrechung der -6- Nr. 391 543 Brennstoffzufuhr stattfindet, auf eine Reinigungstemperatur beheizt wird, bei der Ablagerungen an der Kammerwand zu Asche verbrennen, und die Asche während der Unterbrechung der Brennstoffzufuhr oder bei der nächsten Brennstoffzufuhr vom sich entwickelnden Gas in den Brennraum ausgeblasen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reinigungsphase nach jedem Abschalten des Brenners vorgesehen ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsphase jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Betriebszeit oder einer vorgegebenen Anzahl von Einschaltvorgängen oder nach Verbrauch einer bestimmten Brennstoffmenge eingeleitet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsphase in Abhängigkeit von einem von der Ablagerung abhängigen Signal eingeleitet wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsphase, gefolgt von einer Einschaltphase, in Abhängigkeit von einem Fehler, dargestellt durch ein ein- oder mehrmaliges Zündversagen bzw. Flammenabriß, eingeleitet wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungstemperatur zwischen 700 und 1400 °C liegt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfungskammer in der Reinigungsphase eine Luftmenge von einem kleinen Bruchteil von weniger als 1,9 %, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 % der maximalen Verbrennungsluftmenge, zugeführt wird.
8. 8. Verdampfungsbrenner für flüssigen Brennstoff zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Verdampfungskammer, die eine elektrische Heizvorrichtung aufweist und mit mindestens einer in einen Brennraum führenden Austrittsöffnung versehen ist, mit Mitteln zur Beseitigung von im Betrieb sich bildenden Ablagerungen an der Wand der Verdampfungskammer und mit einem Kanalsystem zur Zufuhr zumindest des überwiegenden Teils der Verbrennungsluft in den Brennraum, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand der Verdampfungskammer (1; 101; 201; 301) eine elektrische Heizvorrichtung angeordnet ist, oder die Wand selbst als eine solche ausgebildet ist, die in Verbindung mit Luftsauerstoff zu einer Verbrennung der Ablagerungen zu in den Brennraum (6) ausblasbarer Asche führt, und daß ein Steuergerät (28) vorgesehen ist, das während der Reinigungsphase die Heizvorrichtung lediglich bei unterbrochener Brennstoffzufuhr mit einer für eine Verbrennung der Ablagerungen ausreichenden Leistung beaufschlagt, welches Steuergerät (28) Eingänge (66 bis 69) für den Betrieb kennzeichnende Signale und eine Programmsteuerung (60), sowie die Brennstoffzufuhr, die Leistung der elektrischen Heizeinrichtung und die Luftzufuhr steuernde Ausgänge (61, 63, 64) aufweist.
9. 9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (1; 101; 201; 301) im wesentlichen durch ein zentrisch zum Kanalsystem (10) verlaufendes Verdampfungsrohr (2; 102; 202; 302) begrenzt ist und daß der Austrittsquerschnitt mindestens 5 % des Innenquerschnitts des Verdampfungsrohres (2; 102; 202; 302) beträgt.
10. 10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsrohr (102; 202; 302) am brennraumseitigen Ende mit einer Stirnplatte (130; 230; 330) versehen ist, die wenigstens eine Austrittsöffnung (105; 205; 305) aufweist, deren Querschnitt 5 bis 40 % des Innenquerschnitts des Verdampfungsrohres (102; 202; 302) beträgt.
11. 11. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das durch direkten Stromdurchgang beheizte, in an sich bekannter Weise aus Siliziumkarbid bestehende Verdampfungsrohr (2; 102; 202) durch Tränkung mit Silizium gasdicht gemacht ist.
12. 12. Brenner nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsrohr (2; 102; 202) in an sich bekannter Weise aus Siliziumkarbid hergestellt ist und einen Belag aus Siliziumoxynitrid trägt.
13. 13. Brenner nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsrohr (2; 102; 202) mit einer Wärmeisolationsschicht (9) umgeben ist, wobei die elektrischen Anschlüsse für das Verdampfungrohr (2; 102; 202; 302) außerhalb des isolierten Bereiches angeordnet sind. -7- Nr. 391 543
14. 14. Brenner nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsrohr (2; 102) am brennraumseitigen Ende außen einen Ring (8; 108) aus elektrisch leitendem Material trägt, nahe dessen äußerem Umfang ein elektrischer Anschluß (24; 124) angebracht ist.
15. 15. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfungskammer (1; 101; 201) mit einer von der Zuführung (19) für die Verbrennungsluft getrennten Zuführung (35, 36) für einen kleinen Bruchteil der Verbrennungsluftmenge versehen ist.
16. 16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennte Zuführung (35, 36) durch eine Drosselöffnung (35, 36; 135, 136) gebildet ist, welche das Kanalsystem (10) für die Verbrennungsluftzufuhr mit der Verdampfungskammer (1; 101) verbindet.
17. 17. Brenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in das dem Brennraum (6) abgewandte Ende des Verdampfungsrohres (102) ein zweites Rohr (103) kleineren Durchmessers eingreift und zwischen beiden Rohren mindestens ein Stützring (133, 134) mit eingangsseitig mit dem Kanalsystem (10) verbundenen Drosselöffnungen (135,136) angeordnet ist.
18. 18. Brenner nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfungsrohr (202) von einem konzentrisch im Abstand hiervon gehaltenen und stimseitig mit ihm elektrisch verbundenen, elektrisch leitenden Mantelrohr (239) umgeben ist und daß beide elektrischen Anschlüsse (222, 224) für das Steuergerät (28) am dem Brennraum (6) abgewandten Ende des Verdampfungsrohres bzw. Mantelrohres (202) angebracht sind.
19. 19. Brenner nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Rohren (202, 239) ein als Luftkanal dienender Ringspalt (242) vorhanden ist, der durch eine Öffnung (243) im Mantelrohr (239) am brennraumseitigen Ende mit dem Kanalsystem und durch eine Öffnung (244) im Verdampfungsrohr (2; 102; 202; 302) am entgegengesetzten Ende mit der Verdampfungskammer (201) verbunden ist.
20. 20. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (108) eine vorstehende Nase (131) aufweist und selbst als Glühkopf dient. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -8-