AT406706B - Brenner für gas- und ölheizkessel - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für   Gas- und Ölheizungskessel   mit einem Brennerrohr mit einer stirnseitigen Durchlassöffnung und einem darin befindlichen im vorderen Bereich kegelstumpfförmigen innenrohr, in dem wiederum ein koaxiales Düsenrohr mit einer Brennstoffzuführung, beispielsweise eine Druckzerstäuberdüse angeordnet ist, wobei alle drei Rohre von Luft durchströmt werden und sich in Brennrichtung vor der Druckzerstäuberdüse eine Zündelektrode befindet und ein Drallerzeuger vorgesehen ist. 



   Drastisch verschärfte Schadstoffemissionsgrenzwerte in den Luftreinhalteverordnungen in immer mehr Staaten führen zu Forderungen nach Brennern mit äusserst geringer NOx-Abgabe. 



  Gleichzeitig besteht aufgrund der hochwärmegedämmten Gebäude besonders bei Einfamilienhäusem die Forderung nach niedrigen Heizleistungen des Brenners
Die angestrebten niederen NOx-Werte können mit einem Brenner mit Gelbflamme nicht erreicht werden. Es besteht daher seit längerer Zeit bereits das Bestreben, Brenner zu schaffen, die zumindestens teilweise mit einer Blauflamme brennen. 



   Ein Beispiel dafür ist der EP 0 537 491 A2 zu entnehmen. Bei der in dieser Patentanmeldung beschriebenen Mischeinrichtung wurde vor der Brennerdüse eine mit Schlitzen versehene Stauscheibe angeordnet, wobei ein mit einer hinteren Abschlusswand versehenes Innenrohr mit seiner Mündung an der Stauscheibe anstösst. Mit einem derartigen Brenner wurden sehr gute Ergebnisse erzielt. 



   Um die Notwendigkeit einer Stauscheibe zu vermeiden, wurde gemäss der DE 44 16 650 A1 vorgeschlagen, in einem   kegelstumpfförmigen Vormischbrenner tangentiale Lufteintrittsöffnungen   vorzusehen, um die Brennluft mit einer   Draiistörmung   dem Vormischbrenner zuzuführen Am Ende des Brenners kommt es zu einer Rückströmzone, in der die angestrebte homogene Brennstoffkonzentration weitgehend erreicht ist. An dieser Stelle entsteht eine stabile Flammfront. 



   Die DE 32 28 452   A 1   beschreibt einen Brenner der eingangs genannten Art Bei diesem Brenner ist der das Düsenrohr durchfliessende Luftstrom   unverdrat ! t,   während der aus dem Brennrohr austretende Luftstrom im vorderen Bereich des Brennerrohres verdrallt wird. 



   Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs erwähnten Art dahingehend zu verbessern, dass ohne der Verwendung einer Stauscheibe oder eines Rezirkulationsrohres ein verminderter NOx-Ausstoss störungsfrei erzielt wird. Des weiteren soll mit dem erfindungsgemässen Brenner ein Dauerbetrieb mit niederer Heizleistung möglich sein. 



   Die erfindungsgemässe Aufgabe wird dadurch gelöst, dass alle drei Rohre mindestens eine hintere Luftzufuhröffnung aufweisen und dass sowohl im Düsenrohr als auch zwischen dem Düsenrohr und dem Innenrohr Drallerzeuger angeordnet sind, wobei die   Drallstörmungen   im Düsenrohr und im Innenrohr in der gleichen Drehrichtung verlaufen, während der Luftstrom zwischen dem Innenrohr und dem Brennrohr   unverdrallt   geführt ist. 



   Ein   Ausführungsbeispiel   der Erfindung sieht vor, dass der Drall in beiden Rohren überkritisch ist. Durch die rückströmende Luft wird Rauchgas von der Flamme zur Düse transportiert, wo es sich mit dem von der Druckzerstäuberdüse austretenden Heizöl bzw. Heizgas vermischt. Dadurch wird die Verbrennung mit Blauflamme gefördert. 



   Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen eingehend beschrieben. 



   Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Mischeinrichtung für einen
Olbrenner, die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Mischeinrichtung für einen
Gasbrenner, die Fig. 3 zeigt eine Stimansicht der Mischeinrichtung, die Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1 und die Fig. 5 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 

Claims (10)

1. Die erfindungsgemässe Mischeinrichtung weist ein zylindrisches Brennerrohr 1 auf. Im vorderen Bereich des Brennerrohres 1 ist die Druckzerstäuberdüse 5 mittig angeordnet. Koaxial zur Druckzerstäuberdüse 5 und zum Brennerrohr 1 sind beim vorderen Ende der Druckzerstäuberdüse 5 ein Düsenrohr 7 und ein das Düsenrohr 7 umgebendes Innenrohr 2 vorgesehen. Das Innenrohr 2 weist einen vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 2'und einen hinteren zylindrischen Bereich 2" auf. Ebenso ist das Düsenrohr 7 mit einem vorderen kegelstumpfförmigen Bereich 7'und einem hinteren zylindrischen Bereich 7" ausgeführt. Der vordere <Desc/Clms Page number 2> kegelstumpfförmige Bereich 7'deckt die Druckzerstäuberdüse 5 vorne teilweise ab. Sowohl das Innenrohr 2 als auch das Düsenrohr 7 sind an ihren hinteren Enden mit einer abschliessenden Wand 8, 9 versehen. Das Innenrohr 2 weist eine vordere Auslassöffnung 3 und das Düsenrohr 7 eine vordere Auslassöffnung 4 auf. Die Auslassöffnungen 3,4 befinden sich im Ausführungsbeispiel in einer Ebene, wobei jedoch eine Toleranzgrenze von 3 mm gegeben ist Das Brennerrohr 1 ist an seinem vorderen Ende mit einer planen Stimwand 6 versehen Die kegelstumpfförmigen Abschnitte 2', 7'des Innenrohres 2 und des Düsenrohres 7 ragen aus dem Brennerrohr 1 heraus. In der Stirnwand 6 des Brennerrohres 1 sind zwei Zündelektroden 11 gelagert. In der Nähe des Brennerrohrmantels ist die Stimwand 6 mit kreisförmig angeordneten Öffnungen 10 für Sekundärluft versehen. Im zylindrischen Mantel des Innenrohres 2 ist ein Drallerzeuger vorgesehen, der von schragen Luftzuführöffnungen 12, beispielsweise Bohrungen oder Stanzlöcher, gebildet wird. Ebenso weist der zylindrische Mantel des Düsenrohres 7 schräge Luftzuführöffnungen 13 auf, die die Funktion eines Drallerzeugers erfüllen. Die Luftzuführoffnungen 12,13 liegen jeweils in einer Ebene und sind schräg zur Radialachse der Rohre 2,7 ausgebildet Derartige Luftzuführöffnungen 12,13 werden auch als Tangentialöffnungen bezeichnet, obwohl sie nicht exakt auf einer Tangente des Rohrmantels liegen. Anstelle der schräg ausgerichteten Luftzuführöffnungen 12,13 im Rohrmantel könnte die Drallerzeugung auch durch die Anordnung von Lamellen im Innenrohr 2 und im Düsenrohr 7 erfolgen, wobei die Luftzufuhr zu den Rohren 2,7 vorzugsweise nicht über den Rohrmantel sondem über Öffnungen an den hinteren Stirnseiten erfolgen würde. Mit der erfindungsgemässen Mischeinrichtung wird die von einem Gebläse in das Brennerrohr 1 eingeleitete Verbrennungsluft geteilt. Ca. 50 % werden als Primärluft durch das Innenrohr 2 und das Düsenrohr 7 geführt, wobei in jedem Rohr 2,7 eine Drattströmung erzeugt wird und die Verbrennungsluft bei den Auslassöffnungen 3,4 mit zwei gleichgerichteten überkritischen Drattströmungen austritt. Dabei ist die Drattströmung, die aus dem Innenrohr 2 austritt, stark überkritisch, während die Drallströmung der Verbrennungsluft, die aus dem Düsenrohr 7 austritt, nur leicht überkritisch ist Die restlichen 50 % der Verbrennungsluft werden aus dem Brennerrohr 1 in einer Linearströmung durch die Öffnungen 10 an den Randbereich der Flamme abgegeben. Vor dem Brennerrohr 1 kann ein Schutzrohr 14 angeordnet sein Das Schutzrohr 14 befindet sich unmittelbar vor der Auslassöffnung der Druckzerstäuberdüse 5 und weist eine Länge auf, die nicht länger ist als die Hälfte seines Durchmessers. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Schutzrohres 14 gleich oder geringer als der Durchmesser des Brennerrohres 1. Die Querschnitte der Luftzuführöffnungen 12,13 sind so gewählt, dass der Gesamtquerschnitt der Luftzuführöffnungen 12 gleich dem Ringquerschnitt der Auslassöffnung 3 ist, während der Ringquerschnitt zwischen dem Düsenrohr 7 und der Druckzerstäuberdüse 5 bei der Auslassöffnung 4 eine Fläche aufweist, die der Hälfte des Gesamtquerschnittes der Luftzuführöffnungen 13 entspricht Der Gesamtquerschnitt der Luftzuführöffnungen 12 kann jedoch auch grösser sein als der Ringquerschnitt der Auslassöffnung 3 und der Ringquerschnitt zwischen der Druckzerstäuberdüse 5 und dem Düsenrohr 7 kann zwischen 40 und 70 % des Gesamtquerschnittes der Luftzuführöffnungen 13 des Düsenrohres 7 liegen. Durch die Bauform der erfindungsgemässen Mischeinrichtung wird im Innenrohr 2 und im Düsenrohr 7 ein überkritischer Drall erzeugt. Durch den überkritischen Drall entsteht durch den sogenannten Vortex-breakdown-Effekt eine starke Rückströmung im Zentrum 15. Durch den starken Rückstrom wird Brennstoff wieder zurück in der Richtung der Druckzerstäuberdüse 5 transportiert Dass diese durch die Öl- und Rauchgasrückstände nicht verschmutzt, wird durch die aus dem Düsenrohr 7 in einer Drallstörmung austretenden Verbrennungsluft verhindert. Der mit einer erfindungsgemässen Mischeinrichtung ausgestattete Ölbrenner zündet mit einer Gelbflamme im Bereich 16, mit der die Vergasung des Brennstoffes in Bruchteilen von einer Sekunde eingeleitet und anschliessend durch die interne Flammenrückströmung aufrechterhalten wird. Zur Einleitung der Brennstoffvergasung wird keine zusätzliche Fremdenergie benötigt. Die Vergasung und Vermischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft und den heissen <Desc/Clms Page number 3> Rauchgasen erfolgt durch den stark überkritischen Hauptdrall, der aus dem Innenrohr 2 austritt und der durch den sogenannten Vortex-breakdown-Effekt die starke Flammenrückströmung mit einem intensiven Stoffaustausch erzeugt. In der Folge brennt die Flamme in einem stark ausgeprägten Randbereich 17 blau. Damit die Flamme zündfreudig und stabil brennt, wird nur 50 % der Verbrennungsluft über die schrägen Luftzuführöffnungen 12,13 und die Rohre 2,7 verdrallt. Die restlichen 50 % strömen als Sekundärluft durch die Öffnungen 10 der Stimplatte 6 unmittelbar in den blaubrennenden Randbereich 17 der Flamme. Die Druckzerstäuberdüse 5 ist vorzugsweise mit einer Vorwärmeeinrichtung für das durchfliessende Heizöl-Leicht ausgestattet. Die Mischeinrichtung für einen Gasbrenner gemäss der Fig.

2 unterscheidet sich lediglich durch die Düse 18, wobei das Gas nicht an der Spitze sondern über Öffnungen 19 seitlich in den zylindrischen Abschnitt des Düsenrohres 7 austritt. PATENTANSPRÜCHE : 1. Brenner für Gas- und Olheizungskessel mit einem Brennerrohr mit einer stirnseitigen Durchlassöffnung und einem darin befindlichen im vorderen Bereich kegelstumpfförmigen Innenrohr, in dem wiederum ein koaxiales Düsenrohr mit einer Brennstoffzuführung, beispielsweise eine Druckzerstäuberdüse angeordnet ist, wobei alle drei Rohre von Luft durchströmt werden und sich in Brennrichtung vor der Druckzerstäuberdüse eine Zündelektrode befindet und ein Drallerzeuger vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Rohre (1,2, 7) mindestens eine hintere Luftzufuhröffnung aufweisen und dass sowohl im Düsenrohr (7) als auch zwischen dem Düsenrohr (7) und dem Innen rohr (2) Drallerzeuger angeordnet sind, wobei die Drallstörmungen im Düsenrohr (7) und im Innenrohr (2) in der gleichen Drehrichtung verlaufen, während der Luftstrom zwischen dem Innenrohr (2) und dem Brennrohr (1) unverdrallt geführt ist. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drall in beiden Rohren (2,7) überkritisch ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger in mindestens einem der Rohre (2,7) von vorzugsweise mehreren tangentialen Luftzuführöffnungen (12,13) gebildet wird.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger in beiden Rohren (2,7) von mehreren tangentialen Luftzuführöffnungen (12,13) gebildet wird, wobei der Gesamtquerschnitt aller Luftzuführöffnungen (12) des Innenrohres (7) gleich oder grösser als der Ringquerschnitt der Auslassó' : nung (3) des Innenrohres (2) und der Gesamtquerschnitt der Luftzuführöffnungen (13) des Düsenrohres (7) gleich oder grösser als der Ringquerschnitt der Auslassöffnung (4) des Düsenrohres (7) ist.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringquerschnitt bei der Auslassöffnung (4) des Düsenrohres (7) zwischen 40% und 70%, vorzugsweise 50% des Gesamtquerschnittes der Luftzuführöffnungen (13) des Düsenrohres (7) beträgt.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (3) des Innenrohres (2) und die Auslassöffnung (4) des Düsenrohres (7) in einer Ebene liegen, bei einer Toleranzgrenze von 3 mm.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennerrohr (1) an seinem zur Brennkammer gerichteten Ende mit einer Stirnwand (6) versehen ist, die mindestens eine Öffnung (10) für Sekundärluft aufweist.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass 50% der Verbrennungsluft über das Innenrohr (2) und das Düsenrohr (7) in einer Drallströmung der Brennkammer zugeführt werden und 50% unverdrallt als Sekundärluft.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Flammbereich vor dem Brennerrohr (1) ein zu diesem koaxiales Schutzrohr (14) angeordnet ist, dessen Länge kleiner als sein Durchmesser ist, vorzugsweise in etwa dem halben Durchmesser entspricht.

10. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere auf einer Kreisbahn <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1