Verfahren und Anlage zum Verbrennen eines Heizüles mittels eines Brenners Gegenstand der Erfindung sind ein Verfahren und eine Anlage zum Verbrennen eines Heizöles, ins besondere der mittelschweren und schweren Heizöl klasse, mittels eines Brenners.
Bedingung des Verbrennens mit hohem Wir kungsgrad eines Heizöles mittels eines Brenners ist das intensive Vermischen des Heizöles mit der Ver brennungsluft, was bekanntlich feinste Zerstäubung voraussetzt. Die verhältnismässig hohe Viskosität der Heizölsorten, welche als mittelschwer und schwer bezeichnet werden, erweist sich als ein nicht ohne weiteres überwindbares Hindernis bei der Zerstäu- bung und damit beim Verbrennen dieser Heizöle.
Um solche Heizöle zerstäuben zu können, hat man bisher versucht, den Hinderungsgrund eines ein wandfreien Zerstäubens, nämlich die hohe Viskosität überhaupt zu eliminieren, indem man die Temperatur des dem Brenner zugeführten Heizöles erhöht hat. In dieser Weise konnten die Viskosität tatsächlich auf etwa 2 E herabgesetzt und die heissen Heizöle mit der erwünschten Feinheit zerstäubt werden. Das Durchführen einer solchen Zubereitung des Heizöles ist jedoch mit grossen Nachteilen behaftet, welche den erzielten Fortschritt zum grossen Teil illusorisch ma chen.
Zur Herabsetzung der Viskosität eines schweren Heizöles auf etwa 2 E muss die Öltemperatur ganz beträchtlich gesteigert werden, und, um am Brenner die notwendige derart zubereitete Heizölmenge ver fügbar zu haben, muss eine bedeutend grössere als durch die Brennerleistung bedingte Ohnenge auf geheizt werden. Dies erfordert natürlich die Zufuhr von beträchtlichen Wärmemengen durch auf ver hältnismässig hohe Temperaturen aufgeheizte Heiz körper, und das Aufheizen von grossen Ölmengen be ansprucht die Hilfe von umfangreichen und teueren Einrichtungen und verhältnismässig viel Zeit.
Unter diesen Umständen erreicht die Zubereitung des Heiz- öles in der gesagten Weise kaum den erforderlichen Grad der Wirtschaftlichkeit. Dazu kommen noch funktionelle Nachteile. Die hohen Temperaturen der Heizflächen fördern das Verkoken, die umfangrei chen und komplizierten Einrichtungen stellen hohe Unterhaltsansprüche und die Bereithaltung des Heiz- öles mit hoher Temperatur und in der benötigten Menge erfordert eine Temperaturregulierung.
Hierbei jedoch wird die Temperatur des in den Brenner ge langenden Heizöles keinesfalls konstant, höchstens zwischen gewissen Grenzen gehalten, so dass Unter schiede in der Viskosität und in der Feinheit der Zer- stäubung auftreten. Ein weiterer Nachteil entsteht da durch, dass die Brennerpumpe im heissen Öl arbeitet. Dabei ist einerseits die Beanspruchung der Brenner pumpe sehr hoch, anderseits wird an der Saugseite der Brennerpumpe die beim Aufheizen eines schwe ren Heizöles an sich schon grosse Gefahr der Dampf blasenbildung noch erhöht.
Zur Vermeidung der erwähnten Nachteile wird beim erfindungsgemässen Verfahren das Heizöl mit einer sein Pumpen gerade gestattenden konstanten vorbestimmten Viskosität unter einem für das Zer stäuben hinreichenden Druck in die Düsenstange ge leitet, worin durch während des Brennerbetriebes un unterbrochenes Zuführen einer in der Zeiteinheit gleichbleibenden vorbestimmten Wärmemenge die Viskosität des in einer durch die Brennerleistung be stimmten Menge durch die Stange strömenden Heiz- öles auf die vorbestimmte Zerstäuberviskosität ge bracht wird.
Die erfindungsgemässe Anlage zum Verbrennen von Heizöl gemäss dem Verfahren besitzt eine Vor richtung zum Zuführen des Heizöles in die Düsen- Stange mit einer konstanten vorbestimmten Viskosität und eine Einrichtung zur Heizung des Öles in der Düsenstange.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit Hilfe von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei- spielen der erfindungsgemässen Anlage rein beispiels weise erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Düsenstange und damit verbundene Teile, Fig. 2 ein erstes und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemässen Anlage.
An einem Flansch 1 (Fig. 1) am einen Ende eines kreiszylindrischen Führungsstückes 2 ist ein Flansch 3 einer rohrförmigen abgesetzten Düsenstange 4 auf geschraubt, und die Verbindung der Flansche 1 und 3 ist durch einen Dichtungsring 5 abgedichtet.
Das andere Ende des Führungsstückes 2 trägt einen Flansch 6, in welchem Schrauben 7 eingeschraubt sind, um einen Deckel 8 gegen den Flansch 6 änzu- ziehen und dabei einen Flansch 9 auf den Flansch 6 aufzupressen. Die Verbindung der Flansche 6 und 9 ist durch einen Dichtungsring 10 abgedichtet. Am Flansch 9 ist ein Balg 11 befestigt, welcher sich im Führungsstück 2 gegen die Düsenstange 4 erstreckt. Der Balg 11 ist mit einem Pfropfen 12 abgeschlossen. Die Verbindung des Balges 11 mit dem Pfropfen 12 und mit dem Flansch 9 ist flüssigkeitsdicht.
Eine Führungshülse 13, welche koaxial im Balg angeord net ist, liegt einenends am Pfropfen 12 auf und ist andernends in einer Ausnehmung des Flansches 9 geführt, um im Abstand vom Deckel 8 zu enden. Die Führungshülse dient zum Führen einer Druckfeder 14, welche zwischen dem Pfropfen 12 und einer Spannschraube 15 mit Vorspannung eingesetzt ist. Die Spannschraube 15 ist in einem Gewindeloch des Deckels 8 eingeschraubt und mittels einer Mutter 16 gesichert. Im Pfropfen 12 ist ein Ventilschaft 17 ein geschraubt, welcher sich koaxial durch die Düsen stange 4 erstreckt und einen Ventilkegel 18 trägt.
Der Ventilkegel 18 wirkt mit einem Ventilsitz 19 zu sammen, welcher in einen am Ende der Düsenstange befestigten Düsenhalter 20 eingeschraubt ist. Im Dü senhalter 20 befindet sich ein Düsenfilter 21, und schliesslich ist noch eine Düse 22 im Düsenhalter 20 eingeschraubt. Eine Durchflussöffnung 23 erschliesst den Weg des Heizöles unter Umgehung des rückwär tigen Teils des Ventilkegels direkt zum Ventilsitz.
Die Zufuhr des Heizöls zur Düsenstange erfolgt durch einen Einlassstutzen 24, welcher in den Flansch 1 ein geschraubt ist und durch einen Kanal 25 dieses Flan sches mit dem Inneren der Düsenstange 4 kommuni ziert. Im Flansch 1 sind noch die Enden einer elek trischen Heizschlange 26 befestigt, deren Windungen in der Düsenstange 4 verlaufen. Der Heizwiderstand der Heizschlange 26 ist mit einem Kabel 27 verbun den, welches durch eine Kabeltülle 28 einer am Flansch 1 befestigten Schutzkappe 29 geführt und am Netz angeschlossen ist. Eine Entlüftungsschraube 30 ist im Flansch 3 zur Entlüftung der Düsenstange 4 vorgesehen.
Das Heizöl wird der Düsenstange über eine Bren- nerpumpe, welche unmittelbar der Düsenstange vor geschaltet ist, mit einer konstanten, das Pumpen und Filtrieren des Öles gerade gestattenden Viskosität zu geführt. Dies bedeutet zahlenmässig ausgedrückt, dass die Viskosität des Heizöles in der Pumpe normaler weise höchstens 30 E beträgt. Mit einer solch hohen, nach später erwähnten Gesichtspunkten vorbestimm ten Viskosität besitzt das Heizöl eine ausgezeichnete Schmierfähigkeit, welche eine beträchtliche Druck erhöhung ohne Gefährdung der Pumpe gestattet. Diese Möglichkeit kann beim erfindungsgemässen Verfahren in der Weise ausgenutzt werden, dass der Förderdruck der Brennerpumpe wenigstens 20 atü beträgt.
Die Höhe des Förderdruckes ist natürlich von verschiedenen, später noch näher genannten Fak toren abhängig und kann beim Durchführen des erfin dungsgemässen Verfahrens mehr als das Doppelte des erwähnten Minimaldruckes betragen. Derart hohe Drücke an der Düse ermöglichen das Zerstäuben des Heizöls bei einer Viskosität, welche um ein Vielfaches über jener liegt, welche man bisher als unbedingt erfor derlich gehalten hat, und sinngemäss kann das Zerstäu ben beim erfindungsgemässen Verfahren bei einer nied rigeren Temperatur erfolgen als beim Verbrennen von schweren Heizölen in bekannten Brennern üblich ist.
Diese Temperatur, auch Brennertemperatur ge nannt, und damit die Zerstäuberviskosität erreicht das Heizöl nach Vorbeiströmen an der Heizschlange 26 erst kurz vor dem Eintreten in die Düse 22. Die Heizschlange 26 wird während dem Brennerbetrieb ohne Unterbruch geheizt, wobei eine in der Zeitein heit gleichbleibende Wärmemenge dem mit konstan ter Durchflussmenge durch die Düsenstange strömen den Heizöl zugeführt wird.
Unter diesen Umständen ist die Temperaturerhöhung des Heizöles in der Dü senstange bei ein und demselben Heizöl auch kon stant und da die Eintrittsviskosität des Heizöles in die Düsenstange bereits konstant ist, wird die Zer- stäuberviskosität als Funktion der Eintrittsviskosität und der Temperaturerhöhung ohne jegliche Tempe raturregulierung ebenfalls konstant sein. Es ist dabei besonders zu erwähnen, dass das Vorbeiführen des Heizöles an der Heizfläche der mehrfach gewundenen Heizschlange 26 in dünnen Schichten, an einer lan gen Strecke und während einer verhältnismässig lan gen Zeitspanne erfolgt, so dass ein sehr intensiver Wärmeaustausch erzielt wird.
Zudem muss tatsächlich nur jene Heizölmenge aufgeheizt werden, welche in der Düse zerstäubt wird. Alle diese Faktoren gestat ten zusammen mit einer zufolge der relativ hohen Zerstäuberviskosität und verhältnismässig niedrigen Brennertemperatur die Temperatur und die spezi fische Belastung der Heizflächen der Heizschlange 26 relativ niedrig zu wählen, so dass eine Verkokungs- gefahr gar nicht auftritt und die Lebensdauer der Heizschlange praktisch unbegrenzt ist. Die Anwendung eines relativ hohen Druckes er höht die Feinheit der Zerstäubung und dadurch den Wirkungsgrad des Brenners.
Die Gasbildung wird dabei auch beim Erreichen der Brennertemperatur unterdrückt. Da ausserdem - wie erwähnt - auch die Brennertemperatur und damit die Viskosität des Heizöles keinen Schwankungen unterliegt, ist es ein leuchtend, dass die Verbrennung vollkommen gleich mässig ist.
Beim Inbetriebsetzen der Anlage nach einem längeren Stillstand muss lediglich die in der Düsen stange vorhandene geringe Ölmenge aufgeheizt wer den. Zu diesem Zwecke ist ein kurze Aufheizzeit vor gesehen, während welcher der Ventilkegel 18 am Ventilsitz 19 aufruht und den Abfluss des Heizöles in die Düse 22 sperrt. Nach Ablauf der Aufheizzeit wird das Heizöl in der Düsenstange unter Druck gesetzt, wobei beim Erreichen einer vorbestimmten Druckhöhe der Pfropfen 12 gegen die Wirkung der Feder 14 bewegt wird und den Ventilkegel 18 vom Ventilsitz abhebt, so dass das aufgeheizte Heizöl in die Düse abfliessen kann.
Die für das Öffnen des Ventilkegels 18 mass gebende Druckhöhe kann mittels der Spannschraube 15 eingestellt werden, der Öldruck selbst mit einem an sich bekannten öldruckregler.
Das Einstellen der durch das Zerstäuben beding ten und infolge des hohen Zerstäubungsdruckes ver hältnismässig niederen Viskosität des Heizöles erfolgt somit in der Düsenstange. Da für eine bestimmte Brennerleistung der Heizöldurchsatz durch die Düse bestimmt ist und die der Düsenstange zugeführte Wärmemenge konstant bleibt, kann die Viskosität, mit welcher das Heizöl die Düsenstange verlässt bei gleichbleibender Brennerleistung lediglich durch die Änderung der Viskosität, mit welcher das Öl der Düsenstange zugeführt wird, beeinflusst werden. In der Regel wird hierfür eine Viskosität von maximal 3011E gewählt.
Solche Änderungen können sich als notwendig erweisen, wenn verschiedene Ölqualitäten zur Verbrennung gelangen.
Auf der anderen Seite ist es ohne weiteres mög lich, die Brennerleistung bei ein und derselben Düsen stange innert bestimmten Grenzen frei zu bestimmen. Bei Erhöhung der Brennerleistung sinkt natürlich die Temperatur des in die Düse gelangenden Heizöles, wobei die Viskosität erhöht wird, doch kann in die sem Falle durch Erhöhung des Zerstäubungsdruckes die Feinheit der Zerstäubung gewahrt bleiben. Es erge ben sich dadurch fabrikatorische Vorteile, indem die Typenzahl der Düsenstangen in Abhängigkeit der Brennerleistung herabgesetzt werden kann.
Ausser dem ist es aber möglich, die Brennerleistung in einer installierten Anlage frei zu wählen. Die erwähnten Faktoren, namentlich die Zufuhrtemperatur des Heiz- öles und die Druckhöhe in der Düsenstange ermög lichen eine Feineinstellung des Zerstäubungsgrades, zu welchem Zwecke auch noch die Düsengrösse ent sprechend bestimmt wird.
Die Brennerpumpe kann das Heizöl aus einem nahegelegenen Haupttank oder aus einem Tagestank direkt absaugen. Bedingung für das Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens ist freilich bei einer entsprechenden Anlage, dass die Viskosität respektiv Öltemperatur im Tank keinen, zumindest keinen grösseren Schwankungen unterworfen ist.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten Anlage schöpft die Brennerpumpe 31 das Heizöl durch eine Saug leitung 32 aus einem Haupttank 33 und namentlich aus einer im Haupttank 33 angeordneten elektrisch beheizten Absaugglocke 34, in welcher die konstante Temperatur durch einen Thermostaten 35 einregu liert wird. Ein Sperrthermostat 36 ist mit der elektri schen Steuerung des Brenners in Wirkungsverbin dung. Der Brennerpumpe 31 ist ein Filter 37 vor und ein Entlastungsventil 38 nachgeschaltet, welches eine Rückleitung 39 zum Tank 33 steuert.
Eine Förder- leitung 40 verbindet die Druckseite der Brenner pumpe 33 mit dem Anschlussstutzen 24 und damit mit der bereits ausführlich beschriebenen Düsen stange 4 des Brenners. Die Saugleitung 32 und die Rückleitung 39 sind zwischen dem Tank und dem Brenner isoliert, um Wärmeverluste zu vermeiden.
Beim Inbetriebsetzen einer solchen Anlage wird die Heizschlange 26 unter Strom und gleichzeitig die Brennerpumpe 31 in Betrieb gesetzt. Das Entlastungs ventil 38 hält während der Aufheizzeit - etwa eine bis sechs Minuten - die Rückleitung offen, so dass das Öl zwischen Brenner und Absaugglocke 34 drucklos zirkuliert. Am Ende der Aufheizzeit sperrt das Entlastungsventil 38 die Rückleitung, worauf das Öl unter Druck durch die Düsenstange strömt und in der Düse zerstäubt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs gemässen Anlage weist gemäss der Fig. 3 im Tank 33 ein Mischrohr 41 auf, aus welchem durch eine 1- vorlaufleitung 4.2 das Heizöl abgesogen wird. Dies besorgt eine in der Vorlaufleitung 42 angeordnete Zir- kulationspumpe 43.
Ein elektrisch beheizter Durch lauferhitzer 44 ist ebenfalls in die Vorlaufleitung 42 eingesetzt, aus welcher nach dem Durchlauferwär- mer 44 Saugleitungen 45 zweier Brennerpumpen 31 abzweigen. Die ölvorlaufleitung 42 bildet mit einer Rücklaufleitung 46, welche im Mischrohr 41 mündet, einen Kreislauf.
An der Druckseite der Brennerpum- pen sind Rücklaufleitungen 47 angeordnet, welche durch Druckventile 48 gesteuert sind und in die Rück laufleitung 46 münden. Druckleitungen 40 verbinden die Druckseite der Brennerpumpen mit den zugeord neten Düsenstangen.
Beim Inbetriebsetzen der Anlage steht der Brennermotor während der Aufheizzeit still, während die Zirkulationspumpe zwischen den Brennern und dem Mischrohr 41 einen Ölkreislauf unterhält, wobei das Heizöl im Durchlauferwärmer vorgewärmt wird. Dadurch ist Heizöl mit der konstanten, vorbestimm ten Zulauftemperatur verfügbar, sobald die Brenner motoren am Ende der Aufheizzeit anlaufen. Die Druckventile 48 setzen sofort das Heizöl unter Druck, worauf das Zerstäuben beginnt.
Im übrigen stimmt die Arbeitsweise der Anlage mit jener gemäss Fig. 2 überein.
Es sei noch erwähnt, dass mit Hilfe der beschrie benen Düsenstange jeder Leichtölbrenner auf den Betrieb mit mittelschweren Heizölen umstellbar ist.