Verfahren zur Vergasung zwecks anschliessender Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, insbesondere Heizöl, und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens Verfahren zur Vergasung zwecks anschliessender Verbrennung von flüssigen Brennstoffen sind vielfach bekannt und arbeiten zumeist mit besonderen Verga sungsmitteln, wie Dampf, und verlangen aufwendige, beheizte Apparaturen, die für den Betrieb von Indu- striebrennern, Haushaltsbrennern und dgl. nicht ein setzbar sind, sondern grosstechnische Anlagen darstel len.
Für diesen Zweck sind vielmehr Ölbrenner ge bräuchlich, die in verschiedenen Ausführungsformen bekannt sind. Insbesondere sind solche bekannt, die aus einer Druckluft-Ölzerstäubuugsdüse und einem an die Düse angeschlossenen Brennerrohr bestehen. Das Brennerrohr, das die Flamme hülsenförmig umgibt, soll dabei der Stabilisierung der Flamme dienen.
Der Verbrennungsvorgang wird durch dieses Bren- nerrohr bei bekannten Brennern nicht wesentlich be- einflusst, insbesondere brennen die bekannten Ölbren ner des beschriebenen Aufbaus im allgemeinen mit gel ber und häufig auch :stark russender Flamme.
Im übri gen kennt man Ölbrenner, bei denen an das Brenner rohr noch besondere Rückführungskammern oder Rückführungskanäle angeschlossen sind, die einen Teil der Verbrennungsprodukte zurück in. den Bereich der Düsen führen. Derartige Brenner sind nicht für alle Verbrennungszwecke einsetzbar, im übrigen ist der konstruktive Aufwand gegenüber der einfachen Aus führungsform mit Brennerrohr erheblich, zumal die Rückführungskanäle hohen Temperaturen ausgesetzt sind und folglich hochwärmefeste Werkstoffe eingesetzt werden müssen.
Auch gelingt die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe, insbesondere des Heizöls mit blauer Flamme bei derartigen Brennern häufig nicht. Ölbrenner, die mit einfachem Brennerrohr als Verga sungsbrenner arbeiten und daher mit blauer Flamme brennen sowie wahlweise auch als Gaserzeuger betrie ben werden können, welches Gas zum Brennen oder zum Betrieb von Verbrennungsmotoren oder Turbinen geeignet ist, sind nicht bekannt.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, flüs sige Brennstoffe, insbesondere Heizöl, auf einfache Weise zu vergasen zwecks anschliessender Verbren nung.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass der Brennstoff in feinverteilter Form kegelförmig zerstäubt wird und durch den Zerstäubungskegel im Reaktionsraum, den Zerstäubungskegel zumindest im Bereich seines Ursprunges umgebend, zumindest ein Wirbelkranz erzeugt wird,
der in einer Atmosphäre mit Sauerstoffunterschuss zur Erzeugung einer Vorflamme gezündet wird, wobei in Strömungsrichtung des Zer- stäubungskegels hinter dem Wirbelkranz ein mit blauer Flamme verbrennbares Gemisch anfällt.
Die Erzeu gung des Zerstäubungskagels kann: durch Druckölzer- ,stäubung oder durch Zerstäuben mit 7perstäubungsmit- teln, insbesondere mit Druckluft erfolgen. Die Erzeu gung des Wirbelkranzes kann unschwer durch Einstel lung des Zerstäubungskegels in bezug auf öffnungs- winkel und Strömungsgeschwindigkeit erfolgen.
Dabei kann die Wand des Reaktionsraumes als Reflektions- wand mitwirken; auch können Hilfsmittel, wie Strö- mungsleiteinxrichtungen, vorgesehen .sein.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann die für .die Erzeugung der Atmosphäre mit Luft unterschuss erforderliche Luft auf verschiedene Weise zugeführt oder zugelassen werden. Mit Vorteil kann die für die Erzeugung der Atmosphäre mittels Luftun- terschuss erforderliche Luft als Zerstäubungsluft zuge führt werden.
Es besteht aber auch oder in: Ergänzung zur ersterwähnten Massnahme die Möglichkeit, die Luft durch gegebenenfalls einstellbare Öffnungen des Reaktionsraumes zuzuführen oder anzusaugen. Im Ergebnis kann die Luft im Kreuzstrom oder Gleich strom dem Zerstäubungskegel zugeführt (Gebläse) oder angesaugt werden. Das. Ansaugen besorgt die Strömung selbst.
In jedem Fall kann durch diese Luftströme auch die Wirbelbildung beeinflusst werden.
Der Brennstoff kann im wesentlichen in Achsrich tung eines als Reaktionsraum dienenden, im wesentli chen zylindrischen, eventuell leicht konischen eingezo genen Rohres mit einem Öffnungswinkel des Zerstäu- bungskegels von 10-30 und bei einer Strömungsge schwindigkeit von etwa 50m pro Sekunde bis 500m pro Sekunde zerstäubt werden.
Das Verfahren kann mit Vorteil auch mit reinem Sauerstoff :durchgeführt werden, wobei sich eine beson ders heisse Flamme ergibt und Vorrichtungen5 in de nen das Verfahren verwirklicht wird, als Schweissbren- ner eingesetzt werden können.
Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, insbesondere zur Vergasung und Verbrennung von Heizöl, bestehend aus einer Druckluftölzerstäubungs- düse und einem an die Düse angeschlossenen Brenner rohr, ist erfindungsgemäss durch die Kombination der folgenden Merkmale gekennzeichnet:
a) das Brennerrohr besteht aus einer Reaktions kammer und einem Mündungsteil und besitzt eine der artige Länge, dass der Zerstäubungskegel die Brenner- mündungsinnenwand beaufschlagt, und ist in dem Teil zwischen diesem Beaufschl agungsbereich und der Druckluftzerstäubungsdüse mit Verbrennungsluftan- saugöffnungen versehen, b)
die Druckluftzerstäubungsdüse zerstäubt den Brennstoff kegelförmig und ist als Ringspaltdüse mit zumindest einer zentralen Brennstoffaustrittsöffnung und umgebendem Zerstäubungsluftrin@gspalt ausgebil det, sowie für einen Betrieb eingerichtet, bei dem die Zerstäubungsluft mit einer Geschwindigkeit von min destens 50 m pro Sekunde aus dem Ringspalt austritt, c) der Öffnungswinkel (a)
des Zerstäubungskegels des Brennstoffes liegt im Bereich ron 10 bis 30 Grad, gemessen gegen die Achse der Reaktionskammer und Brennmündung.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, dass auf einfachste Weise eine Vergasung beliebiger flüssiger Brennstoffe und insbesondere Heizöl erreicht wird. Die erfindungsge- mässe Vorrichtung kann als Vergasungsbrenner und wahlweise als Gaserzeuger arbeiten und weist einen einfachen Aufbau auf. Es können Heizöl und ähnliche Kohlenwasserstoffe mit blauer Flamme verbrannt oder ein brennbares Gas, das an entfernter Stelle verbrannt werden kann, erzeugt werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung als Vergasungsbrenner oder Gaserzeuger zeichnet sich folglich durch ihren Verbrennungswir- kungsgrad und Gaserzeugungskapazität in vorteilhafter Weise aus.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung ausführ licher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch einen Ölbrenner, Fig.2 eine andere Ausführungsform des Gegen standes nach Fig. 1, Fig. 3 ebenfalls in einem Axialschnitt eine weitere Ausführungsform des Ölbrenners.
Der in den Figuren dargestellte Ölbrenner arbeitet als Vergasungsbrenner und Gaserzeuger und ist insbe sondere für das Verbrennen von üblichem Heizöl be- stimmt und besteht aus einem Brennerrohr 2, dessen unterer Teil eine Reaktionskammer, dessen oberer Teil die Brennermündung bildet, und einer in die Reaktions- kammer axial eingesetzten Düse 6 (Druckluftölzerstäu- bungsdüse)
. Die Düse zerstäubt, wie in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist, das Öl kegelförmig (Kegel 3). Sie ist, wie in Fig. 3 im. einzelnen erkennbar, als Ringspaltdüse ausgebildet und besitzt folglich eine zentrale Ölaus- trittsöffnung 4 in. Form einer Bohrung oder eines Roh res und einen Zerstäubungsluftringspalt 5.
Im übrigen ist die Düse für einen Betrieb eingerichtet, bei dem die Zerstäubungsluft mit einer Geschwindigkeit von min destens 50 m pro Sekunde bis etwa 500 m pro Sekunde oder auch mehr aus dem erwähnten Ringspalt 5 austritt. Der Öffnungswinkel a des Zerstäubungskegels 3 des Öls liegt im Ausführungsbeispiel bei 10 Grad und kann grundsätzlich in den Grenzen zwischen 10 und 30 Grad schwanken.
Der Winkel ist .dabei gegen die strichpunktiert eingezeichnete Achse 6 der Brenner mündung gemessen. Die Düse selbst ist an die Reak tionskammer dicht angeschlossen, und diese ist zu die sem Zweck in der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 an ihrem unteren Ende eingezogen.
Die Reaktionskam mer und der Brennermündungsteil besitzen eine derar tige Länge, dass der Zerstäubungskegel 3 die Brenner- mündungsinnenwand beaufschlagt, und sind in dem Teil zwischen diesem Beaufschlagungsbereich und. der Druckluftzerstäubungsdüse 1 mit Verbrennungsluftan- saugöffnungen 7 versehen.
Die Druckluftölzerstäu- bungsdüse 1 verbraucht für die ölzerstäubung etwa 5 % der für die Vergasung oder Verbrennung des Öls erforderlichen stöchiometrischen Luftmenge.
Die Ver- brennungsluftansaugöffnungen 7 sind jedoch so dimen sioniert, dass in dem erwähnten Bereich im Inneren des Vergasungsbrenners 2 ein Unterdruck bleibt, was im allgemeinen mit den Verhältnissen gleichwertig ist, 'bei denen im Vergasungsbrenner selbst eine unterstö- chiometrische Luftmenge vorhanden ist.
Der Ring 16 dient der Einstellung ,der Verbrennungsluftmenge. Im übrigen sind bei der Ausführungsform nach Fig. 3 Ein- stellvorrichtungen für die Ölmenge in Form eines Handrades 8 und auch für die Zerstäubungsluftmenge in Form eines einstellbaren Ventiles 9 eingezeichnet. Das Handrad 8 arbeitet auf eine Nadel 10, die beim Vor- oder Zurückschrauben die Grösse der Austritts öffnung 4 für das Öl verändert.
Das Ventil 9 für die Einstellung der Zerstäubungsluftmenge kann ein einfa- ches Reduzierventil oder auch ein einfaches Quer schnittsventil sein. Es besteht hier aber auch die Mög lichkeit, mit dem Ring 11, der Öffnungen 12 aufweist, die Einstellung der Verbrennungsluft vorzunehmen. Diese strömt dann durch die Bohrung 13 in die Vertei lerkammer 14 und von hier aus den Verbrennungsluft ansaugöffnungen 7 zu.
Die Fig. 2 deutet an, dass das Brennerrohr 2 auch kegelförmig zur Mündung hin ein- gezogen werden kann, es kann im übrigen stets ein oder mehrteilig ausgeführt sein. Die Düse 6 kann axial verstellbar sein.
In ,den Fig. 1 und 2 ist die Wirkungsweise der be schriebenen Vergasungsbrenner und Gaserzeuger oder der Vergasungsvorrichtung angedeutet. So erzeugt der Verdüsungskegel 3 des in fein, verteilter Form. verdü stere Brennstoffes in der Reaktionskammer im Bereich des Kegelursprungs, nämlich zwischen .dem Beaufschla- gungsbereich,
in dem der Zerstäubungskegel 3 auf die Wandungen des Brennerrohres 2 trifft und der Druck- luft-Ölzerstäubungsdüse 1,<U>z</U>umindest einen Wirbel kranz 15, der die Düse 1 umgibt, und in der im Reak tionsraum herrschenden Atmosphäre mit Sauerstoffure terschuss zur Erzeugung einer Vorflamme gezündet wird. In dieser Vorflamme herrschen Vergasungsbedin gungen,
so dass in Strömungsrichtung des Verdüsungs- kegels 3 hinter demRTIID="0002.0202" WI="19" HE="4" LX="1505" LY="2615"> Wirbelkranz 15 das weiterströ mende Gemisch mit blauer Flamme verbrennbar ist, nämlich aus der Brennermündung als blaue Flamme 17 austritt oder als brennbares Gas abgenommen wer den kann.
Die Verbesserung des Verbrennungs- und Verga sungsvorganges ist somit das Ergebnis eines zweistufi gen Reaktionsablaufes im Vergasungsbrenner selbst, nämlich der Bildung der erwähnten stark wirbelnden Vorflamme und der darin stattfindenden Vergasung für das zu verbrennende Öl, insbesondere Heizöl, so dass die Vergasungsprodukte mit blauer Flamme brennen oder ein Gas erzeugt wird. Tatsächlich gelingt es näm lich, den Vergasungsbrenner und Gaserzeuger im kal ten Zustand zu zünden,
wo bereits im kalten Zustand an der Brennermündung sofort die blaue Flamme brennt oder je nach Einstellung die Vorflamme allein weiterbrennt und aus der Brennermündung ein Gas ausströmt, das für die verschiedensten Brennmöglich- keiten verwendet werden kann. So kann dieses aus der Brennermündung ausströmende Gas zum Betrieb von normalen Verbrennungsmotoren oder Turbinen ver wendet werden.
Es ist lediglich notwendig, dies vor Eintreten in den Motor oder die Turbine auf die nötige Luftsättigung zu bringen. Im übrigen lassen sich bei dem Vergasungsbrenner und Gaserzeuger Leistung und Temperatur durch Bemessung des Reaktionsdurchmes sers und der Gesamtlänge der Reaktionskammer mit Brennermündung variieren. Zu den Vorteilen des Ver gasungsbrenners und Gaserzeugers gehört endlich auch seine einfache Betriebsweise, die zusammengefasst wie folgt nochmals erläutert wird:
Nach dem Öffnen des Luftregulierventils strömt aus dem Ringspalt der Düse der Zerstäubungsluftstrom mit einer sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit (je nach Einstellung 50-500 m/sek.). Durch letztere wird ein Sog erzeugt, der so gross ist, dass durch die Ver- brennungsluftansaugöffnungen ein Teil der Verbren nungsluft mit einer unter der Verdüsungsluftgeschwin- digkeit liegenden Geschwindigkeit angesaugt wird.
Durch die Relativgeschwindigkeit zwischen Verdü- sungsluft und angesaugter Teilverbrennungsluft wird in der Reaktionskammer ein aerodynamischer, rotieren der Wirbel gebildet, der mit hoher Geschwindigkeit dreht. Nach dem Öffnen des Regulierventils für die Dosierung der Ölzufuhr strömt das Öl zur Düse und wird von der Verdüsungsluft aerosolfein zerstäubt.
Die äusseren Randzonen des aerosolfeinen Gemisches wer den in den aerodynamischen Wirbel hineingetragen und rotieren mit ihm mit der bereits beschriebenen hohen Geschwindigkeit.
Sofort nach dem Zünden brennt der Wirbel, woraus folgt, dass in der Reaktionskammer eine rotie rende Vorflamme brennt und durch deren Wärme die eingedüsten Kohlenwasserstoffe, die diese Flamme durchströmen, sofort und völlig auf kürzestem Wege vergast.
Die Vergasungsreaktion kann bei der beschrie benen hohen Turbulenz bereits bei einer kleineren Vorrichtung innerhalb einer Wegstrecke von 20 mm beendet sein. Aus der Brennermündung strömt sofort nach dem Zünden aus kaltem Zustand eine reine, blaue Gasflamme ohne eine Spur von leuchtenden Ske letten oder nach Veränderung der Relativgeschwindig keit zwischen Verdüsungsluft und angesaugter Teilver- brennungsluft ein Gas,
das durch Regulieren der einge düsten ölmengs auf verschiedene Sättigungsgrade oder Dichte gebracht werden kann. Das Gas ist für die ver schiedensten Brennzwecke verwendbar und eignet sich zum Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen, vorzüb lich, da es nicht heiss ist. Es ist vor Eintritt in den Motor oder die Turbine auf die nötige Luftsättigung zu bringen.