CH642731A5

CH642731A5 - Verfahren zum verbrennen fluessigen brennstoffes und brenner zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH642731A5
Application number: CH724679A
Authority: CH
Inventors: Siegfried Schilling
Original assignee: Oertli Ag
Priority date: 1978-08-21
Filing date: 1979-08-07
Publication date: 1984-04-30
Also published as: DK346279A; DE2836534C2; FR2434336A1; JPS5541393A; GR66836B; US4295821A; BE878320A; GB2028997B; FR2434336B1; GB2028997A; ES483968A1; DE2836534A1; IT1124163B; SE7906854L; FI65322C; FI792527A; FI65322B; IT7912717A0; NL7906326A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbrennen flüssigen Brennstoffes in einer Anlage mit mindestens einem Zerstäuber, unter Verwendung von Verbrennungsluft aus einem Niederdruckgebläse sowie ein Brenner zur Durchführung des Verfahrens mit einer Drallzerstäuberdüse, einem der Düse nachgeschalteten Flammenhalter sowie einem Verbrennungsluftzufuhrrohr, in welchem die Düse koaxial angeordnet ist.

Ein derartiges Verfahren ist durch die DE-OS 2542719 bekanntgeworden, das wie folgt funktioniert. Die von einem Verdichter geförderte Verbrennungsluft gelangt in einen Ringraum. Der grösste Teil dieser Verbrennungsluft strömt unmittelbar in eine Mischzone, die zwischen einem Flammrohrund einem Verdampfer vorgesehen ist. Der geringere Teil der Verbrennungsluft, beispielweise 10 % der Gesamtverbrennungsluft, gelangt in den zentralen Kanal des Verdampfers, wo sie durch eine

Zerstäuberdüse eingespritzten Brennstoff aufnimmt. Ein geringer Teil dieses Brennstoffes vermischt sich mit der Luft, während die grössere Brennstoffmenge auf den Boden eines Verdampfertopfes gelangt, hier verdampft und in die darüber geführte Luft diffundiert. Das gebildete Gemisch wird in die Mischzone gefördert.

Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist, dass starke Richtungsänderungen der strömenden Medien in Kauf genommen werden müssen. Gleichbedeutend ist dies mit einem hohen Druckverlust. Schwierigkeiten ergeben sich beim Anfahren der Anlage aus dem kalten Zustand, da die brennstoffaufnehmenden Teile zunächst auf die Verdampfungstemperatur des Brennstoffes gebracht werden müssen. Diese Temperaturen liegen zwischen 180 und 360° C. Wegen der relativ grossen Massen der thermisch untereinander und mit anderen Brennerteilen verbundenen Verdampferteile und der äusserst geringen Wärme-Rückkopplung wird sich eine verhältnismässig hohe Aufheizzeit einstellen, die zu einer Überladung der Verdampferflächen mit Brennstoff führt, was in der Startphase eine unvollständige Verbrennung hervorruft.

Gleichwertig nachteilig ist das aufgezeigte Filmverdampfungs-verfahren in der Brennkammer nach der DE-OS 2511171. Auch hier wird die einströmende Verbrennungsluft vor dem Erreichen des Verdampferrohres geteilt, so dass nur relativ geringe Ver-brennungsluftmengen in das Verdampferrohr gelangen, so dass dem auf das V erdampferrohr aufgespritzten Brennstoff zu wenig Verbrennungsluft zur Verfügung steht, wodurch sich in diesem Bereich ein überfettetes Brennstoff-Luftgemisch ergibt. Ferner stellen sich auch hier die gleichen Nachteile während des Anfahrens wie bei der Ausführungsform nach der DE-OS 2542719 ein.

Ein Brenner, wie im Oberbegriff von Anspruch 5 dargestellt, ist in der DE-OS 2358737 beschrieben. Dieser Brenner gewährleistet ebenfalls nicht, dass eine Russbildung insbesondere beim Anfahren und Abstellen verhindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen eine nahstöchiometrische, geräuscharme Verbrennung erreicht wird, wobei beim Anfahren und Abstellen praktisch keine Kohlenwasserstoffe und kein Russ im Abgas auftreten.

Das Verfahren zum Verbrennen flüssigen Brennstoffes, welches die vorgezeichnete Aufgabe erfüllt, ist dadurch gekennzeichnet, dass man 20-40 Gew.-% des gesamten zerstäubten Brennstoffes auf einem thermisch entkoppelten Wärmeleiter auffängt, ihn dort verdampft und mit Verbrennungsluft mischt und verbrennt, das Ganze derart, dass die Verbrennungsanlageteile nach deren Abstellen russfrei sind und der 02-Gehalt der Verbrennungsgase unter 10,1 Vol.-% liegt.

Ein Brenner zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Flammenhalter ein thermisch entkoppelter rohrähnlicher Verdampfereinsatz als Wärmeleiter nachgeschaltet ist, dessen innerer Strömungsquerschnitt stromab venturirohrähnlich erweitert ist.

Durch den aufgezeigten Lösungsweg ergibt sich erfindungsge-mäss ein thermisch weitgehend isolierter Verdampfereinsatz, der nach ganz kurzer Anfahrzeit, die z. B. kleiner oder gleich 100 sek, vorzugsweise bis gegen 20 sek, beträgt, die erforderliche Betriebstemperatur aufweist, wodurch eine Überladung der Verdampfer-Oberfläche mit Brennstoff vermieden wird, so dass beim Anfahren und Abstellen praktisch keine Kohlenwasserstoffe bzw. kein Russ im Abgas auftreten. Ausserdemist eine äusserst wirksame Wärme-Rückkoppelung mit der Flamme gegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ausführungsformen des erfindungsgemässen Brenners werden im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Brenner mit einem

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

venturiähnlichen Wärmeleiter zur Brennstoffverdampfung;

Fig. 2 eine Variante der Ausführung im Längsschnitt gemäss Fig. 1, mit stufenweise abgesetzter Innenfläche des Wärmeleiters;

Fig. 3 einen Wärmeleiter in der Ausführung nach Fig. 1 im Längsschnitt;

Fig. 4 eine Ansicht auf den Wärmeleiter nach Fig. 3 von vorne ;

Fig. 5 eine weitere Variante der Ausführung gemäss Fig. 1 im Längsschnitt;

Fig. 6 eine Ansicht auf den Wärmeleiter nach Fig. 5 von vorne;

Fig. 7 eine Variante der Ausführung nach Fig. 5 im Längsschnitt;

Fig. 8 eine Ansicht auf den Wärmeleiter nach Fig. 7 von vorne;

Fig. 9 eine Variante zur Ausführung nach Fig. 1 mit am Austritt des Wärmeleiters rippenbefestigter Prallscheibe;

Fig. lOeinenTeil der Ansichtauf den Wärmeleiter nach Fig. 9 von vorne;

Fig. 11 eine rein schematische Darstellung der angenommenen Strömungsformen am Brenner im Längsschnitt, und

Fig. 12 ein Diagramm zur Darstellung des Anteils an Russ bzw. CH-Verbindungen in Funktion der 02-Menge, in Vol.-% in den Abgasen mit und ohne Wärmeleiter.

Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen Brenner dar.

Dieser weist ein Düsengestänge 3 bekannter Art, mit einer Dralldüse 4 auf, welche einen Hohlzerstäuberkegel erzeugt. Dies ist in Form eines Tropfengemisches 6 ersichtlich.

Gleichachsig mit dem Düsengestänge 3 und der Dralldüse 4 ist ein Brennerrohr 8 vorgesehen, durch welches die Verbrennungsluft in ihrer Gesamtheit zuströmt. Diesem nachgeschaltet ist ein Verdampfereinsatz 10 mit einem konvergenten Einlaufteil 12 und anschliessendem Diffusor 13. Die ringförmige Wand des Diffusors 13 ist mit Bohrungen 15 versehen. Der Verdampfereinsatz 10 wird von einem Halterohr 16 umgeben. Der Verdampfereinsatz 10 ist mittels zweier Isolierringe 18 und 19 thermisch entkoppelt, derart, dass im Verdampfereinsatz 10 einmal eingebrachte Wärmeenergie nicht durch die Metallteile, wie Brennerrohr 8 und Halterohr 16, abströmen kann. Zwischen dem Verdampfereinsatz 10 und dem Halterohr 16 wird ein Ringraum 21 gebildet. Der Dralldüse 4 unmittelbar nachgeschaltet, befindet sich ein Flammenhalter 22 mit einem Lochboden 23, wie dies bei Brenneranlagen bekannt ist. Die durch das Brennerrohr 8 zuströmende Verbrennungsluft gelangtzum Teil durch den Lochboden 23 zum Tropfengemisch und zum Teil durch einen Luftringkanal 25, welcher aussen durch das vordere Ende des Brennerrohres 8 und das hintere Ende des Verdampfereinsatzes 10 bzw. des Isolationsringes 18 begrenzt ist und innen durch den Flammenhalter 22. Durch dessen vordere imaginäre Abschlussebene strömt die ganze Verbrennungsluft mit dem ganzen Brennstoff durch. Es sind rein schematisch ein Flammenkegel 26 sowie die äussersten Brennstoffkegelmantellinien 28 und die innersten 30 dargestellt. Als Fortsetzung des Flammenkegels 26 ist die Flamme 32 stilisiert wiedergegeben.

Im Betrieb des Brenners, wie er beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, spielt sich folgendes ab:

Wenn der Brenner 1 in Betrieb genommen wird, so liefert das Gebläse die Verbrennungsluft, welche durch das Brennerrohr 8 strömt. Ein Teil gelangt durch den Lochboden 23 in den Flammenhalter 22, während der Rest der Luft den Flammenhalter 22 umströmt, um sich anschliessend wiederum mit der Luft, welche den Flammenhalter durchströmt, zu vereinen. Die Zündanlage befindet sich ebenfalls im Betrieb (nicht dargestellt). Nun wird Brennstoff gefördert und in der Dralldüse 4 zerstäubt. Vor dem Austritt des Tropfengemisches wird dieses mit Pressluft vermischt. Entsprechend der Düsenkonstruktion kann, wie im vorliegenden Fall Fig. 1 zeigt, das Tropfengemisch einen Hohlkegel darstellen. Dieses Gemisch wird ausserhalb der Dralldüse gezündet, wobei sich ein Flammenkegel 26 bildet. Bedingt durch die Formwiderstandsbeiwerte der grösseren Tropfen, befinden

642 731

sich diese insbesondere im äusseren Teil des Kegelmantels und gelangen daher nach Durchstossen des entsprechenden Tropfen-Luft-Flammengemisches auf den durch die Flamme sehr schnell erhitzten Verdampfereinsatz 10, auf welchen sie sich absetzen und verdampfen. Der Verdampfereinsatz 10 ist bezüglich Länge H so konzipiert, dass die innersten Tropfen entsprechend der Hohlkegelform 6 noch auf den Verdampfereinsatz 10 auftreffen können. Im allgemeinen ist dies nicht der Fall, da diese feinen Tropfen vorher ausbrennen. Durch den hintersten Kranz von Öffnungen 15 gelangt Verbrennungsluft auch in den Ringraum 21, von wo sie durch die Kränze der Öffnungen 15 im Diffusor 13 in diesen hineinströmt und dem im wandnahen Bereich des Verdampferereinsatzes 10 vorhandenen Gemisch den zur Verbrennung nötigen Sauerstoff liefert. Es entsteht dann ungefähr eine Flamme 32 von der angegebenen Form. Bei diesem Brenner ist wesentlich, dass nach seinem Abstellen keine Russspuren auf irgendeinem der Teile zu finden sind, insbesondere auch nicht am Verdampfereinsatz 10. Dieser ist so konzipiert, dass der Abstand h von der Mündung der Düse 4 zum nahesten Berührungsort der äussersten Brennstoffkegel-Mantellinie 28, grössenord-nungsmässig gleich ist wie die Länge H des Verdampfereinsatzes 10. Im vorliegend gezeichneten Falle ist dieses Verhältnis H : h ~ 1,25. Die entsprechenden Querschnittsflächen f und F verhalten sich F : f ~ 2:1. Es kann aber auch H : h ~ 1 werden.

Dadurch, dass der Verdampfereinsatz 10 von den übrigen Teilen des Brenners durch die beiden Isolationsringe 18 und 19 wärmeisoliert oder thermisch entkoppelt ist, verbleibt die durch die Flamme an den Einsatz 10 übertragene Wärme in diesem und kann nicht durch die übrigen bzw. in die übrigen Metallteile abströmen. Daher wird dieser Einsatz 10 sehr schnell erwärmt und behält seine Temperatur praktisch bei. Er erleidet, wie a. W., durch die Verdampfung der aufschlagenden Tropfen des Brennstoffgemisches keine Abkühlung, so dass die Tropfenverdampfung äusserst intensiv erfolgt. Auch materialmässig ist der Verdampfereinsatz 10 so ausgebildet, dass die düsennäheren Gebiete mehr Material aufweisen und mithin eine grössere Wärmekapazität beinhalten als das vordere Ende des Verdampfereinsatzes 10. Eine Entkopplung des Verdampfereinsatzes 10 erfolgt aber auch noch durch die Schutzwirkung des Halterohres 16 durch den Ringraum21 und zu einem gewissenTeil ebenfalls durch das Brennerrohr 8.

Das Material, am besten Silizium-Nitrid, möglicherweise auch Alu-Titanat oder Glas des Verdampfereinsatzes 10 weist eine gewisse Porosität auf, wodurch die Benetzungseigenschaft durch die an der Verdampfereinsatzoberfläche zur Wirkung gelangenden Kapillarkräfte verbessert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass auftreffende Flüssigkeitstropfen an der elativ heissen Oberfläche des Verdampfereinsatzes 10 zerfliessen und nicht in Form des Leidenfrostphänomens als dampfumhüllte Kügelchen abprallen und in den Feuerraum geschleudert werden.

Der in Fig. 2 analog der Fig. 1 dargestellte Brenner 35 ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie derjenige nach Fig. 1. Nur der Verdampfereinsatz 37 weist innere Stufen 38 und äussere Stufen 39 auf. Es ist hier u.a. ebenfalls ein an einem äusseren Dichtungsflansch 41 anliegender Isolationsring 19 vorgesehen.

Durch diese Stufung wird die aktive Oberfläche für die Verdampfung vergrössert und gleichzeitig die Wirbelbildung zwecks Gemischverbesserung verbessert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen den Aufbau des Verdampfereinsatzes 10, der aus vier gleichen Teilen zusammengesetzt ist und durch das Halterohr 16 radial und die Rohre 8 und 16 axial gehalten wird. Es ist auch die ungefähre Verteilung der Bohrungen 15 ersichtlich. Die Einsatzsektoren sind mit 43 bis 46 bezeichnet.

Die Ausführung eines Brenners gemäss den Fig. 5 und 6 zeigt einen Verdampfereinsatz 50 mit einem konvergenten Einlaufteil 51 und einem Diffusor 52. Dessen gezahnte Innenwand 54 erlaubt eine wesentliche Vergrösserung der aktiven Oberfläche bei gleichem Grunddurchmesser des Verdampfereinsatzes.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

642 731

In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Möglichkeit der Ausführung eines Verdampfereinsatzes 57 dargestellt, welcher entweder mit Rippen 58 von eher zahnartigem Querschnitt oder mit runden Rippen 59, wie sie Fig. 8 zeigt, ausgerüstet sein kann. Auch diese Konstruktion weist relativ zu ihrem Durchmesser eine grosse innere Verdampferoberfläche auf. Im übrigen ist der Brenner gleich aufgebaut und funktioniert grundsätzlich gleich wie derjenige gemäss den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 6.

Bei der Ausführung nach den Fig. 9 und 10 ist der Verdampfereinsatz 62 über Rippen 63 mit einem Prallkörper 64 versehen. Dieser Prallkörper 64 dient der Verkürzung der Flamme. Im übrigen ist auch diese Variante im Betrieb ähnlich wie die vorhergehenden.

Die rein schematische Fig. 11 zeigt einen Teil eines Brennerrohres 70, einen Flammenhalter 71 mit einem Flammenkegel 72 sowie einen Flammenkörper 74 mit Flammenbauch 75. Im Bereich des Flammenbauches 75 sind Randwirbel 77 dargestellt. Im normalen Betrieb ergibt sich sichtbar ungefähr dieses Bild an Brennern gemäss den vorbesprochenen Figuren.

Im Diagramm gemäss Fig. 12 sind Versuchsreihen mit erfin-dungsgemässen Brennern, wie sie vorbeschrieben wurden, aufgezeichnet. Dabei wurden Vergleichsmessungen mit und ohne Verdampfereinsatz gefahren. Die beiden Arbeitsbereiche sind mit I ohne Verdampfer und II mit Verdampfer gekennzeichnet. Aus diesen Versuchen geht hervor, dass der überschüssige Sauerstoffgehalt im Bereich von ungefähr 2 bis nicht ganz 9 Vol.-% im Abgas ein völlig russfreies sowie ein kohlenwasserstoffreies Arbeiten erlaubt, im Gegensatz zum Betrieb ohne Verdampfer, in welchem diese Bedingung nur bei einem Sauerstoffgehalt von 6 % erreicht wird, während im normalen Arbeitsbereich eine gewisse, wenn auch geringe, Russmenge entsteht. Ausserhalb dieser Sauerstoffgehalte steigen im unteren Bereich die Russzahlen sehr steil an, während im oberen Bereich die Kohlenwasserstoffanteile in den Rauchgasen zunehmen. Daraus ist der grosse Vorteil und die sehr grosse Wirkung bezüglich Umweltschutz durch Abgase und bezüglich Verbrennungswirkungsgrad ersichtlich, welche mit dem Verdampfer, wie ihn die erläuterten Brenner vorsehen, erreicht werden.

Der auf die Oberfläche eines Verdampfereinsatzes auftreffende Brennstoffanteil soll mindestenbs 20 Gew.-%, jedoch nicht mehr als 40 % des Gesamtdurchsatzes betragen. Mit der max. Begrenzung ist sichergestellt, dass die Verbrennung bei Kaltstart nicht mit zu hohem Luftüberschuss abläuft und damit Kohlen-Wasserstoffe im Abgas nachweisbar werden.

Naturgemäss werden die auf dem Rand des Sprühkegels liegenden grossen Tropfen wegen ihrer relativ hohen kinematischen Energie den Luft- bzw. Gasstrom durchschlagen und auf die Verdampferwandung auftreffen.

Diese Tropfen sind bei der Verwendung üblicher Mischeinrichtungen für das Zustandekommen der Randnebelfelder des Brennstoffes an der Flammenwurzel bzw. dem Flammenbauch verantwortlich (Fig. 11).

Die feinen und feinsten Tropfen des Kollektives vermischen sich unmittelbar hinter dem Flammenhalter mit der Luft und reagieren mit dem Sauerstoff, wobei ihr Abbrand auf dem Wege durch den Verdampfereinsatz erfolgt. Die freiwerdende Wärme wird zum Teil durch Strahlung und Konvektion an die Wandung übertragen, die sich auf über 500° C aufheizt.

Am Flammenhalter entsteht ein leuchtender Flammenkegel, der sofort nach Brennerstart das erforderliche Licht für die Belichtung einer normalen fotoelektrischen Flammenüberwachung liefert.

Die Stabilität des Flammenkegels wird durch den max. möglichen Luftimpulsstrom sichergestellt. Hierzu wird die gesamte Verbrennungsluft durch die Ebene A-A geführt.

Die Verdampferoberfläche wird in Haupt-Strömungsrichtung vom Brennstoff unterschiedlich beaufschlagt. So nimmt die Beaufschlagung mit zunehmendem Abstand von der Düse ab und die Wandtemperatur des Einsatzes zu.

Der Verdampfereinsatz ist so ausgebildet, dass genügend Wärme durch Leitung in das Gebiet der Oberfläche mit den grösseren Brennstoff-Massenstromdichten fliesst. Dabei werden 5 die Kontaktstellen des Verdampfereinsatzes mit den Stütz- und Schutzelementen thermisch entkoppelt.

Für das rückstandslose Abdampfen des Brennstoffes ist ausser einer genügend hohen Temperatur eine ausreichende Sauerstoffkonzentration in Wandnähe erforderlich.

10 Diese wird mit der Ausführung des Verdampfereinsatzes dadurch sichergestellt, dass die Verbrennungsluft nach Austritt aus der Ebene A-A vom äuseren Rand des Flammenhalters über oder über und durch die innere Wandung des Verdampfereinsatzes geführt wird. Hierbei vermischt sich die vorbeiströmende 15 Luft mit dem Brennstoffdampf; vorwiegend ist dies der Dampf der niedersiedenden Fraktionen. Ein Teil des Luftsauerstoffes reagiert mit den höhersiedenden Fraktionen an der Oberfläche des Verdampfereinsatzes.

In Versuchen zeigte es sich, dass auch die Brennstoffteile 20 abdampften bzw. mit dem Sauerstoff reagierten, die mehrere Millimeter tief in die feinen Poren des Wandmaterials des Verdampfereinsatzes eingedrungen waren. Diese Beobachtung lässt sich mit der Porendiffusion von Oz in porösen festen Brennstoffen deuten.

25 Durch Optimierung des Verdampfereinsatzes wird nun aber sichergestellt, dass dieser in kürzester Zeit nach Brennerstart eine Temperatur annimmt, die oberhalb der Siedetemperatur des Brennstoffes liegt.

Der Aufheizvorgang des Verdampfereinsatzes kann wegen 30 seinen relativ geringen Massen in erster Näherung mit einer Differentialgleichung 1. Ordnung beschrieben werden, deren Lösung nachstehende Exponential-Funktion liefert:

t t

35

, = - (fti - -&o)e T- x (l - e T )

40 Hierin-bedeuten:

■0-w zeitabhängige Wandtemperatur

■öl Gastemperatur aus Austritt des Verdampfers

Wandtemperatur bei Start (t = 0) h Temperaturminderung durch Brennstoffverdampfung 45 x Zeitkonstante

Es wird dabei auf die Zeitkonstante Einfluss genommen, da die Temperaturen durch die Betriebsweise in der Regel festgelegt sind.

Für die Zeitkonstante kann geschrieben werden (s. Eckert, 50 Wärmelehre):

V • c • q 2,11 • c • Q • Qv3

a • u • 1

a3 • X ■ 1 • Aftk3

55 wobei im Wert V allfällige Rippen des Verdampfereinsatzes berücksichtigt werden.

Hierin bedeuten:

c spez. Wärmekapazität des Werkstoffes

0 Dichte des Werkstoffes

60 X Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes a Wärmeübergangszahl (Flammenkern Wand)

u effektiver Umfang des Einsatzes

1 effektive Länge des Einsatzes Qv Verdampferleistung

65 A#k Temperaturdifferenz ('ö'r'&k) nach t —>°o

■frk Wandtemperatur an der Stelle mit der höchsten Brennstoff-Massenstromdichte S Querschnittsfläche des Einsatzes.

642 731

Mit der festgelegten Verdampferleistung Qv wird die Zeitkonstante besonders stark durch die Wahl des effektiven Umfanges |x sowie durch Beeinflussung des Wärmeüberganges a minimiert. Die Wahl des Werkstoffes ist aus Festigkeits-, Korrosions- und Fertigungsgründen eingegrenzt.

Von den drei erwähnten Materialien, Silizium-Nitrid, Alu-Titanat und Glas eignet sich eindeutig das Silizium-Nitrid am besten. Neben seinen thermischen Eigenschaften lässt es sich ausgezeichnet verarbeiten, wie pressen, ziehen und giessen und ist damit einer optimalen Formgebung zugänglich.

So kann zur Minimierung der Aufheizzeit der innere effektive Umfang [i des Verdampfereinsatzes durch Berippung oder Profilierung vergrössert werden.

Weitere Massnahmen zur Verkleinerung der Aufheizzeit können darin gesehen werden, dass die Oberfläche des Einsatzes stufenförmig ausgebildet wird, was zur Vergrösserung der effektiven Länge 1 bei Wahrung einer Grundlänge führt.

Weiterhin bewirken die Abstufungen Ablösungen der Strömung in der Grenzschicht und damit eine Anhebung des Wärmeüberganges a.

Durch einen geringen technischen Aufwand wird dadurch unter Beibehaltung des eingeführten Verbrennungsprinzipes über Öldruckzerstäubung die Verbrennungsqualität weitge-hendst von der Steuerung der Ölnebelqualität sowie von der Geometrie und den thermodynamischen Verhältnissen des Feuerraumes unabhängig gemacht. Ferner wird die Verrussung funktionswichtiger Bauteile wie Flammenhalter und dgl. ausgeschlossen. Es wird eine gute Verbrennungsqualität im Leistungsbereich unter 2 kg/h bei Öldrücken <7 bar unter Verwendung einer üblichen fotoelektrischen Flammenüberwachung erzielt. Auch werden durch einfache Massnahmen die instationären Betriebszustände beherrscht.

Im Sinne der vorstehenden Ausführungen werden mit einer zusätzlichen Brennstoffaufbereitung durch Verdampfen der grossen, auf dem Rand des Brennstoffkegels liegenden Tropfen an einer festen, von einem Oxidationsmittel (Luft) über- oder über- und durchströmten heissen Oberfläche das rückstandslose Abdampfen und Aboxidieren des Brennstoffes sichergestellt.

5 Durch die Sicherstellung eines stabilen Flammenkerns bzw. -kegels, der sofort nach Brennerstart erzeugt und aufrecht erhalten wird, wird die notwendige Wärme zum Aufheizen der Verdampferoberfläche sowie das erforderliche Licht für die Belichtung einer normalen fotoelektrischen Flammen-Überwa-xo chung geliefert.

Durch die Führung der gesamten Verbrennungsluft durch die Ebene A-A der Mischeinrichtung mit Flammenhalter, wird dort ein maximaler Luftimpulsstrom erzeugt, wobei erst nach Durchtritt durch die Ebene A-A der Luftstrom, je nach Ausführung 15 des anschliessenden Verdampfereinsatzes, in Einzelströme geteilt wird.

Durch die thermische Abkoppelung des Verdampfereinsatzes von seinen Trägerelementen, wird das zu starke Abfliessen von Wärme verhindert.

20 Durch optimale geometrische und thermodynamische Auslegung des Verdampfereinsatzes mit der Forderung,

1. nach einer minimalen, den Aufheizvorgang beschrieben, Zeitkonstante

25 V • c • Q

x = [s] und a • U • 1

2. nach einem maximalen, axialen Wärmefluss in dem Ver-30 dampfereinsatz

Qv — m.X.S.tg (m.l)A#k [w]

wobei m die Masse des Verdampfereinsatzes bedeutet, wird die 35 Verdampfungswärme an der Oberfläche mit der grössten Brenn-stoff-Massenstromdichte sichergestellt.

M

8 Blatt Zeichnungen

Claims

642 731 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Verbrennen flüssigen Brennstoffes in einer Anlage mit mindestens einem Zerstäuber, unter Verwendung von Verbrennungsluft aus einem Niederdruckgebläse, dadurch gekennzeichnet, dass man 20-40 Gew.-% des gesamten zerstäubten Brennstoffes auf einem thermisch entkoppelten Wärmeleiter auffängt, ihn dort verdampft undmit Verbrennungsluft mischt und verbrennt, das Ganze derart, dass die Verbrennungsanlageteile nach deren Abstellen russfrei sind und der Oo-Gehalt der Verbrennungsgase unter 10,1 Vol.-% liegt. „•

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den gesamten zerstäubten Brennstoff mit der gesamten Verbrennungsluft in einer gemeinsamen Ebene (A-A) zusammenführt.

3. Verfahrennach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der gemeinsamen Ebene einen Teil der Luft abzweigt und sie von aussen durch den Wärmeleiter in den Hauptstrom zurückführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man die Verbrennungsgase mit einem freien 02-Gehalt von höchstens 10 Vol.vorzugsweise zwischen 1,8-9,5 Vol.-%, speziell zwischen 2,0 und 8,8 Vol.-% abziehen lässt.

5. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Drallzerstäuberdüse, einem der Düse nachgeschalteten Flammenhalter sowie einem Verbrennungsluftzufuhrrohr, in welchem die Düse koaxial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flammenhalter (22) ein thermisch entkoppelter rohrähnlicher Verdampfereinsatz (10, 37,50,57,62) als Wärmeleiter nachgeschaltet ist, dessen innerer Strömungsquerschnitt stromab venturirohrähnlich erweitert ist.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfereinsatz (37,50,57) eine stufenförmige oder gerippte Innenfläche aufweist (Fig. 2, 5 bis 8).

7. Brenner nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Prallkörper (64) zur-Flammenverkürzung.

8. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand h Düsenmund-Aufschlagort der Mantellinie des Flüssigkeitszerstäuberkegels < ist als der Abstand H Auf schlagort-Wärmeleiteraustrittsebene (h < H).

9. Brenner nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch h:H ~ 0,8 + 1,0.

10. Brennernach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleiter aus Silicium-Nitrid besteht.

11. Brennernach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleiter zumindest teilweise eine kapillarwirkende Innenschicht aufweist.

12. Brennernach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass der V erdampfereinsatz eine Aufheiz-Zeitkonstante im B ereich 200 sec>x>20 sec aufweist.