CH682765A5

CH682765A5 - Brenner mit torusförmiger, zyklonischer Gasführung.

Info

Publication number: CH682765A5
Application number: CH209192A
Authority: CH
Inventors: Edwin Tosch; Rudolf Mueller
Original assignee: Rudolf Mueller
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 1993-11-15
Also published as: DE4319775A1

Description

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CH 682 765 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner mit torusfömiger, zyklonischer Gasführung, bestehend aus einem, mit einem Gebläse in Verbindung stehenden, äusseren Rohr mit einer senkrecht zu dessen Längsrichtung verlaufenden, ringförmigen Trennwand und einem in Strömungsrichtung der primären Zufuhrluft vor der Trennwand gelegenen, zentrisch im äusseren Rohr gelagerten Brennerkopf mit diversen Zufuhröffnungen, in dem mindestens eine Brennerdüse und eine Zündelektrode angeordnet sind.

Ein Brenner, der eingangs genannten Art, ist aus der US-A 5 085 577 bekannt. Der in diesem Patent beschriebene Brenner, beziehungsweise Brennerkopf ist eine Low-NOx-Ausführung. Diese Brenner haben sich prinzipiell bewährt. Wie die Betriebserfahrungen gezeigt hat, sind die Brennerkammer der verschiedenen Kesselhersteller stets von unterschiedlicher Geometrie. Die Rauchgasanalysewerte haben gezeigt, dass die Geometrie der Brennerkammer der verschiedenen Kesseltypen zu stark variierenden Werte führt, die bei manchen Kesseltypen sogar unbefriedigend sein können. Die Geometrie der Brennerkammer beeinflusst den Verlauf der rezirkulierenden Rauchgase und damit auch das Flammenbild. Der Verlauf der rezirkulierenden Rauchgase, wirkt sich auch auf das Streubild der Zerstäuberdüse aus, wodurch beispielsweise die Öltröpfchen teilweise zu stark gestreut werden, unvollständig verbrennen und somit zu einem erhöhten CO-Wert führen.

Die Geometrie der Brennerkammer beeinflusst wesentlich die Rezirkuiierung der heissen Brenngase. Ist diese Rezirkulationsströmung gering, so erwärmt sich die ringförmige Trennwand im äusserem Rohr ungenügend, so dass sich Russ- oder Koksablagerung bilden.

Es ist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner, der eingangs genannten Art, derart zu verbessern, dass die Rezirkulation der Verbrennungsgase in erheblich geringerem Masse von der Geometrie der Brennerkammer abhängig ist.

Diese Aufgabe löst ein Brenner der eingangs genannten Art dadurch, dass in Strömungsrichtung der primären Zufuhrluft nach der ringförmigen Trennwand, unter Freilassung eines Ringspaltes ein konusförmiger Leitring vorgesehen ist, der mit seiner kleineren Öffnungfläche zur Trennwand gerichtet ist, und mindestens teilweise innerhalb des äusseren Rohres zentrisch in diesem liegt. Hierdurch lässt sich eine exakte Trennung der aus der Zerstäuberdüse austretenden Öltropfen beziehungsweise der Brennerflamme und der rezirkulierenden Verbrennungsgase herbeiführen. Die optimale Verbrennungswerte lassen sich nun jeder Brennerkammergeometrie anpassen, in dem man das äussere Rohr verlängert oder verkürzt, beziehungsweise den Leitring in bezug auf das äussere Rohr in seiner Lage verändert. Die verschiedenen, optimalen Einstellungen lassen sich für die verschiedenen Fabrikate der Kesselhersteller bestimmen.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäs-sen Brenners und

Fig. 2 ein Detail des Brenners nach Fig. 1 in grösserem Massstab dargestellt, sowie

Fig. 3 eine Variante mit gewölbter Wandung eines Leitringes

Fig. 4 in der Ansicht von der Brennerkammer und im Längsschnitt.

Im konventionellen Brennergehäuse 11 ist ein herkömmliches Brennergebläse, sowie eine Dosierpumpe für das Heizöl untergebracht. Über ein Brennerrohr, hier das äussere Rohr 10, gelangt die sekundäre Luft B in die Brennerkammer des Heizkessels 12. Die Verbindung erfolgt mittels eines Flansches 13. Über eine Zuleitung 15 wird das Heizöl von der Förderpumpe im Brennergehäuse 11 zur Düse 8 gefördert. Die Brennerdüse 8 ist in einem Brennerkopf 5 untergebracht. Der Brennerkopf 5 lagert zentrisch im äusseren Rohr 10. Der Brennerkopf 5 ist an der zum Brennergehäuse 11 hin gerichteten Seite geschlossen. Innerhalb des Brennerkopfes 5 ist eine Stauscheibe 17 angeordnet. Diese hat einerseits eine zentrische Blende, durch welche das zerstäubte Heizöl hindurchtritt und andererseits eine Vielzahl verschiedener Luftströmungsschlitze, durch die ein Teil der Primärluft 14 hindurchströmt. Der Hauptstrom der Primärluft 14 umströmt jedoch den Brennerkopf 5, welcher vor der Stauscheibe 17 endet. So gelangt die Luft in einer turbulenten Strömung durch den Spalt zwischen dem Brennerkopf 16 und der ringförmigen Trennwand 9 und vermischt sich mit dem entzündeten Zerstäubungsstrahl und führt so die erforderliche Menge Sauerstoff der Flamme zu. Zwischen dem Brennerkopf 16 und dem äusseren Rohr 10 können verschiedene Strömungslamellen 18 vorgesehen sein. Die bisher beschriebene Vorrichtung entspricht dem Brennerkopf entsprechend dem amerikanischen Patent Nr. 5 085 577.

Der über die ringförmige Trennwand 9 hinausragende Teil des äusseren Rohres 10 beinhaltet den erfindungsgemässen Leitring 1. Dieser Leitring 1 ist konisch gestaltet und zentrisch im äusseren Rohr 10 gehalten. Die kleinere Grundfläche des konischen Leitringes 1 ist zur Düse 8 hin gerichtet. Die grössere Grundfläche des konischen Leitringes 1 weist zur Brennkammer des Heizkessels 12. Der Leitring 1 ist in der dargestellten Ausführung mittels Stege 2 distanziert an der ringförmigen Trennwand 9 gehalten. Die distanzierte Halterung des Leitringes 1 garantiert, dass die rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 durch den ringförmigen Spalt zwischen der Trennwand 9 und dem Leitring 1 in den inneren Bereich des Leitringes 1 einströmen können. Damit die Strömung, der vom Brennerkopf 5 kommenden Mischung von Primärluft und Öltröpfchen vom Leitring nicht gestört werden, sollte der Durchmesser der kleineren Öffnungsfläche des konischen Ringes 1 mindestens gleich gross, wie die Weite der Öffnung der ringförmigen Trennwand 9 sein. Der Durchmesser der grösseren Öffnungsflä5

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che des konischen Leitringes 1 ist kleiner als der Durchmesser des äusseren Rohres. Dies ist nicht zwingend, weil der Leitring 1 nicht vollständig innerhalb des äusseren Rohres 10 zu liegen hat. In den meisten Fällen wird man jedoch den konischen Leitring 1 vollständig innerhalb des äusseren Rohres 10 anordnen. Auch die Verbindung des Leitringes 1 über Stege 2 in der ringförmigen Trennwand 9 ist nicht unbedingt erforderlich. Insbesondere wenn der Leitring 1 relativ gross und nicht vollständig innerhalb des äusseren Rohres 10 angeordnet ist, kann die Verbindung des konischen Leitringes 1 auch über Stege 2 mit dem äusserem Rohr 10 erfolgen. Ein strömungstechnisch günstiges Verhalten stellt sich dann ein, wenn die minimale ringfömige Spaltfläche zwischen dem konischen Leitring 1 und dem äusseren Rohr 10 grösser ist, als die ringförmige Spaltfläche zwischen dem konischen Leitring 1 und der ringförmigen Trennwand 9. Ebenfalls strömungstechnisch bedingt, ist es vorteilhaft den Öffnungswinkel des konischen Leitringes 1 mindestens dem Öffnungswinkel des Flammenstrahles in diesem Bereich entsprechend zu gestalten. Besonders vorteilhaft ist es ferner, den konischen Leitring 1 auf der Innenseite des kleinen Durchmessers mit einer Abrisskante 6 zu versehen. Hierdurch werden die rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 entlang der Innenfläche des konischen Leitringes 1 in eine turbulente Strömung gebracht, die eine besonders stabilisierte Flamme ergibt.

Die Wirkung eines Brenners mit dem erfindungs-gemässen konischen Leitring 1 ist ausserordentlich vielfältig und erstaunlich. Primär führt der konische Leitring 1 zu einem stabileren Flammbild der Flamme 3 und einer gleichmässigeren Rückführung der rezirkulierenden Verbrennungsgase 4. Die früher oftmals auftretende Vermischung wird fast vollständig unterbunden. Der Anteil der Öltröpfchen, die die Tendenz haben aus der Flamme auszutreten, ist erheblich reduziert. Diese führten bisher oftmals zu einer unvollständigen Verbrennung und damit zu einem Anstieg des CO-Gehaltes. Der konische Leitring 1, der vorzugsweise als Metall gefertigt ist, stellt sich auf eine Temperatur von zirka 400-600 Grad Celsius ein, so dass die wenigen aus dem Strahl austretenden Öltröpfchen, die auf den Leitring 1 auftreffen, vergast werden und diese Gase durch die turbulente Strömung in den Flammenbereich geführt werden, so dass die Verbrennung annähernd ohne CO-Gehalt erfolgt.

Der konische Leitring 1 führt die heissen, rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 auch bis an die ringförmige Trennwand 9 und vermeidet so, dass hier eine Russ- oder Koksablagerung stattfindet.

Die Stabilisierung der Flamme 3 durch den konischen Leitring 1 vermindert auch die Tendenz, dass Schwingungen in der Brennkammer des Kessels auftreten. Damit wird auch die Lärmentwicklung reduziert.

Die rezirkulierenden Verbrennungsgase 4 lassen sich durch den konischen Leitring 1 so beeinflussen, dass dieser die optimale Temperatur erreicht, die einen möglichst optimalen NOx-Wert garantieren. Dies lässt sich insbesondere auch beeinflussen, in dem man auf der Innenseite des Leitringes

1 eine Abrisskante 6 anbringt, die eine entsprechende, turbulente Strömung der Gase verursacht.

Prinzipiell lassen sich, sowohl die Dimensionen des wärmefesten, äusseren Rohres 10, als auch des konischen Leitringes und ferner die relative Anordnung dieser Teile zueinander variieren. Empirisch wird man für jeden Heizkessel die optimale Auslegung feststellen und den Heizungsmonteur entsprechend beliefern, nach den von ihm mitgeteilten Daten.

Erstaunlicherweise hat man zudem festgestellt, dass mit dem so verbesserten Brenner der Anfahr-russstoss stark vermindert werden konnte. Dies konnte nur empirisch festgestellt werden, eine physikalische Erklärung hierfür ist dem Anmelder nicht bekannt, doch wird vermutet, dass die bessere Zerstäubung eine bessere Verbrennung beim Start des Brenners bewirken.

Eine weitere Einflussgrösse neben den geometrischen Bedingungen des konischen Leitringes und des äusseren Rohres 10, besteht noch in der Variation der Grösse des ringförmigen Spaltes zwischen dem konischen Leitring 1 und der ringförmigen Trennwand 9.

Zu den möglichen Änderungen in der Geometrie des Leitringes allein, wird auf die Fig. 3 und 4 hingewiesen. Hier ist die Wandung des konischen Leitringes gegen innen eingewölbt.

Claims

Patentansprüche

1. Brenner mit torusförmiger, zyklonischer Gasführung, bestehend aus einem mit einem Gebläse in Verbindung stehenden, äusseren Rohr (10) mit einer senkrecht zu dessen Längsrichtung verlaufenden, ringförmigen Trennwand (9), einem in Strömungsrichtung der primären Zufuhrluft (14) vor der Trennwand (9) gelegenen, zentrisch im äusseren Rohr (10) gelagerten Brennerkopf (5) mit diversen Luftzufuhröffnungen, in dem mindestens eine Brennerdüse (8) und eine Zündelektrode angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der primären Zufuhrluft (14) nach der ringförmigen Trennwand (9), unter Freilassung eines Ringspaltes, ein konischer Leitring (1) vorgesehen ist, der mit seiner kleineren Öffnungsfläche zur Trennwand (9) gerichtet ist, und zentrisch mindestens teilweise innerhalb des äusseren Rohres (10) liegt.

2. Brenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der kleineren Öffnungsfläche des konischen Leitringes (1) mindestens gleichgross wie die Weite der Öffnung in der ringförmigen Trennwand (9) ist.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der grösseren Öffnungsfläche des konischen Leitringes (1 ) kleiner als der Durchmesser des äusseren Rohres (10) ist.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Leitring (1) vollständig innerhalb des äusseren Rohres (10) liegt.

5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Leitring (1) aus Metall besteht.

6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass der konische Leitring (1) über Stege (2) an der ringförmigen Trennwand (9) gehalten ist.

7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Leitring (1) über Stege am äusseren Rohr (10) befestigt ist.

8. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale ringförmige Spaltfläche zwischen dem konischen Leitring (1) und dem äusseren Rohr (10) grösser ist, als die Fläche des Ringspaltes zwischen dem konischen Leitring und der ringförmigen Trennwand (9).

9. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Leitring (1) auf der Innenseite des kleineren Durchmessers eine, eine turbulente Strömung verursachende, Abrisskante (6) aufweist.

10. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Leitring (1) gegen innen gewölbt ist.

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