Die Erfindung betrifft einen Brenner für flüssige Brennstoffe, mit einem einer Blendenanordnung nachgeordneten, an einem stationären, als Stützrohr ausgebildeten Stützelement festlegbaren, in einen zugeordneten Brennraum hineinragenden Flammrohr und mit einem im rückwärtigen Bereich des Flammrohrs vorgesehenen, zum Brennraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitt.
Bei den bekannten Blaubrennern oben erwähnter Art sind die bei Dauerbetrieb wirksamen Rezirkulationsquerschnitte fest. Die Rezirkulation von Verbrennungsprodukten erhöht deren Verweilzeit im Reaktionsbereich, wodurch der NOX-Anteil im Abgas abgesenkt werden kann und ist daher erwünscht. Sofern die Temperatur der über den brennraumseitig offenen Rezirkulationsquerschnitt aus dem Brennraum in den Reaktionsbereich gelangenden Verbrennungsprodukte jedoch vergleichsweise niedrig ist, kann sich dies negativ auf die Stabilität der Verbrennung auswirken. Die Temperatur der aus dem Brennraum ansaugbaren Verbrennungsprodukte ist jedoch sehr stark von der Brennraumkonfiguration abhängig und dem entsprechend von Typ zu Typ verschieden.
Bei fest vorgegebener Grösse des im Dauerbetrieb wirksamen Rezirkulationsquerschnitts muss daher aus Gründen der Betriebssicherheit eine mittlere Grösse gewählt werden. Die Folge davon ist, dass die bei hoher Abgastemperatur an sich vorhandene Möglichkeit eines hohen Rezirkulationsvolumens nicht voll ausgeschöpft wird und dass bei niedriger Abgastemperatur die Stabilität der Verbrennung gefährdet ist.
Aus der DE 3 906 854 C1 ist zwar ein Blaubrenner bekannt, bei dem der hier durch Radialbohrungen des Flammrohrs gebildete, zum Brennraum hin offene Rezirkulationsquerschnitt durch Verschieben eines auf dem Flammrohr aufgenommenen Abdeckrings ganz oder teilweise verschliessbar ist. Diese Massnahme ist hier aber nicht für den Dauerbetrieb vorgesehen, sondern dient lediglich dazu, die Kaltstarteigenschaften des Brenners zu verbessern. Im Dauerbetrieb wird der gesamte, fest vorgegebene Querschnitt der Radialbohrungen des Flammrohrs als Rezirkulationsquerschnitt wirksam. Eine Anpassung an die Verhältnisse verschiedener Brennraumtypen ist nicht vorgesehen.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Blaubrenner eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass für jeden Einsatzfall eine Optimierung der Menge der aus dem Brennraum ansaugbaren Rezirkulationsgase möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die bei Dauerbetrieb wirksame Grösse des zum Brennraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitts einstellbar ist.
Mit diesen Massnahmen werden die Nachteile der bekannten Anordnungen vollständig vermieden. Durch Einstellung des bei Dauerbetrieb wirksamen, zum Brennraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitts entfällt die Notwendigkeit für Kompromisse bei der Wahl der Grösse des genannten Rezirkulationsquerschnitts. Vielmehr kann die für jeden Brennraum optimale Rezirkulationsrate eingestellt werden. Die erfindungsgemässen Massnahmen stellen daher auch sicher, dass der erfindungsgemässe Brenner praktisch an jede Art von Brennraum optimal angepasst werden kann, was eine hohe Vielseitigkeit ergibt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Fortbildungen der übergeordneten Massnahmen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. So kann das zweckmässig unter Bildung des brennraumseitig offenen Rezirkulationsquerschnitts vom Stützelement beabstandete Flammrohr vorteilhaft mittels einer den Rezirkulationsquerschnitt überbrückenden Halteeinrichtung, die wenigstens an einer Seite einen durch eine Stift-Schlitzverbindung gegebenen Stellbereichaufweist, am Stützelement lösbar festlegbar sein. Diese Massnahmen ergeben eine besonders einfache und kostengünstige Ausführung.
Eine weitere vorteilhafte Massnahme kann darin bestehen, dass die Stift-Schlitzverbindung schräg zur Brennerachse angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Einstellung der lichten Weite des zum Brennraum hin offenen Rezirkulationsquerschnitts durch Drehung des Flammrohrs, was eine besonders hohe Bedienungsfreundlichkeit gewährleistet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Fortbildungen der übergeordneten Massnahmen sind in den restlichen abhängigen Ansprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung entnehmbar.
Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Blaubrenner und
Fig. 2 eine Teilansicht der erfindungsgemässen Flammrohrhalterung.
Der der Fig. 1 zugrundeliegende Blaubrenner enthält ein von einem stationären Gehäuseteil, hier in Form einer Montageplattform 1 abstehendes Stützrohr 2, dessen als Verbrennungsluft-Bereitstellungsraum fungierender Innenraum an ein Luftgebläse 3 angeschlossen ist. Das Stützrohr 2 umfasst ein koaxial angeordnetes, von einer Brennstoffpumpe 4 mit Brennstoff, vorzugsweise Heizöl, beaufschlagbares Brennstoffrohr 5, das an seinem vorderen Ende eine als Zerstäuberdüse 6 ausgebildete Einspritzeinrichtung trägt.
Am vorderen Ende des Stützrohrs 2 ist eine den Innenraum begrenzende Blendenanordnung 7 vorgesehen, die eine zentrale Blendenöffnung 8 aufweist, über die Brennstoff und Verbrennungsluft nach vorne austreten können. Im dargestellten Beispiel ist die Blendenanordnung 7 zweiteilig ausgebildet. Die Blendenanordnung 7 enthält hier einen äusseren, am Stützrohr 2 befestigten Blendenring mit zentraler Ausnehmung, in die ein zugeordneter Ringeinsatz mit kleinerer, zentraler Ausnehmung wahlweise einsetzbar ist. Je nach Stellung des Ringeinsatzes kommt daher entweder dessen zentrale Durchgangsöffnung oder die grössere, zentrale Durchgangsöffnung des äusseren Blendenrings als Blendenöffnung zum Tragen. Der Fig. 1 liegt eine Betriebsstellung zugrunde, bei der die kleinere Blendenöffnung in Form der zentralen Durchgangsöffnung des Einsatzrings zum Tragen kommt.
Die vorstehend umrissene Ausgestaltung der Blendenanordnung ermöglicht eine Anpassung des wirksamen Querschnitts der zentralen Blendenöffnung, an, unterschiedliche Betriebsverhältnisse. Der vorliegende Brenner ist daher zweistufig betreibbar. Zum Verstellen des genannten Einsatzrings ist diesem ein als Stelleinrichtung wirkendes Mischrohr 9 zugeordnet.
Das koaxial zur zentralen Blendenöffnung 8 angeordnete Mischrohr 9 steht von der Blendenanordnung 7 nach vorne ab und wird über die Blendenöffnung 8 mit Verbrennungsluft und Brennstoff beaufschlagt. Das Mischrohr 9 ist von einem koaxialen Flammrohr 10 umfasst, das vom Stützrohr 2 nach vorne absteht. Der Durchmesser des Mischrohrs 9 beträgt etwa die Hälfte des Durchmessers des Flammrohrs 10. Die Länge des Mischrohrs 9 entspricht maximal einem Sechstel der Länge des Flammrohrs 10. Der Durchmesser des Flammrohrs 10 kann dem Durchmesser des Stützrohrs 2 entsprechen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Flammrohrdurchmesser etwas kleiner als der Stützrohrdurchmesser. Zum Zünden einer Flamme ist eine in das Flammrohr 10 hineinragende Zündelektrode 11 vorgesehen.
Zur Beobachtung der gezündeten Flamme kann ein nach hinten aus dem Flammrohr 10 herausgeführtes Sichtrohr 12 vorgesehen sein.
Das Mischrohr 9 ist über Haltelaschen 13 am äusseren Blendenring der Blendenanordnung 7 starr befestigt. Die Haltelaschen 13 fungieren als Distanzelemente, die einen umlaufenden Spalter geben, der als innerer, d.h. zum Flammrohr hin offener Rezirkulationsquerschnitt 14 fungiert, der hier lediglich durch die Haltelaschen 13 unterbrochen ist. Zwischen dem hinteren Ende des Flammrohrs und dem benachbarten vorderen Ende des Stützrohrs 2 bzw. der Blendenanordnung 7 ist ebenfalls ein lediglich durch Haltelaschen 15 unterbrochener Spalt vorgesehen, der als äusserer, d.h. zum Brennraum hin, in den das Flammrohr hineinragt, offener Rezirkulationsquerschnitt 16 fungiert.
Der Querschnitt der wirksamen Blendenöffnung 8 ist so an den jeweiligen Luftdurchsatz angepasst, dass sich bei jeder Leistungsstufe eine so hohe Axialgeschwindigkeit der über die Blendenöffnung 8 in das Mischrohr 9 eintretenden Verbrennungsluft ergibt, dass hiervon eine Injektorwirkung erzeugt wird. Aufgrund dieser Injektorwirkung werden über den inneren Rezirkulationsquerschnitt 14 Verbrennungsprodukte aus dem Flammrohr 10 angesaugt und dem Mischrohr 9 zugeführt. Gleichzeitig werden über den äusseren Rezirkulationsquerschnitt 16 Verbrennungsprodukte aus dem Brennraum angesaugt und dem Flammrohr 10 bzw. Mischrohr 9 zugeführt. Aufgrund dieser Rezirkulation von Verbrennungsprodukten lassen sich der Sauerstoffpartialdruck und damit die Reaktionstemperaturen senken, wodurch der NOX-Anteil der Abgase abgesenkt wird.
Gleichzeitig liefern die rezirkulierenden Abgase die Energie, die zur Erzielung einer optimalen Gemischaufbereitung benötigt wird.
Die Temperatur der Rauchgase, die über den äusseren Rezirkulationsquerschnitt 16 aus dem Brennraum angesaugt werden, darf nicht zu niedrig sein, um die Stabilität der Verbrennung nicht zu gefährden. Die Temperatur dieser Rauchgase ist jedoch sehr stark von der Brennraumkonfiguration abhängig und dem entsprechend von Kesseltyp zu Kesseltyp verschieden. Sofern die Temperatur der genannten Abgase zu niedrig ist, ist es daher nötig, die aus dem Brennraum angesaugte Abgasmenge zu verringern. Andererseits kann bei ausreichend hoher Abgastemperatur im Brennraum die Rezirkulationsquote erhöht werden, wodurch sich aufgrund der oben bereits erwähnten Zusammenhänge besonders niedrige NOX-Anteile erreichen lassen.
Um die genannte Erhöhung bzw. Absenkung der Rezirkulationsquote zu ermöglichen, ist die Breite des den äusseren Rezirkulationsquerschnitt 16 bildenden Spalts einstellbar. Nach erfolgter Einstellung bleibt die Spaltbreite für den Dauerbetrieb festgelegt. Die Einstellung erfolgt ausserhalb des Betriebs.
Selbstverständlich wäre es denkbar, zusätzlich zu dieser an den Verhältnissen des Dauerbetriebs ausgerichteten Spalteinstellung auch eine hier nicht näher dargestellte, während des Betriebs verstellbare, dem äusseren Rezirkulationsquerschnitt 16 zugeordnete Absperreinrichtung vorzusehen, mittels derer der äussere Rezirkulationsquerschnitt 16 während der Anfahrphase zur Bewerkstelligung guter Kaltstarteigenschaften ganz oder teilweise verschliessbar ist. Ebenso wäre es denkbar, auch eine Einstellbarkeit der lichten Weite des inneren Rezirkulationsquerschnitts 14 vorzusehen. Im dargestellten Beispiel ist der innere Rezirkulationsquerschnitt 14 nicht einstellbar. Die Haltelaschen 13 sind dementsprechend starr ausgebildet und angeordnet.
Die das Halterohr 10 mit dem Stützrohr 2 verbindende, die Haltelaschen 15 enthaltende, den äusseren Rezirkulationsquerschnitt 16 überbrückende Halteeinrichtung ermöglicht dagegen die erwünschte Verstellbarkeit des Flammrohrs 10 und damit des äusseren Rezirkulationsquerschnitts 16 innerhalb eines vorgegebenen Stellbereichs. Das Flammrohr 10 ist an den vorderen Enden der entsprechend dem Durchmesserunterschied zwischen Flammrohr und Stützrohr 2 gekröpften Laschen 15 befestigt. Über dem Rohrumfang können mehrere derartige Laschen vorgesehen sein. Diese können einzeln etwa mittels einer jeweils zugeordneten Stift-Schlitzverbindung am Stützrohr 2 festlegbar sein. Im dargestellten Beispiel stehen die Laschen 15, wie Fig. 2 zeigt, von einem auf dem Stützrohr 2 aufgenommenen Tragring 17 ab, der in axialer Richtung verstellbar ist.
Hierzu ist der Tragring 17 zweckmässig mehrfach am Umfang mit axialen oder zur Achsrichtung schräg verlaufenden Langlöchern 18 versehen, durch die jeweils eine oder mehrere stützrohrseitig befestigte Halteschrauben 19 durchgreifen, auf die jeweils eine zugeordnete Klemmutter aufgeschraubt werden kann. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Langlöcher 18 gegenüber der Richtung der Brennerachse schräg, wodurch bei gelöster Verschraubung durch Drehen des Tragrings 17 eine Verstellung in axialer Richtung und damit eine Änderung der lichten Weite des äusseren Rezirkulationsquerschnitts 16 möglich ist. Die genannte Verdrehbarkeit gewährleistet eine besonders hohe Bedienungsfreundlichkeit. Zur Erleichterung der Einstellung kann dem Haltering 17 eine Skala 20 zugeordnet sein.
Vorstehend ist zwar ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, ohne dass jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. So wäre es beispielsweise auch ohne weiteres möglich, zur Bewerkstelligung der gewünschten Querschnittsänderung anstelle einer Verstellung des Flammrohrs 10 dieses durch Anbringen bzw. Abnehmen von rückwärtigen Verlängerungsringen zu verlängern bzw. zu verkürzen.
The invention relates to a burner for liquid fuels, with a flame tube arranged downstream of a panel arrangement, which can be fixed on a stationary support element designed as a support tube, projects into an assigned combustion chamber, and with a recirculation cross section provided in the rear region of the flame tube and open to the combustion chamber.
In the known blue burners of the type mentioned above, the recirculation cross sections effective during continuous operation are fixed. The recirculation of combustion products increases their residence time in the reaction area, as a result of which the NOx content in the exhaust gas can be reduced and is therefore desirable. However, if the temperature of the combustion products coming from the combustion chamber into the reaction area via the recirculation cross section open on the combustion chamber side is comparatively low, this can have a negative effect on the stability of the combustion. However, the temperature of the combustion products that can be sucked in from the combustion chamber depends very much on the configuration of the combustion chamber and accordingly varies from type to type.
If the size of the recirculation cross section that is effective in continuous operation is fixed, a medium size must therefore be selected for reasons of operational safety. The consequence of this is that the possibility of a high recirculation volume, which exists per se at a high exhaust gas temperature, is not fully exhausted and that the stability of the combustion is endangered at a low exhaust gas temperature.
A blue burner is known from DE 3 906 854 C1, in which the recirculation cross section formed here by radial bores of the flame tube and open to the combustion chamber can be completely or partially closed by moving a cover ring received on the flame tube. However, this measure is not intended for continuous operation, but only serves to improve the cold start properties of the burner. In continuous operation, the entire, predetermined cross section of the radial bores of the flame tube is effective as a recirculation cross section. An adaptation to the conditions of different combustion chamber types is not planned.
Proceeding from this, it is therefore the object of the present invention to improve a blue burner of the type mentioned at the outset using simple and inexpensive means in such a way that the amount of recirculation gases that can be drawn in from the combustion chamber is optimized for each application.
This object is achieved according to the invention in that the size of the recirculation cross section open towards the combustion chamber that is effective during continuous operation can be set.
With these measures, the disadvantages of the known arrangements are completely avoided. By setting the recirculation cross section which is effective during continuous operation and is open towards the combustion chamber, there is no need for compromises when choosing the size of the recirculation cross section mentioned. Rather, the optimal recirculation rate for each combustion chamber can be set. The measures according to the invention therefore also ensure that the burner according to the invention can be optimally adapted to practically any type of combustion chamber, which results in a high degree of versatility.
Advantageous refinements and appropriate further training of the higher-level measures are specified in the dependent claims. For example, the flame tube, which is expediently spaced from the support element to form the recirculation cross section open on the combustion chamber side, can advantageously be detachably fixed to the support element by means of a holding device bridging the recirculation cross section, which has at least on one side a control area given by a pin-slot connection. These measures result in a particularly simple and inexpensive implementation.
Another advantageous measure can be that the pin-slot connection is arranged obliquely to the burner axis. This enables adjustment of the clear width of the recirculation cross section open to the combustion chamber by rotating the flame tube, which ensures a particularly high level of user-friendliness.
Further advantageous refinements and expedient further training of the superordinate measures are specified in the remaining dependent claims and can be found in the example description below.
A preferred exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Here show:
Fig. 1 shows a longitudinal section through a blue burner according to the invention and
Fig. 2 is a partial view of the flame tube holder according to the invention.
The blue burner on which FIG. 1 is based contains a support tube 2 protruding from a stationary housing part, here in the form of an assembly platform 1, the interior of which acts as a combustion air supply space and is connected to an air blower 3. The support tube 2 comprises a coaxially arranged fuel tube 5 which can be acted upon by a fuel pump 4 with fuel, preferably heating oil and which carries at its front end an injection device designed as an atomizing nozzle 6.
At the front end of the support tube 2 there is a panel arrangement 7 which delimits the interior and which has a central panel opening 8 through which fuel and combustion air can escape to the front. In the example shown, the panel arrangement 7 is formed in two parts. The diaphragm arrangement 7 here contains an outer diaphragm ring, fastened to the support tube 2, with a central recess into which an associated ring insert with a smaller, central recess can optionally be inserted. Depending on the position of the ring insert, either its central through opening or the larger, central through opening of the outer diaphragm ring is used as the diaphragm opening. 1 is based on an operating position in which the smaller aperture in the form of the central through opening of the insert ring comes into play.
The configuration of the diaphragm arrangement outlined above enables the effective cross section of the central diaphragm opening to be adapted to different operating conditions. The present burner can therefore be operated in two stages. In order to adjust the insert ring mentioned, a mixing tube 9 acting as an adjusting device is assigned to it.
The mixing tube 9 arranged coaxially to the central aperture 8 protrudes forward from the aperture arrangement 7 and is supplied with combustion air and fuel via the aperture 8. The mixing tube 9 is surrounded by a coaxial flame tube 10 which protrudes forward from the support tube 2. The diameter of the mixing tube 9 is approximately half the diameter of the flame tube 10. The length of the mixing tube 9 corresponds at most to one sixth the length of the flame tube 10. The diameter of the flame tube 10 can correspond to the diameter of the support tube 2. In the illustrated embodiment, the flame tube diameter is slightly smaller than the support tube diameter. To ignite a flame, an ignition electrode 11 protruding into the flame tube 10 is provided.
To observe the ignited flame, a sight tube 12 can be provided to the rear of the flame tube 10.
The mixing tube 9 is rigidly attached to the outer diaphragm ring of the diaphragm arrangement 7 by means of retaining tabs 13. The holding tabs 13 function as spacer elements, which give a circumferential splitter that acts as an inner, i.e. Recirculation cross section 14 which is open towards the flame tube and which is only interrupted here by the holding tabs 13. Between the rear end of the flame tube and the adjacent front end of the support tube 2 or the diaphragm arrangement 7 there is also a gap which is only interrupted by holding tabs 15 and which is designed as an outer, i.e. open recirculation cross section 16 acts towards the combustion chamber into which the flame tube protrudes.
The cross section of the effective orifice opening 8 is adapted to the respective air throughput in such a way that at each power level there is such a high axial speed of the combustion air entering the mixing tube 9 via the orifice opening 8 that an injector effect is generated therefrom. Due to this injector effect, combustion products are sucked out of the flame tube 10 via the inner recirculation cross section 14 and fed to the mixing tube 9. At the same time, 16 combustion products are sucked out of the combustion chamber via the outer recirculation cross section and fed to the flame tube 10 or mixing tube 9. Due to this recirculation of combustion products, the oxygen partial pressure and thus the reaction temperatures can be reduced, as a result of which the NOx portion of the exhaust gases is reduced.
At the same time, the recirculating exhaust gases provide the energy required to achieve optimal mixture preparation.
The temperature of the flue gases, which are sucked in from the combustion chamber via the outer recirculation cross section 16, must not be too low in order not to endanger the stability of the combustion. However, the temperature of these flue gases depends very much on the configuration of the combustion chamber and accordingly varies from boiler type to boiler type. If the temperature of the exhaust gases mentioned is too low, it is therefore necessary to reduce the amount of exhaust gas drawn from the combustion chamber. On the other hand, if the exhaust gas temperature in the combustion chamber is sufficiently high, the recirculation rate can be increased, as a result of which particularly low NOx fractions can be achieved due to the relationships already mentioned above.
In order to enable the aforementioned increase or decrease in the recirculation rate, the width of the gap forming the outer recirculation cross section 16 can be adjusted. After the setting has been made, the gap width remains set for continuous operation. The setting is made outside of the company.
Of course, it would be conceivable, in addition to this column setting, which is based on the conditions of continuous operation, to also provide a shut-off device, not shown here in greater detail, which is adjustable during operation and assigned to the outer recirculation cross section 16, by means of which the outer recirculation cross section 16 during the start-up phase to achieve good cold start properties entirely or is partially lockable. It would also be conceivable to provide an adjustability of the clear width of the inner recirculation cross section 14. In the example shown, the inner recirculation cross section 14 cannot be adjusted. The retaining tabs 13 are accordingly rigid and arranged.
The holding device connecting the holding tube 10 to the support tube 2 and containing the retaining tabs 15 and bridging the outer recirculation cross-section 16, on the other hand, enables the flame tube 10 and thus the outer recirculation cross-section 16 to be adjusted within a predetermined adjustment range. The flame tube 10 is fastened to the front ends of the tabs 15 which are bent in accordance with the difference in diameter between the flame tube and the support tube 2. Several such tabs can be provided over the pipe circumference. These can be individually fixed on the support tube 2, for example by means of a respectively assigned pin-slot connection. In the example shown, the tabs 15, as shown in FIG. 2, protrude from a support ring 17, which is received on the support tube 2 and is adjustable in the axial direction.
For this purpose, the support ring 17 is expediently provided several times on the circumference with axial or obliquely extending oblong holes 18 through which one or more retaining screws 19 fastened on the support tube side extend, each of which can be screwed with an associated clamping nut. In the example shown, the elongated holes 18 run obliquely with respect to the direction of the burner axis, as a result of which an adjustment in the axial direction and thus a change in the inside width of the outer recirculation cross section 16 is possible when the screwing ring is loosened. The mentioned rotatability ensures a particularly high level of user friendliness. A scale 20 can be assigned to the retaining ring 17 to facilitate the setting.
Although a preferred exemplary embodiment of the invention has been explained in more detail above, this is not intended to imply any limitation. For example, it would also be possible to extend or shorten the flame tube 10 instead of adjusting the flame tube 10 by attaching or detaching rear extension rings.