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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren, bzw. einer Brennereinrichtung
insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem
Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. des Anspruchs 15.
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Ein
zunehmendes Problem bei Feuerungsanlagen besteht in dem verhältnismäßig
großen Wärmebedarf und den dabei einzuhaltenden
Grenzwerten des Giftanteils im Abgas. Hier spielt besonders das
die Umwelt belastende NOx eine große
Rolle, dessen Anteil bekanntlich mit zunehmender Temperatur des
Verbrennungsvorgangs (Flamme) ebenfalls zunimmt.
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Ein
zweites nicht unerhebliches Problem besteht bei den zunehmenden
Brennstoffpreisen in der Umsetzung der im Brennstoff vorhandenen
potentiellen Energie in Wärme und deren Übergang
an den Wärmeträger, beispielsweise Wasser in einer Heizungsanlage,
wobei natürlich mit möglichst geringem Aufwand
ein günstiger diesbezüglicher Wirkungsgrad angestrebt
wird.
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Bekanntlich
ist die direkte Konvektion einer heißen Flamme an der Kesselwand
für einen Wärmeübergang zum Wärmeträgermaterial
hin besonders günstig. Allerdings erzeugt eine solche besonders heiße
Flamme viel NOx im Abgas. Für den
Wärmeübergang ist natürlich auch die
Strahlung einer Flamme von Bedeutung, aber weniger bedeutsam als
deren Konvektionswirkung und abhängig von einer Reihe sonstiger
Faktoren, wie z. B. der Absorption und Reflektion durch die Kesselwand.
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Dieses
Problem des Wärmeübergangs betrifft die Form und
Gestaltung der Flamme bei der Feuerung und ist insoweit unabhängig
von der Art des Brennstoffs zu sehen, beispielsweise ob es sich um
eine Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe
handelt.
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Bei
bekannten gattungsgemäßen Verfahren und Brennereinrichtungen
(
EP 0 347 834 , Dreizler und
EP 0 857 915 , Elco) ist
eine zentrale Brennstoffdüse vorhanden, deren Dauerbetrieb
durch die Nachzündmöglichkeit der anderen Düsen
einen sicheren Verbrennungsablauf bei den anderen Düsen bewirkt.
Außerdem sind Strömungswiderstände im Flammraum
vorhanden, die eine Rezirkulation von Abgas im äußeren
Flammbereich bewirken, wodurch eine Verringerung der Verbrennungstemperatur
bei damit gegebener Abnahme des NO
x erfolgt,
ohne dass deshalb die ebenfalls für den Wärmeübergang wichtige
Strahlungstemperatur der Flamme zurückgeht. Jede der Einzelflammen
hat bei Abreißen der zentral gebildeten Gesamtflamme eine
außerordentliche Bedeutung zum laufenden Wiederentzünden des
Brennstoff-Luft-Gemisches, was für einen guten Wirkungsgrad
von maßgebender Bedeutung ist.
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Bei
einer anderen bekannten Brennereinrichtung (
EP 0 478 305 , Hitachi), die in erster
Linie als Vormischbrenner für Gasturbinen dient, sind zentralsymmetrisch
Gasdüsen angeordnet und es ist in dem Gemischstrom aus
Verbrennungsluft und Brenngas in der Flamme ein Strömungswiderstand
angeordnet, um dadurch „Verbrennungsgas im wesentlichen stromabwärts
des Zentrums des Wirbelstroms" rezirkulieren zu lassen. Im Grunde
handelt es sich um Freiflammen, welche durch Außendüsen
gebildet werden, die auf einer Zentralflamme reiten. Zwar wird hierdurch
eine Kühlung des Zentrums der Flamme und damit eine Herabsetzung
des NO
x-Anteils erzielt, allerdings ohne
Hilfe von rezirkulierendem Abgas sowie auf Kosten eines großen
Aufwandes bezgl. Gestaltung und Anordnung dieses zentral in der
Flamme angeordneten Strömungswiderstands. Außerdem muss
dieser in der Flamme angeordnete Strömungswiderstand entsprechend
hitzebeständig sein. Nicht zuletzt bestehen aufgrund der
Strömungsdynamik am und um den Strömungswiderstand
erhebliche Zweifel an der Flammenstabilität dieser Brennereinrichtung.
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Ein
von der Reduzierung des NOx-Anteils im Abgas
völlig unabhängiges Problem besteht in der Sonderverbrennung
von Sonderstoffen wie regenerativen Stoffen oder Additiven, die
entweder von Hause aus nicht alleine brennen oder bei der Verbrennung
eine Herabsetzung des giftigen Bestandteils im Abgas bewirken. So
bewirkt beispielsweise Harnstoffzuführung eine Verringerung
des NOx-Anteils oder das bei der Herstellung
von Biodiesel anfallende Glycerin kann durch eine chemische Umwandlung durch
Nachverbrennung entgiftet werden. Zu den schwierig zu entsorgenden
Stoffen gehören u. a. auch Schweröle, Frittierfette
udgl. Die Entsorgung dieser Stoffe durch Verbrennung erfolgt bekanntlich in
sehr aufwendigen Verfahren und Vorrichtungen.
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Bisher
geht der Stand der Technik von zentraler Flammenbildung und Brennstoffeindüsung
aus, die stets einherging mit der Problematik der sich mischenden
Stoffströme mit den Additiven/Sonderbrennstoffen in der
Zerstäubungsphase mit dem stetigen Risiko unvollständiger
Verbrennung und Giftemission im Abgas, dem nur mit hohem Luftüberschuss
und schlechterem Wirkungsgrad begegnet werden konnte.
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Der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren, bzw. eine Brennereinrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln, mit dem bzw.
mit der eine Kühlung der aus Einzelflammen sowie daraus
gebildeten Gesamtflamme mit insgesamt gegebener Reduzierung des
NOx gegeben ist, ohne eine in der Flamme
angeordnete Vorrichtung und auch mit der Möglichkeit, ohne
Nachteil für eine Entgiftung der Abgase die gegebene Brennerleistung auf
der Brennstoffseite problemlos zu ändern. Der Erfindung
liegt zudem auch die Aufgabe zugrunde eine vereinfachte Lösung
zur Sonderverbrennung von insbesondere von alleine nicht brennenden
Stoffen zu erzielen, ohne dass deshalb eine Verschlechterung des
Abgases eintritt.
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Die Erfindung und ihre Vorteile
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Vorteilhaft
bei dem erfinderischen Verfahren ist gegenüber den bekannten
Verfahren, dass die rezirkulierenden Abgase auch dem Inneren der
Gesamtflamme zugeführt werden, um die gewünschte NOx-Entgiftung im angestrebten Umfang zu erzielen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren, bzw. die erfindungsgemäße
Brennereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche
1, 10 und 15 hat gegenüber den bekannten Verfahren und
Brennereinrichtungen den Vorteil, dass die dort übliche zentrale
Flamme, bzw. Kernflamme wegfällt und stattdessen die Einzelflammen
eine innen hohle stabile Gesamtflamme bilden.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für
die Steuerung der Verbrennungsluft diese zumindest teilweise zum
Zentrum der Gesamtflamme geleitet wird, wobei hierbei ein Stau bzw. ein
Unterdruck im Flammzentrum gebildet wird, so dass diese Hohlflamme
eine interne, innerhalb der Höhlung stattfindende Rezirkulation
von Abgasen aufweist.
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Eine
solche entgegen dem Luftstrom offene Hohlflamme weist in sich eine
zentrale Abgasrezirkulation auf, wobei durch die zentrale Stauscheibenöffnung
sich innerhalb der Höhlung keine Verbrennung bildet. Durch
die erfindungsgemäße Anordnung kann problemlos
eine Änderung der Wärmeleistung über die
Flammen vorgenommen werden und es erfolgt eine für die
Entgiftung (NOx) der Flammen oder Flamme
wichtige zentrale Rezirkulation von Abgas.
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Nach
einer vorteilhaften auch für sich geltend gemachten Ausgestaltung
der Erfindung bestehen die Einzelflammen bzw. Düsen aus
Grundflammen bzw. Grunddüsen und Zusatzflammen bzw. Zusatzdüsen,
von denen die Grundflammen der Zündung und Kontrolle der
Verbrennung dienen. Den beispielsweise weiter außen angeordneten
Grundflammen ist je eine Zusatzflamme zugeordnet, die von der Grundflamme
kontrolliert und entzündet wird, wobei die endgültige
aus Grundflamme als auch in Kombination mit der Zusatzflamme ausgebildete
Gesamtflamme eine Hohlflamme ist. Um dies zu erreichen ist erfindungsgemäß eine
entsprechende Steuerung der Verbrennungsluft erforderlich, beispielsweise
in Form einer Stauscheibe mit zentraler Öffnung, so dass
im Inneren dieser aufgrund der im Luftstrom angeordneten Stauscheibe
und in Verbindung mit den mit Abstand vom Zentrum angeordneten Einzeldüsen
(Einzelflammen) gebildeten hohlförmigen Gesamtflamme eine
zentrale Rezirkulation von Abgas bewirkt wird. Besonders vorteilhaft
ist hierbei, dass die Zusatzflamme der Grundflamme überlagert
werden kann mit entsprechender Zunahme der Leistung oder aber abgeschaltet
werden kann, ohne dass deshalb die Abgas entgiftenden Kriterien,
wie die interne Rezirkulation von Abgas, verschlechtert werden.
Während sich in der Hohlflamme die Rezirkulation der Abgase automatisch
mit der Größe der Flamme ändert, kann die
Rezirkulation auf der Außenseite der Flamme ohnehin durch
die durch den Stand der Technik bekannten Mittel erfolgen.
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Ein
zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass diese Art der
Feuerungseinrichtung mit Grunddüse und Zusatzdüse
besonders günstig herstellbar ist und vor allem auch leicht
kontrollierbar ist. Dieser Vorteil bezieht sich vor allem auf die
Möglichkeit bei einer solchen Feuerungseinrichtung innerhalb
des rohrförmigen Brennkopfzentrums, neben Düsen
für einen flüssigen Brennstoff, wie beispielsweise
leichtes Heizöl, Düsen für einen gasförmigen
Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas, anzuordnen.
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Vorteilhafterweise
sind erfindungsgemäß die Grundflammen, bzw. die
Grunddüsen eher mehr außen, also vom Zentrum des
Verbrennungsbereichs weiter weg, angeordnet, wobei eine Grundflamme mehrere
Zusatzflammen kontrollieren kann. So können in Ausgestaltung
der Erfindung die Düsen der Einzelflammen, also von Grundflamme
und Zusatzflamme, auch nebeneinander auf einem Kreis angeordnet
sein, mit dem Vorteil, dass die Hohlform der vor allem durch die
Zusatzflammen gebildeten Gesamtflamme günstig gestaltet
ist und eine gleichmäßige interne Rezirkulation
bewirkt, unabhängig davon, ob nur die Grundflammen oder
auch die Zusatzflammen in Betrieb sind.
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Erfindungsgemäß können
die Einzelflammen, beispielsweise Grundflamme oder Zusatzflamme,
auch alternativ in Betrieb sein. So kann z. b. eine 3-Stufen-Leistung
erzielbar sein. Hierbei könnte die erste Stufe durch die
Grundflamme, die Zweite alternativ durch die Zusatzflamme und die
dritte Stufe durch die Addition von Grundflamme und Zusatzflamme
erzielt werden.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuerung
der Flammen über die Steuerung des Rückflusses
des Brennstoffes in einem Rücklauf desselben erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass die Leistung der Flamme über die
von den Düsen gegebenen Rückströmmenge
gesteuert wird, so dass eine stufenlose Steuerung möglich
ist.
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Während
sich in der Flamme die Rezirkulation der Abgase automatisch mit
der Größe der Flamme ändert, wird die
Rezirkulation auf der Außenseite der Flamme ohnehin durch
die durch den Stand der Technik bekannten Mittel gesteuert.
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So
wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung auch eine
Rezirkulation von Abgas auf der Außenseite der Flammen
erzielt durch im Luftstrom angeordnete Mittel. Eine solche Rezirkulation
der Abgase durch in den Verbrennungsluftstrom ragende Stege ist
bekannt (
EP 0 347 834
B1 , Dreizler). Hierdurch wird erreicht, dass die Flammen
auf der Außenseite aufgrund der Abgasrezirkulation gekühlt
werden, um eine Reduzierung des NO
x zu erreichen,
ohne dass deshalb tatsächliche Leistungsverluste bei der
Konvektion zwischen Flamme und Wärmeträger entstehen.
Diese Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kombination der äußeren
Rezirkulation mit der Hohlflamme bzw. mit der Rezirkulation von Abgas
im Zentrum der Flammen, wobei die Gesamtflamme erfindungsgemäß insgesamt
eine Hohlflamme bildet. Die je nach Steuerung aus Einzelflammen, Grundflammen
und Zusatzflammen gebildeten Gesamtflamme weist diese in ihrem zentralen
hohlförmigen Bereich durch die dort stattfindende Rezirkulation
eine verhältnismäßig niedere Temperatur
aber mit wenig, dort ohnehin unwirksamer, Strahlungsintensität
auf. Die Brennstoffenergie wird somit in erster Linie an dem äußeren
Bereich dieser hohlförmigen Gesamtflamme umgesetzt und
auf das Wärmeträgermaterial übertragen,
beispielsweise auf Wasser neben einer Kesselwand, gegebenenfalls
unter Zwischenschaltung eines Flammrohres.
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Nach
einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
kann abgesehen von der Möglichkeit der Steuerung der Einzelflammen
bzw. von Grundflamme und Zusatzflamme auch die jeweils zugeführte
Brennstoffmenge gesteuert werden. Eine solche Mengensteuerung kann
an einer der Flammenarten (Einzelflamme, Grundflamme, Zusatzflamme)
erfolgen, aber auch bei der Verwendung von unterschiedlichen Brennstoffen
in der beanspruchten Brennereinrichtung an einem dieser verschiedenen Brennstoffe,
was natürlich dann nur in den Zuleitungen zu den jeweilig
anderen Düsen und Steuermitteln erfolgen kann. Als Einrichtung
zur Steuerung der Brennstoffleitungen kann erfindungsgemäß ein
elektrisch betätigtes Ventil oder ein elektrisch betätigter Schieber
verwendet werden. Auf diese Weise kann die Feuerungsleistung in
bekannter Weise gesteuert werden. Es kann aber auch für
die Steuerung der zugeführten Brennstoffmenge in mindestens
einer der Brennstoffleitungen ein Mengensteuerventil angeordnet
sein, auch zusätzlich zu einer lediglich die Zufuhr von
Brennstoff freigebenden oder sperrenden Einrichtung.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung können die jeweiligen
Flammen oder Düsen mit eigenen Zündeinrichtungen
versehen sein, da im Unterschied zur bekannten Feuerungseinrichtung
eine zentrale Zünd- und Kontrolleinrichtung fehlt. Obwohl
derartige Einzeleinrichtungen einen zusätzlichen Aufwand
zur Folge hätten, wären sie in Bezug auf die Gesamteinrichtung
günstiger als eine zentrale Kontrollflamme, insbesondere
auch was den Verbrauch an Brennstoffen betrifft, welcher aufgrund
der zunehmenden Preise ebenfalls an Bedeutung zunimmt.
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Nach
einer zusätzlichen Ausgestaltung der Brennereinrichtung
zweigen die Brennstoffleitungen zu den Einzeldüsen wie
zu den Grunddüsen und/oder Zusatzdüsen von jeweils
einer mit der Brennstoffquelle verbundenen Zentralleitung ab, in welchen
jeweils eine Steuereinrichtung für die Mengensteuerung
des Brennstoffes angeordnet ist. Hierdurch kann in einfacher Weise
die gewünschte Zuschaltung, Abschaltung oder Alternativschaltung
des Brennstoffes zu den Düsen erzielt werden. Auch hier sei
darauf hingewiesen, dass es sich um unterschiedliche Brennstoffe
handeln kann, dass beispielsweise die Grundflamme die eines Ölbrenners
ist, hingegen die Zusatzflamme durch eine Gasflamme gebildet wird.
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Insbesondere
dann, wenn es sich um den gleichen Brennstoff handelt, kann nach
einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung den zu Grunddüse
und Zusatzdüse führenden Leitungen eine Hauptleitung
vorgeschaltet sein, welche diese Leitungen miteinander verbindet
und für sich steuerbar mit Brennstoff versorgt wird.
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Nach
einer zusätzlichen vorteilhaften, auch für sich
geltend gemachten Ausgestaltung der Erfindung sind die Grunddüse
und die Zusatzdüse koaxial zueinander angeordnet, beispielsweise
eine zentrale Ölbrennerdüse innerhalb einer koaxial
um diese angeordneten Gasdüse. Dadurch wird der Durchtrittsquerschnitt
für die Verbrennungsluft nicht unnötig eingeschränkt.
Man kann dadurch dieses Verfahren auch bei kleineren Brennerköpfen
baulich unterbringen und anwenden.
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Nach
einer zusätzlichen, auch für sich geltend gemachten
Ausgestaltung der Erfindung findet bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren bzw. der Brennereinrichtung innerhalb der Hohlflamme eine Sonderverbrennung
von nicht für die eigenständige Flammerzeugung
geeigneten Sonderstoffen statt, indem diese in den dort vorhandenen
Hohlraum geleitet werden, insbesondere bei der Brennereinrichtung durch
Verwenden einer speziellen Sonderdüse, welche zentral zu
den die Hohlflamme bildenden Düsen angeordnet ist. Bei
diesen Sonderstoffen handelt es sich einerseits um Additive, die
den Hauptbrennstoff durch katalytische Reaktion in der Hohlflamme
entgiften oder um brennbare flüssige oder gasförmige Abfallstoffe,
die nun hier kalorisch sinnvoll einer Energieverwertung und -ausnützung
kostengünstig zugeführt werden können.
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Nach
einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung wird das
erfindungsgemäße Verbrennungsverfahren als auch
die Brennereinrichtung vorteilhafterweise ergänzt durch
den Einsatz einer Additivzerstäubung, wobei die Additive
erfindungsgemäß dem Zentrum der Hohlflamme zugeleitet
werden, was insbesondere über eine zentral eingeführte,
hydraulisch gesteuerte Lanze erfolgt. So kann beispielsweise die
Additivwirkung der Abgasentgiftung entlang dem ganzen Hohlflamme
bildenden Raum seine Wirkung entfalten, ohne den Verbrennungsprozess
zu beeinträchtigen.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen
entnehmbar.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Mehrere
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es
zeigen stark vereinfacht:
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1 einen
Längsschnitt mit Funktionssymbolen;
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2 eine
Ansicht von der Stirnseite der Ölbrennereinrichtung aus 1;
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3 einen
hydraulischen Schaltplan für eine Ölbrennereinrichtung;
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4 einen
hydraulischen Schaltplan für eine Ölbrennereinrichtung
mit Grund- und Zusatzdüse;
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5 stirnseitige
Ansicht einer Ölbrennereinrichtung zu 4 mit
Kreisanordnung der Düsen;
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6 Längsschnitt
mit Funktionssymbolen mit Anordnung der Düsenpaare radial
zueinander;
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7 Längsschnitt
mit Funktionssymbolen für eine Gasbrennereinrichtung;
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8 Längsschnitt
und Stirnseitenansicht von einem Kombibrenner für Öl
und Gas;
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9 stirnseitige
Ansicht für einen Kombibrenner mit jeweils zwei parallelen Ölbrennerdüsen;
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10 Längsschnitt
durch einen Kombibrenner mit koaxialer Anordnung von Öl
und Gasdüse;
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11 einen
hydraulischen Schaltplan für einen Ölbrenner,
kombiniert mit einer Düse für Sonderverbrennung;
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12 die
stirnseitige Ansicht des Ölbrenners mit Sonderverbrennung
nach 11;
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13 einen
hydraulischen Schaltplan für eine Ölbrennereinrichtung
mit Grund- und Zusatzdüse sowie zwei Düsen für
Sonderverbrennung;
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14 eine
stirnseitige Ansicht des Ölbrenners mit Sonderverbrennung
aus 13;
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15 Längsschnitt
durch eine fremdgesteuerte Lanze.
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In 1 und 2 ist
ein Ölbrenner im Längsschnitt, bzw. mit Ansicht
von der Stirnseite her dargestellt, bei dem in einem Brennerrohr 1 Öldüsen 2 kreisförmig
um eine Stauscheibe 3 angeordnet sind, die eine zentrale Öffnung 4 aufweist.
Das Brennerrohr 1 weist auf seinem der Stauscheibe 3 zugewandten
Ende einen nach innen gerichteten Konus 5 auf, der mit
der Außenkante der Stauscheibe 3 eine ringförmige
Durchgangsöffnung 6 bildet. Der flüssige
Brennstoff gelangt aus einem Brennstofftank 7 über
eine Leitung 8 mit Hilfe einer Pumpe 9 den Öldüsen 2 zugeführt,
wobei in der Leitung 8 zu deren Steuerung ein Magnetventil 10 angeordnet
ist. Zur Verteilung zu den einzelnen Öldüsen 2 ist
in der Leitung 8 eine Abzweigung 11 zu Einzelleitungen 12 vorgesehen.
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Die
Verbrennungsluft wird durch nicht dargestellte bekannte Mittel,
wie beispielsweise ein Radialgebläse auf der Rückseite 13 des
Brennerrohrs 1, in dieses in Strömungsrichtung 14 eingeführt,
sobald die Feuerung in Betrieb geht. Dieser Luftstrom trifft auf
die Stauscheibe 3 und wird über die kreisförmige Durchgangsöffnung
sowie die zentrale Öffnung in den Brennraum 15 geleitet. Über
das Magnetventil 10 wird der Ölstrom zu den Öldüsen 2 verzögert
durchgelassen und nach dem Austritt aus den Düsen 2 zerstäubt
und gezündet. Hierbei entstehen die Einzelflammen 16.1 und 16.2.
In der Stauscheibe sind außerdem radial verlaufende Dralllamellen 17 vorgesehen,
durch die die Verbrennungsluft beim Austritt aus dem Brennerrohr 1 in
den Brennraum 15 verdrallt wird, um eine gute Vermischung
mit dem über die Öldüsen 2 zerstäubten
Brennstoff zu erzielen. Außerdem wird durch den Konus 5 am
Brennerrohr 1 eine Rezirkulation 18 von Abgas
auf der Außenseite zu der durch die Einzelflammen 16.1 und 16.2 gebildeten
Gesamtflamme 16.3 erzielt.
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Am
Fuß der durch die Einzelflammen 16.1 und .2 gebildeten
Gesamtflamme 16.3 und stromab der zentralen Öffnung 4 der
Stauscheibe 3 bildet sich erfindungsgemäß ein
Hohlraum 19, der zur zentralen Öffnung 4 hin
offen ist und abseits derselben durch die Gesamtflamme 16.3 bis
zum Flammenende offen sein kann und eine zentrale flammenfreie Zone
ermöglicht, wobei in diesem Hohlraum 19 aufgrund
der Stauwirkung Mangel an Verbrennungsluft, bzw. Sauerstoffmangel
herrscht. Dieser Sauerstoffmangel führt zu CO-Bildung.
Aufgrund der Gestaltung der zentralen Öffnung 4 wird
allerdings erreicht, dass innerhalb des Hohlraums 19 eine
Rezirkulation von Abgas erfolgt mit der Folge der Entgiftung des
NOx-Anteils während des Verbrennungsverfahrens
durch den hohen inneren CO Anteil, der anschließend stromab
vollständig im Flammenraum 15 schadstofffrei ausbrennt.
Die sehr niedrigen Temperaturen im zentralen Bereich der Gesamtflamme 16.3 führen
dazu, dass sich erst gar kein schädlicher NOx-Anteil
bilden kann.
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Bei
dem in 3 gezeigten hydraulischen Schaltplan für
einen Ölbrenner mit vier jeweils Einzelflammen 16.1 und
.2 erzeugenden Öldüsen 2 sind an den
Düsenstöcken 20 unter Druck öffnende
Steuerköpfe 21 angeordnet, die in eine gemeinsame
druckführende Steuerleitung 23 münden.
Diese Steuerleitung 23 kommt von der Druckseite der Pumpe 9 und dient
der Versorgung der Einzeldüsen 2. Die Steuerköpfe 21 (15) öffnen über
einen federbetätigten Hilfszylinder die Nadelventile 43 wirksam
erst ab einem definierten Druck in der Zuleitung 22 von
der Steuerleitung 23 her zu den Düsen und ermöglichen bei
Druckabfall den automatischen Düsenverschluss, der ein
Auslaufen des Brennstoffes im Stillstand verhindert. Von den Steuerköpfen 21 geht
jeweils eine Rücklaufleitung 12 aus, die in eine
Rücklaufsammelleitung 8 mündet mit nachgeschaltetem
Drucksteuerteil 26 für die Leistungsregulierung.
In der Rücklaufleitung 8 können zusätzliche
Steuerventile 10 angeordnet sein, die unabhängig
von der Mengensteuerung arbeiten. Diese vorteilhafte Anordnung lässt
es zu, den Zerstäubungsdruck an den Düsen 2 stufenlos über
das Drucksteuerteil 26 zu regulieren.
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Bei
dem in 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen Ölbrenner, bei dem jeweils dicht
nebeneinander und auf einem Kreis zwei Öldüsen 27 und 28 paarweise
angeordnet sind, die jeweils Einzelflammen 16.1 u 16.2 erzeugen
und von denen die eine Düse 27 als Grunddüse
dient, während die daneben liegende zweite Düse 28 als
Zusatzdüse vorgesehen ist, wobei die Grunddüse
eine Grundflamme 16.1 und die Zusatzdüse eine
Zusatzflamme 16.2 erzeugt. Die Grundflammen und Zusatzflammen
bewirken die Gesamtflamme 16.3, wobei zur Justierung, bzw.
Abstimmung der einzelnen Düsen zueinander der Durchgang durch
die Einzelleitungen 12 justiert werden kann. Grundsätzlich
sind die Ölleitungen wie bei den vorherigen Beispielen
ausgebildet, nämlich mit einer Leitung 8, in der
ein Magnetventil 10 angeordnet ist, die zu einer Abzweigung 11 führt,
von der die Einzelleitungen 12 abzweigen, die zu den Öldüsen
führen. Die Ölversorgung erfolgt über
eine Pumpe 9 zu einem Verteiler 29 hin, von dem
die zwei Leitungen 8 zu den Abzweigungen 11 führen.
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Der
Arbeitsdruck im Verteiler 29 wird durch zwei Druckmeter 30 kontrolliert.
Erfindungsgemäß kann statt dieser Doppeldüsenanordnung
auch eine Einzeldüse jeweils vorgesehen sein, bei der der
Vorlauf, wie bei diesem Ausführungsbeispiel aber auch dem
Ausführungsbeispiel nach 1, gezeigt
ist. Es kann aber auch der Rücklauf gesteuert sein von
einem oder beiden dieser die Gesamtflamme 16.3 bildenden
Grunddüse oder Zusatzdüse. Der besondere Vorteil
der Doppeldüsenanordnung besteht darin, dass eine der Düsen
kontinuierlich arbeitet, so dass deren Flamme, Grundflamme 16.1 oder
Zusatzflamme 16.2, die anderen Flammen kontrolliert. Auf
diese Weise ist sichergestellt, dass eine mehrstufige Regulierung
der Gesamtflamme 16.3 störungsfrei in einfacher
Weise geschaltet werden kann zur Brennerleistungsregulierung.
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Das
in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel weist
wie in 1 ein Brennerrohr 1 auf, allerdings mit
unabhängig von der Art des Brennstoffes paarweise und radial
zueinander angeordneten Düsen 31 und 32,
deren Versorgungsleitungen 33 und 34 entsprechend
der Unterschiedlichen Art des Brennstoffes über jeweils
ein Ventil 35 und 36 gesteuert werden. Auch hier
wird der Hohlraum 19 vor allem durch die zentrale Öffnung 4 und
zwischen den Einzelflammen 16.1 und 16.2, sowie
der Gesamtflamme 16.3 gebildet, die über die Düsen 32 erzeugt werden.
Die Flammen, die über die Düsen 31 bewirkt werden,
sind die Grundflammen 16.1, die ergänzt durch
Zuschalten der Düsen 32 mit Zusatzflammen 16.2 in
der Summe die Gesamtflamme 16.3 als Hohlflamme ausbilden.
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In 7 ist
ein Gasbrenner im Längsschnitt vereinfacht dargestellt,
der grundsätzlich im Aufbau dem Beispiels aus 1 entspricht
mit dem Unterschied, dass statt vier Ölbrennerdüsen
vier Gasdüsen 37 verwendet werden. Der Gasstrom
in der Zuleitung 38 wird durch einen Gasschieber 39 gesteuert.
Auch hier bildet sich erfindungsgemäß mit Hilfe der
Stauscheibe 3 der Hohlraum 19 innerhalb der aus den
Einzelflammen 16.1 gebildeten Gesamtflamme 16.3.
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Bei
dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
in zwei das brennerseitige Ende dargestellten Teilschnitten und
einer stirnseitigen Ansicht eines kombinierten Öl-/Gasbrenners
dargestellt, bei dem auf einem Kreis angeordnet entsprechend dem Beispiel
aus 2 vier Ölbrennerdüsen vorgesehen sind
und entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 7 jedoch
acht zusätzliche Gasbrennerdüsen 37 vorgesehen
sind. Hierbei kann sowohl die Gesamtflamm 16.3 aus den
Düsen 2 und/oder aus den Düsen 37 gebildet
werden.
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In 9 ist über
die stirnseitige Ansicht eines Öl-/Gasbrenners beispielhaft
gezeigt, wie ähnlich dem Ausführungsbeispiel nach 5 Öldüsen paarweise
angeordnet sind und wiederum entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach 8 mit Gasdüsen 37 kombiniert
sind, wobei jeweils alle Düsen auf einem Kreis angeordnet
sind.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 10 handelt
es sich ebenfalls um einen Öl-/Gasbrenner, bei dem allerdings
die Ölleitungen 41 und die Gasleitungen 42 abschnittsweise
achsgleich angeordnet sind, so dass die Öldüsen 2 und
die Gasdüsen 37 koaxial zueinander angeordnet
sind.
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In 11 und 13 sind
die hydraulischen Ergänzungspläne für
die Steuerung der schwer- oder nichtbrennbaren Sonderbrennstoffe
gezeigt, die in Kombination mit den hydraulischen Schaltplänen entsprechend 3 und 4 verwendet
werden und gemäß denen Additive in die Hohlflamme über eine
Zerstäuberdüse 40 eingeleitet werden.
Die Funktion ist deckungsgleich zu der Steuerung der Brennstoffe
nach 3 oder 4 und mit identischen oder ähnlichen
Bauteilen realisiert.
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12 und 14 zeigen
die ergänzende Anordnung der schwer- oder nichtbrennbaren
Sonderbrennstoffe oder auch Additive und deren Einleitungsgeometrie über
die Zerstäuberdüse 40 zu den baugleichen
Grundanordnungen gemäß 2 und 5 der
Düsen für die Ausbildung der Hohlflamme.
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15 zeigt
die prinzipielle Ausbildung der Hydrauliksteuerung des Steuerkopfes 21.
Die Steuerköpfe 21 öffnen über
einen federbetätigten Hilfszylinder 25 ab einem
definierten Druck in der Zuleitung 22 erst die Nadelventile 43 wirksam
zu den Düsen und ermöglichen bei Druckabfall den
automatischen Düsenverschluss, der ein Auslaufen des Brennstoffes
im Stillstand verhindert.
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Alle
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der
Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln
als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- 1
- Flammrohr
- 2
- Öldüsen
- 3
- Stauscheibe
- 4
- zentr. Öffnung
- 5
- Konus
- 6
- Durchgangsöffnung
- 7
- Tank
- 8
- Rücklauf
Sammelleitung
- 9
- Pumpe
- 10
- Magnetventil
- 11
- Abzweigung
- 12
- Rücklaufleitung
- 13
- Rückseite
- 14
- Strömungsrichtung
Luft
- 15
- Brennraum
- 16.1
- Grundflamme
- 16.2
- Zusatzflamme
- 16.3
- Gesamtflamme
- 17
- Dralllamellen
- 18
- Rezirkulation
- 19
- Hohlraum
- 20
- Düsenstock
- 21
- Steuerkopf
- 22
- Zuleitung
- 23
- Steuerleitung
- 24
- Magnetventil
- 25
- Hilfszylinder
- 26
- Drucksteuerteil
- 27
- Öl
Grunddüse
- 28
- Öl
Zusatzdüse
- 29
- Verteiler
- 30
- Druckmeter
- 31
- Grunddüsen
radial
- 32
- Zusatzdüsen
radial
- 33
- Versorgungsleitung
- 34
- Versorgungsleitung
- 35
- Ventil
- 36
- Ventil
- 37
- Gasdüsen
- 38
- Zuleitung
- 39
- Gasschieber
- 40
- Sonderbrennstoff-/Additivdüse
- 41
- Ölleitung
- 42
- Gasleitung
- 43
- Nadelventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0347834 [0006]
- - EP 0857915 [0006]
- - EP 0478305 [0007]
- - EP 0347834 B1 [0021]