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Doppelrohrdüsenbrenner für schwere und schwerste Heizöle Bekannte
Einrichtungen zur Verfeuerung von flüssigen Brennstoffen haben den Nachteil, daß
mit ihnen nicht alle vorkommenden flüssigen Brennstoffe verfeuert werden können.
Namentlich können mit ihnen die in den Erdölraffinerien anfallenden, preislich günstigen
Rückstände infolge ihrer bei normaler Temperatur hohen Viskosität nicht verheizt
werden. Man ist deshalb dazu übergegangen, die schweren und schwersten Heizöle vor
ihrer Ankunft im Brenner bzw. vor dem Zerstäuben und Verbrennen vorzuwärmen, wozu
verschiedene Einrichtungen entwickelt wurden.
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So wurden beispielsweise Ölfeuerungsanlagen für absatzweisen Betrieb
vorgeschlagen, mit einem beheizten: Hilfsölbehälter, der mit einer im Brenner unmittelbar
vor der Brennerdüse angeordneten Ölkammer durch je eine Zu- und Ableitung derart
verbunden ist, daß bei unterbrochener Ölzufuhr ein Kreislauf heißen Öls zwischen
Ölkammer und Hilfsbehälter eintritt, wobei die die Ölkammer mit dem Hilfsbehälter
verbindenden, in verschiedener Höhe in letzteren einmündenden Leitungen unter allen
Betriebsverhältnissen offen. und frei von jedem dem Flüssigkeitsstrom entgegentretenden
Hindernis sind.
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Solche Anlagen zum Umwälzen erwärmten Brennstoffes, die aber nur während
der Betriebspausen wirksam werden, beruhen auf dem Prinzip der Thermosiphonwirkung.
Zu Beginn des Feuerungsbetriebes wird aber bei solchen Anlagen mit dickerem Heizöl
von beispielsweise über 30-- E/20° C eine Thermosiphonwirkung gar nicht erreicht,
so daß das in den Leitungen und im Düsenkopf befindliche Öl noch nicht warm und
dünnflüssig sein wird, wenn der Thermostat im Ölvorwärmer den Brennermotor einschaltet.
Die Düse wird daher beim ersten Versuch des Brennens das dicke Öl noch nicht durchfließen
lassen. Sofern durch das Erwärmen des Öls Gasblasen entstehen, die dann in den Düsenkopf
steigen, ist der zur Erzielung der Thermosiphonwirkung erforderliche geschlosseneFlüssigkeitsstrom
unterbrochen und damit die Zirkulation gestört, so daß eine weitere Aufheizung des
Düsenkopfes nicht mehr möglich ist. Im übrigen ist erfahrungsgemäß die Anordnung
des Olvorwärmebehälters in unmittelbarer Nähe der Düse aus Gründen des Platzmangels
bei der Brennereinführung in den Heizkessel nicht möglich.
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Bekannt ist ferner die Ausbildung des Zerstäuberrohres als Doppelrohr,
das ein im Zerstäuberrohr gleichachsig angebrachtes Rückleitungsrohr mit einem Kopf,
der sich auf einen Sitz des Zerstäuberrohres legt, und eine äußere und eine innere
Gruppe von Kanälen enthält, von denen die erstere zur Zuführung des Brennstoffes
und die letztere zur Rückführung des Brennstoffes in das Rückleitungsrohr dient.
Diese Anordnung einer Doppelrohrdüsenstange dient allein der Leistungsänderung,
indem der Rücklauf des Öls beim Austritt entsprechend abgestaut wird, um so die
Olmenge für den Düsenaustritt zu verändern. Ein Ölumlauf vor Beginn der Zerstäubung
und Verbrennung ist nicht vorgesehen., ebensowenig wie ein ständiger Olumlauf während
derVerbrennung, denn bei Höchstleistung fließt kein Öl mehr durch die Rückleitung.
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Demgegenüber ist erfindungsgemäß ein Doppelrohrdüsenbrenn.er für schwere
und schwerste Heizöle, bei dem das Doppelrohr in den von einer Pumpe bewirkten Kreislauf
eines Ölvorwärmerseingeschaltet ist und der Rücklauf des Öls von einem Öldruckregler
gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelrohrdüsenbrenner mit einem
von außen zu betätigenden, unmittelbar hinter der den Kreislauf ermöglichenden Verbindungsöffnung
zwischen dem Außen- und dem Innenrohr angeordneten Nadelventil ausgerüstet ist,
welches den Ölzufluß zur Zerstäubungsdüse freigibt.
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Vorzugsweise ist ein in die von der Zerstäubungsdüse zum Ölvorwärmer
rückführende Rohrleitung eingeschalteter Thermostat vorgesehen, welcher das Nadelventil
steuert.
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Dadurch wird eine ständig gleichbleibende Öltemperatur beim Düsenaustritt
und somit eine gleichmäßige Verbrennung erzielt. Die durch die Brennerpumpe bewirkte
zwangläufigeUmwälzung des Heizöls durch sämtliche ölführenden Organe ist viel durchdringender
und wirkungsvoller als eine Umwälzung durchThermosiphonwirkung. Diese Umwälzung
wird auch während des Betriebes des Brenners weitergeführt, indem beispielsweise
die Pumpenleistung das 10fache dessen beträgt, was durch die Düse zerstäubt
wird.
Somit kehren neun Zehntel der Ölmenge wieder in den Ölvorwärmer zurück.
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Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Die Einrichtung gemäß Fig.1 läßt sich in drei Hauptteile unterteilen,
von denen der erste aus dem in der Zeichnung nicht dargestellten Hauptbrennstoffbehälter
besteht, während der zweite Teil als wichtigsten Bestandteil einen Ölwärmer enthält
und der dritte Teil durch den eigentlichen Brenner gebildet wird.
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Zwischen dem nicht dargestellten Hauptbrennstoffbehälter und dem Ölvorwärmer
8 ist eine ebenfalls nicht dargestellte Pumpe in die Rohrleitung geschaltet. Im
Ölvorwärmer 8 ist oben ein an sich bekannter Ölstandsregler 31 mit Schwimmer 32
eingebaut, welcher die Pumpe steuert und schon auf verhältnismäßig kleine ölstandsänderungen
anspricht. Der Regler 31 sorgt dafür, daß der Ölv orwärmer 8 ständig gleich hoch
gefüllt ist. Die Pumpe pumpt nur so, viel 0I nach, wie durch den Ölbrenner verbraucht
wird. Ihre Abnützung ist dadurch auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Der Einbau eines
Überstromv entils erübrigt sich, und eine Rückleitung zum Haupttank entfällt.
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Zur Erwärmung des im zylindrischen Ölvorwärmer 8 befindlichen Öls
dient eine Batterie mit in den Vorwärmer hineinragenden Heizkörpern 10. Eine zusätzliche
Wasserheizung 9 ist mit Rohrwindungen ebenfalls angedeutet. Der Vorwärmer 8 ist
ferner mit einer Entlüftungsleitung 14, -welche zugleich als Sicherheitsleitung
beim Versagen des Ölstandsreglers dient, mit einem Thermostaten 12 und einemThermometer
13 ausgerüstet ist, welch letztere beide vorzugsweise unterhalb des niedrigsten
Ölstandes eingebaut sind. Mit 33 ist die Ölzufuhrleitung aus dem Hauptbrennstoffbehält.er
bezeichnet.
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Der Brennerteil weist ein der Saug- und Druckpumpe 1 vorgeschaltetes
Feinkornfilter 2 auf. Von der Pumpe 1 führt eine Rohrleitung 34 zu einer Doppelrohrdüsenstange
20, bestehend aus einem äußeren Mantel 19 und einem inneren Mantel 21. Das eine
Ende der Doppelrohrdüsenstange 20 trägt die Zerstäuberdüse 3. Unmittelbar hinter
der Düse 3 kann das Öl durch Öffnungen 35 vom äußeren Mantel 19 in den inneren.
Mantel 21 übertreten. Im inneren Mantel 21 ist ein durch einen Steuerautomaten 36
elektrisch gesteuertes Nadelventil 37 vorgesehen, mit dessen Spitze 37c die
Düse geschlossen oder geöffnet werden kann. Von dem der Düse 3 entgegengesetzten
Ende der Doppelrohrdüsenstange führt eine Rohrleitung 38 zu einem Ölkreislauf- und
Öldruckregler 39. Mittels eines Membranventils 40 wird durch den Regler 39 das überschüssige
Öl über eine Rohrleitung 22 in den Ölvorwärmer 8 zurückgeleitet.
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Im übrigen ist die Arbeitsweise der Einrichtung, wie an Hand der in
der Zeichnung angebrachten Pfeile leicht verfolgt werden kann, folgende: Bei Inbetriebsetzung
der Einrichtung fördert vorerst die nicht dargestellte Pumpe das kalte
Öl aus dem ebenfalls nicht dargestellten Hauptbrennstoffbehälter über die
Ölzufuhrleitung 33 in den Ölvorwärmer B. Dabei sorgt der Ölstandsregler 3,1, daß
bei gefülltem Ölvorwärmer die Pumpe ausgeschaltet wird. Nach Einschalten des Stromes
mittels des Hauptschalters der Anlage heizt die elektrische Batterie über die Heizkörper
10 das sich im Ölvorw ärmer befindliche zähflüssige Öl auf. Bis jetzt arbeitet noch
kein anderes Organ der Anlage. Erst wenn das Öl im Vorwärmer 8 die ungefähr 10°
C unter der Verbrennungstemperatur liegende, -für die Zerstäubung und Verbrennung
günstigste Dünnflüssigkeit erreicht hat, schaltet der Thermostat 12 im Vorwärmer
den Ölbrennermotor und damit die Ölpumpe 1 und das Verbrennungs,luftgebläse ein.
Die Düse ist noch geschlossen und die Zündung noch nicht eingeschaltet.
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Nun findet-folgender Kreislauf statt: Das Öl wird aus dem Olvorwärmer
8 durch die Rohrleitung 23 und das Feinkornfilter 2 in die Saug- und Druckpumpe
1 gesaugt und gelangt von dort durch die Rohrleitung 34 in den äußeren Mantel 19
der Doppelrohrdüsenstange 20. In diesem Mantel 19 fließt das erwärmte Öl bis unmittelbar
hinter die Zerstäuberdüse 3, tritt durch die Öffnungen 35 in den inneren Mantel
21, fließt durch diesen und durch die Rohrleitung 38 zurück in den Öldruckregler
39, durchströmt das Membranventi140 und gelangt durch die Rohrleitung 22 in den
Ölvorwärmer 8 zurück.
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Dieser Vorgang erfüllt zwei Zwecke: Erstens werden durch das Verbrennungsluftgebläse
die Feuer-und Kaminzüge von möglicherweise sich darin befindlichen gefährlichen
Gasen befreit; zweitens wird durch den Kreislauf des Öls zwischen Düse und Ölvorwärmer
alles kalte, zähflüssige Öl aus dem Brend ner und den Leitungsteilen in den Vorwärmer
zurückbefördert. Dieser Kreislauf erfolgt bei beständigem Erwärmen des Öls im Ölvorwärmer,
bis das gesamte kreisende Öl eine Temperatur erreicht, in welcher es eine für die
Verbrennung günstigste Dünnflüssigkeit aufweist. Gleichzeitig werden auch alle ölführenden
Organe bis zur Zerstäuberdüse aufgewärmt.
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Erfahrungsgemäß genügt für diesen Zweck je nach Ölbeschaffenheit eine
Umwälzung von 11/s bis 21/z Minuten. Die gewünschte Umwälzzei, kann an einem nicht
dargestellten Steuerautomaten eingestellt werden. Nach Ablauf dieser Lüftungs- und
Umwälzzeit wird durch den Steuerautomaten über dessen Antrieb 36 . das elektrische
Düsennadelventil 37 betätigt und über den Zündtransformer 7 die elektrische Zündung
5 eingeschaltet. Nachdem nun durch Betätigen des Düsennadelventils 37 die Düsennadelspitze
37a in ihre Rückzugsstellung gebracht wurde, tritt Öl durch die Düse, wird zerstäubt
und durch die Zündung entbrannt. Die Ölumwälzung bleibt auch während des Feuerns
weiter aufrechterhalten, indem z. B. 20 1 zur Düse hinausgepreßt werden, während
beispielsweise die restlichen 1001 Öl, welche durch die Pumpe 1 gefördert werden,
wieder in den Ölv orwärmer zurückfließen. Der Öldruck in der Doppelrohrdüsenstange
wird durch den Öldruckregler 39 konstant gehalten.
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Sobald sich eine Flamme bildet, wird der Automat durch einen elektrischen
Flammenwächter gesichert und bleibt dadurch in Betriebsstellung, bis durch einen
Kessel-, Zimmer- oder Vorwärmethermostaten die Steuerspannung unterbrochen wird.
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Nach Ausschalten des Stromes mittels des Hauptschalters oder nach
Ansprechen der Kessel-, Kamin-oder Zimmerthermostaten wird die gesamte Anlage stillgelegt.
Beim Wiedereinschalten erfolgt wieder zunächst die Vorwärmung des Öls und der ölführenden
Organe durch die Ölumwälzung, und der ganze beschriebene Vorgang wickelt sich von
neuem ab.
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In Fig. 2 der Zeichnung ist eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung
zur Lösung der Erfindungsaufgabe dargestellt.
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Ihre Arbeitsweise kann an Hand der in der Figur angebrachten Pfeile
leicht verfolgt werden. Gleiche Teile tragen bei beiden Ausführungsformen die gleichen
Bezugsziffern.
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Bei Inbetriebsetzung dieser Einrichtung fördert vorerst die Pumpe
15 das kalte Öl aus dem nicht dargestellten
Hauptbrennstoffbehälter
in den Ölvorwärmer B. Dabei sorgt das Niederdruck-Überstromventil 16 bei gefülltem
Ölvorwärmer 8 für den Rückfluß des überschüssigen Öls in den Hauptbrennstoffbehälter.
Nach Einschalten des Stromes mittels des Hauptschalters der Anlage heizt eine elektrische
Batterie durch die Heizkörper 10 das sich im Ölvorwärmer befindliche zähflüssige
Öl auf. Bis jetzt arbeitet noch kein anderes Organ der Anlage. Erst wenn das Öl
im Vorwärmer die ungefähr 10° C unter der Verbrennungstemperatur liegende, für die
Zerstäubung und Verbrennung günstigste Dünnflüssigkeit erreicht hat, schaltet ein
Thermostat 12 im Ölvorwärmer die Ölbrennerpumpe 1 bzw. deren Antriebsmotor ein.
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Nun findet folgender, zunächst druckloser Kreislauf statt: Das Öl
gelangt vom Ölvorwärmer 8 durch ein LamellenspaItfilter 11, durch die Rohrleitung
23 und durch das Feinkornfilter 2 in die Saug- und Druckpumpe 1 und von dort durch
ein Thermostatengefäß 17, die Rohrleitung 18 in den äußeren Mantel 19 der Doppeldüsenstange
20. In diesem Mantel 19 fließt das erwärmte Öl bis unmittelbar hinter die Zerstäuberdüse
3 und tritt dann durch entsprechende Öffnungen in den inneren Mantel 21 der Doppeldüsenstange
ein, fließt von dort zurück in ein elektrohydraulisches Ventil 4, durchströmt dieses
und fließt über die Rohrleitung 22 zum Ölvorwärmer zurück.
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Dieser Kreislauf erfolgt bei beständigem Erwärmen des Öls mittels
der Batterie so lange, bis die gesamte kreisende Ölmenge eine bestimmte Temperatur
erreicht hat, welche von der Beschaffenheit des Öls abhängig ist und welche am Kreislaufthermostaten
6 eingestellt werden kann. Durch die Umwälzung sind auch alle ölführenden Organe
bis zur Zerstäuberdüse 3 aufgewärmt, und das 0I ist dünnflüssig genug, um einwandfrei
zerstäubt zu werden.
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Ist die erwähnte Temperatur erreicht, so bewirkt der Ölkreislaufthermostat
6 das Umsteuern des elektrohydraulischen Ventils 4. Dadurch, daß alsdann ein Zurückfließen
des. Öls in den Ölvorwärmer verhindert wird, entsteht ein Druck, welchem das vor
der Düsenmündung angeordnete hydraulische Ventil 24 noch widersteht. Gleichzeitig
mit der Umsteuerung des Ventils 4 schaltet der Thermostat 6 auch die elektrische
Zündung 5 ein. Inzwischen hat der Öldruck einen Wert (etwa 20 atü) erreicht, welcher
das Öffnen des hydraulischen Ventils 24 vor der Düsenmündung bewirkt. Das vorgewärmte
Öl gelangt durch die Düse, wird zerstäubt und verbrennt wie Leichtöl. Das überschüssige
Öl kann beim Öffnen des hydraulischen Ventils durch eine dadurch frei werdende
und zugleich druckregelnde Bohrung durch den Ölkreislaufthermostaten 6 und die Leitung
22 zum Vorwärmer 8 abfließen.
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Nach Ausschalten des Stromes mittels des Hauptschalters oder nach
Ansprechen des Kessel-, Kamin-oder Zimmerthermostaten oder des Druckreglers wird
die gesamte Anlage stillgelegt. Beim Wiedereinschalten der Ölfeuerungsanlage erfolgt
wieder zunächst die Vorwärmung des Öls und der Ölleitungen, und der ganze beschriebene
Vorgang wickelt sich von neuem ab.