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Verfahren zur Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere
von Heizöl Die Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Heizöl,
mit blauer, entfeuchteter und entspannter weicher Flamme, d. h. mit sogenannter
Gasflamme, ist mit den üblichen Ölbrennern nicht möglich. Letztere verbrennen die
Kohlenwasserstoffe vielmehr mit gelber, zumeist stark rußender Flamme. Die Verwendung
von Ölbrennern für industrielle Zwecke, z. B. für Siemens-Martin-Öfen, in der Formtrocknung,
ist dadurch stark eingeschränkt. Für diese Zwecke müssen vielmehr Gasbrenner eingesetzt
werden, die mit einem wesentlich teureren Betriebsstoff, nämlich Steinkohlendestillationsgas,
arbeiten. Darüber hinaus läßt die Tatsache, daß die bekannten Ölbrenner mit gelber
und stark rußender Flamme brennen, erkennen, daß der Verbrennungswirkungsgrad nur
unvollkommen ist. Dieser Mangel gilt insbesondere auch für die bekannten, zumeist
in Kessel eingebauten Ölbrenner für Heizungszwecke.
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Die Rußbildung beim Verbrennen von Kohlenwasserstoffen in üblichen
Brennern hat man häufig auf unvollständige Verbrennung zurückgeführt. Man betreibt
daher die Ölbrenner zumeist mit erheblichem und aufwendigem Luftüberschuß. Man hat
außerdem vorgeschlagen, durch Lmlenkbleche u. dgl. den Strömungsweg des Verbrennungsluft-Kohlenwasserstoff-Gemisches
zu vergrößern, zu diesem Zweck hat man sogar vorgeschlagen, die Feuerkammer eines
Kessels derart aufzuteilen, daß die Rauchgase im Umlauf zum Brenner zurückgeführt
werden. Eine wirksame Verbesserung der bekannten Ölbrenner läßt sich dadurch jedoch
nicht erreichen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, flüssige Kohlenwasserstoffe
mit blauer, entfeuchteter, entspannter Flamme, d. h. mit sogenannter Gasflamme,
zu verbrennen, insbesondere von Heizöl, und besteht darin, durch Verdüsen der Kohlenwasserstofe
in oder mit Luft einen Gemischstrom aus Verbrennungsluft und feinzerstäubtem Kohlenwasserstoff
zu erzeugen und zu entzünden sowie einen Teilstrom des brennenden Gemisches aus
Verbrennungsluft, feinzerstäubten Kohlenwasserstoffen und Vergasungsprodukten derselben
abzuzweigen und im Bereich der Zerstäubungsdüse in den Gemischstrom zurückzuführen,
während der Rest mit blauer Flamme verbrennt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Teilstrom des brennenden Gemisches von dem Gemischstrom selbst über Bve-Paßwege
angesaugt. Es empfiehlt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, die Kohlenwasserstoffe
in an sich bekannter Weise mit Preßluft zu zerstäuben, doch kann in ebenfalls an
sich bekannter Weise auch Niederdruckzerstäubung durchgeführt werden. Im übrigen
wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verbrennungsluft zweckmäßig von dem
Strom der feinzerstäubten Kohlenwasserstoffe und/oder des brennenden Gemisches selbst
angesaugt. Eine wirbelnde Durchführung des Gemischstromes mit Hilfe von Prallflächen,
Umlenkkanälen, Ouerschnittsänderungen und/oder gegebenenfalls auch Fremdgaszumischung
kann vorteilhaft sein.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, vermutlich infolge der Zurückführung
des Teilstromes aus dem brennenden Gemisch aus Verbrennungsluft, feinzerstäubten
Kohlenwasserstoffen und Vergasungsprodukten derselben, in den Vergasungsvorgang
der Kohlenwasserstoffe derart eingegriffen wird, daß diese mit blauer, der bekannten
Gasflamme ähnlicher Flamme verbrennen.
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In vorrichtungsmäßiger Hinsicht läßt sich die Erfindung auf verschiedene
Weise verwirklichen. Bei einer solchen Vorrichtung mit in einer Reaktionskammer
mit Brennermündung angeordneter Zerstäubungsdüse zur Erzeugung eines Stromes von
feinverteilten, mit Luft gemischten Kohlenwasserstoffen schlägt die Erfindung vor,
daß die Reaktionskammer einen Strömungskanal für das Verbrennungsluft-Kohlenwasserstoff-Gemisch
aufweist und der Strömungskanal einerseits im Bereich der Zerstäubungsdüse und andererseits
mit Abstand davon vor der Brennermündung, d. h. in einem Bereich, in dem die Verbrennung
der Kohlenwasserstoffe im Gemischstrom noch nicht angeschlossen ist, mit Wandöffnungen
versehen ist, die ihrerseits durch Rückführungskanäle oder Kammern verbunden sind.
Es empfiehlt sich bei dieser Vorrichtung, den Strömungskanal im Bereich der Zerstäubungsdüse
mit Verbrennungsluft-Ansaugöffnungen zu versehen. In weiterer Ausbildung schlägt
die Erfindung vor, den Strömungskanal zu einer Wirbelkammer aufzuweiten und an die
Wirbelkammer
die Rückführungskanäle anzuschließen. Im folgenden «erden Einzelheiten von Vorrichtungen
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand von beispielhaften Zeichnungen
erläutert; es zeigt Fig. 1 einen Brenner, insbesondere für Schweiß-und Lötflainmen,
mit Rückführungsleitungen für einen Teil der Verbrennungsgase, Fig. 2 den Bremier
der Fig. 1 mit regelbarer Rückführung, Fig. 3 eine Einzelheit des Gegenstandes nach
Fig.2. Fig.4 eine Seitenansicht auf einen Brenner für Heiz- und Kochzwecke mit Vergasungs-
und Wirbelkammer sowie Rückführungsleitungen für einen Teil der Verbrennungsgase,
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 4 ohne Brennerplatte, Fig.6
eine Seitenansicht einer weiteren Brennerausführung mit konzentrisch angeordnetem
Rückführungsrohr und als Doppelkonus ausgebildeter Wirbelkammer, Fig. 7 eine abgeänderte
Ausführung der Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt nach Linie B-C der Fig. 7, Fig. 9 einen
Schnitt nach Linie C-D der Fig. 8, Fig. 10 eine schematische Seitenansicht eines
Brenners mit zylinderförmiger Vergasungsglocke zur Befeuerung langer Brennräume.
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Der insbesondere für Löt- und Sch-veißzwecke geeignete Brenner der
Fig.l besteht aus einem als Strömungskanal und Vergasungskammer dienenden Rohrstück
1, das auf der Zerstäuberdüse 2 so aufsitzt, daß die Luftzuführungsöffnungen 3 unmittelbar
hinter der Düsenöffnung liegen. Als Zerstäuberdüse 2 kann eine Injektordüse dienen,
der die Zerstäuberluft von einem üblichen Gebläse mit einem dem jeweiligen Anwendungszweck
entsprechenden Druck, der vorzugsweise zwischen 0,1 und 5 atii liegt, zugeführt
wird. Für besondere Schweißzwecke können auch höhere Drücke zweckmäßig sein. Die
Länge 4 des Strömungskanals l ist zweckmäßig, von der Düsenebene ab gerechnet, größer
als die Höhe 5 des von der Düse 2 ausgesprühten Streukegels 6. Aus der Mündung 7
brennt die blaue Flamme.
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Im vorderen Teil des Strömungskanals 1, etwa in Höhe der Basis 8 des
Zerstäuberstreukegels 6, sind wenigstens zwei diametral gegenüberliegende Abzweigleitungen
9, 10 angeschlossen, die in Höhe der Luftzuführungsöffnungen 3 wieder in das Brennerrohr
1 einmünden.
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Die Ausführung gemäß Fig. ? zeigt eine Regelmöglichkeit für die Größe
des durch die Leitungen 9, 10 zurückgeführten Anteils der Verbrennungsgase. Zu diesem
Zweck sind all der Entnahme- und an der Rückführungsstelle die gleichen Bohrungen
11,12 vorgesehen, über denen jeweils ein ebenfalls mit gleichen Bohrungen 14 bzw.
13 versehener Ring 15 bzw. 16 drehbar angeordnet ist. Jeder dieser Ringe 15 bzw.
16 ist voll einem mit ihm fest verbundenen Hohlring 17 bzw. 18 eingeschlossen, und
beide Hohlringe sind durch eine Rohrleitung 19 miteinander verbunden. Durch \,erdreheil
der beiden Ringkombinationen 15/17 bzw. 16/18, wobei die \"erbindungsleitung 19
als Handgriff benutzt werden kann, läßt sich durch Freigabe eines mehr oder weniger
großen Teiles der Bohrungen 11 bzw. 12 eine entsprechende ,Menge von Verbrennungsgasen
in den Hohlraum des Hohlringes 17 und von cla über die Leitung 19 sowie den Hohlraum
des Ringes 18 und den freigegebenen Teil der Bohrungen 15 und 16 des Ringes 18 und
des Strömungskanals 1 in diesen zurückführen. In Fig. 3 ist eine Seitenansicht
der Anordnung der Regelringe für den Gasrücklauf, teilweise im Schnitt, wiedergegeben.
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Mit den Brennerausführungen nach den Fig. 4 bis 7 lassen sich Brennräume
jeder Art befeuern, wie Dampf-und Warmwassererzeuger, Lufterhitzer und Klimageräte,
Öfen für metallurgische und keramische Zwecke, Härte- und Glühöfen, Badeöfen, Wärmeatistatischer,
Heizeinrichtungen für Mälzereien und Röstereien, Backöfen. Auch lassen sich Feuerstellen
mit offener Flamme betreiben, z. B. Kochstellen, Schmiedefeuer. Bei diesen Ausführungen
ist im Anschluß an den Strömungskanal 1, der ähnlich dem der Fig. 1 ausgeführt ist,
eine vorzugsweise dosen- bis kegelförmige Wirbelkammer 20 angeschlossen.
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Bei der Ausführung der Fig.4 trägt die Wirbelkammer 20 eine glocken-
bis scheibenförmige Brennerplatte 21, deren Rand mit Brennschlitzen 22 versehen
ist, aus denen ein offenes Feuer nach Art einer Gasflamme herausbrennt. Von der
Wirbelkammer 20 sind von gegenüberliegenden Punkten die Rohrleitungen 23 und 24
nach der Zerstäuberdüse 2 zu zurückgeführt und münden in Höhe der Luftzuführungsöffnungen
3 oder in Strömungsrichtung kurz dahinter in den Strömungskanal 1 ein. DerAnteil
der zurückgeführten Verbrennungsgase kann durch Einbau von Drosseleinrichtungen
in die Rückführleitungen 23, 24 geregelt werden. Die Strömung in der Wirbelkammer
20 läßt sich durch Einbau von kugel- oder kegelförmigen Einsatzkörpern 25 am Boden
oder der Wandung der Wirbelkammer und/oder an der Brennerplatte steuern. In Fig.
4 ist ein Einsatzkörper 25 im vorderen Teil der Wandung der Wirbelkammer 20 angebracht,
ein weiterer, 20', an der Unterseite der Brennerplatte 21.
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Bei der Ausführung nach Fig. 6 ist für die Rückführung eines Teiles
der Verbrennungsgase ein über den Bereich der Bohrungen 11 bzw. 12 an der Elitnahme-
und an der Rückführungsstelle reichendes, all beiden Enden geschlossenes Rohrstück
30 konzentrisch auf den Strömungskanal 1 derart gleitbar gelagert, daß der eine
Satz Bohrungen 11 bzw. 12 mehr oder weniger verschließbar ist. Die Verschiebung
und den Betriebsverhältnissen entsprechende exakte Einstellung des konzentrischen
Rohrstückes 30 kann beispielsweise durch eine mit Rändelrad 31 versehene Schraubenspindel
32 erfolgen.
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In Fig. 6 ist die Wirbelkammer 20 nach Art eines Doppelkegels ausgebildet,
der entweder auf dein vorderen Teil des Strömungskanals 1 oder, wie in der Zeichnung
angedeutet, auf dem verschiebbaren konzentrischen Rohrstück 30 angeordnet ist.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.7 sind im Gegensatz zu Fig.6 die
nach dem Ausgang des Strömungskanals 1 zu gelegenen Bohrungen 12 fortgelassen und
statt dessen im vorderen Abschlußring 33 des auf dem Vergasungsrohr angeordneten
konzentrischen Rohrstückes 30 Bohrungen vorgesehen, durch die mittels Stau- und
Sogeinwirkung ein Teil der Verbrennungsgase zurückgeführt und über die Bohrungen
11 nahe der Zerstäuberdüse 2 wieder in den Strömungskanal 1 eingeführt wird.
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Durch Stabilisierungskörper oder -flächen im Innern der Wirbelkammer
20 hat man es in der Hand, neben einer Geräuschdämpfung eine harte oder weiche Flamme
zu erzielen. Bei der Ausführung der Fig.6 ist in der Wirbelkammer 20 eine sich konisch
erweiternde Spirale 35 als Stabilisierungskörper eiligesetzt. Bei kleiner Steigung
der Spirale erhält man eine weiche Flamme mit starker Geräuschdämpfung. Bei größerer
Steigung wird die Flamme härter, und das Brenngeräusch nimmt zu. Statt einer eingesetzten
Spirale
kann die Wandung der Wirbelkammer spiralförmig ausgemantelt sein.
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Bei der Ausführung der Fig. 7 sind im oberen Teil in Achsrichtung
verlaufende Stabilisierungsflächen 30 in der aus der Schnittzeichnung der Fig. 8
ersichtlichen Anordnung vorgesehen. Im unteren Teil ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit
angedeutet, bei der entsprechend der Schnittzeichnung der Fig. 9 radial verlaufende
Lamellen 37 in der Nähe des Ausgangs 38 der Wirbelkammer 20 vorgesehen sind.
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Zur Befeuerung langer Brennräume kann vorteilhaft eine Vorrichtung
entsprechend der Fig. 10 verwendet werden. Hier ist hinter der waagerecht angeordneten
Zerstäuberdüse 2 mit anschließendem Strömungskanal eine domartige, zylinderförmige
und unten offene Vergasungsglocke 40 angebracht, deren seitliche Teile bei 41 gelocht
sind. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß der Strömungskanal 1 in den
Raum der Vergasungsglocke 40 unmittelbar einmündet.
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Über den von der Vergasungsglocke eingenommenen Raum verteilt sind
nach aufwärts gerichtete Leitbleche 43 vorgesehen, deren Länge von der Zerstäuberdüse
2 fort zunimmt. Das letzte Blech 44 bildet gleichzeitig den hinteren Abschluß der
Vergasungsglocke 40. Die Länge der Bleche 43 wird zweckmäßig so bemessen, daß das
erste Blech unterhalb der Düsenebene 45 endet, die folgenden in bzw. über der Düsenebene
45.