DE1064188B - Verfahren zur Verbrennung von fluessigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Heizoel - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.

Claims (18)

1. PATENTANSPRACHE: 1. Verfahren zur Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Heizöl, mit blauer, entleuchteter Flamme, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verdüsen von Kohlenwasserstoffen in oder mit Luft ein Gemischstrom aus Verbrennungsluft und feinzerstäubten Kohlenwasserstoffen erzeugt und entzündet sowie ein Teilstrom des brennenden Gemisches aus Verbrennungsluft, feinzerstäubten Kohlenwasserstoffen und Vergasungsprodukten derselben abgezweigt und in den Gemischstrom im Bereich der Zerstäubungsdüse zurückgeführt wird, während der Rest mit blauer Flamme verbrennt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom des brennenden Gemisches von dem Gemischstrom selbst über Rückführungswege angesaugt wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe mit Preßluft zerstäubt werden.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft von dem Strom der feinzerstäubten Kohlenwasserstoffe und/oder dem brennenden Gemischstrom selbst angesaugt wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischstrom einer wirbelnden Durchmischung mit Hilfe von Prallflächen, Umlenkkanälen, Ouerschnittsänderungen, Fremdgaszumischung unterworfen wird.
6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 mit in einer Reaktionskammer mit Brennermündung angeordneter Zerstäubungsdüse zur Erzeugung eines Stromes von feinzerteilten, mit Luft gemischten Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, 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 mit Wandöffnungen versehen ist, die ihrerseits durch Rückführungskanäle oder -kammern verbunden sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal im Bereich der Zerstäubungsdüse Verbrennungsluft-Ansaugöffnungen aufweist. B.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal zu einer Wirbelkammer aufgeweitet und an die Wirbelkammer die Rückführungskanäle angeschlossen sind.
9. 9. Vorrichtung vorzugsweise zur Erzeugung von Löt- oder Schweißflamme nach den Ansprücben 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal aus einem als Brenner dienenden und auf die Zerstäubungsdüse aufsitzenden Rohr besteht, das in Höhe der Düse Luftzuführungsöffnungen aufweist und dessen Länge größer ist als die Länge des Streukegels des Brennstoffnebels, und daß am vorderen Teil des Brennerhebels, vorzugsweise in Höhe der Basis des Streukegels, die gegebenenfalls mit einer Drosseleinrichtung versehenen Rückführungsleitungen angeschlossen sind, die in Höhe der Luftzuführungsöffnungen oder in Strömungsrichtung unmittelbar hinter diesen einmünden.
10. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des rückgeführten Anteils des brennenden Gemisches der Strömungskanal an der Entnahme- und an der Rückführungsstelle Bohrungen aufweist, über denen jeweils ein mit den gleichen Bohrungen versehener Ring drehbar angeordnet ist, welcher von einem mit ihm fest verbundenen Hohlring umschlossen ist, und daß die Hohlräume der beiden Hohlringe an der Entnahme- und an der Rückführungsstelle durch eine Rohrleitung verbunden sind.
11. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine über den Bereich der Bohrungen an der Entnahme- und an der Rückführungsstelle sich erstreckendes, an beiden Enden geschlossenes, konzentrisches Rohrstück auf dem Vergasungsrohr derart gleitbar gelagert ist, daß der eine Satz der Bohrungen mehr oder weniger verschließbar ist.
12. 12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Strömungskanal eine vorzugsweise dosenförmige Wirbelkammer angeschlossen ist, die gegebenenfalls eine glocken- oder scheibenförmige und mit Brennschlitzen versehene Brennerplatte aufweist und die mit dem Strömungskanal mittels symmetrischer und gegebenenfalls mit einer Drosseleinrichtung versehenen Abzweigleitung verbunden ist, welche in Höhe der Luftzuführungsöffnungen oder unmittelbar hinter diesen in den Strömungskanal einmünden.
13. 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an der Brennerplatte oder am Boden oder der Wandung der Wirbelkammer kugel- oder kegelartige Einsatzkörper angeordnet sind.
14. 14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer als Doppelkonus ausgebildet ist.
15. 15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 1-1, dadurch gekennzeichnet, daß im vorderen Abschlußring zwischen Strömungskanal und auf diesem gleitbaren konzentrischen Rohr der Rohrachse parallele Bohrungen vorgesehen sind und 5 die als Doppelkonus ausgebildete Wirbelkammer mit denn konzentrischen Rohr verbunden ist.
16. 16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirbelkammer in Achsrichtung verlaufende oder spiralförmig io oder sternförmig angeordnete Gleit- oder Stabilisierungsflächen vorgesehen sind.
17. 17. @-orriclitung zur Ausübung des Verfahrens nach den Ansprüchen 6 bis 16, insbesondere zur Befeuerung langer Brennräume, dadurch Bekenn- 15 zeichnet, daß an die waagerecht angeordnete Zerstäubungsdüse mit anschließendem Strömungskanal eine dornartige, zylinderförmige, unten offene Vergasungsglocke angeordnet ist, deren Seitenteile gelocht sind, und daß über die Länge der Glocke verteilt nach aufwärts gerichtete Leitfläche mit zunehmender Länge so vorgesehen sind. daß die ersten Bleche unterhalb der Düsenebene, die übrigen hinter oder über der Düsenebene enden.
18. 18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Strömungskanals wenigstens der Länge des Streukegels des die Zerstäubungsdüse verlassenden Brennstoffnebels entspricht.