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Anordnung zur Zuführung einer dem schwankenden Brennstoffbedarf einer
Feuerung angepaßten Menge flüssigen Brennstoffes Die Erfindung bezieht sich auf
eine Anordnung zur Zuführung einer dem schwankenden Brennstoffbedarf einer Feuerung
und der damit veränderlichen Luftzufuhr angepaßten Menge flüssigen Brennstoffes
mit einer Kammer, in der ein gleichbleibender Flüssigkeitsstand aufrechterhalten
wird, und unter Verwendung eines Drosselgliedes zum Erzeugen eines gegen den Vordruck
geminderten Druckes in einem Abschnitt der Luftzuführungsleitung. Bei den bekannten
Anordnungen dieser Art, bei denen die genannte Kammer mit einem den Brennstoffdurchlaß
steuernden Schwimmerventil ausgerüstet ist, wirkt der Luftförderdruck oder »Vordruck«
auf den Flüssigkeitsspiegel in dieser Kammer ein. Die in der Regel eine Zerstäubungsdüse
bildende Mündung der mit der Kammer verbundenen Abflußleitung befindet sich dabei
in dem Abschnitt verminderten Druckes in der Luftförderleitung. Dadurch wird eine
dem erzeugten Druckunterschied und damit der Luftmenge angepaßte Brennstoffmenge
in die Luft eingestäubt.
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Diese Art der Brennstoffzuteilung arbeitet nur mit leichtflüchtigen
Brennstoffen einwandfrei. Schwer verdampfbare Brennstoffe lassen sich mit solchen
Zerstäubungsdüsen nicht fein genug zerstäuben; in der Luftleitung schlagen sich
infolgedessen Flüssigkeitstropfen nieder, die in der Feuerung nicht einwandfrei,
vor allem nicht mit stetiger und rußfreier Flamme verarbeitet werden können.
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Eine einwandfreie Zerstäubung und Zuteilung unter Aufrechterhaltung
stets gleichbleibender Mischungsverhältnisse auch bei schwankendem Luftbedarf ist
jedoch auch bei schwerflüchtigen Brennstoffen dadurch gewährleistet, daß gemäß der
Erfmdung an eine Vorkammer, in welcher der gleichbleibende Flüssigkeitsstand aufrechterhalten
wird, und die in an sich bekannter Weise mit dem Ab-
schnitt höheren Druckes
in der Luftzuführungsleitung in offenerVerbindung steht, einSteigrohrangeschlossen
ist, das in eine mit dem Abschnitt geminderten Druckes in der Luftzuführungsleitung
in Verbindung stehende Auffangkammer ausmündet, und daß eine an diese Auffangkammer
angeschlossene Ablaufleitung der Zuführung des Brennstoffes zur Feuerung dient.
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Bei dieser Anordnung gemäß der Erfindung kann in der bei ölfeuerungen
bewährten Weise der Brennstoff entweder durch Verdichtung und anschließende Entspannung
oder durch einen unter geringem überdruck stehenden gasförmigen Stoff, beispielsweise
durch verdichtete Luft, in den Verbrennungsluftstrom so fein eingestäubt werden,
daß ein störungsfreier Betrieb und eine einwandfreie Verbrennung gewährleistet ist.
Durch die einfache und ohne empfindliche Teile arbeitende Regelung ist dabei dafür
gesorgt, daß die Zusammensetzung des aus Brennstoffnebel und Luft bestehenden Gemisches
über den gesamten Belastungsbereich, d. h. unabhängig von den Schwankungen
des Brennstoff-Luft-Bedarfes, gleich gehalten wird.
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Daher ist die Einrichtung gemäß der Erfindung mit Vorteil in allen
Anlagen verwendbar, bei denen besonders hohe Anforderungen an eine gleichbleibende
Gemischzusammensetzung gestellt werden müssen, z. B. außer in Feuerungsanlagen auch
in sogenannten Schutzgaserzeugem zurGewinnungreduktionsfähiger Gasgemische durch
Teilverbrennung flüssiger Kohlenwasserstoffe. Aber auch für den Betrieb von Schweröhnotoren
kann der Erfindungsgegenstand mit Vorteil verwendet werden.
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Begünstigt wird dieser weite Anwendungsbereich des Erfindungsgegenstandes
auch noch dadurch, daß die Verbrennungsluft auf ihrem Weg zur Mischdüse für sich
beliebig hoch vorgewärmt werden kann. Es können dabei keine schädlichen Vorreaktionen
auftreten, welche den Verbrennungsablauf sowie die Zusammensetzung des entstehenden
Verbrennungsgasgemisches ungünstig beeinflussen würden. Ferner können die Mittel
zum Zumessen und Fördern des
Brennstoffes in beliebiger Entfernung
sowohl von der Mischdüse als auch von der Brennstelle angeordnet sein.
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Um eine von den Druckschwankungen im Auffanggefäß unabhängige gleichförmige
Förderung des Brennstoffes zu gewährleisten, empfiehlt es sich, dafür zu sorgen,
daß in dem an die Mittel zum Fördern des Brennstoffes angeschlossenen Abschnitt
der Ab-
laufleitung des Aufnahmegefäßes der atmosphärische Druck herrscht.
Dies kann entweder durch einen an die Ablaufleitung angesetzten Belüftungsstutzen
- gegebenenfalls unter Einschaltung eines Siphons -
oder auch dadurch
geschehen, daß die Ablaufleitung in einen in die Atmosphäre ausmündenden ersten
Abschnitt und in einen zweiten Abschnitt unterteilt ist, welcher den anfallenden
Brennstoff aufnimmt und den Mitteln zum Fördern und Zerstäuben des Brennstoffes
zuführt.
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Die Regelung der Brennstoffzufuhr gemäß der Erfindung wirkt sehr zuverlässig,
da keine mechanisch wirkenden Regelglieder benötigt werden; allerdings ist dabei
wie bei allen Regelvorrichtungen, in denen ein von der Verbrennungsluftzufuhr abhängiger
Druckunterschied wirkt, nur innerhalb eines begrenzten Regelbereiches eine ausreichende
Genauigkeit gewährleistet. Da nämlich die Luftmenge und der Wirkdruck voneinander
quadratisch abhängig sind, ergibt sich als Arbeitsbereich ein Regelmengenverhältnis
von höchstens 1 :5, entsprechend einem Druckverhältnis von 1: 25.
Im unteren Teillastbereich, insbesondere bei der Grundlast, ist der entstehende
Druckabfall sehr klein und die Regelung entsprechend ungenau.
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Um trotzdem einen einwandfreien Betrieb im unteren Teillastbereich,
insbesondere bei der Grundlast, ja sogar zur Aufrechterhaltung einer Zündflamme
sicherzustellen, kann eine von der Anordnung gemäß der Erfindung unabhängige Brennstoffteilmengenzuführung
vorgesehen sein, über welche die Zerstäubungseinrichtung die hierfür benötigte geringe
Brennstoffmenge erhält. Die Fördermenge des für die Zerstäubungseinrichtung vorgesehenen
Luftverdichters ist dabei so bemessen, daß sie zur vollständigen Verbrennung dieser
Brennstoffmenge ausreicht. Hierdurch ist es möglich, die Anlage auch noch mit einer
Grundbelastung einwandfrei zu betreiben, die etwa 100/9 der vollen Leistung, im
Bedarfsfall sogar noch weniger beträgt. Damit steht ein bisher unerreicht großer
Leistungsspielraum zur Verfügung-Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des
Erfindungsgegenstandes mit einer Abwandlung in vereinfachter Darstellung.
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An ein Gebläse 5, dessen Förderleistung ausreicht, um einer
Feuerung eine auch für den Höchstbedarf ausreichende Verbrennungsluftinenge zuzuführen,
ist eine Luftzuführungsleitung 6 angeschlossen. In dieser Luftzuführungsleitung
befindet sich eine Drosselvorrichtung 7, durch welche die Fördermenge an
den jeweiligen Verbrennungsluftbedarf angepaßt werden kann. Diese Drosselvorrichtung
7, die in der Zeichnung als einfache Drosselklappe dargestellt ist, kann
je nach Erfordernis beliebig von Hand oder durch eine selbsttätig wirkende
Verstelleinrichtung an sich bekannter Art, z. B. durch einen Wärmeregler, betätigt
werden. In der Luftzuführungsleitung 6 ist weiterhin eine Venturidüse
8 angeordnet, in deren engstem Querschnitt 9 ein Teil der in der Luft
enthaltenen Druckenergie in Bewegungsenergie umgesetzt und.dadurch ein gegenüber
dem Vordruck verminderter Druck erzeugt wird. Der entstehende Druckunterschied ist
ein Maß für die durch die Luftzuführungsleitung 6 hindurchströmende Verbrennungsluftmenge.
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An eine Vorkammer 10 ist eine Brennstoffleitung 11 angeschlossen,
deren Mündung durch ein mit einem Schwimmer 13 verbundenes Ventil 12 beherrscht
wird. Dieses Ventil schließt die Brennstoffleitung ab, wenn der Brennstoffspiegel
in der Vorkammer 10 den dargestellten Flüssigkeitsstand N-N erreicht hat,
und gibt den Brennstoffzutritt frei, wenn der Flüssigkeitsstand abzusinken beginnt.
Der Flüssigkeitsstand N-N in der Vorkammer 10 bleibt also innerhalb zulässiger
Schwankungen auf stets gleicher Höhe. Mit der Vorkammer 10 kommuniziert ein
Steigrohr 15, welches etwas oberhalb des Flüssigkeitsstandes N-N in eine
Auffangkammer 16 ausmündet. An dieser Auffangkammer ist eine im engsten Querschnitt
9 der Venturidüse 8 ausmündende Druckausgleichleitung 18 angeschlossen,
während eine zweite Druckzuführungsleitung 19 den vor der Venturidüse
8 herrschenden Druck auf den Flüssigkeitsstand in der Vorkammer
10 überträgt. Die aus der oberen, düsenartig verengten Mündung
17 des Steigrohres 15 in die Auffangkammer 16 auslaufende Brennstoffmenge
ist dabei verhältnisgleich dem Unterschied der in den Leitungen 18 und
19 herrschenden Drücke und damit auch abhängig von der in der Zeiteinheit
durch die Luftzuführungsleitung 6
hindurchströmenden Verbrennungsluftmenge.
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An die Auffangkammer 16 ist eine Ablaufleitung 20 angeschlossen,
die eine Flüssigkeitssperre gegen die freie Atmospäre bildet, und in eine enge,
genau bemessene Düse 21 endet. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel bildet ebenfalls
die Rohrmündung die Düse. Der aus dieser Mündung ausfließende Brennstoff gelangt
in ein Aufnahmegefäß 22 und von dort in eine Leitung 23, an die sich eine
Brennstoffförderpumpe 25 anschließt. Die Förderleitung 24 dieser Pumpe mündet
in das innere Rohr eines aus zwei gleichachsigen Rohren 26 und
27 sowie einer Zerstäubungsdüse 28 bestehenden Düsenstockes ein, dessen
ringzylindrischer, äußerer Hohlraum an die Förderleitung 29 eines Luftverdichters
30 angeschlossen ist. Dieser Luftverdichter, der vorzugsweise zusammen mit
der Brennstoffförderpumpe 25
von einem gemeinsamen, nicht dargestellten Motor
angetrieben wird, liefert die zum Zerstäuben des Brennstoffes benötigte Druckluft.
Der dabei entstehende und aus der Zerstäubungsdüse 28 entweichende Brennstoffnebel
bildet mit der durch das Gebläse 5 geförderten Verbrennungsluft ein gut aufbereitetes
Gemisch, das auch beiveränderlicherLuftmenge über einen großen Bereich eine ausreichend
gleichbleibende Zusammensetzung hat und infolgedessen auch in vergleichsweise engen
Verbrennungskammern mit nicht rußender Flamme einwandfrei verbrannt werden kann.
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F i g. 1 zeigt eine solche Verbrennungskammer in Gestalt des
von einem Außenmantel 33 umgebenen Innenmantels 32 eines doppelwandigen
Strahlrohres, welches insbesondere zur Beheizung eines Industrieofens für die Wärmebehandlung
metallischer Werkstücke dienen kann, und dessen Abgasrohr 34 einen Teil eines zur
Vorwärmung der Verbrennungsluft dienenden Wärineaustauschers 35 bildet. An
den
ringzylindrischen Hohlraum des Wärmeaustauschers ist einerseits
die Luftzuführungsleitung 6 und andererseits ein Krümmer 36 angeschlossen,
welcher die vorgewärmte Verbrennungsluft einer am vorderen Stimende des Innenmantels
32 angeordneten Mischdüse 38 zuführt.
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Wie bereits dargelegt wurde, ist der an der Venturidüse
8 entstehende Druckabfall bei sehr geringer Luftzufuhr, d. h. im unteren
Teillastbereich, nur klein und die Regelung der Brennstoffzufuhr in diesem Bereich
daher entsprechend ungenau. Um trotzdem bei geringerer Belastung (Grundbelastung)
und sogar bei Leerlauf, also bei vollständig abgestellter Luftzufuhr, durch die
Luftzuführungsleitung 6 die erforderliche Brennstoffzufuhr sicherzustellen,
ist die Brennstoffleitung 11 durch eine Nebenleitung 41, welche ebenfalls
eine enge, genau bemessene Düse 43 enthält und die Vorkammer 10 sowie die
Auffangkammer 16 umgeht, unmittelbar mit dem Aufnahmegefäß 22 verbunden.
In dieser Nebenleitung 41 befindet sich ebenfalls ein Regelglied in Gestalt
eines in einer Schwimmerkammer 40 angeordneten Schwimmerventils 42. Zur Erreichung
des vorstehend genannten Zweckes wird der Luftverdichter so bemessen, daß seine
Förderleistung gerade der für die Aufrechterhaltung der Verbrennung bei Leerlauf
bzw. bei der Grundbelastung der Feuerung benötigten Verbrennungsluftmenge entspricht.
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Die Brennstofförderpumpe 25 kann fortfallen, wenn der Düsenstock
bzw. die Zerstäubungsdüse 28
in an sich bekannter Weise so gestaltet und angeordnet
sind, daß die Zerstäubungsluft eine für die Brennstofförderung ausreichende Injektorwirkung
hervorruft.
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Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist die an die Auffangkammer
16 angeschlossene, eine genau bemessene Düse 46 enthaltende und eine Flüssigkeitssperre
bildende Ablaufleitung 20 mit der Leitung 23 durch einen Rohrkrümmer 47 verbunden,
in dessen Scheitel ein offenes Standrohr 45 einmündet. Die mit einer engen Düse
48 versehene Nebenleitung 41 zur Zuführung der Teilbrennstoffmenge ist an die Leitung
23 angeschlossen, aus welcher der anfallende Brennstoff über die Förderleitung
24 zum Brenner gefördert wird.
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Selbstverständlich können an Stelle der bemessenen Düsen auch einstellbare
Drosselvorlichtungen an sich bekannter Art, beispielsweise in Gestalt von Nadelventilen,
verwendet werden. Es sei auch noch bemerkt, daß die Anordnung gemäß der Erfindung
mit gleich gutem Erfolo, auch bei solchen Feuerungsanlagen verwendet werden kann,
bei denen die Verbrennungsluft durch natürlichen oder künstlichen Zug gefördert
wird.