DE1241552B

DE1241552B - Vorrichtung zum Verbrennen von fluessigem Brennstoff mit einer in einem Reaktionsraum angeordneten Zerstaeuberduese bzw. Gaserzeuger fuer fluessige Brennstoffe

Info

Publication number: DE1241552B
Application number: DE1961B0062511
Authority: DE
Inventors: Willi Broedlin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-05-17
Filing date: 1961-05-17
Publication date: 1967-06-01
Also published as: CH439556A; DK103957C; NL278393A

Description

Vorrichtung zum Verbrennen von flüssigem Brennstoff mit einer in einem Reaktionsraum angeordneten Zerstäuberdüse bzw. Gaserzeuger für flüssige Brennstoffe Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Verbrennen von flüssigem Brennstoff mit einer in einem Reaktionsraum angeordneten Zerstäuberdüse, der einen kreiszylindrischen oder konisch sich verengenden Mantel aufweist, wobei die Zerstäuberdüse einen derartigen Öffnungswinkel hat, daß ein Teil der Brennstoffstrahlen auf diesen Mantel auftrifft. Derartige Vorrichtungen sind bekannt.
Bei einer solchen bekannten Vorrichtung wird zur Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Heizöl, mit blauer entleuchteter Flamme ein Gemischdruck aus Verbrennungsluft und feinzerstäubten Kohlenwasserstoffen erzeugt und entzündet sowie ein Teilstrom des brennenden Gemisches aus Verbrennungsluft, feinzerstäubten Kohlenwasserstoffen und Vergasungsprodukten abgezweigt und in den Gemischstrom im Bereich der Zerstäubungsdüsen zurückgeführt, während der Rest mit blauer Flamme verbrennt. Der Teilstrom des brennenden Gemisches kann vom Gemischdruck selbst über geeignete Rückführungswege angesaugt werden, wozu bei der bekannten Vorrichtung der Mantel des Reaktionsraums einerseits im Bereich der Zerstäubungsdüse und andererseits mit Abstand davon vor der Brennermündung Wandöffnungen aufweist, die ihrerseits durch Rückführungskanäle oder -kammern verbunden sind. Im übrigen kann der Reaktionsraum im Bereich der Zerstäubungsdüse Verbrennungsluft-Ansaugöffnungen aufweisen, die so angeordnet und gestaltet sind, daß durch sie die gesamte zur vollständigen Verbrennung erforderliche Luftmenge in den Reaktionsraum eintritt.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art ist im Reaktionsraum koaxial vor der Zerstäuberdüse ein in Strömungsrichtung des Gemisches sich kegelig verjüngendes und entweder mit dem kleinsten Querschnitt endendes oder sich wieder venturiartig erweiterndes Rohr vorgesehen, das vom Brennstoff-Luft-Gemisch durchströmt wird, wobei die Verbrennung jenseits des engsten Rohrquerschnittes einsetzt. Die Verbrennungsluft wird durch die gleichzeitig als Brennermündung dienende offene Stirnseite des Reaktionsraums vom Gemisch selbst angesaugt, wobei ein Teilstrom als Primärluft zwischen der Zerstäuberdüse und dem Venturirohr in den Brennstoffstrahl eintritt. Soweit das Venturirohr dicht an die Zerstäuberdüse anschließt, können dort Luftzuführungsöffnungen für die Primärluft vorgesehen sein.
Schließlich ist ein Brenner bekannt, bei dem mit Hilfe eines tangentialen Gebläses und zweier davon abgeleiteter Luftkreise sehr unterschiedlicher Drücke im Brennerkopf nach aerodynamischen Prinzipien ein stabiler Formwirbel erzeugt wird, dem als Sekundärbewegung eine Drehbewegung mit hoher Winkelgeschwindigkeit überlagert ist. Ist die Flamme gezündet, so führt diese Rotation zu einem starken »Separationseffekt«, der sich darin äußert, daß die Wandungen der Reaktionskammer praktisch nicht berührt werden, da die nach innen strebenden brennenden Gas gleichsam von einem spezifisch schweren Luftmantel eingehüllt sind. Auf diese Weise entsteht innerhalb der Reaktionskammer eine durch die Luftteilströme erzwungene »Torusflamme« derart, daß jedes aus der Düse austretende Öltröpfchen gezwungen ist, die heiße Zone dieser »Torusfiamme« zu durchlaufen. Das hat eine sehr schnelle Vergasung des aus der Zerstäuberdüse austretenden Ölnebels zur Folge, jedoch ist der Aufwand für einen solchen Brenner insoweit beachtlich, als notwendigerweise zur Erzeugung des Wirbels eine Zwangsluftzuführung in zwei Luftkreisen mit einem Tangentialgebläse zusätzlich zum Kompressor für das Eindüsen des Brennstoffes erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Vergasungsbrenner und wahlweise als Gaserzeuger arbeitenden Ölbrenner einfachsten Aufbaus zu schaffen, der mit blauer Flamme brennt oder an dessen Mündung ein rußfreies, brennbares Ölgas abgenommen werden kann, das für die verschiedensten Zwecke verwendbar ist, beispielsweise zum Betrieb von Verbrennungsmotoren oder Turbinen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Bereich des Reaktionsraumes zwischen der Auftreffstelle der Brennstoffstrahlen auf den Mantel und der Zerstäuberdüse Frischluftzuführöffnungen angeordnet sind, die so bemessen sind, daß in dem Bereich zwischen der Auftreffstelle der Brennstoffstrahlen auf den Mantel und der Zerstäuberdüse lediglich eine wirbelartige Vorflamme entsteht, die ein Vergasen, jedoch keine Verbrennung des restlichen Brennstoffes bewirkt.
Das durch die Vorflamme erzeugte Gas verbrennt entweder unter Zuführung der Verbrennungsluft vor der Brennmündung oder kann als Brenngas für die verschiedensten Verwendungszwecke abgezogen werden. Vergasung durch die Vorflamme und Verbrennung oder sonstige Verwendung des durch die Vergasung erzeugten Brenngases erfolgen also zweistufig. Tatsächlich gelingt es, die erfindungsgemäße Vorrichtung in kaltem Zustand zu zünden und je nach Brennereinstellung sofort entweder an der Brennermündung das erzeugte Gas ausströmen zu lassen, das zum Betrieb von normalen Verbrennungsmotoren oder Turbinen verwendet werden kann, wozu es lediglich notwendig ist, das Gas vor Eintreten in den Motor oder die Turbine auf die nötige Luftsättigung "zu bringen. Im Ergebnis ist Gegenstand der Erfindung auch die Anwendung des Prinzips der Vorflammenbildung auf Gaserzeuger für flüssige Brennstoffe.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Öffnungswinkel der Zerstäuberdüse 20 bis 60°, und im übrigen ist die Zerstäuberdüse als Druckluft-Zerstäuberdüse ausgebildet, wobei die Zerstäuberluft etwa 51/o der stöchiometrischen Verbrennungsluftmenge beträgt und einen Druck von etwa 0,5 bis 5 atü hat. Die Frischluftzuführöffnungen weisen zweckmäßig Einstellvorrichtungen für die Zuführung der Frischluftmenge auf.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung wahlweise als Vergasungsbrenner oder Gaserzeuger verwendet werden kann und daß bei einfachstem Aufbau und geringem Betriebsaufwand Heizöl und ähnliche Kohlenwasserstoffe mit blauer Flamme verbrannt bzw. zu einem brennbaren Gas vergast werden können. Dabei kann die Leistung und die Temperatur der Vorrichtung allein durch Bemessung des Reaktionsraumdurchmessers und der Gesamtlänge des Reaktionsraumes mit Brennermündung variiert werden, wobei sich optimaler Wirkungsgrad für die Verbrennung bzw. Gaserzeugung verwirklichen läßt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbrennen bzw. Vergasen von flüssigem Brennstoff, F i g. 2 eine andere Ausführungsform, F i g. 3 ebenfalls in einem Axialschnitt eine konstruktive Ausführungsform.
Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung arbeitet als Vergasungsbrenner und Gaserzeuger, ist insbesondere für das Verbrennen von üblichem Heizöl bestimmt und besteht aus einem Mantel 2 eines Reaktionsraumes, der an der Brennermündung 17 offen ist und in dem die axial eingesetzten Zerstäuberdüsen 1, 6 angeordnet sind. Die Düse zerstäubt, wie in den F i g. 1 und 2 angedeutet ist, das Öl kegelförmig (Kegel 3). Die ist, wie in F i g. 3 erkennbar, als Ringspaltdüse ausgebildet und besetzt eine zentrale ölaustrittsöffnung 4 in Form einer Bohrung oder eines Rohres und einen Zerstäubungsluftringspalt 5. Im übrigen ist die Düse für einen Betrieb eingerichtet, bei dem die Zerstäubungsluft mit einer Geschwindigkeit von mindestens 50 m/Sek. bis etwa 500 m/Sek. oder auch mehr aus dem erwähnten Ringspalt 5 austritt. Der Öffnungswinkel a des Zerstäubungskegels 3 des Öls liegt im Ausführungsbeispiel bei 20° und kann grundsätzlich in den Grenzen zwischen 20 und 60° schwanken. Die Düse selbst ist in den Reaktionsraum nicht eingesetzt, der zu diesem Zwecke in der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 am unteren Ende eingezogen ist. Der Reaktionsraum bzw. der Mantel 2 besitzen eine derartige Länge, daß der Zerstäubungskegel3 auf den Mantel 2 auftrifft, wobei in dem Bereich 18 zwischen dieser Auftreffstelle und der Zerstäubungsdüse 1 Frischluftzuführöffnungen 7 vorgesehen sind. Die Zerstäuberdüse 1 verbraucht für die Ölzerstäubung etwa 5 % der für die Vergasung oder Verbrennung des Öls erforderlichen stöchiometrischen Luftmenge. Die Frischluftzuführöffnungen 7 sind jedoch so dimensioniert, daß in dem erwähnten Bereich 18 im Inneren des Mantels 2 ein Unterdruck bleibt, was im allgemeinen mit den Verhältnissen gleichwertig ist, bei denen im Vergasungsbrenner selbst eine unterstöchiometrische Luftmenge vorhanden ist. Im übrigen sind nach F i g. 3 Einstellvorrichtungen für die Ölmenge in Form eines Handrades 8, das eine Nadel 10 verschiebt und auch für die Zerstäubungsluftmenge in Form eines einstellbaren Ventils 9 eingezeichnet.
Es besteht hier auch die Möglichkeit, mit dem Ring 11, der Öffnungen 12 aufweist, die Einstellung der Frischluft vorzunehmen. Diese strömt dann durch die Bohrung 13 in die Verteilerkammer 14 und von hier den Frischluftzuführöffnungen 7 zu. Ebenso kann bei der Vorrichtung nach F i g. 1 die Einstellung der Frischluft durch einen drehbaren Ring 16 erfolgen.
Die F i g. 2 deutet an, daß das Brennerrohr 2 auch kegelförmig zur Mündung hin eingezogen werden kann, es kann im übrigen stets ein- oder mehrteilig ausgeführt sein.
In den Figuren ist die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Vergasungsbrenners und Gaserzeugers (oder Vergasungsvorrichtung) angedeutet. So bildet sich, wie F i g. 1 erläutert, im Reaktionsraum zwischen der Auftreffstelle des Zerstäuberkegels 3 auf den Mantel 2 und der Zerstäuberdüse 1 eine stark wirbelnde Vorflamme 15, die wie ein Kranz die Düse 1 umgibt. Hier herrschen Vergasungsbedingungen, so daß im Ergebnis aus der Brennermündung 17 eine blaue Flamme austritt oder ein brennbares Gas abgenommen werden kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Verbrennen von flüssigem Brennstoff mit einer in einem Reaktionsraum angeordneten Zerstäuberdüse, der einen kreiszylindrischen oder konisch sich verengenden Mantel aufweist, wobei die Zerstäuberdüse einen derartigen Öffnungswinkel hat, daß ein Teil der Brennstoffstrahlen auf diesen Mantel auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich (18) des Reaktionsraums zwischen der Auftreffstelle der Brennstoffstrahlen (3) auf den Mantel (2) und der Zerstäuberdüse (6, 1) Frischluftzuführöffnungen (7) angeordnet sind, die so bemessen sind, daß in dem Bereich zwischen der Auftreffstelle der Brennstoffstrahlen (3) auf den Mantel (2) und der Zerstäuberdüse (1, 6) lediglieh eine wirbelartige Vorflamme entsteht, die ein Vergasen, jedoch keine Verbrennung des restlichen Brennstoffs bewirkt.
2. Anwendung des Prinzips der Vorflammenbildung nach Anspruch 1 auf Gaserzeuger für flüssige Brennstoffe. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel der Zerstäuberdüse 20 bis 60° beträgt. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse als Druckluft-Öl-Zerstäuberdüse ausgebildet ist, wobei die Zerstäuberluft etwa 5% der stöchiometrischen Verbrennungsluftmenge beträgt und einen Druck von etwa 0,5 bis 5 atü hat. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischluftzuführöffnungen (7) Einstellvoxrichtungen (16) für die zuführende Frischluftmenge aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 958 418, 593 939; deutsche Auslegeschrift Nr. 1064188; britische Patentschrift Nr. 371056; Zeitschrift »Sanitäre Technik«, 1961, Nr.
3, S.118.