DE19606733C1 - Verfahren zum Betrieb insbesondere eines Ölvergasungsbrenners und Brenner zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb insbe­ sondere eines Ölvergasungsbrenners, bei dem unter Druck­ zufuhr von Frischluft und unter Beimischung von in den Brenner rückgeführter Abgase der durch eine Düse am Ende des Brennerstockes eingedüste Brennstoff in einer in Aus­ strömrichtung divergierenden Drallströmung weiter aufge­ löst und in dieser mit den rückgeführten Abgasen und der zugeführten Frischluft gemischt wird. Die Erfindung be­ zieht sich ferner auf einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens.

Ein solches Verfahren ist bspw. nach der EP 0 436 113 be­ kannt und ebenso ein dafür geeigneter Brenner, der im we­ sentlichen aus einem Gehäuse besteht, an dem zentrisch der Düsenstock mit diesen umgebender Zufuhröffnung zur Einleitung von Frischluft angeordnet ist, der in einem brennkammerseitig im Gehäuse angeordneten, in Ausström­ richtung orientierten Dralltopf gerichtet ist, an dem Ab­ gaseinsaugkanäle angeordnet sind, die im Bereich tangen­ tial in den Dralltopf einmündender Injektoren für die Einsaugung rückgeführter Abgase in den Dralltopf einmün­ den. Mit diesem Verfahren und dem zugehörigen Brenner sollen die Schadstoff-Emissionswerte auch bei der Ver­ brennung flüssiger Brennstoffe minimiert werden, was auch tatsächlich der Fall ist, so daß voll auf den Inhalt der EP 0 436 113 Bezug genommen werden kann.

Es hat sich jedoch bei der praktischen Umsetzung dieses Verfahrens gezeigt, daß in der Anlaufphase des Brenners, wenn also noch keine Betriebstemperaturen in der Brenn­ kammer und am Brenner herrschen, dieser nach erfolgter Zündung häufig wieder ausgeht und nur unter Schwierigkei­ ten zum Permanentbetrieb zu bringen ist. Auch dieses Problem ist an derartigen Brennern nach der DE 43 09 115 AI schon in der Weise gelöst, daß die Rückführung und Einleitung der Abgase in die Drallströmung erst nach Durchfahren der Brenneranlaufphase bewirkt wird. Auf diese Weise gelingt es, nach Zündung des Brennstoffes, was am brennerkammerseitigen Ende des Dralltopfes er­ folgt, das Brennen aufrechtzuerhalten und den Brenner ohne Unterbrechung während der Anlaufphase in Betrieb zu halten und in die normale Betriebsphase bei sich dann eingestellten, weitgehend konstanten Betriebstemperaturen in der Brennkammer des Heizkessels und am Brenner überzu­ leiten.

Inzwischen wurde jedoch beobachtet, und zwar trotz aus­ reichend zugeführter Verbrennungsluft und eines rückge­ führten Abgasanteiles, daß insbesondere während der An­ lauf- bzw. Startphase des Brenners nicht unbeachtliche Startemissionen und sich bemerkbar machende Anfahrdruck­ schwingungen auftreten, deren Ursache, und dies konnte zunächst nur vermutet werden, in der Strömungsstruktur der Drallströmung liegen mußte.

Ob bei einem ebenfalls mit Abgasrückführung arbeitenden Brenner nach der DE 24 61 078 C2, bei dem ein Luftmantel dadurch entsprechende Gestaltung einer Luftausströmplatte schraubenlinienförmig um die Flamme geführt wird, eben­ falls die gleichen, oben erwähnten nachteiligen Erschei­ nungen zeigt, mag dahingestellt bleiben, sicher ist jedoch, daß solche Erscheinungen, so sie denn in der Anlaufphase tatsächlich auftreten sollten, ihre Ursache eben in dieser Drallströmung haben, an diesem Brenner aber nichts erkennbar und in der DE 24 61 078 C2 diesbezüglich auch nichts offen­ bart ist, was solche Erscheinungen verhindern bzw. minimie­ ren könnte.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art bezüglich seiner Be­ triebsweise dahingehend zu verbessern, daß den sich in Form von erhöhten Emissionswerten und Anfahrdruckschwin­ gungen bemerkbar machenden Nachteilen diesen minimierend begegnet ist, wobei dies, was den Brenner selbst be­ trifft, mit einfachen Mitteln erreicht werden soll.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Verfahrens bzw. der Betriebsweise nach der Erfindung dadurch gelöst, daß min­ destens während der Startphase des Brenners im wesentli­ chen axial orientierte, die Drallströmung im Ansatz ringsum unterfassende Zusatzluft unter Druck eingedüst wird.

Bezüglich des Brenners zur Durchführung des Verfahrens besteht die Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß darin, daß um das die Düse tragende Ende des Düsenstockes eine gegen den Dralltopf offene Zusatzluftführungshülse angeordnet ist, in die eine mit steuerbarem Ventil verse­ hen Zusatzluftzuführungsleitung einmündet.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungsformen sowohl hinsichtlich des Verfahrens als auch des Brenners ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Die vorgesehene zusätzliche Luftzufuhr hat dabei nichts mit der Luftzufuhr zur Unterbindung der Abgaszufuhr wäh­ rend der Anlaufphase gemäß vorerwähnter DE 43 09 115 A1 zu tun, ganz abgesehen davon, daß man die Abgaszufuhr auch auf andere Weise während der Startphase unterbinden kann.

Versuche haben gezeigt, daß sich mit einer solchen Betriebs­ weise in der Startphase auftretende Emissionen und auch die Anfahrdruckschwingungen ganz wesentlich reduzieren lassen, womit sich auch die Vermutung bestätigt hat, daß die Ursache für diese bislang beobachtbaren Nachteile tatsächlich in der Strömungsstruktur der Drallströmung zu suchen waren. Die sich vor der Düse durch die tangentiale Zuführung der Verbrennungsluft ergebende und divergie­ rende Drallströmung hat nämlich einen ausgeprägten Wir­ belkern, in dem sich auch Rückströmungen ergeben mit der Folge, daß in diesem Wirbelkern eine relativ inhomogene Gemischumsetzung von Luft und Brennstoff erfolgt und der zudem Ursache der beobachtbaren Anfahrdruckschwingungen ist.

Durch das erfindungsgemäße, im wesentlichen axial orien­ tierte Eindüsen von Zusatzluft wird offenbar der Wirbel­ kern stromab verlagert und vermutlich auch in sich bezüg­ lich seines sonst von ihm in Anspruch genommenen Volumens reduziert bzw. gestaucht, was im Ergebnis und, wie sich überraschend gezeigt hat, zu einer homogenen Gemischauf­ bereitung, Ausbrandverbesserung und damit Startemissions­ minderung führt und auch dazu, daß die Anfahrdruckschwin­ gungen ganz wesentlich minimiert werden.

Die Maßgabe "mindestens während der Startphase" ist so zu verstehen, daß die Zusatzluftzufuhr ggf. auch bei Bren­ nerabschaltung entsprechend gesteuert erfolgen kann, da auch hierbei höhere Emissionswerte und Schwingungen auf­ treten können. Ferner ist unter der Maßgabe "im Ansatz ringsum unterfassende Zusatzluft" zu verstehen, daß die gewissermaßen einen Strömungsschlauch bildende Zusatzluft etwas oberhalb der Düse auf die Drallströmung trifft.

Was die vorerwähnte und für die Durchführung des Verfah­ rens grundsätzliche Brennerausbildung betrifft, so kann diese in vorteilhafter Ausführungsform derart ausgebildet werden, daß der obere Rand der Zusatzluftzuführungshülse gegen die Brennerachse konvex gewölbt und mit seinem Endrand in Achsrichtung orientiert ist, was noch näher erläutert und dargestellt wird.

Abgesehen davon, daß die Zusatzluftführungshülse das Ende des Düsenstockes relativ weiträumig umfassen und am Ende mit einer Blende versehen sein kann, auch dies wird noch näher erläutert, besteht eine vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsform darin, daß die Zusatzluftführungshülse das Ende des Düsenstockes unter Ausbildung eines zy­ lindrischen Ringspaltes, über der Durchgriffsöffnung des Düsenstockes sitzend, umgibt und an der Öffnung die Zu­ satzluftzuführungsleitung angeschlossen ist. Hierbei ist die per se vorhandene Durchgriffsöffnung für den Düsen­ stock für die Zusatzluftzuführung mit ausgenutzt und die durch den zylindrischen Ringspalt ausgedüste Frischluft umgibt den ausgedüsten Brennstoff in Form eines relativ durchmesserkleinen Schlauches, dessen Verschubwirkung auf den Wirbelkern stromab dadurch intensiviert wird. Bei dieser Ausführungsform kann das steuerbare Ventil in Form eines Zweiwegeventils ausgebildet werden, das bei Beendi­ gung der Frischluftzufuhr dahingehend umgeschaltet wird, daß durch diesen zylindrischen Ringspalt nach wie vor Luft zur Kühlung des Düsenstockes bzw. der Düse von der stromab gerichteten Drallströmung angesaugt werden kann.

Um die Axialorientierung der in der Startphase zugeführ­ ten Zusatzluft zu intensivieren, können bei allen Ausfüh­ rungsbeispielen in der Zusatzluftführungshülse axial ori­ entierte Zusatzluftleitelemente angeordnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren und der zu dessen Durch­ führung bestimmte Brenner werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen nä­ her erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 perspektivisch eine Ausführungsform des Ölver­ gasungsbrenners;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Brenner etwa längs Li­ nie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3-5 schematisch im Schnitt verschiedene Ausfüh­ rungsformen des Ölvergasungsbrenners.

Der Ölvergasungsbrenner besteht gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2 nach wie vor aus einem Gehäuse 1, an dem zentrisch der eine Öffnung 1′ durchgreifende Brennerdü­ senstock 2 angeordnet ist, der in einen brennkammerseitig im Gehäuse 1 angeordneten Dralltopf 3 gerichtet ist, an dem Abgaseinsaugkanäle 4 angeordnet sind, die in den Be­ reich tangential in den Dralltopf 3 einmündender Injektoren 5 für die Einleitung rückgeführter Abgase in den Drall­ topf 3 einmünden.

Die dargestellte Form des Dralltopfes 3 als trichterför­ miges Gebilde ist nicht zwingend, d. h., dieser Dralltopf kann auch anders gestaltet sein. Wesentlich ist insoweit nur die tangentiale Anordnung der Injektoren 5 für die Zufuhr der Verbrennungsluft, um eine Drallströmung im Dralltopf 3 entstehen zu lassen, die dabei durch die vom Düsenstock 2 durchgriffene Öffnung 1. Luft zur Kühlung des Düsenstockes 2 bzw. der Düse 2′′ mit ansaugt.

Wesentlich für einen solchen Brenner ist nun zur Reduzie­ rung der Emissionen und der Schwingungen in der Anfahr­ phase, daß um das die Düse 2′′ tragende Ende 2′ des Düsen­ stockes 2 eine gegen den Dralltopf 3 offene Zusatzluft­ führungshülse 6 angeordnet ist, in die eine mit steuer­ barem Ventil 7 versehene Zusatzluftzuführungsleitung 8 einmündet. Dadurch kann bei geöffnetem Ventil 7 während der Startphase des Brenners im wesentlichen axial orien­ tierte, die Drallströmung im Ansatz ringsum unterfassende Zusatzluft ZL unter Druck eingedüst werden, die den Wir­ belkern WK im Zentrum der Drallströmung stromab ver­ schiebt und gewissermaßen verdichtet. Um die Zusatzluft gezielt axial gegen den Wirbelkern zu orientieren, ist gemäß Fig. 4 an der relativ großräumigen Zusatzluftfüh­ rungshülse 6 vorgesehen, deren oberen Rand 9 gegen die Brennerachse 10 konvex zu wölben und mit seinem Endrand 9′ in Achsrichtung zu orientieren.

Um bei Normalbetrieb bei dieser Ausführungsform trotzdem Frischluft für die Kühlung des oberen Endes 2′ des Düsen­ stockes 2 in ausreichendem Maße anzusaugen, ist in der Zusatzluftführungshülse 6 eine das Ende 2′ des Düsen­ stockes 2 mit geringem Abstand umgebende, über der Öff­ nung 1′ sitzende Frischluftführungshülse 11 angeordnet, die, wie in Fig. 3, 4 dargestellt, kurz über der Düse 2′′ endet.

Bevorzugt wird die Ausführungsform nach Fig. 5, gemäß der die Zusatzluftzuführungshülse 6 das Ende 2′ des Düsen­ stockes 2 unter Ausbildung eines zylindrischen Ringspal­ tes 12, über der Öffnung 1′ sitzend, umgibt und an der Öffnung 1′ die Zusatzluftzuführungsleitung 8 angeschlos­ sen ist.

Um bei Normalbetrieb nach der Startphase ebenfalls das Ende 2′ des Düsenstockes 2 kühlen zu können, ist bei die­ sem Ausführungsbeispiel das steuerbare Ventil 7 in Form eines Zweiwegeventils 7′ ausgebildet, das in der darge­ stellten Position die Druckzufuhr von Zusatzluft und bei Gegenuhrzeigerdrehung um 90° das Ansaugen von Frischluft zur Kühlung zuläßt. Um der Zusatzluft ZL schon in der Zu­ satzluftzuführungshülse 6 eine ausgeprägte Axialorientie­ rung zu vermitteln, was insbesondere für die Ausführungs­ formen der Zusatzluftführungshülsen 6 nach Fig. 3, 4 gilt, können in dieser axial orientierte Zusatzluftleit­ elemente 13 angeordnet sein.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betrieb insbesondere eines Ölver­ gasungsbrenners, bei dem unter Druckzufuhr von Frischluft und unter Beimischung von in den Brenner rückgeführter Abgase der durch eine Düse am Ende des Brennerdüsenstockes eingedüste Brennstoff in einer in Ausströmrichtung divergierenden Drallströmung weiter aufgelöst und in dieser mit den rückgeführten Abgasen und der zugeführten Frischluft gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens während der Startphase des Brenners im wesentlichen axial orientierte, die Drallströmung im Ansatz ringsum unterfassende Zusatzluft unter Druck eingedüst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft unterhalb der Brennstoffausdüsung durch einen den Düsenstock umfassenden Ringspalt eingedüst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft oberhalb der Ausdüsung des Brenn­ stoffes und unterhalb des Wirbelkernes der Drall­ strömung eingedüst wird.

4. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, bestehend aus einem Gehäuse (1), an dem zentrisch der eine Öffnung (1′) durchgreifende Brennerdüsenstock (2) angeordnet ist, der in einen brennkammerseitig im Gehäuse (1) angeordneten Drall­ topf (3) gerichtet ist, an dem Abgaseinsaugkanäle (4) angeordnet sind, die in den Bereich tangential in den Dralltopf (3) einmündender Injektoren (5) für die Einleitung rückgeführter Abgase in den Dralltopf (3) einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß um das die Düse (2′′) tragende Ende (2′) des Dü­ senstockes (2) eine gegen den Dralltopf (3) offene Zusatzluftführungshülse (6) angeordnet ist, in die eine mit steuerbarem Ventil (7) versehene Zusatz­ luftzuführungsleitung (8) einmündet.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rand (9) der Zusatzluftführungshülse (6) gegen die Brennerachse (10) konvex gewölbt und mit seinem Endrand (9′) in Achsrichtung orientiert ist.

6. Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zusatzluftführungshülse (6) eine das Ende (2′) des Düsenstockes (2) mit geringem Abstand umge­ bende, über der Öffnung (1′) sitzende Frischluftfüh­ rungshülse (11) angeordnet ist.

7. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluftführungshülse (6) das Ende (2′) des Düsenstockes (2) unter Ausbildung eines zy­ lindrischen Ringspaltes (12), über der Öffnung (1′) sitzend, umgibt und an der Öffnung (1′) die Zusatz­ luftzuführungsleitung (8) angeschlossen ist.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Ventil (7) in Form eines Zweiwe­ geventils (7′) ausgebildet ist.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zusatzluftführungshülse (6) axial orien­ tierte Zusatzluftleitelemente (13) angeordnet sind.