DE202011109358U1 - Apparatus for treating a liquid fuel - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Brennstoffes, insbesondere von Öl, zur Zuführung an einen Brenner (110) einer Verbrennungsanlage (100), mit – einer Zuleitung (12) zum Zuleiten des Brennstoffes aus einem Brennstofftank, – einer Entlüftungseinrichtung (20) zum Entfernen von Luft aus dem zugeführten Brennstoff, – einer Filtereinrichtung (30) zum Entfernen von Partikeln aus dem Brennstoff und – einer Heizeinrichtung (41) zum Aufwärmen des Brennstoffes in einer Vorwärmekammer (14) unmittelbar vor einer Zuführung zum Brenner, – wobei die Heizeinrichtung (41) eine erste Heizeinheit (42) mit einer elektrischen Heizspule und eine zweite Heizeinheit (46) mit einem Wärmetauscher (48) aufweist, durch welchen Wärme eines flüssigen Heizmediums auf den Brennstoff übertragbar ist.Device for treating a liquid fuel, in particular oil, for supply to a burner (110) of an incineration plant (100), with - a supply line (12) for supplying the fuel from a fuel tank, - a ventilation device (20) for removing air from the supplied fuel, - a filter device (30) for removing particles from the fuel and - a heating device (41) for heating the fuel in a preheating chamber (14) immediately before being fed to the burner, - the heating device (41) having a has a first heating unit (42) with an electric heating coil and a second heating unit (46) with a heat exchanger (48), by means of which heat of a liquid heating medium can be transferred to the fuel.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Brennstoffs, insbesondere von Öl, zur Zuführung an einen Brenner einer Verbrennungsanlage. Derartige Verbrennungsanlagen, welche mit Heizöl oder Öl aus nachwachsenden Rohstoffen, etwa Rapsöl, befeuert werden, stellen einen maßgeblichen Teil des nationalen Energieverbrauches dar.The invention relates to a device for the treatment of a liquid fuel, in particular of oil, for supplying to a burner of an incinerator. Such incinerators, which are fired with fuel oil or oil from renewable raw materials, such as rapeseed oil, represent a significant part of the national energy consumption.
Es wurden bereits vielfältige Anstrengungen unternommen, die Energieeffizienz derartiger Verbrennungsanlagen und damit auch deren Schadstoffausstoß zu verbessern. Bei den relativ kleinen Anlagen, wie sie im privaten oder gewerblichen Bereich von kleinen und mittleren Unternehmen eingesetzt werden, sind bekannte Maßnahmen, wie sie bei Großkraftanlagen gebräuchlich sind, aufgrund des hohen Investitionsaufwandes kaum wirtschaftlich.A variety of efforts have been made to improve the energy efficiency of such incinerators and thus their pollutant emissions. In the relatively small plants, as they are used in the private or commercial sector of small and medium-sized enterprises, known measures, as are common in large power plants, due to the high investment cost hardly economical.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Brennstoffes anzugeben, mit welcher in besonders wirtschaftlicher Weise die Energieeffizienz verbessert wird.The invention has for its object to provide an apparatus for the treatment of a liquid fuel, with which energy efficiency is improved in a particularly economical manner.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Brennstoffes, insbesondere von Öl, zur Zuführung an einen Brenner einer Verbrennungsanlage ist versehen mit:
- – einer Zuführleitung zum Zuleiten des Brennstoffes aus einem Brennstofftank,
- – einer Entlüftungseinrichtung zum Entfernen von Luft aus dem zugeführten Brennstoff,
- – einer Filtereinrichtung zum Entfernen von Partikeln aus dem Brennstoff und
- – einer Heizeinrichtung zum Aufwärmen des Brennstoffes in einer Vorwärmkammer unmittelbar vor einer Zuführung zum Brenner,
- – wobei die Heizeinrichtung eine erste Heizeinheit mit einer elektrischen Heizspule und eine zweite Heizeinheit mit einem Wärmetauscher aufweist, durch welchen Wärme eines flüssigen Heizmediums auf den Brennstoff übertragbar ist.
- A supply line for supplying the fuel from a fuel tank,
- A venting device for removing air from the supplied fuel,
- - A filter device for removing particles from the fuel and
- A heater for heating the fuel in a preheat chamber immediately before a supply to the burner,
- - Wherein the heating device has a first heating unit with an electric heating coil and a second heating unit with a heat exchanger, by which heat of a liquid heating medium is transferable to the fuel.
Ein erster Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den flüssigen Brennstoff unmittelbar vor einer Verbrennung aufzuwärmen. Zum einen wird hierdurch das Energieniveau des Brennstoffs angehoben, so dass sich dieser leichter entzündet und die Energieausbeute insgesamt verbessert wird.A first basic idea of the invention is to warm up the liquid fuel immediately before combustion. On the one hand, this raises the energy level of the fuel so that it ignites more easily and the overall energy yield is improved.
Zum anderen wird insbesondere bei Ölen als flüssigem Brennstoff durch ein Aufwärmen von einer Raumtemperatur auf einen Temperaturbereich von vorzugsweise 40°C bis 70°C die Viskosität erheblich herabgesetzt. Bei einer Einspritzung des flüssigen Brennstoffes in eine Verbrennerdüse mit den üblichen Einspritzdrücken zwischen 5 bar und 20 bar wird so eine verbesserte Zerstäubung und damit ein verbessertes Verbrennungsergebnis erreicht. Dies erhöht weiter die Energieausbeute, reduziert das Bilden von Rußpartikeln und Feinstäuben sowie senkt insgesamt den Schadstoffausstoß.On the other hand, the viscosity is significantly reduced in particular for oils as liquid fuel by warming from a room temperature to a temperature range of preferably 40 ° C to 70 ° C. In an injection of the liquid fuel in a combustion nozzle with the usual injection pressures between 5 bar and 20 bar so improved atomization and thus an improved combustion result is achieved. This further increases the energy yield, reduces the formation of soot particles and fine dusts, and reduces overall pollutant emissions.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, durch die Vorwärmung des flüssigen Brennstoffes eine bessere Filterung und Gasentlüftung zu erreichen. Ein geringviskoses Öl lässt sich leichter und feiner filtern, wodurch ebenfalls die Verbrennung verbessert und der Schadstoffausstoß reduziert wird. Auch das Lösen von Gaspartikeln in der Flüssigkeit wird durch ein Vorwärmen und Herabsetzen der Viskosität erhöht. Dies dient ebenso den vorgenannten Zwecken.Another aspect of the invention is to achieve better filtration and gas venting by preheating the liquid fuel. A low-viscous oil can be filtered easier and finer, which also improves combustion and reduces pollutant emissions. Also, the dissolution of gas particles in the liquid is increased by preheating and lowering the viscosity. This also serves the aforementioned purposes.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die erste Heizeinheit und die zweite Heizeinheit in der Vorwärmkammer angeordnet sind, in welcher der flüssige Brennstoff einleitbar und erwärmbar ist. Dadurch kann durch die erste Heizeinheit mit der elektrischen Heizspule eine sehr schnelle Aufheizung erfolgen, was insbesondere bei dem Start einer Verbrennungsanlage nach einer längeren Betriebspause vorteilhaft ist. Das Aufheizen durch die erste Heizeinheit kann ergänzend zum Aufheizen der zweiten Heizeinheit oder vorzugsweise alternativ hierzu geschehen. Insbesondere kann die erste Heizeinheit abgeschaltet werden, wenn ausreichend warmes flüssiges Heizmedium zur Verfügung steht, welches über die zweite Heizeinheit den Brennstoff in der Vorwärmkammer aufheizen kann. Als flüssiges Heizmedium kann insbesondere Vorlaufwasser aus dem Heizkreislauf entnommen werden, wenn dieses nach der Startphase des Brenners zur Verfügung steht. Durch die Anordnung der beiden Heizeinheiten innerhalb der Vorwärmkammer wird eine gute Wärmeübertragung erreicht.A preferred embodiment of the invention is that the first heating unit and the second heating unit are arranged in the preheating chamber, in which the liquid fuel can be introduced and heated. This can be done by the first heating unit with the electric heating coil a very fast heating, which is particularly advantageous when starting a combustion system after a longer downtime. The heating by the first heating unit can be done in addition to the heating of the second heating unit or preferably alternatively thereto. In particular, the first heating unit can be switched off if sufficient warm liquid heating medium is available, which can heat up the fuel in the preheating chamber via the second heating unit. As a liquid heating medium in particular flow water can be removed from the heating circuit, if this is available after the start phase of the burner. The arrangement of the two heating units within the preheating a good heat transfer is achieved.
Insbesondere ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass der erwärmte flüssige Brennstoff von der Vorwärmkammer durch die Filtereinrichtung und die Entlüftungseinrichtung über eine Ableitung zu dem Brenner leitbar ist. Das Erwärmen des flüssigen Brennstoffes vor dem Filtern und Entlüften führt zu einer Verbesserung der Filterwirkung und der Entlüftung.In particular, it is preferred according to the invention that the heated liquid fuel from the preheating chamber through the filter device and the venting device via a discharge line to the burner is conductive. The heating of the liquid fuel before filtering and venting leads to an improvement of the filtering effect and the venting.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Rückführung von flüssigem Brennstoff von dem Brenner eine Rückleitung zur Vorwärmkammer angeordnet ist. Insbesondere bei intermittierend betriebenen Brennern kann es zu längeren Betriebspausen kommen. Um auch nach dem Wiederbeginn der Verbrennung kurzfristig vorgewärmten flüssigen Brennstoff dem Brenner zur Verfügung zu stellen, wird nach der Erfindung abgekühlter flüssiger Brennstoff unmittelbar vor der Einspritzung in den Brenner wieder in die Vorwärmkammer rückgeführt. So kann auch in dieser Betriebsphase die energieeffiziente Verbrennung erreicht werden.According to a further embodiment of the invention, it is provided that for the return of liquid fuel from the burner, a return line to the preheating chamber is arranged. Especially with intermittently operated burners can lead to longer breaks. In order to provide the burner with short-term preheated liquid fuel even after the restart of the combustion, liquid liquid cooled according to the invention is returned to the preheating chamber immediately before the injection into the burner. Thus, energy-efficient combustion can be achieved in this phase of operation.
Weiter ist es nach der Erfindung vorteilhaft, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche mit einer Steuereinrichtung der Verbrennungsanlage verbunden ist, wobei die Steuereinheit einen Einschalt- und einen Abschaltzeitpunkt des Brenners vorgibt. Hiermit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne weiteres zur Nachrüstung bestehender Verbrennungsanlagen eingesetzt werden, ohne dass eine bestehende Steuereinrichtung aufwändig abgeändert werden müsste. Vielmehr wird eine separate Steuereinheit an eine Verbrennungsanlage aufgesetzt, durch welche lediglich der Einschaltzeitpunkt des Brenners verändert wird. Insbesondere können hierdurch eine verbesserte Verbrennung und auch eine Verringerung der Einspritzmengen in den Brenner erzielt werden. Nach der Erfindung wird vorzugsweise die einzuspritzende Menge an flüssigem Brennstoff 20% bis 60% gegenüber einem ursprünglichen Wert reduziert, wobei durch die verbesserte Verbrennung durch das erfindungsgemäß vorbehandelte Öl und eine Verlängerung der Brenndauer eine verbesserte Energieeffizienz erreicht wird.Further, it is advantageous according to the invention that a control unit is provided, which is connected to a control device of the incinerator, wherein the control unit specifies a switch-on and a switch-off of the burner. Hereby, the device according to the invention can readily be used for retrofitting existing incineration plants, without having to extensively modify an existing control device. Rather, a separate control unit is placed on a combustion plant, by which only the switch-on of the burner is changed. In particular, this can achieve an improved combustion and also a reduction of the injection quantities into the burner. According to the invention, the quantity of liquid fuel to be injected is preferably reduced by 20% to 60% compared to an original value, whereby improved energy efficiency is achieved by the improved combustion through the oil pretreated according to the invention and an extension of the burning time.
Dabei ist es nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft, dass die Steuereinheit das Einschalten des Brenners abhängig von einer vorgegebenen Minimaltemperatur eines Heizwassers im Heizkreislauf der Verbrennungsanlage steuert. Insbesondere kann hierzu ein Temperaturfühler zur Temperaturmessung im Vorlauf des Heizkreislaufes vorgesehen sein. Durch eine Erhöhung der Temperaturspanne zwischen Maximaltemperatur und Minimaltemperatur können die Anzahl der Brennzyklen pro Stunde reduziert werden, wodurch in Kombination mit der verbesserten Verbrennung eine weitere Erhöhung der Energieeffizienz erzielt wird.It is advantageous according to a further embodiment of the invention that the control unit controls the switching on of the burner depending on a predetermined minimum temperature of a heating water in the heating circuit of the incinerator. In particular, this may be provided for temperature measurement in the flow of the heating circuit, a temperature sensor. Increasing the temperature range between maximum and minimum temperature can reduce the number of firing cycles per hour, which, in combination with improved combustion, further increases energy efficiency.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht weiterhin darin, dass die Filtereinrichtung als eine zylindrische Filterkartusche ausgebildet ist, welche in der Vorwärmkammer angeordnet ist und den Zulauf und/oder Ablauf der Vorwärmkammer bildet. Die Filterkartusche kann insbesondere hülsenförmig ausgebildet sein, deren ringförmiger Filterbereich radial von innen und radial von außen angeströmt werden kann. Hierdurch wird eine hohe Filterfläche bei kompakten Dimensionen erreicht. Zudem kann die Filterkartusche lösbar und auswechselbar in der Vorwärmkammer gehaltert sein.A preferred embodiment of the invention further consists in that the filter device is designed as a cylindrical filter cartridge, which is arranged in the preheating chamber and forms the inlet and / or outlet of the preheating chamber. The filter cartridge may in particular be sleeve-shaped, the annular filter region can be flowed radially from the inside and radially from the outside. This achieves a high filter area with compact dimensions. In addition, the filter cartridge can be releasably and replaceably mounted in the preheat chamber.
Weiter ist es bevorzugt, dass die Vorwärmkammer eine zylindrische Außenwand aufweist, welche von einer Isolierhülse umgeben ist. Hierdurch werden Wärmeverluste weitgehend reduziert. Dies verbessert weiter die Energieausbeute.Furthermore, it is preferred that the preheating chamber has a cylindrical outer wall which is surrounded by an insulating sleeve. As a result, heat losses are largely reduced. This further improves the energy yield.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorteilhaft, dass eine Zuführpumpe vorgesehen ist, welche von der Steuereinheit gesteuert ist, wobei die Zuführmenge je Zeiteinheit von vorbehandeltem flüssigen Brennstoff geringer ist als die Zuführmenge je Zeiteinheit von unbehandeltem flüssigen Brennstoff. Hierdurch wird dem Brenner je Zeiteinheit also weniger Brennstoff zugeführt. Aufgrund der erhöhten Reinheit des flüssigen Brennstoffes und der Vorwärmung wird eine verbesserte Verbrennung der reduzierten Brennstoffmenge erreicht, so dass dennoch in der Verbrennungsanlage eine gute Aufheizung gegeben ist.According to another embodiment of the invention, it is advantageous that a supply pump is provided, which is controlled by the control unit, wherein the supply amount per unit time of pretreated liquid fuel is less than the supply amount per unit time of untreated liquid fuel. As a result, less fuel is supplied to the burner per unit time so. Due to the increased purity of the liquid fuel and the preheating an improved combustion of the reduced amount of fuel is achieved, so that nevertheless is given in the combustion system, a good heating.
Neben einer Reduzierung des Durchmessers der Ableitung von der Vorrichtung zum Brenner ist es nach der Erfindung weiterhin bevorzugt, dass eine Düsenöffnung einer Einspritzdüse des Brenners um 20% bis 60% verringert ist gegenüber einer Düsenöffnung zur Verbrennung von unbehandeltem Öl. Dabei ist eine derartig hohe Reduzierung der Düsenöffnung unter anderem dadurch bedingt, dass aufgrund der verbesserten Filterwirkung die Gefahr einer Verstopfung durch Grobpartikel nach der Erfindung weitgehend beseitig ist. Eine feinere Einspritzdüse bei einem viskoseren flüssigen Brennstoff bei einem gleichen Einspritzdruck oder sogar einem verringertem Einspritzdruck führt zu einer erheblich besseren Durchmischung mit Verbrennungsluft und damit zu einer erhöhten Verbrennung und Energieausbeute der eingespritzten flüssigen Brennstoffmenge.In addition to a reduction in the diameter of the discharge from the device to the burner, it is further preferred according to the invention that a nozzle opening of an injection nozzle of the burner is reduced by 20% to 60% compared to a nozzle opening for the combustion of untreated oil. Such a high reduction of the nozzle opening is inter alia due to the fact that due to the improved filter effect, the risk of blockage by coarse particles according to the invention is largely eliminated. A finer injection nozzle with a more viscous liquid fuel at a same injection pressure or even a reduced injection pressure leads to a significantly better mixing with combustion air and thus to increased combustion and energy yield of the injected liquid fuel quantity.
Schließlich ist es nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass durch die Steuereinheit zum Steuern des Verbrennungsvorganges ein Abgaslüfter steuerbar ist, welcher zum Einstellen eines Unterdruckes in einer Abgasleitung in dieser angeordnet ist. Hierdurch kann die Zuführung des flüssigen Brennstoffes durch die Vorrichtung nahezu optimal an den Ablauf des Verbrennungsvorganges angepasst werden. Insbesondere kann durch Einstellen eines definierten, relativ geringen Unterdruckes ein langsamer Durchlauf der Verbrennungsgase durch den Wärmetauscher der Verbrennungsanlage eingestellt werden. Damit kann ein besonders hoher Anteil der durch Verbrennung erzeugten Wärmeenergie an das Heizwasser in der Verbrennungsanlage übertragen werden.Finally, it is provided according to a further embodiment, that by the control unit for controlling the combustion process, an exhaust gas fan is controllable, which is arranged for setting a negative pressure in an exhaust pipe in this. As a result, the supply of liquid fuel through the device can be almost optimally adapted to the sequence of the combustion process. In particular, by setting a defined, relatively low negative pressure, a slow passage of the combustion gases through the heat exchanger of the incinerator can be set. Thus, a particularly high proportion of the thermal energy generated by combustion can be transferred to the heating water in the incinerator.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verbrennungsanlage zum Erzeugen von Heizwärme mit einem Brenner zum Verbrennen eines flüssigen Brennstoffes, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor beschriebene Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Brennstoffes vorgesehen ist. Insbesondere können bestehende Verbrennungsanlagen nach der Erfindung mit einem relativ geringen Arbeits- und Investitionsaufwand nachgerüstet werden.Furthermore, the invention relates to a combustion plant for generating thermal heat with a burner for burning a liquid fuel, which is characterized in that the previously described device for treatment a liquid fuel is provided. In particular, existing incinerators can be retrofitted according to the invention with a relatively low labor and investment costs.
Die Erfindung umfasst grundsätzlich auch die Kombination einer Vorrichtung zur Behandlung eines flüssigen Brennstoffes mit einer Vorrichtung zur Behandlung des Abgases.The invention basically also comprises the combination of a device for treating a liquid fuel with a device for treating the exhaust gas.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert, welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:The invention will be further elucidated on the basis of preferred exemplary embodiments, which are illustrated schematically in the attached drawings. In the drawings show:
Eine Verbrennungsanlage
In bekannter Weise wird aus dem Kessel
An der Abgasleitung
In den
In den
Weiterhin befindet sich an einer Unterseite des Grundrahmens
Mittels eines magnetischen Stellventils
An der Oberseite des Vorwärmers
Der Aufbau und die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Über die Zuleitung
Eine zylindrische Außenwand
Die Heizeinrichtung
Das so aufgewärmte Heizöl wird durch eine hülsenförmige Filtereinrichtung
Die Temperatur innerhalb des Vorwärmers
Der Aufbau des Vorwärmers
Die zylindrische Außenwand
Die kapselförmige, flüssigkeitsgefüllte Heizeinrichtung
Die Filtereinrichtung
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
Ein Abgasstrom der Verbrennungsanlage
Die Abgasleitung
Über einen oberen Horizontalabschnitt
Gemäß
Weiterhin ist in dem Gehäusebecken
Das System kann so ahne Zuführung von Frischwasser betrieben werden. Zum Abspülen der abgeschiedenen Feststoffpartikel notwendiges Spülwasser fällt in ausreichender Menge durch die Kondensatbildung bei der Frischluft und dem Abgasstrom an.The system can thus be operated without supply of fresh water. For rinsing the separated solid particles necessary rinse water is sufficient in an amount by the formation of condensate in the fresh air and the exhaust stream.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Energieausbeute des eingesetzten Heizöles erheblich verbessert werden, so dass Energieeinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Verbrennungsanlagen von bis zu 60% erreicht werden können.The inventive device, the energy yield of the heating oil used can be significantly improved, so that energy savings compared to conventional incinerators of up to 60% can be achieved.
Claims (12)
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