DE2514652A1

DE2514652A1 - Vorrichtung zum zufuehren vorerwaermter sekundaerluft fuer oelfeuerungen

Info

Publication number: DE2514652A1
Application number: DE19752514652
Authority: DE
Inventors: Jun Irving Apgar Dow; Carl Gersitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1975-10-23
Also published as: FR2266857B3; US3907210A; FR2266857A1; JPS50143125A

Description

Vorrichtung zum Zuführen vorerwärmter Sekundärluft für Ölfeuerungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen vorerwärmter Sekundärluft zu einer Brennerflamme eines mit einer Ölfeuerung versehenen Boilers, mit einem in einen Verbrennungsraum hineinragenden und zur Brennerflamme etwa parallel verlaufenden Einführrohr für die von einem Gebläse eingeführte Verbrennungsluft, das in seinem Mantel eine Anzahl von in Längsrichtung mit Abstand angeordnete Austrittsöffnungen für die Sekundärluft aufweist. Es ist bekannt (US-PS 3,291,182), vorerwärmte Sekundärluft einer Ölbrennerflamme eines Dampfboilers direkt zuzuführen. Dabei wird die Luft im rechten Winkel zur Flammenachse mittels Düsen, die einen Teil einer Luftzufuhr- und -Vorwärmvorrichtung bilden., eingeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Vorrichtungen zu verbessern, insbesondere die Vorwärmung der Sekundärluft zu verstärken und deren Zuführung zu vergleiohmäßigen.

Die Erfindung sieht hierzu mehrere Vorwärmstufen vor, die auch eine gleichmäßigere Abgabe der Sekundärluft an die

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POSTSCHECK-KONTO: MÜNCHEN «483

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Flamme in räumlichen Abständen entlang der Flammenlänge gewährleisten. Dadurch wird eine gleichmäßig heißere und besser kontrollierte Flamme bei einer gleichmäßig größeren Ölersparnis und einer weiteren Erhöhung der Boilerleistung erzielt. Eine entsprechend höhere Rußreduzierung an den Wänden des Feuerungsraumes wird ebenso wie eine Verminderung der Umwelt-Verschmutzung erreicht. Eine kleinere und besser kontrollierbare Flamme wird auch weit weniger an die Feuerungswände anstoßen.

Durch die Erfindung wird nur die optimale Menge vorerwärmter Sekundärluft mit höchstmöglicher Temperatur der Brennerflamme zugeführt, um diese zu überhitzen. Die Sekundärluft weist an den verschiedenen Punkten entlang der Flamme, wo die Luft in bestimmten Strahlen quer zur Flamme zugeführt wird, sowohl gleiche Temperatur als auch gleichen Druck auf. Gerade dieses hohe Ausmaß an Gleichmäßigkeit in diesen Sekundärluft-Strahlen bedeutet eine klare Verbesserung gegenüber bekannten Einrichtungen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, zu entnehmen. Es zeigen:

Pig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen ölbefeuerten Boiler,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Sekundärluft-Zuführvorrichtung, teilweise geschnitten, eine Stirnansicht hierzu, einen vertikalen Längsschnitt zur Fig. 2, einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4, eine Stirnansioht einer anderen Ausführungsform, eine Draufsicht zur Fig. 6 und

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Fig.	3
Pig.	it
Fig.	VJl
Pig.	6
Pig.	7

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Fig. 8 einen Längsschnitt nach der Linie 8-8 der
Fig. 6..

In der Zeichnung sind in allen Ausführungsbeispielen die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind ein Feuerungsraum mit 10 und die darüber angeordneten Feuerungsrohrzüge mit 11 und 12 bezeichnet. Die oberen Rohrzüge führen die Verbrennungsgase in einen Kamin 13 ab. Der Boilerkessel, durch den sich die Feuerungsrohre erstrecken, ist mit 14 bezeichnet.

Ein üblicher Kegel-Ölbrenner 15 erzeugt eine im wesentlichen horizontale Flamme 16 im oberen Teil des Feuerungsrauraes 10, wie in Fig. 1 zu sehen ist. Die Erfindung, die sich auf die Zuführung vorerwärmter sekundärer Verbrennungsluft direkt in die Flamme 16 in kontrollierbarer und
gleichmäßiger Weise bezieht, bewirkt eine heißere und
kleinere Flamme von gleichmäßigerer Hitze als eine, die
eine Mindest-Brennstoffmenge erfordert, um einen Vergleich zu einer üblichen Anlage, die die Erfindung nicht anwendet, aufrechtzuerhalten.

Gemäß den Figuren 1 bis 5 umfaßt die Erfindung eine Vorrichtung 17 zur Vorwärmung, Verteilung und Zuführung von Sekundärluft, die Luft mit Raumtemperatur von e iiiem Gebläse 18 mit einem einstellbaren Austrittsventil 19 aufnimmt. Von dieser Stelle wird die Luft mit erhöhtem Druck durch einen geeigneten Krümmer 20 zu einem Zuführrohr 21 geführt, welches sich durch einen Durchbruch 22 der benachbarten Feuerungsraum-Wand erstreckt und an den Krümmer 20 anschließbar ist. Das Rohr 21 erstreckt sich im
Feuerungsraum 10 nahe über dessen Boöen verlaufend, eine beträchtliche Strecke über den Brenner 15 hinaus. Dieses Zuführrohr ist vorne durch eine Stirnwand 23 abgeschlos-

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sen. Eine kleine Öffnung 24 in dieser Stirnwand dient zur Ausrichtung eines kleinen länglichen Luftstrahles gegen eine feststehende geneigte Prallplatte 25, die von der Stirnwand 23 unmittelbar unter der Öffnung 24 getragen wird. In der Bodenfläche des Zuführrohres sind vorzugsweise vier im gleichen Abstand angeordnete große Austrittsöffnungen 26 ausgebildet.

Das Zuführrohr 21 ist auf dem Hauptteil seiner im Feuerungsraum 10 befindlichen Länge von einem Außenzylinder odor Gehäuse 27 mit den Stirnwänden 28, die mit dem Zuiührrohr 21 gasdicht verbunden sind, umgeben. Die beiden Rohre sind koaxial angeordnet und bilden dazwischen eine Ringkammer Diese Kammer ist durch ein Paar diametral im Innern angeordnete Stauplatten 30, die mit den beiden Rohren 21 und in fester Verbindung stehen, in einen oberen und unteren Abschnitt unterteilt. Diese Stauplatten 30 weisen eine Anzahl von in gleichem Abstand angeordneten Durchtrittsöffnungen 31, beispielsweise acht im Ausführungsbeispiel, auf. Die Durchtrittsöffnungen 31 sind kleiner als die Austrittsöffnungen 26. Das Gehäuse 27 ist an seinem oberen Scheitel mit einer Längsreihe von verhältnismäßig kleinen Düsenöffnungen 32, beispielsweise acht, versehen, die diametral den Austrittsöffnungen 26 gegenüberliegen und die um 90° auf dem Umfang zu den beiden Stauplatten 30 versetzt sind. Ist die Vorrichtung 17 in dem Feuerungsraum 10 eingebaut, dann sind die Düsenöffnungen 32 nach oben direkt auf die Längsaohse der Flamme 16 ausgerichtet.

Während des Betriebes wird Luft mit Boiler-Raumtemperatur durch das Gebläse 18 in das Innere des Zuführrohres 21 eingeblasen, wo die geschlossene Stirnwand 23, die nur eine kleine Öffnung 24 aufweist, einen Rückstau entstehen läßt. Die unter erhöhtem Druck im Rohr 21 befindliche L_uft

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wird durch die relativ großen Austrittsöffnungen 26 im Rohrmantel in der Ringkanimer 29 unter den Stauplatten 30 gleichmäßig verteiltl Die Luft wird in einer ersten Stufe durch Konduktion und Konvektion innerhalb des Zuführrohres 21 erwärmt, weil sich die ganze Vorrichtung 17 infolge ihrer Anordnung im Feuerungsraum auf erhöhter Temperatur befindet. Die erste Erwärmungsstufe der Luft innerhalb des Zuführrohres 21 läuft wie folgt ab. Die Stauplatten 30 leiten Wärme vom Gehäuse 27, das direkt dem Feuerungsraum ausgesetzt ist, nach innen. Die in dor Ringkammer 29 vorhandene Heißluft gibt auch Wärme an das Zuführrohr 21 ab, das wiederum die Temperatur der durchströmenden Luft erhöht.

Die auf diese Weise in der ersten Stufe im Zuführrohr 21 erwärmte Luft tritt durch, die Austrittsöffnungen 26 nach unten aus und gelangt so in den unteren Abschnitt der Kammer 29 unterhalb der Stauplatten 30. Eine vorbestimmte Luftmenge tritt auch duroh die Stirnöffnung 24 aus und wird durch die Prallplatte 25 in einem einzelnen abgewinkelten Strahl 33 nach oben abgelenkt, wie Fig. 1 zeigt. Dieser Warmluftstrahl trifft auf das vordere Ende oder die Spitze der Flamme 16, um in der Flamme eine Turbulenz zu schaffen und um für eine vollständige Verbrennung die Zerstäubung zu verbessern. Die Hauptmenge der Luft aus dem Innern des Zuführrohres 21 tritt aber in den unteren Abschnitt der Ringkammer 29 ein, füllt diese aus und ist durch die Stauplatten 30 darin auch etwas eingeengt, wodurch der Druckausgleich im unteren Kammerabsohnitt bewirkt wird. Die Luft verweilt in diesem unteren Kammerabsohnitt etwas für eine längere zweite Erwärmungsstufe, die die Temperatur über die der ersten Erwärmungsstufe anhebt. Die Temperatur der Luft wird in der zweiten Stufe duroh Kontakt mit dem Gehäuse 27, das als Erwärmungstrog oder Umkehrradiator wirkt, erhöht. Es muß noch erwähnt

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werden, daß die aus den Austrittsöffnungen 26 nach unten ausgetretene Luft durch den Gehäusehoden ihre Strömungsrichtung wendet, bevor die Aufwärtsströmung zu den Durchtrittsöffnungen 31 beginnt. Während dieser Umlenkung und der graduellen Aufwärtsströmung umspült die Luft die sehr heiße Oberfläche des Gehäuses 27 und nimmt Wärme auf. Beginnend vom Boden des G_eliäuses direkt unterhalb der Austrittsöffnungen 26 zirkuliert die Luft über jeden Quadratzentimeter der erhitzten Oberfläche des Gehäuses.

Beim Aufwärtsströmen wird die Einengung der Luft wieder aufgehoben, wenn sie die Durchtrittsöffnungen 31 der Stauplatten 30 passiert hat, um in den oberen Abschnitt der Ilingkammer 29 einzutreten. Infolge der gleichmäßig beabstandeten und gleich großen Durchtrittsöffnungen 31 verteilt sich die Luft in diesem Gehäuseabschnitt gleichmäßig. Während der Zeit des Luftaufstieges von den Durchtrittsöffnungen 31 durch den oberen Abschnitt der Kammer 29 wird sie einer dritten Erwärniungsstufe unterworfen. Der obere Abschnitt der Ringkammer 29 ist am heißesten, da er sich am nächsten der Flamme 16 befindet. Wenn sich so die Luft den Düsenöffnungen 32 oben im Gehäuse 27 und direkt unterhalb der Flamme 16 nähert, wird sie die höchste Temperatur aufweisen, bevor sie in einer Anzahl von einzelnen und getrennten Strahlen 34 in einein rechten Winkel zur Flammenachse auf diese Flamme trifft.

Jede der gleich großen Düsenöffnungen 32 lenkt eine gleich starke, auf gleiche Temperatur erwärmte und unter gleichem Druck stehende Luftmenge auf die Flamme 16, wodurch eine wesentliche Turbulenz längs der Flamme bewirkt und direkt in die Flamme genau der erforderliche Überschuß an sekundärer Verbrennungsluft für eine maximale ■Verbrennungsleistung injiziert wird. Zu viel und zu wenig Sekundärluft

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wird durch die Erfindung vermieden. Dieser Vorteil ergibt sich aus der Fähigkeit der Vorrichtung 17, einer Flamme üherall gleichmäßig vorerwärmte, gleichmäßig verteilte und unter dem gleichen Druck stehende sowie mit gleicher Geschwindigkeit strömende Sekundärluft-Strahlen zuzuführen. Vor allem wird hierdurch vermieden, daß die kühlere Luft und das größte Luftvolumen der Flammenspitze und zur Flammenbasis hin immer heißere und weniger Luft zugeführt wird. Solche Ungleichmäßigkeiten beseitigt die Erfindung vollständig.

Die Figuren 6 bis 8 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Vorrichtung 35 eine abgeflachte Form aufweist, die insbesondere für zylindrische Boiler geeignet ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein Zwillingszuführrohr 37 mittels einer Muffe 38 mit einem gemeinsamen Gebläse (nicht gezeigt), ähnlich dem Gebläse 18, verbunden. Ein abgeflachtes Gehäuse 39 umgibt das Zwillingsrohr 37 auf den größten Teil seiner Länge innerhalb des Feuerungsraumes. Das Gehäuse 39 weist mit dem Zwillingsrohr 37 zu einer steifen Konstruktion gasdicht verbundene Stirnwände 40 auf. Eine verhältnismäßig große Innenkammer 41 ist zwischen dem Zwillingsrohr 37 und den beiden Wänden des abgeflachten Gehäuses 39 vorhanden. Diese Kammer ist oben durch ein Paar Stauwände 42 unterbrochen, welche die Oberwand des G_ehäuses 39 mit je einem Rohr verbinden. Die beiden Stauwände 42 sind steif und auf ihrer Länge innerhalb des Gehäuses 39 nicht durchbrochen.

Jedes Teilrohr des Zwillingsrohres weist eine Anzahl von im Abstand angeordneten Austrittsöffnungen 43 auf, deren Achsen von der Horizontalen nach oben geneigt sind und zueinander divergieren. Dadurch trifft die durch die Öffnungen 43 austretende Luft auf die Oberwand des Gehäuses

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und strömt von den Stauwänden 42 nach unten, um dann zum Zentrum des Gehäuses (Fig. 6) unterhalb der beiden Teilrohre und dann zwischen diesen beiden Teilrohren und Stauwänden 42 wieder aufwärts zu strömen. Zusätzlich weisen die Teilrohre an der vorderen Stirnwand 44 eine Schlitzöffnung 45 (Fig. 6) auf. Eine nach oben gerichtete Prallplatte 46, die an diesen Stirnwänden 44 befestigt ist, lenkt einen Strahl erwärmter Luft nach oben in die Spitze der Flamme 16. Die Schlitzöffnungen 45 und die Prallplatten 46 konvergieren nach oben (Fig. 6), so daß die beiden austretenden Strahlen auf das Zentrum der Flamme gerichtet sind.

Das Gehäuse 39 weist oben im Mittel zwischen den beiden T_eilrohren 37 und den Stauwänden 42 eine Reihe von im gleichen Abstand angeordneten Düsenöffnungen 47 auf. Sie dienen ebenfalls dem Zweck, vorerwärmte aus diesen Öffnungen 47 austretende Sekundärluft der Flamme 16 senkrecht zu deren Achse mit gleicher Temperatur, gleichem Volumen und gleicher Intensität in Form von Einzelstrahlen zuzuführen. Bei der Abänderung gemäß den Figuren 6 und 8 wird die senkundäre Verbrennungsluft nur in zwei anstatt vorher in drei Stufen vorerwärmt. Die erste Erwärmungsstufe befindet sich innerhalb des Zwillingsrohres 37 und die zweite Stufe innerhalb des Gehäuses 39, wenn die Luft von den Austrittsöffnungen 43 zu den Düsenöffnungen 47 strömt. Nichtsdestoweniger führt auch diese abgeänderte Form der Erfindung zu einer Behandlung der Brennerflamme 16 mit Sekundärluft mit gleichmäßiger oder konstanter Temperatur, gleichem Druck und gleichem Volumen auf ihrer gesamten Länge. Die Arbeite- und Wirkungsweise der Vorrichtungen bleibt in beiden Fällen die gleiohe.

Wenn die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen der

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Erfindung auch als bevorzugte Ausführungsbeispiele anzusehen, sind, so sind dennoch verschiedene Abänderungen,
insbesondere in der Gestaltung, Größe*und Anordnung der Teile möglich, ohne den Rahmen .der Erfindung zu verlassen.

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Claims

25U652 Patentansprüche

1./ "Vorrichtung zum Zuführen vorerwärmter Sekundärluft zu einer Brennerflamme eines mit einer Ölfeuerung versehenen Boilers, mit einem in einen Verbrennungsraum hineinragenden und zur Brennerflamme etwa parallel verlaufenden Einführrohr für die von einem Gebläse eingeführte Verbrennungsluft, das in seinem Mantel eine Anzahl von in Längsrichtung mit Abstand angeordnete Austrittsöffnungen für die Sekundärluft aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführrohr (21) zur Bildung einer Kammer (29) von einem Gehäuse (17) umgeben ist, das Gehäuse mit einer Vielzahl von in Längsrichtung mit Abstand angeordneten Düsenöffnungen (32) an der von den Austrittsöffnungen (26) des Zuführrohres (21) abgewandten Seite versehen ist und zwischen dem Zuführrohr und dem Gehäuse Stauwände (30) eingesetzt sind, deren Durchtrittsöffnungen (31) der Regulierung der Luftströmung yon den Austrittsöffnungen (26) zu den Düsenöffnungen (32) dienen.

2« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführrohr (21) und das Gehäuse (2) konzentrische Zylinder und die Stauorgane von einem Paar sich zwischen Zuführrohr und Gehäuse diametral gegenüberliegend erstreckenden Stauplatten (30) gebildet sind, wobei jede der Stauplatten eine Vielzahl von in Längsrichtung mit Abstand angeordneten gleich großen Durchtrittsöffnungen (31) aufweist.

3. Vorrichtung pach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einer außerhalb des Gehäuses (27) vorhandenen Stirnwand (23) des Zufülirrohres (21) eine Öffnung (24) ausgebildet ist, der eine zur Flamme gerichtete Prallplatte (25) zur Bildung eines gegenüber der Rohrachse geneigten Luftstrahles (33) zugeordnet ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (26) des ZufUhrrohres etwa uiu 180° gegenüber den Düsenöffnungen (32) des Gehäuses (27) versetzt und die Stauplatten (30) in der Mitte zwischen diesen Öffnungen (26 und 32) zur Unterteilung der ringförmigen Kammer (29) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruoh 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen im Zuführrohr, in den Stauplatten und im Gehäuse in dieser Reihenfolge kleiner ausgebildet ninö..

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuführrohr ein aus zwei parallelen Teilrohren

(37) bestehendes Zwillingsrohr mit den Austrittsöffnungen (43) in den Teilrohren und einer gemeinsamen Anschlußmuffe

(38) für eine Gebläseleitung vorgesehen ist, dieses Zwillingsrohr von einem abgeflachten Gehäuse (35) umgeben ist, das eine Vielzahl von beabstandeten Düsenöffnungen (47) in einer Seitenwand zwischen den Teilrohren (37) aufweist und die Stauorgane in Form von Stauplatten (42) sich zwischen den Teilrohren und der mit den Düsenöffnungen (47) versehenen Seitenwand des Gehäuses erstrecken, so daß sie sich beiderseits der Düsenöffnungen (47) und zwischen diesen und den Austrittsöffnungen (43) der Teilrohre (37) befinden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (43) der beiden Teilrohre (37) mit Divergenz und mit geneigtem Winkel zur Gehäusewand angeordnet sind.

8., Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände (44) der Teilrohre (37) kleine Öffnungen (45) und Prallplatten (46) aufweisen.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeflachte Gehäuse (35) aus einem Paar bogenförmig gekrümmter Seitenwände besteht, deren Stoßkanten beiderseits und etwa in der Ebene durch das Zwillingsrohr angeordnet sind und wobei die Krümmung der Seitenwände etwa der Krümmung eines zylindrischen Boilers, in dem die Vorrichtung einzusetzen ist, entspricht.

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