DE2706037A1

DE2706037A1 - Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von brennstoffen

Info

Publication number: DE2706037A1
Application number: DE19772706037
Authority: DE
Inventors: Camille J Berthiaume
Original assignee: Columbia Chase Corp
Current assignee: Columbia Chase Corp
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-02-12
Publication date: 1978-04-27
Also published as: JPS6046323B2; SE433775B; FR2369503B1; AR216460A1; BR7701012A; SE7701078L; ES455893A1; CH612744A5; DE2706037C2; JPS5384233A; NL7701524A; CA1082586A; FR2369503A1; MX5179E; BE851393A; IT1073258B; GB1564081A

Description

Anmelder; Columbia Chase Corporation, 220 Forbes Road, Braintree, Mass., USA

Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen, insbesondere von Heizöl.

Es ist bereits bekannt, zur Verbesserung der Verbrennung von Brennstoffen aus Kohlenwasserstoff und von Abgasen unterschiedliche Mengen von Wasser als Zusatzstoff zu verwenden. Derartige Verfahren dienen beispielsweise dazu, unansehnlichen Rauch beim Abfackeln von Abgasen zu vermeiden und die Wirtschaftlichkeit von Ölbrennern in Haushalten zu verbessern. Bei den bekannten Verfahren wird Wasser mit unterschiedlichen Prozentsätzen als Flüssigkeit oder Dampf zugeführt.

Bei einigen bekannten Verfahren werden verhältnismäßig große Wassermengen (US-PS 3 104 311) und bei anderen bekannten Verfahren verhältnismäßig geringe Wassermengen zugesetzt (US-PS 3 862 819). Es ist ferner bekannt, das Wasser mit dem Öl zu vermischen (US-PS 3 706 942), oder Wasserdampf als Katalysator beispielsweise durch Injektion von Dampf zuzuführen. Obwohl

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einige der bekannten Verfahren von praktisch geringer Bedeutung sind, weil zu kleine oder zu große Wassermengen verwandt werden, kann jedoch angenommen werden, daß bei Erzielung eines Gleichgewichtszustands eine beträchtliche Verbesserung von Verbrennungseigenschaften mit Hilfe vieler bekannter Verfahren erzielt werden kann. Bei der gewerblichen Anwendung dieser Verfahren bestehen jedoch beträchtliche Schwierigkeiten. Bei hohen Verbrennungsleistungen findet weniger Sekundärluft Verwendung. Dies bedeutet, daß mehr Wasser pro Volumeneinheit des Schornsteingases enthalten ist, so daß sich ein unerwünscht hoher Taupunkt ergibt. Gleichzeitig führt eine zweckmäßig höhere Temperatur in dem Verbrennungsraum zu einer verbesserten Wärmeübertragung in einem geeignet konstruierten Ofen. Dadurch wird der Wärmeverlust weiter verringert und die Wahrscheinlichkeit erhöht, daß die Temperatur des Schornsteingases unter den Taupunkt abfällt.

Selbst wenn der Taupunkt auf einem für praktische Zwecke geeigneten minimalen Betrag gehalten wird, können zeitweilige Schwankungen des Luftzugs nachteilige Kondensationsprobleme in den Teilen einer Heizanlage verursachen, in denen die Wärmeübertragung und die Ableitung der Schornsteingase erfolgt. Es besteht deshalb ein Bedürfnis für eine zuverlässige, stabile Einrichtung zur Durchführung eines Verbrennungsverfahrens unter Zusatz von Wasser als Katalysator bei einem zumindest angenähert statischen Zustand. Probleme hinsichtlich der Flammenstabilität, der Nachzündung und selbst hinsichtlich der üblichen Änderungen des Luftzugs oder der Heizbelastung in einem Ofen sollen möglichst gering gehalten werden. Diese Ziele sollen erreicht werden, ohne daß der Verbrennungswirkungsgrad verringert wird, der bei einer Verbrennung mit Wasserzusatz erzielbar ist.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen unter Wasserzusatz derart zu verbessern, daß eine verbesserte Flammstabilität und ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden können. Das Verfahren soll sowohl in großen industriellen Heizanlagen als auch in kleineren Heizanlagen für Haushaltszwecke verwendbar sein, insbesondere sollen keine zu-

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sätzlichen Verbrennungskatalysatoren erforderlich sein, um die Stabilität und den Wirkungsgrad der Verbrennung zu verbessern. Ferner soll erreicht werden, daß eine Mischung von Wasser und Heizöl zur Verbesserung einer Emulgierung des zu verbrennenden Brennstoffs verwandt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der flüssige. Kohlenwasserstoffe enthaltende Brennstoff mit einem Fluid emulgiert wird, wenn der Brennstoff durch den Brennerkopf in den Ofen gelangt. Normalerweise wird eine beträchtliche Wassermenge zwischen 5 und 15 Gewichtsprozent des Brennstoffs stark mit dem Expansionsfluid und dem Verbrennungsbrennstoff vermischt. Dadurch wird die Emulgierung des Brennstoffs mit dem ExpansionsfIuid unterstützt. Eine beträchtliche Wassermenge von normalerweise 5-20 Gewichtsprozent ist in einer Dampfatmosphäre enthalten, in welcher der emulgierte Brennstoff expandiert und verbrannt wird. Diese Dampfatmosphäre kann um den Brennerkopf vorgesehen oder durch den Brennerkopf bewirkt werden, oder durch Vermischung von Luft aus einem Vorrat in der Nähe des Brennerkopfs mit Wasser, das in dem durch den Brennerkopf injizierten Fluid enthalten ist. Bei dem Emulgierungsschritt kann das Wasser sowohl in flüssigem als auch in dampfförmigem Zustand vorhanden sein.

Diese Kombination einer besonderen Verlagerung der Zerstäubung des Brennstoffdampfs in dem Brennerkopf und des verdampften Wassers ergibt eine stabile Flamme mit einem sehr hohen Wirkungsgrad.

Von besonderer Bedeutung ist jedoch, daß eine derartige Flamme mit einem sehr geringen Sauerstoffüberschuß erzielt werden kann, in gewissen Fällen sogar ohne einen Überschuß an Sauerstoff. Deshalb kann angenommen werden, daß eine überschüssige Bildung von SO, praktisch vermieden werden kann.Durch eine derartige Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad wird auch die Menge von zu erhitzendem Stickstoff minimal gehalten, so daß sich ein Wärmeaustausch mit hohem Wirkungsgrad ergibt, der vor allem durch Wärmestrahlung erfolgt, sowie wesentlich verringerte Temperaturen im Schornstein. Der bedeutendste Vorteil wird darin

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gesehen, daß eine größere Stabilität und damit ein zuverlässigeres Verhältnis der ausgewählten Temperatur des Schornsteingases erzielt werden kann.

Ein bedeutsames Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung ist auch darin zu sehen, daß die Bildung von Stickstoffoxiden verringert werden kann. Dies ist deshalb der Fall, weil die Emulsion von Öl und Wasser ermöglicht, daß das Wasser sofort an der Verbrennungsstelle vorhanden ist, also in der Bildungsstufe der Flamme bei der Verbrennung. Dieser Vorteil wird im allgemeinen dadurch vergrößert, daß 12-25 Gewichtsprozent Wasser, bezogen auf die verbrannte Brennstoffmenge, vorhanden sind. Obwohl die anfallenden Stickstoffoxidmengen innerhalb eines großen Temperaturbereichs verringert werden können, erfolgt die weitestgehende Verringerung bei niedrigeren Temperaturen zwischen etwa 1427 und 176O°C (26OO-22OO°F).

Es wird angenommen, daß die beträchtliche Verbesserung des Wirkungsgrads und der Stabilität darauf zurückzuführen sind, daß das gasartige Material wie Luft oder Dampf besser emulgiert wird, wenn die heftige Vermischung von Gas, Wasser und Brennstoff erfolgt, wodurch eine Zuführung mit intensiver Vermischung bewirkt wird, so daß nach Erregung des Brennerkopfs eine so schnelle Verteilung auf derart kleine Tröpfchen erfolgt, daß die Verbrennungsrate des dem Ofen zugeführten Brennstoffs mit einer ungewöhnlichen Kombination von Schnelligkeit und Wirkungsgrad erzielt wird. Das Vorhandensein von Wasserdampf in der Zone, in welcher diese schnelle Verbrennung erfolgt, dürfte einen stabilisierenden Verzögerungseffekt auf die Verbrennungsrate haben, durch den der Wirkungsgrad vergrößert wird.

Im allgemeinen ist es zweckmäßig, überschüssiges Gas dem Brennerkopf für die Zerstäubung zuzuführen. Normalerweise nimmt derartig überschüssiges Gas, das Luft oder Dampf sein kann, einigen Brennstoff in dem Behandlungstank auf.

Es wurde beobachtet, daß bei bevorzugten Bedingungen für das Verfahren gemäß der Erfindung die Flamme eine grünliche Farbe aufweist. Diese Farbe charakterisiert die Qualität des höhe-

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ren Wirkungsgrads eines Verfahrens gemäß der Erfindung. Es ergeben sich jedoch bereits Vorteile bei Temperaturen, die unter denjenigen liegen, bei denen die Flamme eine grüne Farbe aufweist.

Fein verteilter Kohlestaub kann auch einem geeigneten Brennerkopf unter Überdruck in Anwesenheit eines verdampfbaren Druckmediums zugeführt werden, um in einer wasserdampfhaltigen Umhüllung dispergiert zu werden. Vorzugsweise unterscheidet sich das dispergierende Fluid von dem primären verflüchtigenden Medium. Wenn das primäre Medium Luft ist, kann das dispergierende Fluid Dampf oder ein leichterer Kohlenwasserstoff sein. Wenn das primäre Medium Wasser ist, kann das dispergierende Medium ein Kohlenwasserstoff wie verflüssigtes Petroleumgas sein. In allen diesen Fällen ist das wesentliche Merkmal bei diesem Kohle-Verbrennungsverfahren darin zu sehen, daß die Expansion von Gas am Brennerkopf ausgenutzt wird, wenn dieses aus der Düse austritt, um den Kohlestaub in eine stark feuchte Atmosphäre zu dispergieren.

Zweckmäßigerweise erfolgt eine Vorerhitzung von Brennstoffen aus schwereren flüssigen Kohlenwasserstoffen. Im allgemeinen ist es jedoch nicht erforderlich, bei den meisten Temperaturbedingungen Heizöle mit verhältnismäßig geringer Viskosität vorzuwärmen. Das Vorwärmen kann durch Vermischung mit einem erhitzten Fluid wie Dampf durchgeführt werden, der als dispergierendes Fluid verwandt wird, oder mit Hilfe anderer bekannter Mittel.

In gewissen Fällen wird das Verfahren gemäß der Erfindung vorteilhafterweise derart abgewandelt, daß eine gewisse Brennstoffmenge die Zone um den Brennerkopfniaie Wasserdampf enthaltende Luft transportiert wird. Normalerweise ist diese Brennstoffmenge kleiner als diejenige, die eine Unterhaltung der Verbrennung durch Luft ermöglicht. Trotzdem begünstigen auch die kleineren Mengen von Kohlenwasserstoff die Qualität und Stabilität der Verbrennung.

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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung·

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Heizanlage für Haushaltεzwecke mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht eines Brenners für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine vergrößerte Vorderansicht des Brennerkopfs in Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht des Brennerkopfs in Fig. 3; und

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung

zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bei der Verwendung von Dampf als Emulgierungsmittel.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel betrifft eine Heizanlage für Wohnhäuser. Die Heizanlage enthält einen Heizkessel 30 und einen öltank 31, der beispielsweise lOOO Liter Heizöl 32 enthält. An dem Öltank ist eine Entlüftung 33 und ein Füllstutzen 34 vorgesehen. Eine Ölleitung 35 erstreckt sich zu einem Brenner 36, für den eine Pumpe 37, ein Gehäuse 38 und ein Brennerkopf 39 vorgesehen sind. Der Brennerkopf 39 gibt zerstäubten Brennstoff 41 an eine Flamme 42 mit konischer Ausbildung ab, die in einer Verbrennungskammer 43 einer Heizeinheit 44 für Heißluft, Heißwasser, Dampf oder dergleichen brennt, und die in Abhängigkeit vom Thermostaten in an sich bekannter Weise gesteuert wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Heizölleitung 35 zwischen Ventilen 46 und 47 ein Drucktank 45 angeschlossen, so daß die ölzufuhr über einen Leitungsabschnitt 48 erfolgen kann, wenn in üblicher Weise geheizt werden soll, während die ölzufuhr nicht über den in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Leitungsabschnitt 48, sondern über den Drucktank 45 erfolgt, wenn nach dem Verfahren gemäß der Erfin-

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dung eine zusätzliche Wärmeerzeugung erfolgen soll. Der Druck in dem Tank 45 wird durch ein Manometer 49 angezeigt. Der Druck ist verhältnismäßig niedrig und beträgt etwa 0,35 Atü (5 psi). Der Tank 45 hat einen Deckel 51, der durch Schraubklemmen 53 mit dem Behälterunterteil 54 abdichtend verbunden ist.

Dem Tank 45 kann über das Ventil 46, eine Leitung 56 und einen Einlaß 55 Öl aus dem Öltank 31 zugeführt werden. Der Drucktank 45 ist ferner über einen Auslaß 57, eine Leitung 58 und das Ventil 47 an den Brenner 36 angeschlossen. An dem Drucktank 45 ist ferner ein Wassereinlaß 59 in einem unteren Bereich 61 des Drucktanks vorgesehen und an eine Dampfkammer 63 des Tanks ist ein Dampfauslaß 62 angeschlossen, über einen Einlaß 84 kann dem Drucktank 45 Dampf oder Druckluft mit Hilfe einer Pumpe 65 zugeführt werden, um darin den gewünschten Dampfdruck und eine Turbulenz zu verursachen. Diese Luft wird in dem Heizöl emulgiert und dient darin als Dispergiermittel.

Als Einrichtung 66 z"ur Wasserzufuhr dient eine Leitung 67, die an eine Wasserleitung 68 angeschlossen ist und mit einem normalerweise geschlossenen Magnetventil 69 versehen ist, welches zur Wasserzufuhr in den unteren Teil 61 des Drucktanks 45 geöffnet wird, wenn ein Signal von einer Füllstandsmeßeinrichtung erhalten wird, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Elektroden 71 und 72 in einer Schaltung 73 aufweist, welche die Spule des Magnetventils 69 und eine Spannungsquelle 74 enthält. Ein Schwimmerventil, eine Photozelle oder dergleichen können dazu verwandt werden, um eine vorherbestimmte Füllstandshöhe des Wassers in dem Drucktank 45 aufrecht zu erhalten, so daß in an sich bekannter Weise eine Wasserschicht vorherbestimmter Dicke vorhanden ist.

Die Zuführeinrichtung 75 für Heizöl enthält den Öltank 31, die Leitungen 35 und 56, die Ventile 46 und 47, den Einlaß 55, den Drucktank 45, den Auslaß 57, dde Leitung 58, die Pumpe 37 und den Brennerkopf 39 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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Ferner ist eine automatische Steuereinrichtung 76 für die Heizölzufuhr vorgesehen, die ein Ventil 77 enthält, das durch einen Schwimmer 78 auf der Ölschicht 79 in dem mittleren Bereich 81 des Drucktanks 45 geöffnet oder geschlossen wird. Die Ölschicht 79 schwimmt auf der Wasserschicht 82 im unteren Bereich 61 des Drucktanks 45.

Eine Einrichtung 83 für verdampftes Heizöl enthält eine Nebenschluß- oder Rezirkulationsleitung 84 für flüssiges Heizöl, die an eine Verbindungsstelle 85 in der Heizölleitung 58 hinter der Pumpe 37 und vor dem Brennerkopf 39 angeschlossen ist, um flüssiges Heizöl unter überdruck durch eine Vorheizwendel 86 zuleiten, das dann zu einem Auslaß 87 in der Druckkammer 45 gelangt, welcher Auslaß vorzugsweise als perforiertes Rohr ausgebildet ist und im unteren Teil 61 des Drucktanks unter der Wasseroberfläche der Wasserschicht 82 angeordnet ist. Die Wendel 86uitg.bt vorzugsweise das Gehäuse 38 des Brenners 36 und erstreckt sich über dessen Ende 88, so daß ein Teil der Windungen der Wendel im Bereich der konischen Flamme 42 der Verbrennungskammer 43 liegt. Wenn durch die thermostatische oder sonstige Steuerung des Brenners 36 die Schaltung zum Erregen der Pumpe 37 geschlossen wird, wird flüssiges Heizöl unter Druck dem Brenner 39 zugeführt, so daß dieser zerstäubt und gezündet wird. Gleichzeitig wird ein Teil des unter Druck stehenden Heizöls in der Wendel 86 erhitzt und dem Auslaß 87 zugeführt, so daß erhitzte Öltröpfchen 89 durch die Wasserschicht 82 und durchdie Ölschicht 79 hochsteigen, um angereicherten Dampf 91 in der Dampfkammer 63 des Drucktanks 45 zu bilden.

Eine Zuführeinrichtung 92 für angereicherten Öldampf enthält den Dampfauslaß 62 an dem Tank 45 und eine Dampfleitung 93, die zu einem Brennerkopf 94 für Öldampf führt, der in der Verbrennungskammer 43 im Weg der Flamme 40 vor und unter der Höhe des Brennerkopfs 39 angeordnet ist. Deshalb wird der Öldampf 91 durch die Flamme 42 gezündet, um eine zusätzliche Wärmeerzeugung zu ermöglichen und ein Flammuster 95 zu bilden, das schematisch in Fig. 1 dargestellt ist.

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Ein Dampfdruck von etwa 0,35 Atü (5 psi) wird in dem oberen Teil 63 des Drucktanks 45 durch die Luftpumpe 65 bewirkt, die an die Schaltung der Heizölpumpe 37 angeschlossen ist, so daß beide Pumpen gleichzeitig mit Hilfe der Thermostatsteuerung eingeschaltet werden. Die Pumpe 65 kann über die Leitung 96 Öldampf von dem oberen Teil 97 des Öltanks 31 abziehen, oder kann Frischluft aus der Atmosphäre mit Hilfe des Zweiwegventils 98 anzeigen. Vorzugsweise ist jedoch der Entlüfter 33 geschlossen, so daß die Pumpe 65 Frischluft über den Einlaß 101 ansaugt, so daß Luftbläschen aus einem perforierten Rohr 102 in dem Öltank 31 aufsteigen, so daß angereicherter Öldampf 103 unter überdruck in dem oberen Teil 97 vorhanden ist, welcher öldampf durch die Leitung 96 zu dem oberen Teil 63 des Drucktanks 45 durch ein perforiertes Rohr 107 hindurchtritt und dann durch die Leitung 93 in den Brennerkopf 94 für öldampf gelangt. Wie aus den Fig. 3, 4 und 5 ersichtlich ist, hat der Brennerkopf 94 für Öldampf vorzugsweise die Form eines GewindemitteIs 104 mit mindestens einer Düse 105. Vorzugsweise sind wie in Fig. drei Düsen 105 vorgesehen. Die bevorzugte Anordnung des Brennerkopfs 94 ist in Fig. 3 dargestellt, wo die Düsen 105 grade unter der Höhe der Längsmittellinie des Brennerkopfs 39 liegen.

Das folgende Ausführungsbeispiel betrifft einen Hilfsofen in einer großen Anlage zur Dampferzeugung. Der Heizkessel weist im Ofenabschnitt 240 Rohre und im Konvektionsabschnitt 448 Rohre von jeweils 50 mm Durchmesser auf und ermöglicht die Erzeugung von etwa 18OOO-36OOO kg gesättigtem Wasserdampf mit

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einem Druck von etwa 18 kg/cm . Fig. 6 zeigt einen Brennerkopf 2O4 und eine Konvektionierungseinheit 2OO dieses Ausführungsbeispiels. Dem Heizkessel werden pro Stunde 1130 Liter Heizöl

Nr. 2 zugeführt. Dampf mit einem Druck von 7 kg/cm wird mit einer Rate zugeführt, die an übliche Dampf-Zerstäubungsverfahren bekannter Art angepaßt ist.

Dem Brenner wird entlang dem Umfang des Brennerkopfs in einem Wirbelfeld mit einer Menge zugeführt, die etwa 1% größer als die Menge ist, die zu einer theoretisch lOO%igen Verbrennung des Heizöls erforderlich ist. Das folgende Beispiel be-

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trifft einen Betrieb des Heizkessels, bei dem etwa 18ΟΟΟ kg Dampf pro Stunde erzeugt werden.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß das Heizöl in eine Konditionierungszone 209 der Konditionierungseinheit 200 durch eine Leitung 202 gelangt, in der eine Vorerhitzung und eine noch zu beschreibende Vorbehandlung erfolgt, bevor das Heizöl durch eine Leitung 226 in den Brennerkopf 204 gelangt.

Durch eine Leitung 206 gelangt Dampf in eine äußere Konditionierungszone 2Ο3 der Einheit 200, wo eine Vermischung mit einer gewissen Wasser- und Ölmenge erfolgt. Der so angereicherte Dampf wird dann dem Brennerkopf 204 und Leitungen 210 zugeführt, so daß eine Vermischung mit dem Heizöl in einem Mischabschnitt 212 erfolgt. Dann gelangt die Mischung durch Düsenkanäle 214 und wird in die Verbrennungskammer 218 zerstäubt und dispergiert.

Ein Teil des Öls wird der äußeren Konditionierungszone 203 über eine Ölleitung 220 zugeführt und dort mit Dampf vermischt. Die Wasserzufuhr erfolgt über eine Leitung 222. Diese Vermischung von Dampf, Wasser und Öl ergibt eine kleine, sehr gut dispergierte Menge von Öl in Dampf, welche als Dispersions-' fluid dient. Die so zugesetzte Ölmenge ist klein und beträgt gewöhnlich wesentlich weniger als 1% des gesamten Heizöls, das dem Heizkessel zugeleitet wird, so daß dadurch das resultierende Dispersionsfluid für sich nicht brennbar ist. Trotzdem wird angenommen, daß dadurch die Verbrennungsstabilität und der Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert wird.

Eine Wassermenge entsprechend 5-8 Gewichtsprozent des Heizöls wird zugeführt. Diese Wassermenge ist dazu geeignet, die Emulgierung von öl. Dampf und Wasser zu unterstützen, welche Mischung durch die Brennstoffleitung dem Brennerkopf zugeführt wird, überschüssiger, etwas Heizöl enthaltender Dampf ge langt durch die Dampfleitung, um als Zerstäubungsgas zu dienen. Etwa 60-80% dieses Wassers wird dem öl über die Leitung 222A in der inneren Konditionierungszone 209 zugesetzt. Der Rest wird der äußeren Konditionierungszone 203 über die Leitung 222 zugeführt. In entsprechender Weise wird Dampf durch die Leitung 22OA

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dem öl und dem Wasser in der inneren Konditionierungszone 209 zugesetzt, um die gewünschte Dampf-Ölemulsion herzustellen, die durch die Leitung 226 dem Brennerkopf 204 zugeführt wird.

Wenn die Emulsion mit einem höheren Druck dem Brennerkopf und dann der Verbrennungskammer 218 zugeführt wird, erfolgt eine schnelle Expansion, durch die die zugeführte ölhaltige Emulsion dispergiert wird. Die Verwendung von Wasser als dispergierendes Trägergas ergibt eine vorteilhafte Atmosphäre, in der das emulgierte Heizöl sofort dispergiert und verbrannt werden kann. Wie bereits erwähnt wurde, ergibt bereits eine verhältnismäßig kleine Ölmenge, die vorher in dem Trägergas aus Wasser enthalten ist, wesentlich verbesserte Verbrennungseigenschaften.

Die Verbrennung ergibt eine Temperatur von etwa 165O°C. Der Verbrennungswirkungsgrad beträgt etwa 96°. Temperaturen von etwa 1760 C und ein Verbrennungswirkungsgrad von angenähert 100% können durch weitere Verringerung der Sauerstoffmenge erzielt werden. Die Betriebsweise bei derartig erhöhten Temperaturen sollte jedoch nur dann fortgesetzt werden, wenn der betreffende Heizkessel derart ausgelegt ist, daß eine Dauerbelastung bei erhöhter Temperatur möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen, insbesondere von Heizöl, bei dem in einem Drucktank eine Heizölschicht über einer Wasserschicht ausgebildet wird, dadurch g e -kennze ichnet , daß periodisch Heizöl in den Drucktank gefördert und dem Brennerkopf des Heizkessels unter Beibehaltung der Dicke der ölschicht zugeführt wird, daß gleichzeitig ein abgeleiteter Teil des dem Brenner zugeführten Heizöls durch eine Heizwendel in der Verbrennungskammer des Heizkessels umgepumpt wird und durch einen Auslaß unter der Wasseroberfläche der Wasserschicht in dem Drucktank austritt, um angereicherten Dampf im Oberteil des Drucktanks zu bilden, und daß der angereicherte Dampf unter Überdruck von dem Drucktank in die Verbrennungskammer in die Flamme des Brennerkopfs gefördert und dort gezündet wird, um die Wärmeerzeugung in dem Heizkessel zu erhöhen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizöl mit einem Dispersionsfluid emulgiert wird, daß das emulgierte Fluid untex erhöhtem Druck dem Brennerkopf und der Brennkammer unter geringerem Druck zugeleitet wird, so daß sich das Fluid expandiert und Heizöl abgibt, und daß eine Wasser-Dampf-Trägeratmosphäre gleichzeitig gebildet wird, mit der das Fluid expandiert, dispergiert und verbrannt wird.

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ORIGINAL INSPECTED
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daS das Dispersionsfluid Luft ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dafi die Trägeratmosphäre 3-13% Wasserdampf enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennze ichne t , daß das abgebende Fluid Dampf ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägeratmosphäre nur eine solche Menge von Brennstoff enthält, die zur Unterstützung der Verbrennung nicht ausreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Emulgieren Dampf, Wasser und ein kleiner Anteil des Brennstoffs in einer Konditionierungszone in innige Berührung gebracht werden, daß der Ausfluß aus der Konditionierungszone mit Brennstoff vermischt wird, und daß diese Mischung dem Brennerkopf zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Konditionierungszone eine Wassermenge entsprechend etwa 5% des bei dem Verfahren verbrannten Brennstoffs zugeführt wird.
9. Heizanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Heizöltank und einem Heizkessel, dessen Brenner einen in die Verbrennungskammer zerstäubenden Brennerkopf aufweist, sowie mit einer Pumpe zur Förderung von Heizöl in den Brennerkopf, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucktank (45) mit einem Öleinlaß (55), einem Ölauslaß (57), einem Wassereinlaß (59) und einem Dampfauslaß (62) an der Oberseite des Drucktanks vorgesehen ist, daß eine Wasserzuführeinrichtung (66) an dem Wassereinlaß (59) angeschlossen ist, um den unteren Teil des Drucktanks (45) mit Wasser

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zu füllen, daß eine automatische Steuereinrichtung (69) vorgesehen ist, um den Wasserspiegel in dem Drucktank (45) auf einer konstanten Höhe zu halten, daß eine Ölleitung (75) zwischen dem Öleinlaß (55) und dem Heizöltank vorgesehen ist, daß der Ölauslaß (57) über die Pumpe (37) mit dem Brennerkopf (39) in Verbindung steht, so daß eine ölschicht (79) über der Wasserschicht (82) in dem Drucktank (45) ausgebildet werden kann, daß eine Steuereinrichtung (76) vorgesehen ist, um die Höhe der ölschicht auf einem vorherbestimmten Betrag zu halten, daß eine Ölleitung (84) hinter der Pumpe (37) und vor dem Brennerkopf (39) an die ölzufuhrleitung angeschlossen ist, die eine Heizwendel (86) im Bereich der Flamme in der Verbrennungskammer (43) enthält, daß ein perforiertes Rohr (87) unter der Wasseroberfläche in dem Drucktank (45) angeordnet ist, dem erhitztes öl durch die Leitung (84) zugeführt wird, um mit Brennstoff angereicherten Dampf in einem oberen Teil (63) des Tanks zu bilden, und daß eine Zuführeinrichtung (92) für angereicherten Dampf für einen Dampf-Verbrennerkopf (94) in der Verbrennungskammer vorgesehen ist, die eine Dampfleitung (93) aufweist, welche diesen Brennerkopf (94) mit dem Dampfauslaß (62) des Drucktanks (55) verbindet, sowie eine Druckluft-Zuführeinrichtung zur Beibehaltung eines vorherbestimmten Drucks in dem Drucktank (45).
10. Heizanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (92) für angereicherten Dampf eine Pumpe (65) enthält, die außerhalb des Tanks (45) angeordnet ist.
11. Heizanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (65) an ein perforiertes Rohr angeschlossen ist, das in der Wasserschicht (82) des Drucktanks (45) angeordnet ist, der Heizöltank (31) ein abgeschlossener Drucktank ist, und daß eine Leitung (96) von einem oberen Teil (97) des Heizöl tanks in den Drucktank führt.

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12. Heizanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (69) für den Wasserstand eine elektrische Schaltung mit einer Spannungsquelle enthält, zwei in einem Abstand voneinander in dem unteren Teil des Drucktanks angeordnete Elektroden und ein elektrisch betätigbares Ventil (69) enthält, und daß die elektrische Schaltung das Ventil öffnet, um dem Drucktank beim Auftreten eines Signals von den Elektroden Wasser zuzuführen .
13. Heizanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (76) zur Steuerung der Höhe der Ölschicht (79) in dem Drucktank einen Schwimmer (78) enthält, durch den ein Ventil (77) betätigbar ist, um eine ölzufuhr zu ermöglichen.
14. Heizanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennze ichnet, daß der Brenner ein Injektionsbrenner ist, und daß die Heizwendel (86) den Brenner mantelförmig umgibt.
15. Heizanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem zerstäubenden Brennerkopf (39) gebildete Flamme im wesentlichen konisch ausgebildet ist, und daß der Dampf-Brennerkopf (94) innerhalb dieser Flamme vor und etwas unter der Höhe des Brennerkopfs (39) angeordnet ist.
16. Heizanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennze ichnet durch einen Drucktank mit einer Wasserschicht in einem unteren Teil des Tanks, mit einer Ölschicht über der Wasserschicht in einem mittleren Teil des Tanks, und mit einer Dampfkammer im oberen Teil des Tanks, durch eine Einrichtung zur Bildung von angereichertem verdampftem Brennstoff mit einer Leitung für flüssigen Brennstoff, die von dem ölbrenner des Heizkessele durch die Verbrennungskammer zu einem Auslaß unter dem Wasserspiegel in dem Drucktank führt, um erhitzte Ölbläschen durch die Wasser-

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schicht und Ölschicht in die Dampfkammer aufsteigen zu lassen, durch eine Einrichtung zur Zuführung des angereicherten verdampften Brennstoffs mit einem Dampf-Brennerkopf in der Verbrennungskammer, durch eine diesen Brennerkopf mit der Dampfkammer in dem Drucktank verbindende Dampfleitung und mit einer Einrichtung zur Zuführung des Dampfs unter Druck zu diesem Brennerkopf, und durch eine Druckluft-Zuführeinrichtung zur Aufrechterhaltung eines vorherbestimmten Luftdrucks in dem Drucktank.
17. Heizanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftpumpe an eine perforierte Düse in dem Tank angeschlossen ist, die unter dem Wasserspiegel angeordnet ist, so daß Luftbläschen durch die Wasserschicht aufsteigen, um eine innige Vermischung mit dem angereicherten Dampf zu ermöglichen.
18. Heizanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennze ichnet, daß die Einrichtung zum Vorerhitzen des Öls eine Ölleitung mit einer Heizwendel in der Verbrennungskammer des Heizkessels enthält, und daß mindestens einige der Windungen der Heizwendel im Bereich der Flamme des Ölbrenners angeordnet sind.
19. Heizanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Aufrechte rhaltung einer Wasserschicht mit vorherbestimmter Füllstandshöhe in einem Drucktank, durch eine Einrichtung zur Ölzufuhr zu dem Drucktank unter der Oberfläche der Wasserschicht, um durch austretende Öltröpfchen eine Ölschicht vorherbestimmter Dicke auf der Wasserschicht auszubilden, durch eine Einrichtung zur Vorerhitzung des Öls auf eine vorherbestimmte Temperatur, bevor dieses in den Tank eingeleitet wird, so daß heiße öltröpfchen mit dem Wasser vermischt werden und angereicherter brennbarer Dampf in dem oberen Teil des Druck-

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tanks gebildet wird, durch eine Luftpumpe zur Zufuhr von Druckluft in den Tank, um einen vorherbestimmten Druck zu erzeugen, und durch eine Leitung, durch die der angereicherte Dampf von dem oberen Teil des Drucktanks in die Flamme des Ölbrenners in der Verbrennungskammer des Heizkessels geleitet wird.

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