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Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von
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extra leichtem Heizöl zur Verbrennung mittels öIzerstäuberdüsen Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von extra
leichtem Heizöl zur Verbrennung mittels öIzerstäuberdüsen.
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Herkömmliche ölfeuerungsanlagen, die mit extra leichtem Heizöl oder
Dieselöl betrieben werden, weisen im allgemeinen einen Druckzerstäuberölbrenner
auf. Ein derartiger Druckzerstäuberöl brenner besteht aus einem Elektromotor, der
ein Gebläse und gleichzeitig eine öldruckförderpumpe betreibt, sowie
aus
einer ölzerstäuberdüse, einer Zündeinrichtung, einer Uberwachungseinrichtung der
Flamme und einem Mischkopf, der Verbrennungsluft mit dem öl nebel vermischt.
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Wie sich aus einer Arbeit "Eigenschaften von Ölzerstäuberdüsen" in
der Zeitschrift "Öl-+ Gasfeuerung" Heft 3, März 1977, 5. 176 bis 183 ergibt, hängt
die Wirtschaftlichkeit eines öl zerstäuberbrenners im wesentlichen von der Qualität
der Zerstäubung ab. Die Zerstäubung ist jedoch von der Qualität der Düse, des öl
zerstäuberdrucks und der Ml -schung mit Verbrennungsluft abhängig. Die Druck- und
Förderpumpen sind im allgemeinen für einen Druck zwischen 5 und 15 kg/h ausgelegt
und in diesem Bereich verstellbar. Die Zerstäubungsqual i tät hängt im allgemeinen
vom Öldruck und der Qualität der Düse ab. Die Viskosität von Heizöl "extra leicht"
oder Dieselöl wird von der Raffinerie mit 1,40 Engler bei 20° C angegeben und im
allgemeinen ziemlich konstant geliefert. Die Viskosität des Heizöls oder Dieselöls
schwankt sehr stark bei verschiedenen Temperaturen, so daß auch die Durchsatzmenge
bei stärkerer Viskosität größer wird. Alle bisherigen öl brennereinrichtungen haben
den Nachteil, daß diese Viskositätsänderung nicht berücksichtigt wird, so daß es
vorkommt, daß eine öl feuerungsanlage beispielsweise bei einer Temperatur des Heizöls
vom 200 eingestellt wird, jedoch bei sinkender Außentemperatur die öl temperatur
abnimmt, die Düse einen größeren Durchsatz hat und somit bei gleich eingestellter
Luftmenge die ölfeuerungsanlage rußt. Es ist also anzustreben, daß die Viskosität
des Heizöls oder Dieselöls gleichmäßig konstant bleibt, damit der öldurchsatz immer
gleichbleibend ist.
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Es sind genügend Mischsysteme bekanntgeworden, die Heizöl mit Verbrennungsluft
einwandfrei vermischen und eine wirtschaftliche Verbrennung gewährleisten, jedoch
die ölviskosi tät und
damit den Durchsatz der Zerstäuberdüse nicht
berücksichtigen.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diesen Mangel
zu beheben und eine konstante Viskosität des öls vor der Zerstäubung zu erreichen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Aufbereiten
von extra leichtem Heizöl zur Verbrennung mittels Ölzerstäuberdüsen vorgeschlagen,
welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das extra leichte Heizöl vor dem Durchgang
durch die Zerstäuberdüse auf eine konstante Temperatur vorerwärmt wird.
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Die Vorerwärmung kann dabei sowohl mittels elektrischen Stroms als
auch durch die Eigenwärme des Mischkopfes erfolgen. Vorsich zugsweise wird das zunächst/im
kalten Zustand befindliche Heizöl mittels elektrischen Stromes auf die gewünschte
Temperatur erwärmt, wonach der Zerstäubungs- und Verbrennungsvorgang eingeleitet
wird, wobei anschließend, wenn der Mischkopf die erforderliche Temperatur durch
die Verbrennung erreicht hat, die Vorerwärmung allein durch die Verbrennung am Mischkopf
erfolgt und die elektrische Erwärmung abgeschaltet wird.
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Durch die Vorerwärmung des Heizöls auf eine konstante Temperatur werden
mehrere Vorteile erreicht. So ist die Viskosität durch diese Maßnahme immer gleichbleibend
und für die Verbrennung optimal günstig eingestellt. Weiterhin wird die Zerstäubungsqual
i tät der Zerstäuberdüse wesentlich verbessert. Ferner wird durch die Vorerwärmung
des leichten Heiz-oder Dieselöl es erreicht, daß die Durchsatzmenge bei gleichem
öl druck absinkt.
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Wie sich aus der oben genannten Arbeit in der Zeitschrift'til- +
Gasfeuerung"
ergibt, beeinfluß die Viskosität des öles den Durchsatz merkbar. Dabei tritt das
erstaunliche Ergebnis auf, daß der Durchsatz mit der Viskosität ansteigt. Die Erklärung
hierfür ist darin zu sehen, daß innerhalb der Düse ein Luftkern entsteht. Wegen
des Luftkerns steht nicht der gesamte Düsenbohrquerschnitt für das Ausfließen des
öls zur Verfügung. Wenn die Viskosität ansteigt, wird die Drallbewegung stärker
abgebrenst als die axiale Durchflußbewegung des öls. Der Luftkern wird auf diese
Weise kleiner, und der tatsächliche Ausströmquerschnitt des öls wächst. Wenn die
Viskosität eine bestimmte Grenze, die von dem Druck und der Dichte des öls abhängt,
erreicht hat, ist der Luftkern verschwunden, und eine weitere Viskositätssteigerung
hat einen abnehmenden Durchsatz zur Folge.
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Es hat sich nun gezeigt, daß der öldurchsatz durch die Vorwärmung
verringert wird. Außerdem tritt der wesentliche Vorteil auf, daß der Zerstäuberdruck
bis auf 5 atü bei guter Zerstäubung abgesenkt werden kann, was bedeutet, daß jeder
herkömmliche öl brenner wesentlich leiser betrieben werden kann.
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Es war bereits bekannt, Schweröle, die praktisch nicht flüssig sind,
zum Zwecke des Zerstäubens, beispielsweise mit Wasserdampf, vorzuerwärmen und unter
Druck zu setzen. Die Erkenntnisse gemäß der vorliegenden Erfindung konnten jedoch
hieraus nicht gewonnen werden.
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Zweckmäßigerweise wird die Vorerwärmung zwischen 600 und 1200 C, maximal
150° C, vorgenommen. Eine höhere Erwärmung hat wegen des Ausscheidens von bestimmten
Paraffinen wenig Zweck.
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Durch die Maßnahme der vorliegenden Erfindung können nunmehr auch
wesentlich kleinere Kessel mit kleineren Leistungen
gebaut werden,
was bisher aus Gründen der unteren Ganze der Abmessungen von Ölbrennerdüsen nicht
möglich war.
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Ölbrennerdüsen werden nach Gal lonendurchsatz pro Stunde angegeben.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß Ölbrennerdüsen von 0,3, 0,4, 0,5 Gallonen/h
bei Heizöl "extra leicht" oder Dieselöl von 1,40 Engler/2O0 C sehr schlecht zerstäuben,
selbst bei hohen Pumpendrücken von 10 bis 15 kg/h. 0,3 und 0,4 Gallonen-Düsen sind
im allgemeinen bei dieser Viskosität sehr anfällig und in der Praxis unbrauchbar.
Eine Düse von 0,5 Gallonen/h hat z.B. einen öldurchsatz von 1,7 kg/h bei 7 kg Druck
und einer Viskosität von 1,40 Engler. Dieselbe Düse von 0,5 Gallone/h bei 7 kg Druck
und einer Vorwärmung des Heizöls auf 800 C und somit eine Viskosität von 1,10 Engler
hat einen Durchsatz von 1,35 kg/h. Bei dieser Viskosität von 1,10 Engler ist die
Qualität der Zerstäubung sehr gut. Selbst bei einem öldruck von 5 kg ist die Zerstäubung
noch einwandfrei. Es ist somit möglich, bei der Aufbereitung des Heizöls durch Vorwärmung
zwischen 60 und 1500 C, Düsen in der Praxis einzusetzen von 0,3, 0,4, 0,5 Gallone
bei niedrigem öldruck von 5 bis 7 kg.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung macht es erstmals möglich, ölmengen
von 0,8 kg bis 2 kg/h durch die bessere Zerstäubung im praktischen Betrieb einzusetzen.
Durch niedrigeren öl druck und geringere Viskosität kann der öldurchsatz bei handelsüblichen
Düsen bis zu 40% abgesenkt werden, wobei eine gute Zerstäubung und somit eine gute
Verbrennung des Heiz-oder Dieselöls möglich ist.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ferner eine
Vorrichtung angegeben, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß innerhalb eines Brennerrohres
eine Vorwärmkammer mit einer elektrischen Widerstandserwärmung angeordnet
ist,
an welche eine olzerstäuberdüse angesetzt ist, wobei in die Vorwärmkammer eine öl
zuleitung einmündet, die mit einem Wärmeaustauscher oder einer Wärmeaustauscherkammer
am Mischkopf verbunden ist, welche ihrerseits mit der öl zum leitung bzw. der ölpumpe
verbunden ist.
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Anhand der Zeichnung soll am Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform
einer Vorrichtung der Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden.
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Die Zeichnung zeigt im Prinzip und im Schnitt eine Brenneranordnung
mit einer Vorrichtung zur Aufbereitung des Heizöls.
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Innerhalb eines Brennerrohres 1, das von einem Schutzrohr 2 umgeben
ist, ist eine Vorwärmkammer 3 angeordnet, die im Innern elektrische Widerstandselemente
aufweist, die über eine Zuleitung 4 mit Strom, beispielsweise 220 V, zur Erhi tzung
versorgt werden.
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Am vorderen Ende weist die Vorwärmkammer 3 eine angesetzte oder eingeschraubte
Düse 5 auf, welche das öl in Richtung des Pfeiles 6 zerstäubt. Die Düse 5 ist in
an sich bekannter Weise von einer Zündeinrichtung 7 umgeben, welche die Zündfunken
zum Zünden des öl knebels erzeugt. Ferner ist vor der Düse 5 eine Mischvorrichtung
8 vorgesehen, in welcher die Vermischung des zerstäubten ölnebels mit der in Richtung
des Pfeiles 9 zugeführten Verbrennungsluft erfolgt. Im Bereich der durch die Mischvorrichtung
8 Mischvorrichtung/geschaffenen Mischzone ist ein Wärmeaustauscher 10 vorgesehen,
der einerseits mit der Zuleitung 11 für das von der Pumpe kommende kalte öl und
andererseits mit der Ableitung 12 verbunden ist, die zu der Vorwärmkammer 3 führt.
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An oder in der Vorwärmkammer 3 ist ein Thermostat 13 angeordnet, der
mit einer nicht dargestellten an sich bekannten Schaltvorrichtung in Verbindung
steht.
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Die elektrische Vorwärmung wird nun so geregelt, daß vor dem Einschalten
des ölbrenners, d.h. der öl pumpe und des Luftventilators, der elektrische Strom
über die Zuleitung 4 und die in der Vorwärmkammer 3 befindlichen Widerstände eingeschaltet
wird, wodurch das Heiz- oder Dieselöl auf ca. 1000 C vorgewärmt wird. Der eingebaute
Thermostat 13 schaltet den öl brenner nach Erreichen der genannten Temperatur ein,
wodurch vom ersten Augenblick an eine gute Zerstäubung und Verbrennung möglich ist.
Je nach Durchsatzmenge sinkt die Temperatur dann um einige Grade ab, bleibt aber
bei konstantem Durchfluß während der gesamten Laufzeit des Brenners konstant.
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Die Vorwärmung mittels der Eigenwärme der im Mischkopf 8 durch die
Flamme aufgenommenen Wärme erfolgt so, daß durch den Wärmeaustauscher 10 das von
der Zuleitung 11 ankommende öl darin erwärmt wird und über die Zuleitung 12 der
Vorwärmkammer 3 zugeführt wird.
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Zur Energieeinsparung wird dann in der Weise verfahren, daß das Heiz-
oder Dieselöl zunächst in der oben beschriebenen Weise elektrisch auf ca. 1000 C
vorgewärmt wird, wonach nach Erreichen dieser Temperatur der öl brenner eingeschaltet
wird.
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Wenn nach einigen Sekunden der Mischkopf erhitzt und das im Wärmeaustauscher
10 sich befindliche Ö1 durch die Flamme ebenfalls aufüis 1000 C gebrocht ist, wird
mittels des Thermostaten 13 und der Steuereinrichtung der elektrische Vorwärmer
3 ausgeschaltet. Während der gesamten Laufzeit des Brenners wird somit das Heiz-
oder Dieselöl auf konstanter Temperatur durch den Wärmeaustauscher 10 gehalten.
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Es sind selbstverständlich noch andere Ausführungen der Vorrichtung
gemäß der Erfindung möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.