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Brenner für flüssige Brennstoffe
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für flüssige Brennstoffe,
der mit angenähert stöchiometrischer Luftmenge betrieben wird, mit einem konzentrisch
in einem Luftführungsrohr angeordneten Brennstoffzufuhrrohr mit einer Zerstäuberdüse,
mit einem am Ende des Luftführungsrohres vorgesehenen, sich in Strömungsrichtung
verjüngenden Endkegel, in dessen Mündungsebene die Austrittsöffnung der Zerstäuberdüse
liegt, und mit einem im Abstand von der Zerstäuberdüse axial verstellbar angeordneten,
hohlen, mit Bohrungen versehenen Gemischverteilerkörper mit einer der Düse gegenüberliegenden,
konvexen Oberfläche, wobei der Austrittsquerschnitt des Endw kegels des Luftführungsrohres
kleiner ist als der Querschnitt der durch die Umrißkontur festgelegten Fläche des
Gemischverteilerkörpers und so dimensioniert ist, daß die austretende Luft mit dem
Brennstoff ein Gemisch mit einer Strömungsgeschwindigkeit bildet, die über der Flammen-Ausbreitungsgeschwindigkeit
liegt. Dieser bekannte Blaubrenner DW-AS 1951 752 erzielt im stationären Betrieb
eine hohe Wirtschaftlichkeit bei geringer Schadstoffemission, zeigt aber beim Anfahren
Instabilitäten und Koksansatz die sich im Anstieg des Geräuschniveaus und der Schadstoffemission
äußern. Eine Weiterentwioklung dieses Blaubrenners DD PS 25 53 953 verbessert dadurch
das Anfahren, daß luftzufuhrseitig eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, die
derart verstellbar ist, daß die Verbrennungsluft im Bereich der Zerstauberdüse während
des Anfahrens, wie bei einem Gelbbrenner, verwirbelt und während des nach dem Aufheizen
des Gemischverteilerkörpers einsetzenden Dauerbetriebs unverwirbelt strömt. Diese
Lösung erfordert aber einen erhöhten technischen Aufwand, hat außerdem während der
Anfahrphase wegen der durch die Verwirbelung der Verbrennungsluft sich einstellenden
turbulenten Gelbflamme ein deutlich höheres Geräuschniveau zur Folge als im Dauerbetrieb
bei Blauflamme, und die feuchten Verbrennungsgase dringen während des Dauerbetriebs
in den Raum stromauf der Stauscheibe ein, wo sie abkühlen und kondensieren und sich
als Koks niederschlagen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs
erwähnten Art zu schaffen, der einen einfacheren Aufbau als der Brenner nach DD
PS 25 53 953 aufweist, der auch in der Startphase, bei gutem Anfahrverhalten, ein
niedriges Geräuschniveau aufweist und in dessen Brennerkopf im Dauerbetrieb keine
Verbrennungsgase eindringen, die zum Koksansatz führen können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch
1,3,4 u.5 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Erreicht wird dadurch, daß auch in der Startphase, die Verbrennungsluft
bei gutem Anfahrverhalten, unverwirbelt der Verbrennung zugeführt werden kann, wodurch
sich eine ruhige Flamme einstellt, der Gemi schvrrteiierkörper infolge der ßiickführung
heißer Verbrennungsgase in der Flammenachse, durch ihn hindurch, sehr schnell aufheizt,
so daß nach wenigen Sekunden auf Blaubrand umgeschaltet werden kann.
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Die erfindung wird anhand zweier ßusführungsbeispiele, die in den
Zeichnungen veranschaulicht sind nachstehend erläutert.
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Es zeigt die obere Hälfte jeweils den Brennerzustand in der Startphase,
während die untere Hälfte den Brennerzustand in der Betriebsphase zeigt.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Brennerkopf, dem ein bekannter
Gemischverteilerkörper zugeordnet ist.
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Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Brennerkopf dem ein erfindungsgemäßer
Gemischverteilerkörper zugeordnet ist.
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Der in Fig. 1 dargestellte Brennerkopf weist ein zyl.Luftführungsrohr
1 auf, das an seiner Mündung mit einer konischen Einziehung 2 versehen ist. Daran
schließt sich stromab die, die konische einziehung 2 überlappende, konisch konvergente
Luftdüsezan, die axial verschiebbar ist. Wird die Luftdüse 3 axial stromauf bis
zum Anliegen an die Querplatte 4 verschoben, bildet sich zwischen der konischen
Einziehung 2 und der Luftdüse 3 eine ringförmige konische Austrittsöffnung 5, während
der Innendurchgang der Luftdüse 3 durch die Querplatte 4 versperrt wird (obere Bildhälfte).
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Ist die Luftdüse 3 stromab bis zum Berühren der Einziehung 2 verschoben,
wird die Austrittsöffnung 5 wieder geschlossen, während sich der Durchgang 6 zur
Luftdüse 3 bildet (untere Bildhälfte).
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Die Luftdüse 3 ist von einem Körper 7 umschlossen, dessen Außenkontur
zylindrisch, bzw. divergent oder leicht konvergent sein kann und dessen Ende verjüngend
zur Mündung 8 der Luftdüse 3 verläuft. Dieser Körper 7 ist in vorteilhafterweise
aus wärmedämmendem Material hergestellt, kann aber auch einstückig mit der Luftdüse
3 aus Metall gefertigt sein.
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Die Mündung 9 der Zerstäuber-Hohlstrahldüse 10 liegt in der Betriebsphase
ungefähr in der Ebene der Mündung 8 der Luftdüse 3. Dem Brenner ist ein bekannter
Gemischverteilerkörper 11 mit Abstand zugeordnet. Dieser Gemischverteilerkörper
11 ist hohlkugelartig gestaltet, weist Bohrungen auf und hat eine konvexe Form.
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Beim Anfahrvorgang tritt die Verbrennungsluft als Hohlstrahl 12 mit
einem verhältnismäßig hohen Impuls aus der ringförmigen konvergenten Austrittsöffnung
5 aus und wird von dem körper 7 derart geführt, daß sie unverwirbelt dem äußeren
Bereich des Gemischverteilerkörpers 11 zuströmt und erst dort-den Brennsoffhohlstrahl
13 durchdringt. Durch die Injektorwirkung des Verbrennungsluft-Hohlstrahls 12 entsteht
an dessen Außen-und Innenkontur eine verhältnismäßig starke Unterdruekzone, in die
nach dem Zünden heiße Verbrennungsgase zurückgesaugt werden. Die durch die Öffnungen
14 des Gemischverteilerkörpers 11 zurückbewegten heißen Verbrennungsgase durchströmen
in Richtung der Pfeile 15 den Brennstoffhohlstrahl 13,heizen diesen auf und vergasen
einen Teil des Brennstoffs und führen diesen verrasten Teil und die feineren Tröpfchen
bis in die Nåhe des Körpers 7 in den Verbrennung.slufthohlstrahl 12 zurück, wo dann
die Plamrnenbildung erfolgt. Der restliche aufbereitete Brennstoff durchdringt nm
äußeren Bereich des Gemischverteilerkörpers 11 den Verbrennungslufthohlstrahl 1
2 und vei-biennt dort langsam entsprechend seiner Vermischung. Dadurch stellt sich
in der anfahrphase eine ruhige Flamme ein und durch die Rückführung der heißen Verbrennungsgase,
in der Flammenachse,durch den Gemischverteilerkörper 11 hindurch, wird dieser schnell
aufgeheizt.
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Während des Dauerbetriebes (untere Bildhälfte), in dem die Luftdüse
3 an der konischen Einziehung 2 des-Luftführungsrohres 1 anliegt, wird zur zur Luftdüsenmitte
der Verbrennungsluf1;durchgang 6
gebildet und die Verbrennungsluft
tritt aus der Luftdüse 3 als straff gebündelter Vollstrahl 16,im Bereich der Brennstoff-Düsenmündung
9 aus Dieser konzentrierte Vollstrahl 16 durchdringt nun schon, wie der bekannte
Brenner nach DrU-AS 1951 752 den Brennstoffkegelanfang und reißt aus ihm die feinen
Tröpfchen 17 axial zum heiZen Gemischverteilerkörper 11 mit. Im Dauerbetrieb arbeitet
dieser Brenner also wie der bekannte Blaubrenner nach DT-AS 1951 752 weiter, der
wegen seines schlechten Anfahrverhaltens und wegen Koks-Ansatzes sich in der Praxis
nicht durchsetzen konnte. Die rückströmenden heißen Verbrennungsgase 19, die in
den Luftstrahl 16 gesaugt werden, strömen auch entlang des, in vorteilhafterweise
aus wärmedämmendem Material (z.B. Keramik) hergestellten, Körpers 7 und heizen dessen
Oberfläche annähernd auf die Temperatur der heißen Verbrennungsgase 19 auf. Dadurch
wird Koksansatz an dem die Luftdüse 3 umschließenden Körper 7 sicher vermieden.
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In Fig. 2 ist dem der Fig.1 entsprechenden Brennerkopf ein Gemischverteilerkörper
11'mit einer der Düse18 gegenüberliegenden, konvexen Oberfläche zugeordnet. ES besteht
aus mehreren, hintereinander angeordneten, kegelförmigen Ringen (21,22,23,),wobei
der Innendurchmesser des jeweils stromab in einem bestimmten Abstand folgenden Ringes
kleiner oder gleich dem Außendurohmesser des stromauf vorgeschalteten Ringes ist.
Der, der Zerstäuberdüse nächstliegende Ring 21, weist eine im vorderen, der Zerstäuberdüsel0
zugewandten Bereich eine Abdeckung 24 auf.
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Der Ring 21 ist mit mehreren, am vorteilhaftesten mit 6 Öffnungen
25 versehen. Zwischen den Ringen(21, 22, 23,) werden Kreissohlitze (26,27) gebildet.
An den Ringen (21, 22,)sind jeweils mehrere stromab gerichtete Haltekonsolen(28,
29jangebracht, die mit Kerben (30,31) versehen sind, in die der jeweils nachfolgende
Ring mit seiner Innenkontur eingeführt ist. Die Befestigung der Ringe untereinander
kann auch auf andere Art erfolgen. Die Ringe (21, 22,23) sind in vorteilhafter Weise
aus Keramik hergestellt, können jedoch auch ausondevem hitze- und kohlenstoffbeständigem
Material gefertigt sein.
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Während des Anfahrvorgangs (obere Bildhälfte) durchströmen die Öffnungen
25 des Ringes und den Kreis schlitz 26 stromauf heiße Verbrennungsgase, durchdringen
in Richtung der Pfeile 32 den
Brennstoffhohlkegel 13, vergasen diesen
zum eil, führen ihm die nötige Energie zur Zündung heran und werden zusammen mit
einem Teil des vergasten Brennstoffes in den Verbrennungslufthohlstrahl 12 gesaugt,
wo dann die Flammenbildung erfolgt. Der restliche nicht vergaste Brennstoff wird
dem Ring 22 zugeführt, von welchem er in Richtung des Ringes 23 weitergeleitet wird.
Der Verbrennungslufthohlstrahl 12 induziert an dem Kreisschlitz 27 eine starke Rückströmung
heißer Verbrennungsgase 33, die den am Ring 22 abgleitenden Brennstoff 34 durchströmen
und vergasen.
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Dadurch wird ein sehr gutes Anfahren mit ruhiger Flamme und wegen
der Beaufschlagung des gesamten Gemischterteilerkörpers 11 mit heißen rückströmenden
Verbrennungsgasen (35, 32) ein sehr schnelles Aufheizen-des Gemischverteilerkörpers
11 erzielt.
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Während des Dauerbetriebs (untere Bildhälfte) umströmt der konzentrierte
Luftstrahl 16 den Gemischverteilerkörper 111 tangential und induziert an den Kreisschlitzen
(26,27) starke Xiickströmungen heißer Verbrennungsgase (35,36) die den,an den Ringen
(21, 22) abgleitenden Brennstoff (37,38) durchströmen tuid vergasen. Soll eine wesentlich
größere Brennstoffaenge verbrannt werden, dann ist lediglich wegen den größeren
Brennstofftropfen, die Anzahl der konusförmigen Ringe zu erhöhen um mehr Rückströmzonen
heißer Verbrennungsgase (35,36 .) zu erhalten. Ein verhältnismäßig kleiner Teil
des auf den Gemischverteilerkörper 11'aufprallenden Brennstoffes durchströmt gemeinsam
mit einem sehr kleinen Teil der Verbrennungsluft die Öffnungen 25 des Ringes 21
ins Innere des Gemischverteilerkörpers il Dort entzünden sich diese Brennstoff-Luftstrahlen
und es entstehen kleine Gelbflammchen die sehr stabilisierend auf die Verbrennung
wirken.
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Patentansprüche: Seite 6