DE3017050C2

DE3017050C2 - Einsatz für Öfen oder Heizkessel

Info

Publication number: DE3017050C2
Application number: DE19803017050
Authority: DE
Inventors: Manfred 8561 Reichenschwand Loos; Bernhard 8821 Obererlbach Nibbrig; Friedrich 8560 Schönberg Schmidt; Hans 8505 Röthenbach Winkler
Original assignee: Stettner and Co
Current assignee: Stettner and Co
Priority date: 1980-05-03
Filing date: 1980-05-03
Publication date: 1983-03-24
Also published as: DE3017050A1

Description

G5

Die Erfindung betrifft einen Einsatz für öfen oder Heizkessel, die mit einem Zerstäubungsbrenner für flüssiges Brenngut, insbesondere Heizöl, sowie mit einem zwischen Brennerdüse und Einsatz angeordneten Mischrohr ausgerüstet sind, wobei der Einsatz aus einem Rohr besteht, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Mischrohres ist und an dessen dem Mischrohr abgewandten Rohrende eine ringförmige Umlenkscheibe befestigt ist, die eine zentrale Öffnung aufweist, und deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres.

Ein derartiger, beispielsweise aus der britischen Patentschrift 8 25 880 oder der deutschen Auslegeschrift 12 20 544 bekanntgewordener Einsatz dient dazu, Verbrennungsgase an dem dem Mischrohr abgelegenen Ende des Einsatzes teilweise an den Anfang des Einsatzes zurückzuführen, indem die Gase beim Austritt umgelenkt und zwischen der Brennerwand und der Außenfläche des Einsatzes zurückströmen. Das Zurückströmen erfolgt dabei infolge der Sogwirkung der rcsch bewegten Gase beim Eintritt in den Einsatz. Durch das teilweise Rückführen von Verbrennungsgasen an den Anfang des Einsatzes soll erreicht werden, daß das flüssige Brenngut fein verdampft und damit besser verbrannt wird.

Abgesehen von der relativ aufwendigen Konstruktion, bei der zum Teil mehrere, axial zueinander angeordnete Rohre vorgesehen sind, um eine entsprechende Führung der zurückgesaugten Verbrennungsgase zu erhalten, ergibt sich durch diese bekannten Einsätze nur eine geringfügige Verbesserung der Verbrennung im Sinne einer Reduzierung der Rußzahl oder eine Erhöhung des CO₂-Anteils.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einsatz der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine bessere Rückführung der Rauchgase und eine deutliche Verbesserung der Verbrennung erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an dem dem Mischrohr zugewandten Rohrende eine weitere ringförmige Umlenkscheibe befestigt ist, deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres, daß die Innendurchmesser beider Umlenkscheiben jeweils kleiner sind als der Innendurchmesser des Rohres, daß zwischen der dem Rohr zugewandten Innenfläche jeder Umlenkscheibe und der Stirnfläche der Rohrenden Durchlaßöffnungen vorgesehen sind, und daß das Rohr und die Umlenkscheiben in an sich bekannter Weise aus Ksramik hoher Temperaturwechselbeständigkeit bestehen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Einsatzes wird ohne zusätzliche Maßnahmen beim Einbringen des Einsatzes in den Feuerraum derart, daß die Flamme kurz nach Verlassen des Brenners in das Rohr hineinschlägt, eine 10—20%ige Verbesserung der Energieausbeute, eine starke Reduzierung der Rußzahl und eine Erhöhung des COz-Anteils auf wenigstens 14—15% erreicht. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Einsatzes ist dabei durch die besondere Ausgestaltung der Umlenkscheiben und die zwischen den Rohrenden und den Umlenkscheiben angeordneten Durchlässe eine etwas andere als beim Stand der Technik. Durch das Einragen der dem Mischrohr abgelegenen Umlenkscheibe in das Rohr wird speziell derjenige Anteil der durchströmenden Gasmischung gestaut und über die Durchlässe nach außen geführt, längs der Außenseite des Rohrs zurückgeleitet und schließlich an der mischrohrseitigen Umlenkscheibe über deren Durchlässe wieder in das Rohr zurückgesaugt, in dem die meisten Anteile an nicht verbrannten oder unzureichend verbrannten Substanzen noch

vorhanden sind. Die das Rohr des Einsatzes mittig durchströmenden Gase liegen ja direkt in der Brennerflamme, so daß dort eine ausreichende Verbrennung gewährleistet ist Der erfinduitgsgemäße Einsatz sorgt nun gerade für die Rückführung und damit Nachverbrennung derjenigen Teile der Verbrennungsgase, die noch brennbare Anteile nennenswerten Umfanges enthalten.

Die speziell ausgebildeten, beidseits angeordneten Umlenkscheiben des erfindungsgemäßen Einsatzes tragen aktiv zur Umlenkung und Rückführung eines Teils der Verbrennungsgase bei, da an ihnen dieser rückzuführende Teil richtiggehend gestaut wird und dann über die Saugwirkung am Gegenende besser zurückgeführt werden kann als wenn es, wie beim Stand der Technik, ohne Funktion der einseitigen Umlenkscheibe als Stauscheibe nur unter Ausnutzung der Sogwirkung erfolgen muß. Die verbesserte Rückführung und auch Wiedereinleitung am /nischrohrseitigen Ende des Einsatzes zur Nachverbrennung in Ve/bindung mit der selektiven Auswahl und Rückführung nur derjenigen Teile der Verbrennungsgase, die wirklich nachverbrannt werden sollen, ergibt trotz der außerordentlich einfachen Konstruktion des erfindungsgemäßen Einsatzes eine ganz beträchtliche Verbesserung der Verbrennung im Ofen. So hat es sich bei Messungen herausgestellt, daß bei einer Kesselanlage mit optimal eingestelltem ölbrenner durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Einsatzes der CCh-Wert von 9,5-10,5% auf 12 Volumen-% erhöht, die Abgastemperatur von 215°C auf 205°C gesenkt und die Rußzahl dauernd auf Null gehalten werden konnte.

Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Einsatzes sind in den Untere nsprüchen beschrieben.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Teilansicht eines Heizkessels von der Seite im Scnnitt mit einem erfindungsgemäßen Einsatz,

F i g. 2 eine Seitenansicht eines Einsatzes mit einem konisch zulaufenden Rohr,

F i g. 3 die Ansicht des Einsatzes gemäß F i g. 2 von der Flammeneinlaßseite mit halb abgetrennter Umlenkscheibe,

F i g. 4 einen Einsatz von der Seite gemäß dem Schnitt A-ßderFig.5,

Fig.5 den Einsatz gemäß Fig.4 gemäß dessen Schnitt D-E,

F i g. 5a die Teilansicht A"und

F i g. 5b die Ansicht C-Cder F i g. 5,

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform eines Einsatzes gemäß dem Schnitt F-G der F i g. 7,

F i g. 6a den Schnitt K-Kder F i g. 6,

F i g. 7 die Ansicht gemäß dem Schnitt H-J der F i g. 6 und

F i g. 7a den Schnitt L-L der F i g. 7.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Ausschnitt eines Heizkessels von der Seite im Schnitt dargestellt. Der Feuerraum 2 ist unten und an der Rückwand mit einer wärmefesten keramischen Auskleidung 3 versehen. Den oberen Abschluß bildet ein Warmwasserkanal 4 mit Rauchgasabzügen 5.

Im Feuerraum 2 ist ein erfindungsgemäßer Einsatz 6 vorgesehen, der aus einem Rohr 7 aus Keramik mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit besteht, das. an den Rohrenden 8 und 9 mit je einer ringförmigen Umlenkscheibe 10 bzw. 11 abgeschlossen ist. Die Umlenkscheiben 10, U bestehen ebenfalls aus Keramik mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit. Sie besitzen eine zentrale öffnung 12,12', deren Innendurchmesser du kleiner ist als der Innendurchmesser dg des Rohres 7. Der Außendurchmesser Du der Umlenkscheiben 10,11 ist größer als der Außendurchmesser Dr der angrenzenden Rohrenden 8 bzw. 9 des Rohres 7.

Der Einsatz 6 ist in geringem Abstand von einem Zerstäubungsbrenner 13 bzw. von dessen Mischrohr 14 in den Feuerraum 2 hineingestellt und z.B. mittels Unterlagstäben 15 in einer Höhe angeordnet, daß die Mittelachse 16 des Einsatzes 6 mit der Achse 16' der Brennerdüse 17 und des Mischrohres 14 wenigstens annähernd zusammenfällt

Der Innendurchmesser du der öffnungen 12, 12' der Umlenkscheiben 10, 11 ist mindestens so groß wie der Innendurchmesser c/^des Mischrohres 14. Zweckmäßig ist er jedoch wenigstens 10 bis 100%, insbesondere etwa 25 bis 80% größer als der des Mischrohres 14.

Zwischen den Innenflächen 18,18' der Umlenkscheiben 10,11 und den Stirnflächen i9,19' der Rohrenden 8, 9 sind Durchlaßöffnungen 20,20' angeordnet Diese sind beispielsweise dadurch gebildet, daß die Rohrenden 8,9 nach Art einer Klauenkupplung ausgebildet sind, also abwechselnd Aussparungen 21, 21' und Laschen 22, 22' aufweisen.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Einsatzes ist wie folgt erklärbar:

Nach dem Zünden der Brennerflamme schlägt diese

durch die öffnung 12 der benachbarten Umlenkscheibe 10 in das Rohr 7. Dort bestreicht sie die Rohrinnenwand und heizt diese auf eine Temperatur von ca. 800⁰C auf.

Hierdurch wird die Verbrennung gefördert und die Flammentemperatur erhöht. In der Flamme enthaltene unvergaste Brennstoffteilchen werden dadurch zum Teil vergast und verbrannt, oder Brennstoffteilchen treffen auf die Rohrinnenwand auf, wo sie augenblicklich vergasen und das Gas dann verbrennt.

Weiter unterstützt wird der Verbrennungsvorgang noch vor allem durch die Umlenkscheiben 10 und 11. Die Flamme dehnt sich im Rohr 7 aus. Beim Austritt aus der öffnung 12' der Umlenkscheibe 11 wird ein Teil der Abgase und der Flamme durch den über die Rohrinnenwand nach innen ragenden Bereich der Umlenkscheibe 11 gestaut und durch die Durchlaßöffnungen 20' nach außen gedruckt. Auf der anderen Seite des Rohres 7 entsteht an der Umlenkscheibe 10 infolge der im Bereich deren Öffnung 12 vorhandenen höheren Strömungsgeschwindigkeit der Flamme ein Unterdruck. Letzterer bewirkt, daß von außen her besonders durch so die Durchlaßöffnung 20 der Umlenkscheibe 10 Gase aus dem Feuerraum 2 angesaugt werden. Hierdurch werden Gase, die bei der Umlenkscheibe 11 herausgedrückt werden, an der Rohraußenwand entlang zur Umlenkscheibe 10 bewegt, so daß ein großer Teil der durch die Durchlaßöffnungen 20' der Umlenkscheibe 11 austretenden Gase wieder in das Rohr 7 eingesaugt und dort einer Nachverbrennung unterworfen werden. Hierdurch tritt eine höhere Flammentemperatur auf, die ihrerseits eine Verbesserung der Verbrennung hervorruft.

Versuche haben ergeben, daß beim Einsetzen des erfindungsgemäßen Einsatzes 6 in einen mit einem Zerstäubungs-Ölbrenner beheizten Kessel, der einen Kußwert von 6 und einen CO2-Abgasgehalt von unter 10% aufwies, ohne zusätzliche Maßnahmen der Rußwert auf 2 und der CO₂-Gehalt auf 14,5% verbessert werden konnte. Hierdurch sind die vorher unzulässigen Werte auf fast ODtimale Werte aneestieeen. Außerdem

• wurde die Abgastemperatur von 240°C auf 260°C erhöht. Bei gleicher Heizleistung konnte die Brenndüse von 0,75 auf 0,65 verringert werden. Außerdem hat sich die Abschaltphase um 10 min verlängert. Dies ist auf die höheren Temperaturen und evtl. auf den Wärmespeiichereffekt des Einsatzes 6 zurückzuführen, da der Einsatz noch ca. 1 min nachglüht. Hierbei wird jedoch die Einschaltdauer nicht verlängert, sondern noch verkürzt.

Zur Verbesserung der Zirkulation sind an den Außenkanten 23, 23' und den Innenkanten 24, 24' der Umlenkscheiben 10, 11 je ein nach innen ragender Randwulst 25, 25' vorgesehen, die eine bessere Umlenkung der zirkulierenden Gase bewirken.

Die Durchlaßöffnungen 20, 20' können, gegebenenfaiis zusätzlich zu den Aussparungen 2i, 21', durch im Rohr 7 vorgesehene Bohrungen 26 gebildet sein, wie in F i g. 2 angedeutet.

In F i g. 2 ist das Rohr 7 in Form eines Kegelstumpfmantels ausgebildet. Hierdurch entsteht am Austritt der Flamme bzw. Abgase ein Stau, durch den Gase durch die Durchlaßöffnungen 20 und/oder die Bohrungen 26 nach außen gedruckt werden.

Die Befestigung der Umlenkscheiben 10,11 mit dem Rohr 7 kann auf mechanische Weise und/oder durch keramische Mittel wie z. B. durch Kitten oder durch einen Schlicker erfolgen. In F i g. 2 ist die mechanische Befestigung durch drei Zuganker 27 vorgenommen, die die Umlenkscheiben 10,11 gegen das Rohr ziehen. Eine andere mechanische Befestigung kann durch eine Art Bajonettverschluß erhalten werden, wobei die entsprechenden Ansätze und Nuten am Rohr 7 und an den Umlenkscheiben 10,11 angeformt sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an den Umlenkscheiben Ansätze 28, 28' angeformt, die als Standfuß 29, 29' für den Einsatz 6 dienen.

Um eine einwandfreie Zuordnung der Umlenkscheiben 10,11 zum Rohr 7 zu gewährleisten, sind, wie in den Fig.4, 5 und 5b dargestellt, im Rohr 7 und an den Umlenkscheiben 10, 11 Zentrierhilfen in Form von Bohrungen oder Vertiefungen 30 und Zentrierzapfen 31,3Γ vorgesehen. Um einen guten Stand des Einsatzes 6 zu gewährleisten, sind hier am Rohr 7 Standleisten 32 angeformt.

Weiterhin können an den Innenkanten 24 der Umlenkscheiben 10, 11 schräggestellte Rippen 33 angebracht sein, die eine bessere Verwirbelung der Brenngase erzeugen und damit unter Umständen eine bessere Verbrennung bewirken.

Die Fig.6 und 7 zeigen eine Ausführung eines Einsatzes 6, bei dem Maßnahmen getroffen bzw. Mittel vorgesehen sind, die einen verschieden großen Abstand der Umlenkscheiben 10 bzw. 11 gewährleisten, je nachdem, auf welcher Seite des hier konisch ausgeführten Rohres 7 sie angeordnet sind. Hierdurch kann dieselbe Umlenkscheibe 10, 11 für beide Zwecke verwendet werden, so daß nur ein Formwerkzeug notwendig ist.

Erreicht wird dies hier dadurch, daß Vertiefungen 30 bzw. 30' zur Aufnahme von Zentrierzapfen 31 bzw. 31' auf verschiedenen Ebenen angebracht sind. Hierdurch können z. B. die Durchlaßöffnungen 12 an der Flammeneintrittsseite größer gemacht werden als auf der Austrittsseite. Die F i g. 6a und 7a zeigen jeweils einen Ausschnitt der Zentrierungen gemäß den Schnitten/C-Kbzw. L-L

Als Keramik für den Einsatz kommen Versätze auf der Basis von Schamotte mit etwa 30—50 Gew.-% Ton; Siliciumkarbid mit etwa 30—50 Gew.-% Ton; Aluminiumoxid mit etwa 30—60 Gew.-% Ton und gegebenenfalls geringen Mengen, z. B. 5 bis 20 Gew.-°/o von Zirkonsilikat und/oder Zirkondioxid; oder reines Zirkondioxid mit etwa 30 bis 60 Gew:-% Ton, oder Mischungen der genannten Materialien zur Verwendung. Es kann zweckmäßig sein, der Keramik noch geringere Anteile, z. B. 0,5 bis 7 Gew.-% Lithium zuzusetzen, da dieses die Thermoschockbeständigkeit von Keramik wesentlich verbessert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einsatz für öfen oder Heizkessel, die mit einem Zerstäubungsbrenner für flüssiges Brenngut, insbe- s sondere Heizöl, sowie mit einem zwischen Brennerdüse und Einsatz angeordneten Mischrohr ausgerüstet sind, wobei der Einsatz aus einem Rohr (7) besteht, dessen Innendurchmesser (or) größer als der Außendurchmesser (Dm) des Mischrohres (14) ist, und an dessen dem Mischrohr (14) abgewandten Rohrende (9) eine ringförmige Umlenkscheibe (11) befestigt ist, die eine zentrale öffnung aufweist, und deren Außendurchmesser (Du) größer ist als der Außendurchmesser (Dr) des Rohres (7), dadurch gekennzeichnet, daß an dem dem Mischrohr (14) zugewandten Rohrende (8) eine weitere ringförmige Umlenkscheibe (lO) befestigt ist, deren Auße.idurchmesser (Du) größer ist als der Außendurchmesser (Dr) des Rohres (7), daß die Innendurchmesser (du) beider Umlenkscheiben (10, 11) jeweils kleiner sind als der Innendurchmesser (or) des Rohres (7), daß zwischen der dem Rohr (7) zugewandten Innenfläche (18, 18') jeder Umlenkscheibe (10, 11) und der Stirnfläche (19, 19') der Rohrenden (8, 9) Durchlaßöffnungen (20) vorgesehen sind, und daß das Rohr (7) und die Umlenkscheiben (10, U) in an sich bekannter Weise aus Keramik hoher Temperaturwechselbeständigkeit bestehen.

2. Einsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkscheiben (10, 11) mit einem als Standfuß (29) ausgebildeten Ansatz (28) versehen sind.

3. Einsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkscheiben (10, 11) nach Art eines Bajonettverschlusses am Rohr (7) befestigt sind.

4. Einsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkscheiben (10, 11) durch außerhalb des Rohres (7) verlaufende «0 Zuganker (27) mit dem Rohr (7) verspannt sind.

5. Einsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkscheiben (10, 11) mittels keramischer Bindemittel mit dem Rohr (7) verklebt sind.

6. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkscheiben (10, 11) an der Außenkante (23) und der zentralen öffnung (12, 24) jeweils einen in Richtung des Rohres (7) weisenden umlaufenden Randwulst (25) aufweisen.

7. Einsatz nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (19) der Rohrenden (8, 9) mit Aussparungen (21) versehen sind (F i g. 2 und 3).

8. Einsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Durchlaßöffnungen (20) an der dem Mischrohr zugewandten Umlenkscheibe (10) größer ist als der Querschnitt der Durchlaßöffnungen (20') an der dem Mischrohr abgewandten Umlenkscheibe (11).