DE3020030A1

DE3020030A1 - Oelvergasungsbrenner, insbesondere fuer kessel von zentralheizungsanlagen

Info

Publication number: DE3020030A1
Application number: DE19803020030
Authority: DE
Inventors: Albin Dipl.-Phys. Dr. 7253 Renningen Kehl; Friedrich Dipl.-Phys. Dr. 7000 Stuttgart Scharf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-24
Filing date: 1980-05-24
Publication date: 1981-12-03
Also published as: FR2483048B3; FR2483048A3

Description

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ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ölvergasungsbrenner, insbesondere für Kessel von Zentralheizungsanlagen ■

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem ölvergasungsbrenner nach der Gattung des Hauptanspruchs. Brenner dieser Gattung (DE-OS 2.5 17 756) haben eine etwa topfförmige Drallflamme,' bei der sich eine sehr wirksame Rezirkuiation heißer Verbrennungsgase in dem Bereich des Flammenbodens einstellt und.die nur eine relativ kurze Feuerraumlänge erfordert._ Diese Brenner arbeiten mit hohem Wirkungsgrad und bei höherem Luftüberschuß trotz Fehlens eines Flammenhalters auch mit einer stabilen Flamme, weil sich durch die dann höhere Zündgeschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches ein dynamischer Stabilisierungseffekt der Verbrennung ergibt. In Arbeitsbereichen mit geringerem Luftüberschuß kann es bei diesen Brennern mit kurzer Flamme jedoch vorkommen, daß die Flamme instabil wird und sich keine definierte Flammenfront einstellt. Das kann sich ungünstig beim Start und während des Betriebes des Brenners auswirken. Bei kleinen Feuerräumen kann es zu so hohen Druckspitzen kommen, daß die Flamme erlischt.

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Vorteile der Erfindung "" .' .

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich auch in Arbeitsbereichen mit geringem Luftüberschuß oder in Bereichen geringer bzw. gedrosseiter Leistung Unterschiede in der Zusammensetzung des Brennstoffs und im Druck des Feuerraums nur unwesentlich, auswirken und sich daher zumindest an der Einmündung des Sekundärluftstromes in die Brennkammer eine stabile Flamme ergibt, wie sie von konventionellen, gelb brennenden ölbrennern her bekannt ist. Der Brenner läßt sich rußfrei mit geringstem Luftüberschuß betreiben,'ohne daß die Flamme instabil wird. Durch entsprechende Bemessung der die Verbrennung beeinflussenden Größen kann erreicht werden, daß nur ca. .15 % der gesamten Verbrennungsluftmenge als Primärluft benötigt wird, so daß ca. 85 % der Verbrennung mit Sekundärluft unter stabilen Verhältnissen erfolgt. In der Verdampfungszone im mittleren Bereich der Frontplatte findet eine blaue, ebenfalls rußfreie _: Verbrennung bzw. Vorverbrennung eines Teiles des Brenn- : stoff-Luft-Gemisches statt, die zwar nicht durch einen Flammenhalter stabilisiert ist. Da es sich hierbei jedoch höchstens um 15 % der gesamten Verbrennungsreaktion handelt, wird die gesamte Stabilität der Flamme nur in einem praktisch vernachlässigbaren Maß beeinflußt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Anordnung möglich.■ -'.

Wenn die Stauscheibe gemäß den.Merkmalen des Anspruchs ausgebildet ist, erhält auch der Sekundärluftstrom bei

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seinem Eintritt in die Brennkammer einen Drall, der vorzugsweise den gleichen Drehsinn haben kann, wie der Primärluftstrom in der Wirbelkammer und das Brennstoff-Luft-Gemisch in und stromab der Blendenöffnung in der Frontplatte. In diesem Fall ergibt sich ein besonders klar ausgeprägter Drall der Ringflamme, welcher die Stabilität der Verbrennung noch unterstützt. Das wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn der Brenner mit gedrosselter Leistung betrieben wird, zumal der Brenner durch seine gattungsmäßigen Konstruktion^- und Funktionsmerkmale Kleinstmengen von Brennstoff gut verarbeiten kann.

Die Zufuhr von Sekundärluft in die Brennkammer kann geregelt werden, wenn der Brenner mit den Merkmalen der Ansprüche 4 bis 6 ausgebildet ist. Stromauf der Stauscheibe und im Bereich einer öffnung, vorzugsweise einer Ausklinkung im Rand der Stauscheibe, können zwei Zündelektroden vorgesehen sein, so daß der Zündfunke vom Sekundärluftstrom in den Verbrennungsbereich hineingeblasen wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß Anspruch 9 beim Anfahren des Brenners der Druck der Primärluft vorübergehend/abgesenkt wird, z.B. auf 0,1 bar, und anschließend zügig wieder auf den Betriebsdruck angehoben wird. Als Starthilfe eignet sich z.B. ein in der Verbindungsleitung zwischen Luftkompressor und Zerstäuberdüse befindliches Bypaß-Magnetventil, welches während des Starts einen großen Teil der Luft in die Umgebung abzublasen gestattet'und erst schließt, wenn der Flammenwächter das Vorhandensein der Flamme meldet.

Zeichnung

Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich-

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nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch einen (^zerstäubungsbrenner, Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Figur 1, Figur .3 vergrößert einen Schnitt nach der Linie III-III in Figur 2 und Figur 4 die Strömungsverhältnisse im Brenner während des Betriebs.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Brenner hat ein rohrförmiges Gehäuse 1O₃ dessen vorderes Stirnende 12 nach dem Anbau des Brenners an einen Kessel in dessen Feuerraum hineinragt. Im Gehäuse 10 erstreckt sich zentral ein Rohr 14 zur Zuführung von öl und konzentrisch dazu ein größeres Rohr 16 zum Zuführen eines Primärstromes der Verbrennungsluft. Am Ende des Rohres 14 sitzt eine' Zerstäuberdüse 18, welche mehrere divergierende Spritzkanäle oder einen konisch sich erweiternden Ringkanal zur Bildung eines Zerstäubungske-' gels aufweist. Das Rohr l6 führt in einen, Ringraum 20 innerhalb eines Gehäuses 22, welcher über tangentiale Kanäle 24 (Figur 2) mit einer unmittelbar stromab der Zerstäuberdüse 18 angeordneten Wirbelkammer 26 verbunden ist. Die Kanäle 24 sind in einem .Ringkörper 28 gebildet, welcher das Rohr 14 samt Zerstäuberdüse 18 zentriert und an einer Frontplatte 30 befestigt ist, die ihrerseits mit dem Gehäuse 22 .verbunden ist. Die Frontplatte 30 hat eine Blendenöffnung 32, die durch eine, schmale Ringkante 34 begrenzt ist, an welche sich eine Kegelfläche 36 anschließt, die in eine von der Wirbelkammer 26 abgekehrte Seitenfläche 38 der Frontplatte übergeht.

Stromab der Frontplatte 30 ist eine Brennkammer 40 im Gehäuse 10 des Brenners gebildet, die von einem Ab-

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schnitt 42 des Gehäuses 10 umgeben ist, welcher an einer konischen Schulter 44 in einen im Durchmesser kleineren Abschnitt 46 des Gehäuses übergeht. Der Abschnitt 46 begrenzt zusammen mit dem Rohr 16 und dem Gehäuse 22 einen im-Querschnitt ringförmigen Kanal 48, über welchen ein von einem nicht dargestellten Gebläse geförderter Sekundärluftstrom in die Brennkammer 40 gelangt. Im Bereich der Schulter 44 und des Gehäuses 22 ist eine Stauscheibe 50 im Kanal 48 angeordnet, deren äußerer Rand 52 zusammen mit der Schulter 44 einen Ringspalt 54 begrenzt. Die Stauscheibe 52 ist am Rohr 16 gehaltert und läßt sich zusammen mit diesem und dem Rohr 14 samt Zerstäuberdüse 18 axial verschieben, damit so die öffnung des Ringspalts 54 verändert werden kann.

Die Stauscheibe 50 hat mehrere, über ihren Umfang gleichmäßig verteilte Radialschlitze 58, welche vom inneren Rand 60 der Stauscheibe ausgehen und bis in die Nähe des äußeren Randes 52 der Stauscheibe führen. Die Schlitze sind gebildet zwischen aus der 'Ebene 62 (Figur 3) der Stauscheibe herausgestellten Zungen 64 und den in der Ebene liegenden Lochkanten 66, so daß die Mündungsebenen 68 der Schlitze 58 im Winkel zur Scheibenebene 62 stehen. Die Anordnung ist so getroffen, daß der durch die Schlitze 58 in die Brennkammer 40 eintretende Sekundärluftstrom die gleiche Drallrichtung erhält wie der Primärluftstrom, der über die Kanäle 24 in die Wirbelkammer 26 gelangt. Die Stauscheibe 50 hat an ihrem inneren Rand 60 eine örtliche Ausklinkung 70, stromauf welcher zwei Zündelektroden 72 in den Sekundärluftstrom hineinragen, wie in Figur 2 angedeutet ist. Vom Rohr 16 zweigt eine Bypaßleitung 74^: ab, welche durch ein Ventil 76 überwacht ist, das von einem Regelgerät 78 beeinflußt ist.

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Nachstehend ist anhand der Figur 4 die .Wirkungsweise des Brenners beschrieben:

Im Betrieb des Brenners wird über das Rohr 14 öl unter Druck zur Zerstäuberdüse 18 gefördert, aus der es beispielsweise in Form eines Zerstäubungskegels 80 austritt. Gleichzeitig gelangt "Primärluft durch das Rohr.16 in die Kammer 20 und von dort über die tangentialen Kanäle 24 in die Wirbelkammer 26, wo die Primärluft den Zerstäubungskegel 80 des Brennstoffs erfaßt und eine Wirbelsenkströmung mit starkem Drall bildet. Diese Strömung gelangt im Bereich ihrer Senke unter zunehmender Vermischung von Brennstoff und Luft durch die Blendenöffnung 32 der Frontplatte 30 in die Brennkammer" 40 hinein, wo es durch Zentrifugal-^ ■ kräfte und den sogenannten Coanda-Effekt als relativ dünner Wandstrahl an den Flächen 36 und 38 der Frontplatte 30 nach außen strömt. In Figur 4 ist diese Strömung des - · Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Strömungslinien 82 versinnbildlicht.

Der Hauptteil der Verbrennungsluftmenge, beim Ausführungsbeispiel ca."85 %, wird als Sekundärluftstrom durch den Kanal 4.8 in die Brennkammer 40 gefördert. Ein durch die Strömungslinien 84 angedeuteter Teil des Sekundärluftstromes tritt durch die Schlitze 58 der Stauscheibe 50 verdrallt und der durch die Bezugszahl 86 angedeutete Rest des Sekundärluftstromes durch den Spalt 54 zwischen Stauscheibe 50 und Gehäuse 10 unverdrallt in die Brennkammer 4o -ein. In dem stromab der Stauscheibe 50 liegenden .Ringbereich 88 der Brennkammer 40 mischt sich der Sekundär luft strom 84, 86 mit der durch Brennstoff stark angereicherten Strömung 82, wodurch sich in dem Ringbereich 88 ein .durch die Zündelektroden 72 leicht entz.ünd-

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bares Brennstoff-Luft-Gemisch ergibt, Dabei werden die Zündfunken unter der Einwirkung der Sekundärluftströmung durch die Ausklinkung 70 in der Stauscheibe 50 hindurch in den Wandstrahl 82 hineingeblasen.

Nach dem Zünden des Gemisches entsteht in dem Ringbereich 88 eine kräftige Ringflamme, die mit Drall umläuft, jedoch in axialer Richtung an der Stauscheibe 50 stabilisiert ist. Die nach der Entstehung der Ringflamme eintretende Rezirkulation heißer Verbrennungsgase_} welche durch die Strömungslinien 90 angedeutet ist, wird unterstützt durch den Unterdruck, der sich im Kern der Wirbelsenkströmung im Bereich der Blendenöffnung 32 ergibt. Die rückströmenden Verbrennungsgase treffen ungehindert auf den'Wandstrahl-•82 auf, wodurch dieser rasch verdampft und ein kleiner Teil des Gemisches-bereits verbrannt bzw. vorverbrannt wird. Dieser kleine Teil ist zwar nicht stabilisiert, was jedoch die gesamte Verbrennungsreaktion nicht nachteilig beeinflußt, weil etwa 85 % der Verbrennung mit Sekundärluft unter stabilen Verhältnissen im Ringbereich 88 erfolgt.

Beim Zünden des Brenners ist es vorteilhaft, wenn der Druck des Primärluft stromes auf ca. 0,1 bar gesenkt wird. Der Brenner fährt dann mit gelber Flamme an.. Das Absenken des.Druckes wird durch den Regler 78 überwacht, der zu diesem Zweck das Ventil 76 vorübergehend öffnet, so daß sich der Druck im Rohr 16 gegen Atmosphärendruck''hin absenken kann. Wenn sich die Ringflamme im Ringbereich 88 gebildet hat, schließt der Regler 78, beispielsweise auf ein Signal eines nicht dargestellten Flammenwächters hin, das Ventil 76, worauf sich der Druck im Primärluftstrom rasch wieder auf den Betriebsdruck erhöht.

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Claims

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Ansprüche

l.j ölvergasungsbrenner, insbesondere für Kessel von Zentralheizungsanlagen, mit einer Zerstäuberdüse für den Brennstoff, die in eine Wirbelkammer mündet, welche am Umfang mindestens eine vorzugsweise tangential gerichtete Öffnung zum Einführen: eines Primärluftstromes hat und gegen eine Brennkammer- durch eine mit einer zentralen Blendenöffnung versehene Pirantplatte abgeschirmt ist, an deren -brennkammerseitiger Stirnwand das durch die Blendenöffnung tretende Brennstoff-Luft-Gemisch infolge des Coanda-Effektes und unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften in Form eines relativ dünnen Wandstrahls mit radialer Komponente nach außen strömt, dabei durch Einwirkung rezirkulierender Verbrennungsgase verdampft und zum größeren Teil unverbrannt in einen Sekundärluftstrom in einem die vorbeschriebehen Teile konzentrisch umgebenden Kanal mit ringförmigen Querschnitt gelangt und dort mit einer die Verdampfungszone an der Frontplatte umgebenden Ringflamme verbrennt, dadurch gekennzeichnet,

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daß an der Einmündung des den Sekundärluftstrom führenden Kanals (A8) in die Brennkammer (.40.) "eine kreisringförmige Stauscheibe (.50) zur Stabilisierung der sich dort ausbildenden Ringflamme vorgesehen ist. --"

2. Brenner nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäuscheibe (.50) mit mehreren gleichmäßig über ihren Umfang verteilten, vorzugsweise mindestens annähernd radial verlaufenden Schlitzen (58) für den Durchtritt von Sekundärluft versehen ist, deren brennkammerseitigen Mündungsebenen C68, Figur 3) im Winkel zur Scheibenebene 162) stehen.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die brennkammerseitigen Mündungsebenen C68J der Schlitze (.58) in der Stauscheibe (.50) derart im Winkel zur Scheibenebene (.62) stehen, daß der Sekundär luft strom mit der gleichen Drallrichtung in,die Brennkammer (.40) eintritt wie der Primär luft strom in die Wirbelkammer (.26).

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem äußeren Rand (52) der Stauscheibe (50) und einem den Kanal (.48) für den Sekundärluftstrom außen umschließenden rohrförmigen. Gehäuseteil (.10) ein Ringspalt (.5*0 gebildet ist, durch welchen..

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ein Teil des Sekuridärluftstroms unverdrallt in die Brennkammer' (40) gelangt.

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauscheibe (50), vorzugsweise zusammen mit der Zerstäuberdüse¹ (18) und der Wirbelkammer (26), axial verschiebbar ist und der Ringspalt (5*0 zwischen dem äußeren Rand (52) der Stauscheibe (50) und einer Innenschulter (44) im rohrförmigen Gehäuseteil (IQ) gebildet ist.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenschulter (44). durch einen konischen übergang zwischen zwei Abschnitten (42, 46) unterschiedlichen Durchmessers des rohrförmigen Gehäuseteils (10) gebildet ist.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einer Zündelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (72) stromauf einer öffnung (70) in der Stauscheibe (50) im Sekundärluftstrom angeordnet ist.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (70) durch eine Ausklinkung am inneren Ringrand (6o) der Stauscheibe (50) gebildet ist.

9. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

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durch gekennzeichnet, daß die Primärluftleitung (16) von einer Steuereinrichtung (78) überwacht ist, welche beim Anfahren des Brenners den Druck der Primärluft vorübergehend unter den Nennbetriebsdruck senkt.

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