DE3148172C2 - Druckverdampferbrenner für flüssigen Brennstoff zum Anwärmen einer Hauptbrenneinrichtung - Google Patents

Abstract

Um den Betrieb eines Druckverdampferbrenners für flüssige Brennstoffe mit einer Hauptbrenneinrichtung, mit einer Verdampferkammer und mit einer Vorheizkammer zum Aufheizen der Hauptbrenneinrichtung bei Betriebsbeginn zu vereinfachen und zu beschleunigen, wird vorgeschlagen, daß die Vorheizkammer einen zur Hauptbrenneinrichtung führenden Kanal aufweist, in dem eine den Brennstoff in einem divergierenden Strahl in den Kanal einbringende Druckzerstäuberdüse angeordnet ist, und daß ein von dem zur Druckzerstäuberdüse strömenden Brennstoff durchflossener Wärmetauscher im Kanal vorgesehen ist, der ein in Strahlrichtung stromabwärts der Druckzerstäuberdüse beginnendes, sich im wesentlichen parallel zum Kanal erstreckendes Rohr umgibt und sich zwischen dem Rohr und der Kanalaußenwand in dem Raum befindet, der bei kaltem Brennstoff von den von der Druckzerstäuberdüse abgegebenen Brennstofftröpfchen erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckverdampferbrenner für flüssigen Brennstoff zum Anwärmen einer Hauptbrenneinrichtung mit den irr; Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein solcher Druckverdampferbrenner ist aus der österreichischen Patentschrift 22 690 bekannt. Bei einem solchen einem Hauptbrenner zugeordneten Hilfsbrenner können sich Schwierigkeiten bei der Entzündung ergeben, da bei noch kaltem Brenner der Brennstoff von der Druckzerstäuberdüse nicht ausreichend fein zerstäubt werden kann, die entstehenden Brennstofftröpfchen sich an der Innenwand des stromabwärts der Druckzerstäuberdüse angeordneten Rohres niederschlagen können und ein längerer Zeitraum erforderlich ist, bis der nur indirekt erwärmte Wärmetauscher des Hilfsbrenners verdampften Brennstoff liefert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Druckverdampferbrenner so zu verbessern, daß eine Inbetriebnahme in kürzerer Zeit möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Druckverdampferbrenner der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Diese Ausgestaltung des Druckverdampferbrenners führt zu einer besonders raschen und für die Bedienungsperson in einfacher Weise durchzuführenden Inbetriebnahme, wobei bereits nach kurzer Zeit stabile Brennverhältnisse erreicht werden.

Durch die anfängliche Zerstäubung des kalten Brennstoffes läßt sich dieser leicht mit Hilfe eines in den Kanal gehaltenen Streichholzes oder dergleichen entzünden, die dabei entstehenden Verbrennungsgase heizen den Brennstoff, welcher der Druckzersläuberdüse zugeführt wild, in dem Wärmetauscher iiiif. Dadurch wird dieser iiiil'di-ni Wege zur /.erslaiibeidiise bcroils verdampft, m> daß schließlich aus der Düse ein scharf gebündelter Strahl des verdampften Brennstoffes mit hoher Geschwindigkeit austritt, der im Raum vor der Düse entzündet wird. Die dadurch gebildete, scharf gebündelte Flamme tritt in das vom Wärmetauscher umgebene Rohr ein und wird in diesem bis zur riauptbrenneinrichtung geführt. Diese Führung gewährleistet, daß die Temperatur des Brennstoffes im Wärmetauscher nicht über einen maximal zulässigen Wert ansteigt, außerdem werden durch die Führung im Rohr die mit sehr hoher Geschwindigkeit einströmenden Verbrennungsgase abgebremst, so daß die Flamme nicht abreißt

ίο Die beschriebene Einheit regelt sich selbst auf einen stabilen Brennzustand ein, da bei zu geringer Wärmezufuhr an den Wärmetauscher der Brennstoff wieder flüssig aus der Düse austritt und zerstäubt wird, so daß eine stärkere Aufheizung des Wärmetauschers auf tritt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rohrleitung im Zwischenraum einen das Rohr im Abstand längs einer Zylinderfläche umgebenden Wärmetauscher bildet.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Längsschnittansicht eines als Vorheizbrenner einer Hauptbrenneinrichtung dienenden Druckverdampferbrenners und

F i g. 2 eine schematische Draufsicht auf den Druckverdampferbrenner der F i g. 1 mit geringfügig geänderter Wendel.

Der in der Zeichnung dargestellte Brenner umfaßt ein senkrecht stehendes zylindrisches Gehäuse i, in dessen unteren Teil ein horizontal angeordneter Kanal 2 mit rechteckförmigem Querschnitt einmündet. Das Gehäuse 1 nimmt eine Hauptbrenneinrichtung auf, der Kanal 2 einen als Vorheizkammer dienenden Druckverdampferbrenner.

An dem dem Gehäuse 1 abgewandten Ende des an beiden Stirnseiten offenen Kanals 2 ist zentral eine Druckzerstäuberdüse 5 angeordnet, die als weitkegelige Hohlkegeldüse ausgebildet ist. Die Druckzerstäuberdüse 3 steht über eine Brennstoffrohrleitung 4 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Brennstoffquelle in Verbindung. Diese Brennstoffrohrleitung tritt von der offenen, dem Gehäuse abgewandten Stirnseite des Kanals 2 her parallel zur oberen Wand und dicht an dieser in den Kanal ein und wird in Form einer Wendel 5 wieder aus dem Kanal heraus zu der Druckzerstäuberdüse 3 geführt. Die Wendel 5 erstreckt sich über einen wesentlichen Teil der gesamten Kanallänge und umgibt im Abstand ein Rohr 6, welches stromabwärts der Druckzerstäuberdüse 3 beginnt und beim Eintritt des Kanals 2 in das Gehäuse 1 endet. Das Rohr besteht aus einem dünnwandigen, feuerfesten Material und verläuft im wesentlichen koaxial zu der Wendel 5.

Die Längsachse der Wendel und des Rohres 6 sind dabei ebenso wie die Längsachse der Druckzerstäuberdüse 3 derart gerichtet, daß aus dem Rohr 6 austretende Verbrennungsgase tangential in das zylindrissche Gehäuse 1 eintreten (F i g. 2).

Neben der Brennstoffrohrleitung 4 führt eine Drucklufftleitung 7 in den Kanal 2, durch die dem aus der Druckzerstäuberdüse 3 austretenden Brennstoff zusätzlich Verbrennungsluft zugeführt werden kann.

Sowohl in der zur Druckzerstäuberdüse 3 führenden Brennstoffrohrleitung 4 als auch in der Druckluftlcitung 7 befinden sich Dosierventil!.· 8 hzw. 4.

</> Das Gehiluse I besteht aus einem dickwandigen, gill wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Kupier, l-s isi auf der Unterseite verschlossen. In dem dem Einiritt des Kanals 2 in das Gehäuse 1 gegenüberliegenden Be-

reich ist der Wand des Gehäuses 1 eine Halbschale 10 in dichtem Abstand vorgesetzt; diese Halbschale besteht aus einem dünnen, feuerfesten Material. Sie trägt mehrere schräg angeordnete Leitbleche 11, welche die Aufgabe haben, den aus dem Kanal austretenden Gasstrom in eine wendeiförmige Strömung umzulenken, bei welcher der Gasstrom an der Innenwand des Gehäuses entlang nach oben steigt

Das Gehäuse 1 ist an seiner oberen Stirnseite offen und weist einen trichterförmig nach außen gerichteten Rand 12 auf. In diesem Bereich ist zentral ein kegelförmiger Brennerkopf 13 angeordnet. Oberhalb des Brennerkopfes befindet sich eine ringförmige Verdampferkammer 14, die koaxial zum Brennerkopf 13 in geringem Abstand oberhalb desselben angeordnet ist Zwischen Brennerkopf 13 und Verdampferkammer 14 sind mehrere ringförmige, jalousienartige Leitbleche 15 vorgesehen, die schräg seitlich nach außen weisen. Die Unterkante eines solchen Leitbleches ist etva mit der Oberkante des nächstäußeren Leitbleches ausgerichtet

Auf der Oberseite der Verdampferkammer 14 ist in geringem Abstand eine konzentrische, ringförmige Abdeckung 16 angeordnet, welche die Verdampferkammer gegen Erwärmung auf zu hohe Temperaturen schützt.

Eine Brennstoffzuführleitung 17 mit einem Dosierventil 18 ist zunächst wendelförmig an der Außenseite des Gehäuses 1 entlang geführt und steht in diesem Bereich in engem Wärmekontakt mit dem Gehäuse 1, beispielsweise durch Verschweißung mit diesem. Diese Brennstoffleitung führt anschließend zu der Verdampferkammer 14 und von dieser über eine Injektordüse i9 zum Brennerkopf 13. Im Bereich der Einleitung in die Verdampferkammer und der Ausleitung aus derselben ist die Brennstoffzufuhrleitung 17 mit einer Abschirmung 20 aus feuerfestem Material umgeben.

Im Betrieb des Brenners wird zunächst bei geschlossenem Ventil 18 in der Brennstoffzufuhrleitung 17 der Druckzerstäuberdüse 3 über die Brennstoffzufuhrleitung 4 kalter Brennstoff, beispielsweise Heizöl, unter Druck zugeführt. Die Druckzerstäuberdüse zerstäubt den Brennstoff in einen sich stromabwärts öffnenden, kegelförmigen Bereich. Der Brennstoff läßt sich in diesem Bereich leicht anzünden, beispielsweise durch ein in den offenen Kanal hineingehaltenes Streichholz. Zur Unterstützung der Verbrennung wird in dieser Phase außerdem über die Druckluftleitung 7 zusätzliche Verbrennungsluft in den Kanal eingeführt.

Durch die heißen Verbrennungsgase, die insbesondere die im Zwischenraum zwischen dem Rohr 6 und der Wand des Kanals 2 angeordnete Wendel 5 beaufschlagen, wird der Brennstoff in der Wendel erwärmt, und zwar so weit, daß er schließlich verdampft. Der dampfförmige Brennstoff tritt mit hoher Geschwindigkeit und scharf gebündelt aus der Druckzerstäuberdüse 3 aus und gelangt vorwiegend in das Rohr 6, welches durch die entsprechend scharf gebündelte und eine hohe Wärmedichte aufweisende Flamme auf hohe Temperaturen aufgeheizt wird. Es heizt daher durch Wärmestrahlung die umgebende Wendel und gewährleistet so, daß der zugeführte Brennstoff vor dem Austritt aus der Düse 3 verdampft wird. Andererseits verhindert dieses Rohr jedoch auch, daß die Wendel zu sehr aufgeheizt wird, da die Flamme im Innern des Rohres lokalisiert wird und in dieser Betriebsphase die Wendel nicht mehr beaufschlagt. Es wird dadurch verhindert, daß sich der Brennstoff in der Wendel thermisch zersetzt.

Sobald das Verdampfen des Brennstoffes eingesetzt hat, kann im übrigen die Druckluftzufuhr über die Leitung 7 unterbrochen werden.

Das beschriebene Vorheizungssystem regelt sich selbst auf einen stabilen Betriebszustand ein. Wenn die Wärmezufuhr an die Wendel nicht ausreicht, um den Brennstoff zu verdampfen, zerstäubt die Düse 3 den flüssigen Brennstoff in dem Bereich der Wendel, so daß die Wendel unmittelbar von der entsprechenden Klamme aufgeheizt wird. Diese Aufheizung erfolgt jedoch nur so lange, bis wieder eine Verdampfung des Brennstoffes eintritt, dann werden wieder scharf gebündelte Flammengase in das Rohr geleitet, so daß eine weitere Aufheizung der Wendel vermieden wird.

Das Rohr hat dabei zusätzlich noch den Vorteil, daß die aus der Düse mit hoher Geschwindigkeit austretenden Brennstoffdämpfe abgebremst werden, so daß ein Abreißen der Flamme vermieden wird.

Der Abstand zwischen dem Rohr 6 einereits und der Druckzerstäuberdüse 3 andererseits ist dabei so zu wählen, daß einerseits die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes bei der Inbetriebnahme nicht behindert wird, der Abstand also nicht zu klein ist, und daß andererseits zumindest der größte Teil des Dampfstrahles vom Rohr eingefangen wird, der Abstand also nicht zu groß ist.

Sobald das Vorheizsystem mit dampfförmigem Brennstoff arbeitet, wird der Brennstoffdurchsatz bei konstantem Druck durch die öffnung der Düse 3 auf einen Bruchteil dessen reduziert, der im kalten, d. h. flüssigen Zustand des Brennstoffes vorliegt. Da das Rohr 6 für den gebündelten Dampfstrahl zudem eine lnjektorwirkung zur Ansaugung von Umgebungsluft hat, ist in dieser Phase die Zugabe von Verbrennungsluft überflüssig. Dadurch kann auch der Druckluftvorrat sehr klein gehalten werden, der zum Betrieb einer solchen Anordnung notwendig ist.

Das Rohr 6 hat den weiteren Vorteil, daß es die Vorheizflamme gezielt über eine bestimmte Entfernung transportiert und sie dort mit einer hohen Wärmedichte der Hauptbrenneinrichtung zuführt. Durch das Rohr 6 treten die Verbrennungsgase in dieser Betriebsphase tangential in den unteren Teil des Gehäuses 1 ein und werden durch die Leitbleche 11 wendelförmig nach oben geleitet. Sie erwärmen dabei zunächst rasch die Halbschale 10, die schnell zu glühen beginnt und ihre Wärme an die dicke, aus gut wärmeleitendem Material hergestellte Wand des Gehäuses abgibt. Dies führt gleichzeitig zu einer Erwärmung des Brennstoffes in der in engem Wärmekontakt an der Wand des Gehäuses 1 anliegenden Brennstoffzufuhrleitung 17 und schließlich zu einer Verdampfung des Brennstoffes in dieser Leitung.

In dieser Phase kann die Hauptbrenneinrichtung in Betrieb genommen werden, bei welcher aufgrund der Vorheizung sofort dampfförmiger Brennstoff verbrannt wird. In dieser Betriebsphase kann die Vorheizeinrichtung durch Schließen des Dosierventils 8 außer Betrieb genommen werden.

Die heißen Gase des Brennerkopfes 13 heizen beim weiteren Betrieb den Brennstoff in der Verdampferkammer auf und verdampfen ihn dort. Die Verdampferkammer wird dabei gegen allzu hohe Temperaturen einerseits durch die jalousienartigen, ringförmigen Leitbleche 15 und andererseits durch die Abdeckung 16 geschützt Die heißen Flammengase ireten im wesentlichen 'jeitlich unterhalb der Verdampferkammer aus.

Aufgrund des geringen Abstands zwischen Verdampferkammer 14 und Brennerkopf 13 bildet sich eine Rezirkulation von heißen Verbrennungsgasen aus, die zu einer optimalen Verbrennung, d. h. einer blauen Flam-

me, führt. Der trichterförmig nach außen weisende Rand 12 des Gehäuses 1 gewährleistet, daß auch während der Hauptbetriebsphase von der Hauptflamme Wärme zur Vorwärmung des flüssigen Brennstoffes zugeführt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

20 25 30 35 40 45 50 55

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Druckverdampferbrenner für flüssigen Brennstoff zum Anwärmen einer Hauptbrenneinrichtung mit Druckverdampfer, der eine Druckzerstäuberdüse, ein stromabwärts derselben angeordnetes Rohr und eine um dieses herumgeführte und einen Wärmetauscher bildende Rohrleitung zur Zufuhr des Brennstoffes zur Druckzerstäuberdüse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr(6) von einem sich im wesentlichen parallel zu diesem erstreckenden Kanal (2) umgeben ist, der mit dem Rohr (6) einen die Rohrleitung (4) aufnehmenden Zwischenraum bildet, und daß die Druckzerstäuberdüse (3) weitkegelig ist und sich von dem Rohr (6) in einein solchen Abstand befindet, daß der bei kaltem Brennstoff in Tröpfchenform weitkegelig versprühte Brennstoff in den Zwischenraum gelangt, während der bei vorgeheiztem Brennstoff scharf gebündelt austretende dampfförmige Brennstoff im wesentlichen vollständig in das Innere des Rohres (6) eintritt.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (4) im Zwischenraum einen das Rohr (6) im Abstand längs einer Zylinderfläche umgebenden Wärmetauscher bildet.