DE3218069C2

DE3218069C2 -

Info

Publication number: DE3218069C2
Application number: DE3218069A
Authority: DE
Inventors: Akio Himeji Hyogo Jp Tanaka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-15
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1988-09-08
Also published as: JPS57187505A; GB2101735B; DE3218069A1; US4488868A; JPS5929766B2; GB2101735A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ver brennung einer von einem Brenner eingespritzten Wasser- in-Öl-Emulsion nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 39 58 915 (vgl. dort insbesondere Fig. 3) bekannt. Mit dieser soll in erster Linie der Ausstoß an Schadstoffen, wie Stick stoffoxiden und Ruß, vermindert werden. Diese Verbrennungs vorrichtung besitzt einen inneren Mantel, in welchen über einen Zerstäuber die Brennstoffemulsion eingesprüht wird. Dieser innere Mantel hat eine seitliche Bohrung mit einer Leitung, über die sekundäre Druckluft von einem Gebläse über eine Vorwärmzone zugeführt wird. Diese Vorwärmzone befindet sich in Form von Heizschlangen im kühleren Aus gangsbereich des inneren Mantels, was einen verhältnis mäßig komplizierten Aufbau bedeutet, da die Luftzufuhr leitung für diese Vorwärmung allein zweimal durch die Wand des inneren Mantels geführt werden muß. Über dem inneren Mantel ist ein äußerer Mantel angeordnet, der je doch nicht für die Zufuhr von Druckluft geeignet ist. Er wird nämlich mit Wasser gefüllt, um den inneren Mantel zu kühlen. Die in einer zweistufigen Verbrennung ver brennende Emulsion kann bis zu 50% Wasser aufweisen, wo bei allerdings hierbei bereits Schwierigkeiten bei der Verbrennung auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Ver brennung einer Wasser-in-Öl-Emulsion der obengenannten Art zu schaffen, mit der auch bei hohem Wassergehalt der Brennstoffemulsion die Verbrennung höchst wirksam und wirtschaftlich durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale ge löst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 4.

Die Vorrichtung ist an der Vorderseite eines Brenners für die Verbrennung einer Brennstoffemulsion anbringbar und weist einen beiderseitig offenen, inneren, etwa zylin drischen Mantel auf, dessen eines Ende dabei am Brenner angebaut ist. Ein zylindrisches Leitblech ist mit dem einen Ende am inneren zylindrischen Mantel koaxial dazu angebracht, während sein anderes Ende offen ist und zu sammen mit dem inneren Mantel eine Luft-Vorwärmzone bil det. Am inneren Mantel ist ein äußerer, etwa zylindrischer Mantel koaxial montiert, dessen beide Enden an den be treffenden Enden des inneren Mantels befestigt sind, so daß zwischen innerem und äußerem Mantel eine geschlossene Kammer gebildet wird. Der innere Mantel weist in dem vom zylindrischen Leitblech umschlossenen Bereich eine Viel zahl von Bohrungen auf, so daß von außerhalb des äußeren Mantels in die ge schlossene Kammer eingeleitete Druckluft über die Luft- Vorwärmzone in den inneren Mantel eintreten kann, wobei die im Brenner aus der Wasser-in-Öl-Emulsion erzeugte Flamme durch die über die Bohrungen eingeblasene Druck luft eingeengt und gezwungen wird, im inneren Mantel zu verweilen; hierdurch werden Mikroexplosionen der Wasser teilchen und gleichzeitig eine Pyrolyse der Wasser-in-Öl- Emulsion hervorgerufen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also die Luft- Vorwärmzone durch ein auf den inneren Mantel aufgesetztes Leitblech gebildet, welches einerseits in einer ge schlossenen Kammer, gebildet durch einen weiteren äußeren Mantel, liegt. Dadurch wird die Luft auf verhältnismäßig einfache Weise in einem die Flamme unmittelbar umgebenden Bereich vorgewärmt, außerdem wird sie durch eine große Zahl von Bohrungen von allen Seiten in den inneren Mantel eingeblasen, um auf diese Weise die im Inneren brennende Flamme zu einer wirksameren Verbrennung der Emulsion an zuregen. Hierbei ergibt sich auch eine merkliche Ver ringerung der anfallenden Mengen NO_x und SO₃. Die Vor richtung ist daher vom Standpunkt der Vermeidung einer Umweltbelastung äußerst vorteilhaft.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur die an einem Brenner für die Verbrennung einer Wasser-in-Öl- Emulsion angebaute Vorrichtung veranschaulicht.

Die Aus wärmebeständigen Werkstoffen aufgebaute Vorrich tung ist so ausgebildet, daß Druckluft in Form einer Wir belströmung in sie einführbar ist. Diese Vorrichtung ist an dem Vorderende eines Brenners für die Verbrennung einer Wasser-in-Öl-Emulsion angebaut, mit dem sich auch Brenn stoffemulsionen mit einem Wassergehalt von bis zu 40 bis 50% bei hohem Verbrennungswirkungsgrad ver brennen lassen. Genauer gesagt: die die Flamme erzeugende Wasser-in-Öl-Emulsion wird in der Vorrichtung bei hohen Temperaturen im Bereich von 700-1000°C, mit dem vor gewärmten, verwirbelten Luftstrom vermischt und durch diesen eingeengt und durch die Verweilerscheinung pyrolysiert. Die Wirkung der gleichzeitigen Verbrennung von Wasserstoff und den durch diese Pyrolyse gebildeten Gasen sowie die sich aus der schnellen und vollständigen Verbrennung des Brenn stoffs mit Sauerstoff etwa entsprechend der theoretischen Luftmenge ergebenen synergistischen Wir kungen führen zu einer Erhöhung des Ver brennungswirkungsgrads von Wasser-in-Öl-Emulsionen und verbessern damit die Eigenschaften solcher Brennstoffe.

Eine Wechselreaktion der Emulsion läuft nach folgender Reaktionsgleichung ab:

C_mH_n + m H₂O ⇄ m CO + (m + n/2)H₂
CO + H₂O ⇄ CO₂ + H₂
CO + 3 H₂ ⇄ CH₄ + H₂O

Das Ausmaß, bis zu dem die Reaktion abläuft, wird durch die Gleichgewichtskonstante unter den Reaktionsbedingungen bestimmt.

Die Pyrolyse von Schweröl erfolgt nach folgender Reaktions gleichung:

C_mH_n → m C + (n/2)H₂

Die bei den oben angegebenen Reaktionen gebildeten Gase unterliegen den folgenden exothermen Reaktionen:

C + O₂ = CO₂ + Q₁
H₂ + ½ O₂ = H₂O + Q₂
CH₄ + 2 O₂ = CO₂ + 2 H₂O + Q₃
CO + ½ O₂ = CO₂ + Q₄

in denen Q ₁ bis Q ₄ auf ein Mol bezogene Wärmemengen sind.

Bei der Verbrennung von Wasser-in-Öl-Emulsion in der Vorrichtung werden die bei den angegebenen Reaktionen ge bildeten, einen hohen Heizwert besitzenden Gase ausge nutzt, so daß unter allen Betriebsbedingungen des Brenners im Vergleich zur Verbrennung von Öl allein eine Brennstoffeinsparung realisiert werden kann.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dargestellt, die einen etwa zylindrischen inneren Mantel 1, ein etwa zylindrisches Leitblech 2 zum Vorwärmen der Luft und einen etwa zylindrischen äußeren Mantel 3 aufweist und die am vorderen Ende eines Ölbrenners 20 angebaut ist, der von beliebiger Konstruktion sein kann. Der äußere Mantel 3 ist mit einem Gebläse 5 verbunden, während der innere Mantel 1 ein Vielzahl kleiner Bohrungen 7 auf weist, über welche Druckluft in den inneren Mantel 1 ein blasbar ist, um in diesem einen Drall zu erzeugen. Eine in einer entsprechenden Einrichtung 30 zubereitete Wasser- in-Öl-Emulsion wird mittels einer Brennstoff-Pumpe 21 über den Ölbrenner 20 in die Vorrichtung 10 in Form eines zerstäubten Strahls 4 eingespritzt. Die vom Gebläse 5 gelieferte sekundäre Druckluft tritt in den äußeren Man tel 3 und über ein offenes Ende 8 des Leitblechs 2 in eine durch dieses und den inneren Mantel 1 gebildete ge schlossene Kammer ein, um dann über die Bohrungen 7 als verwirbelte Strömung in den inneren Mantel 1 einzuströmen.

Die mit der vorgewärmten sekundären Druckluft vermischte und durch diese eingeengte oder verdichtete Wasser-in-Öl- Emulsion verweilt in dem auf etwa 700-1000°C erhitzten inneren Mantel 1. Bei dieser hohen Temperatur werden in der Emulsion enthaltene feine Wassertröpfchen zur Ver dampfung gebracht. Gleichzeitig mit der Verdampfung läuft weiterhin die oben angegebene Wechselreaktion ab, wobei das so gebildete Gemisch verbrannt wird. Dies ermöglicht eine schnelle und vollständige Verbrennung mit kleinen Luftmengen, so daß demzu folge die verbrauchte Heizölmenge gering ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Verbrennung einer von einem Brenner (20) eingespritzen Wasser-in-Öl-Emulsion, mit einem an beiden axialen Enden offenen, etwa zylin drischen inneren Mantel (1), an welchem an einem Ende der Brenner (20) angebracht ist, welcher von einem etwa zylindrischen äußeren Mantel (3) umgeben ist und welcher eine Strömungsverbindung für die Einführung von se kundärer Druckluft von außerhalb des äußeren Mantels (3) über eine Luft-Vorwärmzone aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß am inneren Mantel (1) ein etwa zylindrisches, zusammen mit dem inneren Mantel (1) die Luft-Vorwärm zone bildendes Leitblech (2) angebracht ist,
daß über dem inneren Mantel (1) und dem Leitblech (2) der mit dem inneren Mantel eine geschlossene Kammer bildende äußere Mantel (3) befestigt ist und
daß die Druckluft durch eine Vielzahl von Bohrungen (7) als Strömungsverbindung derart in den inneren Mantel (1) einführbar ist, daß sie die durch den Brenner (20) erzeugte Flamme verdichtet und zu einer Wirbelbewegung sowie zu einem Verweilen in dem inne ren Mantel (1) zwingt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Leitblechs (2) für die Ein führung von Luft offen ist und daß an die geschlos sene Kammer zwischen den beiden Mänteln (1, 3) ein Gebläse (5) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Mantel (3) koaxial am inneren Mantel (1) montiert und mit seinen beiden Enden mit den jeweiligen Enden des inneren Mantels (1) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in dem vom Leit blech (2) umschlossenen Bereich des inneren Mantels (1) ausgebildet sind.