DE3525603A1

DE3525603A1 - Einrichtung zur verbrennungsunterstuetzung fuer oel- oder gasbrenner

Info

Publication number: DE3525603A1
Application number: DE19853525603
Authority: DE
Inventors: Hermann Seiler; Geb Seiler Raudzus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-18
Filing date: 1985-07-18
Publication date: 1987-01-22

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung in einer Brennkammer mit einem Öl- oder Gasbrenner, bei welcher die Brennerflamme wenigstens teilweise von einem als Lenkschirm wirkenden rohr- oder topfförmigen Einbau unter Bildung eines wenigstens brennerseitig offenen Flammraumes umgeben ist.

Aus der DE-OS 32 31 211 ist eine solche Einrichtung bekannt. Danach weist das den Einbau bildende keramische Speichermaterial eine der Brennerflamme zugewandte Innenschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Temperaturwechselbeständigkeit und eine der Brennerflamme abgewandte Außenschicht mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Wärmespeicherfähigkeit auf. Die Innenschicht kann beispielsweise aus SiC bestehen oder SiC aufweisen und die Außenschicht aus hochtonerdehaltigem Material bestehen. Der Flammraum ist kubisch oder zylindrisch. Ist der Einbau auf seiner dem Brenner abgewandten Seite geschlossen, entsteht eine Umkehrflamme, bei welcher die Rauchgase in dem Flammraum im Gegenzug zur Flamme wieder zurückgezogen werden, so daß die Brennstoffrückstände weitgehend verbrannt werden und deswegen nur wenig Luftüberschuß zur Verbrennung benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung hinsichtlich des Wirkungsgrades der Abgastemperatur und des NO_x-Gehalt des Abgases weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß sich der Flammraum in Richtung größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, erweitert.

Aufgrund dieser Formgebung wenigstens der Brennerflamme zugekehrten Bereiches des Flammraumes egibt sich überraschenderweise eine Verbesserung in dem angestrebten Sinne; sie ist offenbar darauf zurückzuführen, daß sich der für die im Flammraum in der Umgebung der Brennerflamme zurückgeführten Rauchgase zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt verringert und daher deren Strömungsgeschwindigkeit auf ihrem Wege nach der Umkehr in Richtung des Brenners erhöht.

Wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal die Umfangswandung des Einbaus im Abstand von der Brennkammerwandung und im wesentlichen parallel zu dieser verläuft, wird der Einbau praktisch von einem gleichmäßigen Strömungsquerschnitt für die in Richtung des Abgasrohres abzuführenden Rauchgase umgeben. In diesem Breich wird die latente Wärme der Rauchgase über die Brennkammerwandung, welche in an sich bekannter Weise als Innenrippenrohr ausgebildet sein kann, beispielsweise an das die Brennkammer umgebende Kesselwasser abgegeben. Dabei hat der Einsatz vorzugsweise eine zylindrische Außenfläche und die Brennkammerwandung eine zylindrische Innenfläche.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades und der Abgaswerte sowie Senkung der Abgastemperatur kann man dann erzielen, wenn gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal die Umfangswandung des Einbaus im Abstand von der Brennkammerwandung verläuft und sich der dadurch gebildete Kammerzwischenraum in Richtung größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, erweitert oder verringert. Dadurch verringert oder erhöht sich nämlich die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase auch auf ihrem Wege durch diesen Ringraum mit zunehmender Entfernung vom Brennen wegen des sich vergrößernden Strömungsquerschnittes.

Wenn gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens sich die Wandstärke der Umfangswandung des Einbaus in Richtung größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, verringert, kann die Umfangswandung des Einbaus ein einfach herstellbarer Formkörper mit konischer Innenwandfläche und zylindrischer Außenwandfläche sein.

Es ist aber auch möglich, daß die Umfangswandung des Einbaus über ihre Länge im wesentlichen gleiche Wandstärke hat, so daß die Umfangswandung des Einbaus insgesamt in Richtung größeren Abstandes vom Brenner auseinanderläuft.

Die Wandstärke der Umfangswandung liegt beispielsweise zwischen etwa 3 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 8 und 30 mm.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung schließt an den sich in Richtung größeren Abstandes vom Brenner erweiternden Flammraum ein weiterer Flammraum an, welcher sich in Richtung größeren Abstandes vom Brenner, vorzugsweise konisch, verjüngt. Der sich aus dem ersten Flammraum und dem weiteren Flammraum zusammensetzende Gesamtflammraum für die Aufnahme der Brennerflamme hat daher, vorzugsweise etwa im mittleren Bereich seiner Länge, eine Aufweitung, während er sich von dieser weitesten Stelle aus sowohl in Richtung zum Brenner hin als auch in Richtung vom Brenner weg, vorzugsweise konisch, verjüngt. Hierdurch werden besonders günstige Strömungsverhältnisse für die Rauchgase und die Ausbildung der Flamme erreicht, so daß eine weitere Verbesserung der Verbrennungsunterstützung im Sinne der Aufgabenstellung erreicht werden kann. Auch dieser Einbau kann, wie die übrigen zuvor erörterten, auf seiner dem Brenner abgewandten Seite eine Stirnwandung aufweisen, so daß auf dieser Seite der Gesamtflammraum geschlossen ist und eine Umkehrflamme gebildet wird.

Der Einbau kann vorzugsweise für die beiden Flammräume aus zwei identischen Einbauteilen bestehen, welche umgekehrt aneinandergesetzt sind. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung und die Anwendung der Einbauteile.

Es ist auch möglich, daß der Einbau einen Einbausatz darstellt, bei welchem sich an den in Richtung größeren Abstandes vom Brenner erweiternden Flammraum ein weiterer Flammraum mit konstantem Querschnitt und variabler Länge anschließt.

Der Einbau kann bei der erfindungsgemäßen Verbrennerunterstützung aus Stahl, Guß oder dergleichen gebildet sein; vorzugsweise besteht er jedoch in an sich bekannter Weise aus schwer-keramischem Material (spezifisches Gewicht ≧ 1), wie SiC. Durch die Verwendung dieses Materials wird im Zusammenwirken mit den übrigen Erfindungsmerkmalen überraschenderweise eine weitere Senkung des NO_x-Gehaltes erzielt. Statt dem SiC können als schwer-keramisches Material beispielsweise auch Siliziumnitrit, Korund oder Schamotte bzw. Kombinationen aus diesen Materialien für den als Umkehrschirm dienenden Einbau verwendet werden. Gegenüber den zum Teil eingesetzten faserkeramischen Materialien hat die Verwendung von Schwerkeramik entsprechend der Erfindung erhebliche Vorteile. Die faserkeramischen Materialien haben geringe Abriebfestigkeit und nur eine beschränkte Standzeit. Durch Schwitzwasserbildung werden Faserkeramikrohre erheblich angegriffen. Es kann auch zu Ausbrüchen der Masse durch durch Wasserdampfexplosionen kommen. Das schwer-keramische Material hat eine Hochtemperatur-Wechselbeständigkeit wie das faserkeramische Material. Da das schwer-keramische Material aus sehr harten Körnungen besteht, ist es hoch abriebfest und resistent gegen alle Verbrennungsrückstände. Nachteile durch Schwitzwassereinfluß ergeben sich bei der Verwendung von schwer-keramischem Material nicht. Das schwer-keramische Material läßt sich durch die besondere Art seiner Bindung auch mit entsprechenden anderen schwer-keramischen Materialien ählicher Art zu zwei- oder mehrschichtigen Formteilen verarbeiten.

Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die inneren und/oder äußeren Oberflächen des Einbaus, beispielsweise mittels Sandstrahlen, aufgerauht sind.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal macht die Länge des Flammraumes bzw. der Flammräume nur einen Teil der Länge der Brennerflamme aus. Hierdurch kann die Abgastemperatur eines Kessels an die Vorschriften der Feuerungstechnik angepaßt werden.

Ferner wird mit der Erfindung vorgschlagen, den Einbau in der Brennkammer in Flammenlängsrichtung verschiebbar anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, eine genaue Einstellung auf die günstigste Abgastemperatur vorzunehmen.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle geschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch im Vertikalschnitt eine mit einem erfindungsgemäßen Einbau ausgestattete Brennkammer,

Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 für eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 für eine noch weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine ähnliche Darstellung einer vierten Ausführungsform, bei welcher dem erfindungsgemäßen Brennkammereinbau ein Wärmetauscher nachgeschaltet ist,

Fig. 5 schematisch im Schnitt einen aus zwei Einbauteilen bestehenden Einbau nach der Erfindung mit sich jeweils zu Mitte hin konisch erweiterten Flammräumen, und

Fig. 6 schematisch im Schnitt einen aus verschiedenen Einbauteilen bestehenden einen Einbausatz bildenden Einbau nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist innerhalb einer Brennkammer 1, der ein Brenner 2 mit einer Brennerflamme 3 zugeordnet ist, ein Einbau 4 aus schwer-keramischem Material angeordnet. Der als einstückiger oder mehrteiliger Formkörper ausgebildete Einbau 4 ist im wesentlichen topfförmig, d. h. zum Brenner 2 hin offen und auf der dem Brenner 2 abgewandten Seite hin mittels einer Stirnwandung 13 geschlossen, so daß die im Flammraum 10 des Einbaus 4 entstehenden Rauchgase R umkehren und im Umgebungsbereich der Brennerflamme 3 entgegen der Flammrichtung strömen. Am vorderen Rand des topfförmigen Einbaus 4 kehren die Rauchgase nochmals um und gelangen durch den zwischen Einbau 4 und Brennkammerwandung 5 verbleibenden ringförmigen Kammerzwischenraum 11 zum Abgasrohr 9. Der Flammraum 10 erweitert sich in Richtung größeren Abstandes zum Brenner 2 konisch. Der Flammraum 10 ist also in Nähe des Brenners 2 enger als an dem dem Brenner 2 entfernt liegenden Ende. Die Außenwandfläche der Umfangswandung 6 des Einbaus 4 ist im wesentlichen zylindrisch ebenso wie die Brennkammerwandung 5. Dadurch ist der Kammerzwischenraum 11 über seine Länge im wesentlichen von gleichem Strömungsquerschnitt. Der Kammerzwischenraum 11 ist von Rippen 8 unterteilt, da die Brennkammerwandung 5 als Innenrippenrohr ausgebildet ist. Durch die Verjüngung des Flammraumes 10 zum Brenner 2 hin erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit der im Flammraum 10 entstehenden Rauchgase nach ihrer Umkehrung in Richtung Brenner 2, bevor sie erneut umkehren und in den Kammerzwischenraum 11 von im wesentlichen über seine Länge gleichen Strömungsquerschnitt eintreten. Die Brennkammerwandung 5 ist üblicherweise von dem mit Wasser gefüllten Kesselraum umgeben. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einbaus ergeben sich ein erhöhter Kesselwirkungsgrad und verbesserte Abgaswerte gegenüber herkömmlichen Umkehrbrennern mit im wesentlichen innen und außen zylindrischen Einbauten z. B. aus Stahl oder Faserkeramik.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 hat der Einbau 4 nicht wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 in Richtung größeren Abstandes vom Brenner 2 abnehmende, sondern im wesentlichen konstante Wandstärke über ihre gesamte Länge. Dadurch verjüngt sich der Kammerzwischenraum 11 in Richtung größeren Abstandes vom Brenner 2, so daß sich die Strömungsgeschwindigkeit der Rauchgase in dem sich in Richtung größeren Abstandes von dem Brenner 2 konisch verjüngenden Kammerzwischenraum 11 in Richtung Abgasrohr 9 nochmals allmählich erhöht. Die Rippen 8 haben ersichtlich bei diesem Ausführungsbeispiel in Richtung zunehmenden Abstandes vom Brenner 2 abnehmende Höhe, während die Brennkammerwandung 5 nachwievor im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 fluchtet der brennerseitige Rand des Einbaus 4 mit den Wärmetauscherrippen 8 des Kammerzwischenraumes 11. Der Einbau 4 hat im wesentlichen die Länge der Brennerflamme 3 und umschließt diese praktisch über ihre gesamte Länge. Demgegenüber ist bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 der Einbau 4 gleicher Länge in größeren Abstand vom Brenner 2 gerückt, so daß die Brennerflamme 3 nur etwa zu 2/3 ihrer Länge von dem Einbau 4 umgeben ist. Dieser Verschiebung des Einsatzes 4 kann zur Anpassung an die gewünschte Abgastemperatur vorgenommen werden.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist der Einbau 4 beachtlich kürzer als die Brennerflamme 3 und so angeordnet, daß die Brennerflamme 3 praktisch nur mit ihrer vorderen Hälfte von dem Einbau 4 um geben wird. Die Abgase durchströmen hier einen der Brennkammer 1 unmittelbar nachgeschalteten Wärmetauscher 7, bevor sie in das Abgasrohr 9 gelangen. Auch hier ist das Prinzip verwirklicht, daß aufgrund der konischen Form des Einbaus 4 aus schwer-keramischem Material die Rauchgase bei ihrer Umkehrströmung innerhalb des Einbaus 4 und in dem Kammerzwischenraum 11einen fortschreitend kleiner werdenden Strömungsquerschnitt zur Verfügung haben, so daß sich die Strömungsgeschwindigkeit auf diesem Wege erhöht.

Der Einbau 4 gemäß Fig. 5 besteht aus zwei identischen Einbauteilen 4′, 4″, welche umgekehrt zusammengesetzt sind. Sie haben beide von außen zur Mitte hin abnehmende Wandstärke und zwar in der Art, daß sich die Flammräume 10 und 12 zur Mitte hin erweitern, während die Außenumfangsflächen der Einbauteile 4′, 4″ im wesentlichen zylindrisch verlaufen. An dem dem Brenner 2 abgewandten Ende kann der Einbau 4 wiederum mittels Stirnwandung 13 verschlossen sein. Der aus Flammraum 10 und dem weiteren Flammraum 12 gebildeten Gesamtflammraum hat also in der Mitte eine konische Erweiterung. Dadurch können sich eine günstige Flammenform und vorteilhafte Rauchgasströmungsverhältnisse ausbilden.

Der Einbau gemäß Fig. 6 besteht aus einem Einbauteil 4′ mit sich in Richtung größeren Abstandes vom Brenner erweiternden Flammraum 10, an welchen ein oder mehrere Einbauteile 4 ↕ ′ ^v, konstanten Querschnitts zur Bildung von Flammräumen 14 variabler Länger anschließen. Die Stirnwand 13 kann in unterschiedlichen Abständen vom Brenner 2 angeordnet sein.

Bezugszeichenliste:

1

Brennkammer

2

Brenner

3

Brennerflamme

4

Einbau

5

Brennkammerwandung

6

Umfangswandung

7

Wärmetauscher

8

Rippen

9

Abgasrohr

10

Flammraum

11

Kammerzwischenraum

12

Flammraum

13

Stirnwandung

14

Flammraum

Claims

1. Einrichtung zur Verbrennungsunterstützung in einer Brennkammer (1) mit einem Öl- oder Gasbrenner (2), bei welcher die Brennerflamme (3) wenigstens teilweise von einem als Lenkschirm wirkenden rohr- oder topfförmigen Einbau (4) unter Bildung eines wenigstens brennerseitig offenen Flammraumes (10) umgeben ist dadurch gekennzeichnet, daß sich der Flammraum (10) in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2), vorzugsweise konisch, erweitert.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung (6) des Einbaus (4) im Abstand von der Brennkammerwandung (5) und im wesentlichen parallel zu dieser verläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung (6) des Einbaues (4) im Abstand von der Brennkammerwandung (5) verläuft und sich der dadurch gebildete Kammerzwischenraum (11) in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2), vorzugsweise konisch, erweitert oder verjüngt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wandstärke der Umfangswandung (6) des Einbaues (4) in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2), vorzugsweise konisch, verringert.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswandung (6) des Einbaues (4) über ihre Länge im wesentlichen gleiche Wandstärke hat.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Umfangswandung (6) zwischen etwa 3 und 50 mm, vorzugsweise 8 bis 30 mm, liegt.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2) erweiternden Flammraum (10) ein weiterer Flammraum (12) anschließt, welcher sich in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2), vorzugsweise konisch, verjüngt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4) für die beiden Flammräume (10, 12) aus zwei indentischen Einbauteilen (4′, 4″) besteht, welche umgekehrt aneinandergesetzt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4) einen Einbausatz (4′, 4 ↕ ′ ^v) darstellt, bei welchem sich an den in Richtung größeren Abstandes vom Brenner (2) erweiternden Flammraum (10) ein weiterer Flammraum (14) mit konstantem Querschnitt und variabler Länge anschließt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4; 4′, 4″) aus schwer-keramischem Material, wie SiC, besteht.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Einbaus (4; 4′, 4″) aufgerauht sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Flammraumes (10) bzw. der Flammräume (10, 12) nur einen Teil der Länge der Brennerflamme (3) ausmacht bzw. ausmachen.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbau (4; 4′, 4″) in der Brennkammer (1) in Flammenlängsrichtung verschiebbar ist.