DE3636787C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ölbrenner mit einer Druckzerstäuberdüse, die in oder vor einem Mischrohr mündet, das in einem Flammrohr derart angeordnet ist, daß ein Teil der Verbrennungsgase aus dem Flammrohr eintrittsseitig in das Mischrohr zurückführbar ist.

Brenner dieser Art sind beispielsweise aus der DE-OS 32 41 730 bekannt. Hier ist das Mischrohr konzentrisch im Flammrohr und in Strömungsrichtung der Verbrennungsgase hinter der Zerstäuberdüse und einer Blende für die Zufuhr von Verbrennungsluft angeordnet. Die Verbrennungsluft und das zerstäubte Heizöl bilden im Mischrohr ein brennfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch, das durch einen elektrischen Licht­ bogen einer Zündelektrode gezündet wird. Das Mischrohr weist eintrittsseitig Durchlässe auf, durch die heiße Verbrennungs­ gase aus dem Verbrennungsraum im Flammrohr mit der mit hoher Geschwindigkeit einströmenden Verbrennungsluft ange­ saugt und in das Mischrohr eingeblasen werden. Diese rezirkulierenden Verbrennungsgase heizen das Mischrohr auf und bewirken damit eine Verdampfung des Brennstoffes im Mischrohrbereich, so daß die eigentliche Verbrennung im Stationärbetrieb aus der Gasphase des Brennstoffes abläuft. Dieses führt zu einer vollkommenen Blaufärbung der Ölbrenner­ flamme.

Während der Kaltstartphase eines Brenners legt sich am unbe­ heizten Mischrohr zerstäubtes Heizöl nieder, so daß anfäng­ lich ein für die Zündfähigkeit ungünstiges Brennstoff- Luft-Verhältnis vorliegt. Beim Startbeginn wird nämlich zu­ nächst ein brennstoffarmes Gemisch vorhanden sein, da die Öltröpfchen sich zum Teil an die Wandung des Mischrohres anlegen, ohne verdampft werden zu können. Nachdem Verbren­ nungsgase entstanden sind und diese beim Rezirkulieren das Mischrohr aufheizen, wird das in größeren Mengen abgelagerte Öl verdampfen und damit den Brennstoffgehalt im Übermaß anreichern. Dieses hat zur Folge, daß kurzzeitig ein sehr hoher Gehalt an unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden im Rauchgas infolge des zusätzlich ver­ dampfenden Öles vom Mischrohr ausgestoßen wird.

Es hat sich gezeigt, daß auch bei anderen extremen Randbe­ dingungen, wie z. B. hoher Viskosität des Öles, niedriger Ansauglufttemperatur, zu niedriger Brennraumtemperatur, fehlendem Kaminabzug, Schwankungen in der Brennqualität auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ölbrenner der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Brennqualität des Ölbrenners auch bei extremen Rand­ bedingungen stabil gehalten werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Auf­ treten von extremen Randbedingungen zumindest ein Teil der Öltröpfchen, die vom Zerstäuber auf die Innenseite des Mischrohres auftreffen, dort verbleiben und nicht aus­ reichend verdampft werden. Dieses hat zur Folge, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch, das innerhalb des Mischrohres zur Verbrennung ansteht, sein Konzentrationsverhältnis ver­ ändert. Durch Veränderung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses wird auch die Verbrennung in ihrer Qualität beeinträchtigt und die Schadstoffemission erhöht.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, nämlich das Mischrohr über die durch das Verbrennungsgas erzeugte Heiztemperatur hinaus zu erwärmen, kann der Brenner an die jeweiligen Einflüsse so angepaßt werden, daß das auf die Mischrohr­ wandung auftreffende Öl in jedem Fall verdampfen kann. Damit kann das Brennstoff-Luft-Verhältnis konstant gehalten werden. Es ergibt sich mit der Erfindung gleichzeitig ein weiterer wichtiger Vorteil, der darin besteht, daß der Öl­ düsenvordruck bei Bedarf stärker reduziert werden kann, so daß gegenüber einem unbeheizten Brenner mit gleich­ großer Düsenöffnung kleinere Leistungen erreicht werden können.

Aus der AT-PS 2 96 483 ist es zwar bei einem Ölbrenner mit Abgasrezirkulation bekannt, innerhalb einer von einem haubenartigen Brennerkörper begrenzten, als Vergasungsraum dienenden Brennkammer eine elektrische Heizung vorzusehen, jedoch dient diese lediglich zur Vorheizung der Brennkammer, um sie für einen Kaltstart auf die für die Vergasung des Brennöls erforderliche Temperatur zu bringen. Ein Betrieb der Heizung während des Brennerbetriebes ist nicht vorge­ sehen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind als Mittel die Oberfläche des Mischrohres vergrößernde Rippen, Stifte oder Verformungen vorgesehen. Hierdurch kann der Wärmefluß vom rezirkulierenden Verbrennungsgas auf das Mischrohr verbessert werden.

Die Oberflächenvergrößerung kann an der Außenseite des Mischrohres durch Längsrippen, Umfangsrippen, Bestiftungen, Drahtspiralen oder Rauhigkeiten erreicht werden. Eine Ver­ größerung der Innenoberfläche ist auch möglich, jedoch ist dabei darauf zu achten, daß eine freie Verdampfung von Öltröpfchen gewährleistet ist. Hier wären daher Längsrippen oder Stifte möglich. Die Oberflächenvergrößerung kann ent­ weder nur an der Außenseite oder nur an der Innenseite oder kombiniert vorgesehen werden. Im letzteren Fall läßt sich die beiderseitige Oberflächenvergrößerung auch durch ent­ sprechende Verformung des Mischrohres erreichen, z. B. mit einem Mischrohr, dessen Umfang wellenartig geformt ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Mischrohr mit Hilfsenergie beheizt, in Form einer elek­ trischen Heizeinrichtung, wie z. B. einer Widerstands­ wicklung, die anstelle von Strahlungsenergie einsetzbar ist. Diese Mittel haben den Vorteil, daß damit auch in der Kaltstartphase eine Beheizung des Mischrohres möglich ist.

Die Beheizung des Mischrohres kann entweder durch die Ver­ größerung der Mischrohroberfläche oder mittels derartiger Hilfsenergie, einschließlich Strahlungsenergie, oder deren Kombination erfolgen. Der erste Fall erfordert den gering­ sten technischen Aufwand auf Kosten der Beibehaltung einer schlechten Verbrennungsqualität in der Kaltstart­ phase. Diese Ausgestaltung ist jedoch für die Anwendungs­ fälle gut geeignet, bei denen der Brenner mehr oder weniger im Dauerbetrieb läuft, so daß der Kaltstart überhaupt nicht ins Gewicht fällt.

Für den intermittierenden Betrieb von Brennern ist der zweite Fall vorzuziehen, bei dem mittels Hilfsenergie die notwendige Temperatur des Mischrohres zu jedem Zeitpunkt aufrechterhalten werden kann. Die Zufuhr der Hilfsenergie läßt sich leicht durch Regeleinrichtungen in Abhängigkeit von verschiedenen Größen, wie z. B. Mischrohrtemperatur, Brennerbetrieb-Zeitprogramm, Brennöldurchfluß regeln, so daß eine zuverlässige Verbrennung in allen Betriebspunkten ermöglicht wird.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zufuhr von Hilfsenergie mit einer Mischrohr-Oberflächenvergrößerung kombiniert wird. Dabei braucht (gegebenenfalls durch entsprechende Regelung) die Hilfsenergie nur dann zugeführt werden, wenn dieses aufgrund des Betriebes erforderlich ist, während im übrigen Bereich bzw. nach längerem kontinuierlichen Betrieb die Wärmezufuhr ausschließlich von Verbrennungsgas mit Hilfe der Oberflächenvergrößerung erfolgt.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. 1 bis 4 zeigen je ein Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein Ölbrenner 10 dargestellt, dem ein Druck­ zerstäuber 11 und ein Mischrohr 12 zugeordnet sind, in das zerstäubtes Öl 13 und Verbrennungsluft 14 eingeblasen werden.

Mittels Zündelektroden 15 wird das Brennstoff-Luft-Gemisch im Mischrohr 12 gezündet. Die Verbrennungsgase 16 treten vom Mischrohr 12 in ein Flammrohr 17, das konzentrisch um das Mischrohr 12 angeordnet ist. Zwischen der Verbrennungsluft- Eintrittsblende 18, die den Druckzerstäuber 11 bzw. den Strahl zerstäubten Öls 13 konzentrisch umgibt, ist ein Ringspalt 20 vorgesehen. Durch diesen Ringspalt 20 wird mit der - mit hoher Geschwindigkeit in das Mischrohr 12 einströmenden - Verbrennungsluft 14 Verbrennungsgas 16 aus dem Brennraum 21 angesaugt und zurück in das Mischrohr eingeblasen. Das rezirkulierende Verbrennungsgas 16, das da­ bei die Mischrohrwandung sowohl außerhalb als auch inner­ halb streift, heizt die Wand auf.

Das rezirkulierende Verbrennungsgas 16 bewirkt eine Ver­ dampfung der aus dem Druckzerstäuber 11 herausgesprühten Öltröpfchen, so daß die eigentliche Verbrennung aus der Gasphase des Brennstoffes läuft. Dies führt zu einer voll­ kommenen Blaufärbung der Ölbrennerflamme. Gemäß Fig. 1 ist das Mischrohr auf der Innenseite mit wendelförmig verlaufenden Innenrippen 22 versehen, die die Innenober­ fläche der Mischrohrwandung vergrößern und damit einen besseren Wärmeübergang vom Verbrennungsgas 16 auf den Brennstoff bewirken, der sich an der Innenseite des Misch­ rohres 12 niederschlägt.

Anstelle der Vergrößerung der Innenfläche der Mischrohr­ wandung kann, etwa wie in Fig. 2 gezeigt, der Mischrohr 12 mit Außenrippen 25 ausgestattet sein. Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Mischrohr 12 und das Flammrohr 17. Die Längsrippen 25 sind sternförmig entlang von Mantel­ linien des Mischrohres 12 angeordnet.

Die die Innen- oder Außenfläche der Mischrohrwandung vergrößernden Maßnahmen können jede Konfiguration annehmen, wobei die Maßnahmen auch gleichzeitig an der Innen- und an der Außenseite des Mischrohres vorgesehen werden können. Letzteres läßt sich auch durch entsprechende Formgebung des Mischrohres selber erreichen, indem gemäß Fig. 3 das Mischrohr 121 wellenartig ausgebildet wird oder diesem Nasen herausgeformt werden. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines wellenartig geformten Mischrohres 121.

Der mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen gegenüber dem Brenner nach der DE-OS 32 41 730 mit Abgasrezirkulation erreichte zusätzliche Wärmefluß für die Verdampfung des Brennstoffes wird direkt aus dem Verbrennungsprozeß heraus gewonnen. Es kann dafür aber auch Hilfsenergie verwendet werden, die die oberflächenvergrößernden Maßnahmen ersetzt oder ergänzt. Fig. 4 zeigt in der oberen und in der unteren Hälfte der Zeichnung je eine Variante für die Zuführung von Hilfsenergie zur Beheizung des Mischrohres 12 bzw. 122. Gemäß der oberen Hälfte der Fig. 4 wird die Hilfsenergie in Form von thermischer Strahlung 30 aus einer Strahlungs­ quelle 31 erzeugt, die ringförmig um das Flammrohr 17 im Bereich des Mischrohres 12 angeordnet ist. Mittels eines Reglers 32 wird die Strahlungsquelle 31 in Abhängigkeit beispielsweise der Brennstoffzufuhr 33 oder der Abgas­ temperatur derart geregelt, daß eine Verdampfung des in das Mischrohr 12 eingestäubten Brennstoffes gewährleistet ist. Wenn zusätzlich die Oberfläche des Mischrohres 12 ver­ größernden Maßnahmen vorgesehen sind, kann der Regler 32 so ausgelegt sein, daß er die Strahlungsquelle 31 nur zu Beginn des Brennerbetriebes, d. h. während der Kaltstart­ phase, ansteuert und solange aufrechterhält, bis die aus­ reichende Wärmefuhr für die Brennstoffverdampfung aus den Abgasen 16 erreicht wird.

In der unteren Hälfte der Fig. 4 ist eine Ausführung darge­ stellt, bei der elektrische Widerstandsdrähte 35 in der Wandung des Mischrohres 122 aus Keramik eingebettet sind. Es gibt auch andere Möglichkeiten, die elektrische Beheizung des Mischrohres vorzunehmen, wie durch Induktion und Wirbel­ strom.

Mit der beschriebenen Beheizung des Mischrohres mit Hilfs­ energie kann durch rechtzeitiges Aufheizen des Mischrohres bereits ein anfänglicher Niederschlag des Öles am Misch­ rohr vermieden werden.

Claims (3)

1. Ölbrenner mit einer Druckzerstäuberdüse, die in oder vor einem Mischrohr mündet, das in einem Flammrohr derart angeordnet ist, daß ein Teil der Verbrennungs­ gase aus dem Flammrohr eintrittsseitig in das Misch­ rohr zurückführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Mischrohres (12, 121, 122) durch Mittel (22, 25, 31, 35) anhebbar ist, die entweder baulich (22, 25, 35) mit dem Mischrohr verbunden sind und/oder von außerhalb des Flammrohres (17) über Strahlungsenergie (30) auf das Mischrohr einwirken.

2. Ölbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel die Oberfläche des Mischrohres (12, 121) vergrößernde Rippen (22, 25), Stifte oder Verformungen sind.

3. Ölbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Strahlungsenergie (30) eine mit dem Mischrohr (122) baulich verbundene elektrische Heizeinrichtung (35) einsetzbar ist.