DE4237086A1 - Brenner für fließfähige Brennstoffe - Google Patents

Description

In der Heizungstechnik sind Brenner für fließfähige Brennstoffe bekannt, bei denen die Aufbereitung des Brennstoffes (Vergasung des Brennöles und Mischung mit Luft) durch Rezirkulation der Brenngase wesentlich verbessert wird.

Am Eingang des Brennrohres ist, angeschlossen an die Eingangsöffnung für die von einem Gebläse geförderte Brennluft, ein Mischzylinder bzw. ein Mischtrichter (Mischkörper) konzentrisch angeordnet.

Die Außenwand des Mischkörpers bildet mit der Innenwand des Brennrohres einen Ringraum. Durch diesen Ringraum strömt, vermöge des Druckunterschiedes, vom Ende des Mischkörpers zu seinem Anfang, über Schlitze oder Bohrungen, brennendes Gas in das Innere des Mischkörpers in welchem die einströmende Verbrennungsluft und der durch eine Ölzerstäuberdüse eingespritzte Brennstoff gemischt werden.

Durch die in den Mischkörper einströmenden brennenden Gase wird der von der Öldüse eingesprühte Brennstoff weitgehend vergast. Durch diese Vergasung wird eine rußfreie Verbrennung mit hoher Effizienz und blauer Flamme erzielt.

Die vorstehend beschriebene Brennerbauart hat neben ihrem Vorteil, der hohen Brennereffizienz, allerdings auch Nachteile, wobei der gravierendste ist, daß die Stickoxydbildung nur sehr schwer auf ein Minimum zu reduzieren ist.

Verursacht wird dabei die Stickoxydbildung u. a. durch die sehr hohe Temperatur des in den Mischkörper rezirkulierenden brennenden Gases.

Die nachstehend beschriebene Erfindung stellt eine Lösung dar mit deren Funktionen die Effizienz der Verbrennung erhalten bleibt, jedoch die Emission von Stickoxyden im Rauchgas auf ein Minimum gesenkt werden kann.

Die Vergasung des Brennstoffes in der Mischzone wird wie bei bekannten, vorstehend beschriebenen Brennern, ebenfalls durch Rezirkulation von heißen Gasen bewirkt.

Als Gase für die Rezirkulation werden jedoch nicht die Brenngase vom Innern des Brennrohres, sondern Gase aus der unmittelbaren Umgebung des Brennrohres, aus dem Feuerraum des Heizkessels verwendet. Durch diese Änderung des Verfahrens wird für die Vergasung des eingespritzten Brennstoffes nur eine so hohe Temperatur aufgewendet wie notwendig und damit die Stickoxydbildung reduziert.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rezirkulationsbrenners gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Querschnitt des Brennrohres von Fig. 1 in der Ebene der Rezirkulationsbohrungen,

Fig. 3 einen Längsschnitt entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 einen Querschnitt des Brennrohres von Fig. 3 in der Ebene der Rezirkulationsbohrungen.

Der Brenner gemäß Fig. 1 weist ein, an ein nicht gezeigtes, Gebläse angeschlossenes Zuführungsrohr 1 für die Verbrennungsluft auf. Im Zuführungsrohr 1 ist eine zentrale Halterung 2 eingebaut für die axial verschiebbare Brennstoffdüse 3.

Die Haltestreben 4 können dabei schräg gestellt sein, so daß die vom Gebläse geförderte Luft eine Drallströmung erhält. Am Ende des Zuführungsrohres 1 ist ein geschlitztes Halsstück 5 mit einer Spannschraube 6 in welches das Brennrohr 7 unter Beilage einer Dichtung 8 eingesetzt ist.

Das Brennrohr 7 weist an seiner eingangsseitigen Stirnwand 9 eine Bohrung 10 auf durch welche die Verbrennungsluft mit einer bestimmten Geschwindigkeit und einem bestimmten Druck in das Brennrohr 7 einströmt.

Gleichzeitig wird durch die Bohrung 10 von der Brennstoffdüse 3 der Brennstoff mit einem bestimmten Kegelwinkel (Zerstäubungswinkel) eingespritzt.

In der Mischzone, etwa im ersten Viertel der Brennrohrlänge, erfolgt Gemischaufbereitung, d. h. die Vergasung des Brennstoffes und dessen Vermischung mit der einströmenden Brennluft.

In der Mischzone herrscht, verursacht durch die noch hohe Strömungsgeschwindigkeit der Brennluft, der größte Unterdruck im Brennrohr 7.

Mit Hilfe dieses Unterdruckes wird über die Bohrungen 11 im Brennrohr 7 Gas aus dem Feuerraum des Heizkessels in die Mischzone des Brennrohres 7 eingesaugt.

Hier ist hinzuzufügen, daß das Brennrohr 7 in seiner vollen Länge in das Innere des Heizkessels hineinragt.

Um das Brennrohr 7 ist konzentrisch ein zweites Rohr 12 von größerem Durchmesser angeordnet. Das äußere Rohr 12 bildet mit seinem Innendurchmesser, zusammen mit dem Außendurchmesser des Brennrohres 7 einen Ringraum 13.

Das äußere Rohr 12 ist stirnseitig geschlossen, so daß das einströmende Gas aus dem Kesselraum zu den Bohrungen 11 geleitet wird.

Bei der Durchströmung des Gases aus dem Kesselraum, entlang dem Außendurchmesser des Brennrohres 7, wird das Gas aufgeheizt. Dieser Effekt kann, je nach den Temperaturverhältnissen im Kesselraum, erwünscht sein.

Durch Abstimmung der Länge des Rohres 12 kann deshalb die Temperatur des Gases, wenn auch in Grenzen, beeinflußt werden. Mit den Schrauben 14 ist das Rohr 12 befestigt. Es kann, zum Ein- und Ausbau des Brenners leicht entfernt werden.

Die in Fig. 2 in einem Querschnitt gezeigten Bohrungen 11 sind gleichmäßig am Umfang verteilt und mit ihren Bohrungsachsen radial zum Kreismittelpunkt angeordnet.

Zur Erzeugung einer Drallströmung können sie in bekannter Weise auch schräg zu ihren Radialen angeordnet sein.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, bei dem gleiche oder gleichartige Teile wie in Fig. 1, jedoch mit einem Strich bezeichnet sind, unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß in das Brennrohr 7′ ein Leittrichter 15 eingebaut ist.

Der Leittrichter 15 schließt mit seinem kleinen Durchmesser an die Bohrung 10′ an und liegt mit seinem großen Durchmesser dicht an der Innenwand des Brennrohres 7′.

In gleicher Position, bezüglich der Längsachse des Brennrohres 7, sind die Bohrungen 11 im Brennrohr 7′ angeordnet.

Etwa in der Mitte, auf die Längsachse bezogen, des Leittrichters 15 sind am Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen 16. Durch die Bohrungen 16 kann das aus dem Feuerraum des Heizkessels rezirkulierende Gas an bestimmter Stelle in die Mischzone des Leittrichters 15 geleitet werden.

Zur Erzeugung einer Drallströmung können die Bohrungen 16 in bekannter Weise schräg gestellt sein.

Durch die Anordnung eines Leittrichters 15 wird die einströmende Brennluft bzw. das Brenngemisch kontinuierlich vom kleinen Durchmesser der Bohrung 10′ zum großen Durchmesser des Brennrohres 7′ geführt.

Dadurch wird einmal eine dem Einspritzstrahlwinkel entsprechende abgegrenzte Mischzone gebildet; zum anderen wird durch die kontinuierliche Querschnittserweiterung Schallerzeugung, die bei abrupter Querschnittsänderung auftritt, vermieden. Das Flammengeräusch wird leiser.

Die Außenfläche des Leittrichters 15 bildet zusammen mit dem Brennrohr 7′ einen abgegrenzten Raum, in dem sich der durch die Bohrungen 16 wirkende Unterdruck, ungestört durch die Brennerflamme, voll auswirken kann und keine Brenngase aus dem Brennrohr zugemischt werden.

Mit der vorstehend beschriebenen Brennerbauart soll, bei gegebenem CO₂-Wert von 13% bis 15%, eine rußfreie, wirkungsvolle Verbrennung erzielt werden, wobei niedrige Emissionswerte für CO und insbesondere für NOX auftreten.

Neben der Änderung bekannter Parameter, kann durch Variation der Länge des Außenrohres, die Verbrennung beeinflußt werden.

Claims (8)

1. Brenner für fließfähige Brennstoffe mit Rezirkulation von Gasen aus dem Feuerraum eines Heizkessels, mit einem Zuführungsrohr (1) für die Verbrennungsluft, einer konzentrisch zum Zuführungsrohr angeordneten Brennstoffdüse (3), einem an das Zuführungsrohr anschließenden und mit seiner ganzen Länge in den Feuerraum des Heizkessels ragenden Brennrohr (7), dadurch gekennzeichnet, daß das Brennrohr (7, 7′) in seinem Eingangsbereich, dieser umfaßt etwa 25% von der gesamten Brennrohrlänge, an seinem Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen (11, 11′) aufweist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennrohr (7, 7′) in einem radialen Abstand von einem Außenrohr (12, 12′) umgeben ist und der gebildete Ringraum (13, 13′) an der hinteren Stirnseite geschlossen ist.

3. Brenner nach den Ansprüchen 1 u. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (12, 12′) wesentlich kürzer sein kann als das Brennrohr (7, 7′).

4. Brenner nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenrohr (12, 12′) durch radial angeordnete Schrauben (14, 14′) befestigt ist.

5. Brenner nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennrohr (7′) einen Leittrichter (15) aufweist, dessen kleiner Durchmesser an die Bohrung (10′) dicht anschließt und dessen großer Durchmesser am Innendurchmesser (Innenwand) des Brennrohres dicht anschließt.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leittrichter (15) an seinem Umfang gleichmäßig verteilte Bohrungen (16) aufweist, deren Achsen in bekannter Weise schräg gestellt sein können.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (16) im Leittrichter (15), bezüglich dessen Längsachse, annähernd in der Mitte des Leittrichters angeordnet sind.

8. Brenner nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestreben (4, 4′) im Zuführungsrohr (1, 1′) flächig ausgebildet sind und schräg gestellt sein können.