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Brenner für flüssigen und gas- oder staubförmigen Brennstoff Bei Feuerungsanlagen
liegt vielfach die Aufgabe vor, den Brennstoff zu wechseln, je nachdem Kohlenstaub,
Öl oder Gas den wirtschaftlichsten Betrieb ergibt. Auch können Brennstoffe von verschiedener
Qualität, wie hoch- oder minderwertige Gase, dick- oder dünnflüssige Öle, zur Verfeuerung
gelangen.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfordert daher die Ausbildung eines Brenners,
der sowohl brennbare hochwertige oder minderwertige Gase als auch flüssige oder
staubförmige Brennstoffe in beliebiger Abwechselung oder auch gleichzeitig der Feuerung
zuzuführen und zur Verbrennung zu bringen vermag. Bei bekannten Brennern dieser
Art werden die zur Verwendung kommenden gasförmigen Brennstoffe im allgemeinen durch
die Ölzuleitungskanäle zugeführt. Die Folge davon ist, daß selbst bei hochwertigen
Gasen bei üblichen Gasdrücken nur unzureichende Querschnitte zur Verfügung stehen
und die Brennerleistung bei Gasbetrieb lediglich einen Bruchteil derjenigen bei
Ölbetrieb beträgt. Außerdem fehlt die Anpassungsfähigkeit an minderwertige Gase
ganz, so daß diese Brenner den gestellten Anforderungen nur in beschränktem Maße
genügen. Anderen bekannten Brennereinrichtungen, die getrennte Zuleitungen für die
einzelnen Betriebsstoffe besitzen und eine annähernd gleiche Höchstleistung bei
Gas- und Ölbetrieb hergeben, fehlt wieder die Regelbarkeit bei gleichbleibenden
Betriebsdrücken; sie arbeiten mit unveränderlichen Austrittsquerschnitten und gestatten
eine Leistungsänderung nur durch Drosselregelung, also durch Veränderung des Öl-,
Gas- oder Winddruckes. Dabei wird aber nur eine unvollkommene Verbrennung erzielt,
denn die Austrittsöffnungen für die einzelnen Betriebsstoffe liegen bei diesen Brennern
an der Brennermündung, so daß sich die Mischung der Brennstoffe erst im Feuerraum
vollzieht und jede Vormischung innerhalb des Brenners in Fortfall kommt. Außerdem
sind solche Brenner für Staubfeuerungen nicht geeignet, so daß sie gleichfalls nur
in beschränktem Umfang die gestellte Aufgabe zu lösen vermögen.
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Von diesen bekannten Einrichtungen unterscheidet sich nun der Gegenstand
der Erfindung bildende Brenner, der gleichfalls getrennte Leitungen für die Luft,
den flüssigen und den gas- oder staubförmigen Brennstoff in seinem Inneren aufweist,
im wesentlichen dadurch, daß bei ihm die gleichachsigen Austrittsöffnungen der Kanäle
für die Luft, das Gas und den von einem Teilluftstrom mitgerissenen flüssigen Brennstoff
innerhalb des Brennergehäuses hintereinanderliegen und ein Steuerglied, das zweckmäßig
mittels einer Kurvenführung axial verschiebbar ist und aus einem mit mehreren Steuerkanten
versehenen Rohrschieber besteht, zur gleichzeitigen Regelung der Luft und Gaskanäle
sowie zur Regelung der Ölzufuhr dient. Dabei wird ein Teil der Regelkanten durch
einen innerhalb des
Brenners axial zum Rohrschieber angeordneten,
als Einlaßkanal für den gas- oder staubförmigen Brennstoff dienenden Zylinderkörper
gebildet, der zweckmäßig mit dem Verschlußdeckel des Brennergehäuses zusammengebaut
ist und in seiner Seitenwand eine Durchlaßöffnung besitzt, durch die der Brennstoff
in das Brennerinnere eintreten kann. Außerdem wird die Anordnung vorteilhaft derart
getroffen, daß der Zylinderkörper im Brennergehäuse beliebig verdreht und seine
Öffnung je nach Bedarf mit dem größeren oder dem kleineren Einlaßstutzen des Gehäuses
zur Deckung gebracht werden kann; ferner sind die Luftanschlüsse je nach dem Heizwert
des zur Verfeuerung kommenden Brenngases vertauschbar. Der Neigungswinkel der an
dem Verschlußdeckel vorgesehenen Kurvenführung wird zur Verfeinerung der Regelung
. bei kleinen Brennerleistungen im allgemeinen bei den kleineren Auslaßöffnungen
geringer als der Neigungswinkel bei größeren Auslaßöffnungen gewählt und die Regelkanten
des axialen Zylinderkörpers werden zu dem gleichen Zweck gemeinsam mit dem Gehäusemundstück
derart zylindrisch oder spitzkegelig ausgebildet, daß der Öffnungswinkel bei kleineren
Auslaßöffnungen geringer ist als derjenige bei größeren Auslaßöffnungen. Das Steuerglied
wird mit der Kurvenführung zweckmäßig durch eine Feder kraftschlüssig gekuppelt
und diese Feder hierbei so angeordnet, daß sie gleichzeitig den Dichtungsdruck für
die Stopfbüchse liefert, in der die Stange des Steuergliedes gegen das Brennergehäuse
abgedichtet ist. Diese Stange kann dann zwecks Einführung eines Zündmittels und
zur Beobachtung der Verbrennung als Rohr ausgebildet werden, während der den Ölkanal
steuernde Rohrschieber zu beiden Seiten der Öldüsen mit Dichtungsrillen und Ablauflöchern
ausgestattet wird, durch die Lecköl in den Hauptluftstrom geleitet wird.
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Der neue Brenner ist in weitestem Maße anpassungsfähig für die verschiedensten
Brennstoffe und gestattet deren wahlweise oder gleichzeitige Verfeuerung unter Verwendung
normaler, gleichbleibender Betriebsdrücke. Es findet eine gute Vermischung der Brennstoffe
mit der Verbrennungsluft innerhalb des Brenners und demzufolge eine vollkommene
Verbrennung statt, auch wird annähernd gleiche Höchstleistung für die verschiedenen
Brennstoffe erzielt. Die Brennleistung läßt sich einfach und zuverlässig bei den
üblichen gleichbleibenden Drücken in weiten Grenzen durch gewöhnliche Querschnittsveränderungen
regeln.. Die Anordnung ist übersichtlich und ermöglicht eine leichte Umstellung
des Betriebes von einer Brennstoffart auf die andere, wobei sowohl hoch- oder minderwertige
gasförmige Brennstoffe als auch dick- oder dünnflüssige Heizöle zur Verwendung kommen
können.
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Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung
dargestellt, und zwar zeigen Abb. i und Abb. 2 Längsschnitte durch die erste Ausführungsform
des neuen Brenners, wobei in Abb. 2 das Regelorgan zur Hälfte in Ansicht dargestellt
ist, Abb. 3 und 4 Querschnitte durch den Brenner nach den Linien A-B und C-D der
Abb. i, Abb. 5 einen Längsschnitt durch die andere Ausführungsform, Abb.6 eine Abwicklung
der Kurvenführung für das Steuerglied, Abb. 7 eine schematische Darstellung, aus
der das Zusammenarbeiten der Steuerkanten ersichtlich ist, und Abb. 8 ein Diagramm,
das die Veränderung der gesteuerten Querschnitte darstellt.
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Der Brenner gemäß Abb. i besteht aus einem Gehäuse i, das einen Einlaßstutzen
2 für Luft sowie einen Einlaßstutzen 3 für brennbare Gase besitzt und in seinem
Inneren einen Ring 4. trägt, durch dessen Bohrungen Heizöl zugeführt werden kann
(s. auch Abb.4). Während die der Feuerung zugekehrte Seite des Gehäuses offen ist,
ist die abgewendete Seite durch einen Deckel 6 verschlossen, der einen rohrförmigen
Ansatz 7 und eine an diesen Ansatz angeschraubte oder angegossene Verlängerung 8
besitzt. Der Rohransatz 7 ist, wie Abb. 3 zeigt, mit einer in den Gasstutzen 3 einmündenden
Öffnung 44 versehen; außerdem ist in dem Deckel 6 eine Spindel 9 beweglich angeordnet,
die durch eine Stopfbüchse io abgedichtet wird. An der Spindel ist der Handhebel
i i befestigt, dessen Nase i2 auf einer am Deckel angegossenen Kurvenführung 13
gleitet.
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Durch Verdrehen des Hebels ii wird die Spindel 9 nicht nur verdreht,
sondern auch axial verschoben. Am inneren Ende der Spindel 9 ist ein Kolbenschieber
befestigt, dessen Nabe mit dem Rohrkolben durch schraubenförmige Rippen 21 verbunden
ist. Zwischen den steuernden Kanten des Kolbenschiebers und dem Gehäuse i einerseits
und der Rohrverlängerung @ andererseits befinden sich die Durchflußquerschnitte
für die Verbrennungsluft und die Brennstoffe. In den Abbildungen ist diejenige Stellung
des Reglerhebels i i dargestellt, bei der die steuernden Kanten am weitesten voneinander
entfernt, die Querschnitte also am größten sind. Durch eine Drehung des Hebels i
i wird der Kolbenschieber in das Gehäuse hineingezogen und dabei alle Durchflußquerschnitte
verkleinert. Der äußere Luftstrom tritt zwischen
den Kanten 15 und
16 aus, während ein zweiter Luftstrom durch einen im Steuerschieber gebildeten und
in der Stromrichtung verlaufenden Kanal 2o in die Feuerung eintritt, der bei einer
Regelbewegung durch die vordere Kante des Gehäuseringes q. verändert wird. Der Hauptluftstrom
wird durch die Kanten 17 und 18 gesteuert und nimmt beim Eintritt in die Feuerung
den am meisten nach innen liegenden Ringquerschnitt ein. Die Spindel 9 ist von einer
Schraubenfeder42 umgeben, die sich gegen die Stopfbüchse io abstützt und gegen die
Nabe 14 drückt,- so daß die Nase 12 des Steuerhebels i i stets an der Steuerkurve
13 anliegt.
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Das durch den Stutzen 3 eintretende Gas strömt durch das Innere des
Gehäuses und wird durch die Steuerkanten 23 und 24 geregelt. Die Bohrungen 5 im
Gehäuse für den Ölzutritt münden in eine ringförmige Nut i9, der die Radialbohrungen
25 im Steuerschieber gegenüberstehen. Diese sind, wie Abb.2 zeigt, axial gegeneinander
versetzt, so daß sie durch die Regelbewegung nacheinander geschlossen oder geöffnet
werden. Beiderseits von diesen Bohrungen sind in der Lauffläche Dichtungsnuten 26,
27, 28, 29 mit Ablauflöchern 30 vorgesehen, durch welche Lecköl in den Hauptluftstrom
geleitet wird, so daß ein Tropfen des Brenners ausgeschlossen ist. Die Dichtungsnuten
26, 27, 28, 29 bleiben in jeder Reglerlage durch die Lauffläche des Gehäuseringes
4. abgedeckt. Sie treten weder aus dieser Lauffläche heraus, noch kommen sie mit
der Olzulaufnut i9 in Verbindung.
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Durch den Gaseinlaßstutzen 3 kann statt brennbarem Gas auch in Luft
aufgewirbelter brennbarer Staub eingeblasen werden, z. B. Kohlenstaub oder Sägemehl.
O1 und Gas oder Öl und Kohlenstaub können auch gleichzeitig verfeuert werden. Wird
nur mit Öl gefeuert, so kann der von der rohrförmigen Verlängerung 7, 8 umschlossene
mittlere Teil des Brenners auch für die Zufuhr von Verbrennungsluft ausgenutzt werden.
Das läßt sich in einfachster Weise dadurch ermöglichen, daß der Decke16 mit seinen
Rohransätzen 7 und 8 gegenüber dem Gehäuse um i 8o° verdreht wird (Abb@.5). Die
öffnung d.4 des Rohransatzes 7, die gemäß Abb. i in der üblichen Lage in .den Gasstutzen
3 mündet, liegt dann unten und gibt infolgedessen der durch den Stutzen 2 eintretenden
Verbrennungsluft den Weg in das Innere der Rohransätze 7 und 8 frei, während der
Gasstutzen 3 bei dieser Betriebsart von außen verschlossen bleibt.
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Bei der zweiten Ausführungsform nach Abb. 5 sind noch weitere Vorkehrungen
getroffen, die ein Tropfen des Brenners verhindern. Zu diesem Zweck ist im Gehäuse
ein Ring .4o angebracht, der auf der LuftzufÜhrungsseite, bei der gezeichneten Lage
der Teile also auf der Oberseite, eine Öffnung hat, sonst aber geschlossen ist.
Das Lecköl, das zwischen dem Gehäusering 4 und dem Steuerschieber hindurchsickern
könnte, ist durch den Ring 40 abgesperrt und kann daher nicht in den äußeren Luftstrom
gelangen, der trocken bleiben soll. Es wird durch einen Schlitz 2o in den inneren
Luftstrom oder durch einen Ölablauf ,41 abgeleitet, durch den auch diejenigen Ölmengen
abgeführt werden können, die bei Stillstand des Luftgebläses durch Riemenriß oder
Stromunterbrechung sich im Inneren des Brenners ansammeln oder sonst in den Verbrennungsraum
laufen und in diesem eine Explosionsgefahr bilden würden. Wird das aus dein Ablauf
41 austretende 01 durch ein heberartig gebogenes Rohr abgeleitet, so ist eine Explosion
ausgeschlossen.
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Die steuernden Kanten sind so gestaltet, daß sie sich an ihrem Ende
möglichst der zylindrischen Form nähern, wie dies die Kanten 15, 16, 23 und 2.4
(s. Abb. i und 2) besonders deutlich erkennen lassen. Dadurch erhalten die Luft
und die Brennstoffe eine axiale Stromrichtung, die die Durchmischung begünstigt.
Die schraubenförmigen Rippen 21 und 22 geben dem mittleren und Hauptluftstrom sowie
dem eintretenden Gasstrom eine Drehbewegung. Zwischen den einzelnen kreisenden Teilluftströmen
entstehen luftverdünnte Räume, so daß bei Gasbetrieb der gasförmige Brennstoff,
bei Ölbetrieb der innere Luftstrom angesaugt und eine besonders gleichmäßige Mischung
und Durchwirbelung von Brennstoff und Brennluft erzielt wird.
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Bei dem Brenner gemäß der Erfindung sind die Steuerkurven 13 und die
steuernden Kanten 15, 18 und 23 so gestaltet, daß ein großer Regelbereich mit gröberer
Einstellung für große Leistungen und mit Feineinstellung für kleine Leistungen erzielt
wird.
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In Abb. 6 ist die Steuerkurve 13 (s. Abb. i) abgewickelt dargestellt.
Für kleine Leistungen ist die Neigung dieser Kurve geringer (Winkel A), für größere
Leistungen verläuft sie steiler (Winkel B). Beide Neigungswinkel A und
B liegen vorteilhaft innerhalb des Reibungswinkels, so daß Selbstsperrung
vorhanden ist. Auch können kleine Rasten 43 für Zwischenstellungen angebracht werden.
Während die Nase 12 auf dem Kurvenstück geringerer Neigung entlang gleitet, wird
die Spindel um die Strecke a axial verschoben. Denselben Weg machen also auch die
steuernden Kanten des Schiebers. Beispielsweise gelangt die in Abb. 7 angedeutete
steuernde Kante nz dadurch in die Lage z21, wobei die feststehende Kante im Verlauf
dieses Steuerweges um den Winkel A1 geneigt ist. Benn
zweiten Teil
des Regelweges legen die steuernden Kanten einen ungefähr gleich großen Weg b zurück,
die steuernde Kante gelangt dadurch in die Stellung w2, doch öffnet sich der Querschnitt
hierbei wesentlich mehr, da die feststehende Kante in diesem zweiten Bereich um
den größeren Winkel Bl geneigt ist. In Abb. 8 ist die Größe der dadurch erzielten
Durchflußquerschnitte graphisch dargestellt, und zwar bezeichnet die gebrochene
Linie I die Summe der geregelten Luftquerschnitte, die Linie II die Summe der Gasquerschnitte
und Linie III die Summe der ölquerschnitte. Die graphische Darstellung ergibt, daß
das Steuerorgan alle Brennstoff- und Luftaustrittsquerschnitte gleichzeitig einstellt
und die Zufuhr von Brennstoff und Brennluft im richtigen Mischungsverhältnis be-,virkt,
so daß ein außerordentlich großer Regelbereich von 5°10 bis ioo°/o geschaffen und
bei kleinen Leistungen eine besonders feine Einstellung erzielt wird. Durch diese
Feineinstellung der Brennleistung wird der Arbeitsvorgang verbessert, der Brennstoffverbrauch
vermindert und die Wirtschaftlichkeit des Betriebes erhöht.
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Der Brenner arbeitet einwandfrei mit einer Windpressung von ioo mm
Wassersäule oder mit einem Dampfdruck von o,2 Atm., während der erforderliche Gasdruck
30 mm Wassersäule oder darüber beträgt. Die Innenstopfbüchse io verhindert
ein Entweichen von Gas nach außen. Es ist vorteilhaft, Gas- und Winddruck verschieden
hoch einzustellen. Bei minderwertigen Gasen kann zur Vermeidung von höheren Gaspressungen
das Gas durch den größeren Stutzen 2 und die Luft durch den kleineren Stutzen 3
eingeführt werden. Bei üblichem Heizöl reicht ein nutzbarer Öldruck von 5oommWassersäule
vollkommen aus. Diese niedrigen Betriebsdrücke für Zerstäubermittel und Brennstoffe
erleichtern das Dichthalten der Leitungen und verringern den für die Feuerung erforderlichen
Kraftbedarf. Auch fällt der rasche Verschleiß fort, der sich bei Hochdruckzerstäuberdüsen
unangenehm bemerkbar macht.
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Die Düsenmündungen mit ihren steuernden Kanten sind auswechselbar
eingerichtet, wie dies aus Abb. i (vgl. beispielsweise die Kanten 15, 16, 18 und
23) ersichtlich ist, so daß die Düsenquerschnitte verschieden hohen Drücken oderHeizwerten
des Gases oder auch verschiedenen Drücken des Zerstäubungsmittels bei Niederdruckluft-
oder Niederdruckdampfbetrieb rasch angepaßt werden können.
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In Abb. 5 ist das Steuerglied mit einer hohlen Spindel 39 dargestellt,
die selbstverständlich bei allen Ausführungsformen verwendet werden kann und zurEinführung
einer Gaszündflamme oder eines elektrischen Zünders dient, der das brennbare Gemisch
unmittelbar vor der Brennermündung zündet. Auf diese Weise wird nicht allein das
Anstecken derFeuerung erleichtert, sondern auch eine erhöhte Betriebssicherheit
, erreicht, gleichzeitig kann während des Betriebes durch die hohle Spindel der
Brennvorgang beobachtet werden.